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Schaltung zur impulsweisen Energieübertragung, insbesondere für Zeitmultiplex-Vermittlungssysteme
Die Erfindung betrifft eine Schaltung, welche insbesondere für Vermittlungssysteme benutzt werden kann, die nach dem Zeitmultiplexprinzip arbeiten und z. B. für Fernsprechzwecke vorgesehen sind. Ein Zeitmultiplex-Vermittlungssystem ist bekanntlich dadurch charakterisiert, dass die jeweils auszutauschen- den Nachrichten Impulsfolgen aufmoduliert werden, die gegeneinander versetzt sind und dadurch eine Mehrfachausnutzung von Verbindungsleitungen gestatten. Über die erwähnte Schaltung werden bei Verbindungsanforderungen die Teilnehmer wahlweise miteinander verbunden, wobei die Verbindungen jeweils über z. B. eine Multiplexschiene führen.
Dazu werden jeweils synchron mit denimpulsen von gegeneinander versetztenimpulsfolgen zu der Schaltung gehörende Schalter geschlossen. Während der Impulspausen sind die Schalter dagegen geöffnet. Diese Schalter befinden sich z. B. bei Leitungsabschnitten, die zu Teilnehmersta- tionen führen. Wegen der besonderen Betriebsweise der betrachteten Schaltung sind die Öffnungszeiten der Schalter jeweils wesentlich länger als ihre Betätigungszeit. Es kann nun aber jeweils nur während der Betätigungszeit Energie über die betreffenden Schalter übertragen werden. Diese Energieübertragung findet also impulsweise statt.
Es sind nun bereits mehrere Schaltungen bekannt, in denen mit verschiedenen Mitteln gearbeitet wird, um derartige impulsweise Energieübertragungen durchzuführen. Von Interesse ist hier z. B. eine Schaltung (s. deutsche Patentschrift Nr. 1114 228, Spalten 14/15 und Fig. 9), bei der im Zuge von Energie- übertragungen für die Verbindung zweier Leitungsabschnitte nach dem Multiplexprinzip zunächst ein remanenzbehafteter ferromagnetischer Ringkern, der als Energiespeicher dient, ummagnetisiert und dann mitHilfe eines Ableseimpulses in seinen magnetischenAnfangszustand zurückversetzt wird.
Bei Zuführung des Ableseimpulses wird von einer besonderen Wicklung des Ringkernes ein Ausgabeimpuls geliefert, der einen Kondensator aufzuladen hat, welcher den einen betreffenden Leitungsabschnitt als Leitungsspeicher abschliesst und die zugeführte Energie inForm einer elektrischen Ladung zunächst aufspeichert. Diese Ladung wird dann später über die Leitung weitergegeben. Damit diese Ladung aber nicht zum Ringkern im Zuge eines unerwünschten folgendenEntladeimpulses zurückfliesst, ist mit dem Ende des vorher zugeführten Ableseimpulses der Übertragungsweg unverzüglich zu unterbrechen.
Von Interesse sind ferner z. B. auch Schaltungen, bei denen im Zuge der hier interessierenden Energieübertragungen unter Ausnutzung des Multiplexprinzips von 0ipem als Energiespeicher dienenden Kondensator über eine Längsspule eine Ladung zu einem andern Kondensator weitergegeben wird, der in derselben Weise wie beim vorher beschriebenen Beispiel einen Leitungsabschnitt als Leitungsspeicher abschliesst. In diesem Fall setzt bei Durchschaltung des Übertragungsweges eine Halbschwingung des hiebei gebildeten Schwingkreises ein, in dessen Verlauf z. B. die Ladung von dem einen Kondensator zu dem den Leitungsabschnitt abschliessenden Kondensator übertragen wird (s. z. B. das Buch" Pulse generator, New York und London, 1948, S. 307 und 308, insbesondere Fig. 8. 17 und 8. 18).
Auch hier ist dafür Sorge zu tragen, dass der vorher durchgeschaltete Ubertragungsweg gerade mit dem Ende der betrachteten Halbschwingung wieder unterbrochen wird.
Es sei hier gleich bemerkt, dass derartige Schaltungen mit nach dem Multiplexprinzip zu verbinden-
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den Leitungsabschnitten, also Schaltungen, welche durch die Erfindung betroffen sind, auch zu andern
Einrichtungen als zu einem Vermittlungssystem gehören können. Sie können nämlich z. B. auch zu einer Übertragungseinrichtung gehören, wie es eine Mehrkanalprogrammübertragungseinrichtung für Rundfunk- zwecke ist (s. deutsche Patentschrift Nr. 1084329). Dort sind zu zwei verschiedenen Stereokanälen gehö- rende Signale richtig zu den betreffenden Leitungsabschritten zu übertragen.
Damit bei allen diesen Schaltungen die notwendigen impulsweisen Energieübertragungen in der be- absichtigten Weise stattfinden, sind zur Durchschaltung und Unterbrechung der betreffenden Übertragungs- wege dort Schalter vorzusehen, deren Betätigungszeiten an die Dauer der bei Einspeicherungen stattfin- dendenTeilschwingungen oder andernbetreffenden Vorgängen genau anzupassen sind. Ist die Betärgungs- zeit jeweils zu kurz, so bleibt die betreffende Energieübertragung unvollständig, da ein Teil der zu übertragenden Energie im zu entleerendenspeicher zurückbleibt. Ist die Betätigungszeit zu lang, so kann eine Rückübertragung von mindestens einem Teil der bereits übertragenen Energie an den schon entleerten Speicher einsetzen.
Der betreffende Schalter hat auch deshalb sicher im richtigen Zeitpunkt zu öffnen, danut weitereEnergieübertragungen sicher verhindert werden, durch die zumindestens ein Teil der vorher gerade übertragenenEnergie zu einer falschenstelle gelangen würde, insbesondere zu andern Leitungsabschnitten mit gerade betätigten Schaltern. Hiedurch würde womöglich ein Nebensprechen zwischen verschiedenen Verbindungswegen zustande kommen. DiePe Energieübertragungen werden nämlich alle wegen der Ausnutzung des Multiplexprinzips über Multiplexschienen geführt, an die auch andere Leitungsabschnitte über Schalter anschaltbar sind.
Es lässt sich nun gemäss de : nachstehend angegebenen Erfindung erreichen, dass die vorstehend beschriebenenBedingungen für die Betätigung, der betreffenden Schalter ohne Nachteil wepigergenaneinzu- halten sind als sonst. Dadurch wird unter anderem die Steuerung der Schalter erleichtert.
Die Erfindung betrifft also eineSchaltung ur impulsweisen Energieübertragung zwischen Leitungsab- schnitten, bei der die Leitungsabschnitte mit je einem Leitungsspeicher abgeschlossen sind, der über Schalter, welche jeweils durchFolgen von Steuerimpulsen betätigt werden, an mindestens eine Multiplexschiene anschaltbar ist und bei der Energieübertragungen mittels mehr oder weniger grossen Impulsen von ausschliesslich ein und derselben Polarität erfolgen. Diese Schaltung ist insbesondere zur Verbindung von Leitungsabschnitten in Zeitmultiplex-Vermittlungssystemen geeignet.
Sie ist dadurch gekennzeichnet, dass in die Übertragungswege jeweils Entsprechend gepolte Gleichrichter eingefügt sind, sc dass sie ledig- lich :- die die benötigten Energieübertragungen bewirkenden Stromimpulse durchlassen, dagegen deren unbeabsichtigte Rückübertragung sperren.
Bisher wurde angenommen, dass für die Energieübertragungen jeweils lediglich Impulse derselben Polarität auftreten. Wenn dies nicht von allein der Fall ist, so lässt sich dies auch durch zusätzliche Massnahmen erzielen, also auch dann, wenn über die jeweils hergestellte Verbindung Wechselspannungen und
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gen, bei der den Leitungsspeichern Tiefpässe vorgescbaltet sind, deren Grenzfrequenz kleiner als die halbe Fclgefrequenz der Steuerimpulse für die den Leitungsspeichern zugeordneten Schalter ist.
Bei dieser Schaltung sind nun diese Tiefpässe mit den Leitungsabschnitten über Übertrager zu verbinden, deren Primärwicklungen die zu übertragendenWechselspannungen zugeführt werden und auderenSekundän'ick- lungen ausserdem eine Vorspannung angelegt ist, die mindestens der Amplitude der grössten zu übertra- genden Wechselspannung entspricht und dieselbe Polarität hat, wie die Ladungen, die in gegebenenfalls als Lei ungsspeicher dienenden Kondensatoren aufzutreten haben.
Für die erfindungsgemässe Schaltung werden im folgenden mehrere Ausführungsbeispiele angegeben und im einzelnen an Hand der Fig. 1-7 beschrieben.
Hiebei stelltFig. 1 ein Ausführungsbeispiel dar, bei dem die impulsweisen Energieübertragungen über eine Multiplexschiene geführt werden, die Fig. 2 stellt ein Ausführungsbeispiel dar, bei dem zwei Multiplexschienen vorhanden sind, die Fig. 3, 4 und 5 zeigen Beispiele für bei Energieübertragungen zu verwendende Zwischenspeicher und die Fig. 6 und 7 zeigen Beispiele für Zeitdiagramme für die Betätigung von in die Übertragungswege eingefügte Schalter sowie für die jeweils stattfindenden Energieübertragungen.
Zunächst seien noch einige Angaben darüber gemacht, wie die Gleichrichter in die jeweils zustande kommenden Übertragungswege eingefügt werden können. Eine derartige Einfügung kann in verschiedener Weise erfolgen. So kann z. B. vorgesehen werden, dass die Gleichrichter in die betreffenden Übertragungswege jeweils mitHilfe vonschaltern eingefügt werden, die zu den Gleichrichtern in Reihe liegen und zur Durchschaltung der betreffenden Übertragungswege mitHilfe von Steuerimpulsen betätigt werden. Werden für die Durchschaltung der Übertragungswege solche Schalter benutzt, die von sich aus lediglich eine Energieübertragung in der beabsichtigten Richtung zulassen und daher zugleich die Gleichrichter mitumfassen, so sind besondere Gleichrichter überflüssig.
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Den in den Fig. 1 und 2 gezeigtenSchaltungsbeispielen ist gemeinsam, dass imZuge des Energieübertragungsweges jeweils zwei zentrale Zwischenspeicher liegen, die über zentrale Schalter abwechselnd während der Anschaltung von mindestens einem der beiden betreffenden Leitungsspeicher an eine Multiplexschiene ebenfalls an die betreffendenMultiplexschienen anschaltbar sind und dass die Schalter in deiartiger Folge betätigt werden, dass jeweils während der gleichzeitigen Betätigung eines einem Leitungsab-
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SchaltersMultiplexschienen angeschaltet werden. Bei der Schaltung gemäss Fig.1 kann der Zwischenspeiches S1 sowohlüberdenSchalter1k1alsauchüberdenSchalter2k1anddieeinzigedortvorhandeneMultiplexschiene M angeschaltet werden. Der Zwischenspeicher S2 kann uber die Schalter. 1k2 und 2k2 an dieseMultiplexschiene angeschaltet werden.
InReihe zu den vorstehend erwähnten betreffenden Schaltern liegen bei der Schaltung gemäss Fig. 2 die Gleichrichter 1G1, 2G1, 1G2 und 2G2. DieRe Gleichrichter sind hier verschieden gepolt, u. zw. derart, dass jeweils durch Betätigung ein geeigneten Scl1al- ters ein Strom in der beabsichtigten Stromrichtung fliessen kann. Bei der Schaltung gemäss Fig. 1 werden nur die beidenGleichrichter Gl und G2 benötigt, da hier nur eineMultiplexchiene vorhanden ist. Auh diese sind verschieden gepolt, so dass durch Betätigung eines geeigneten Schalters bei einer Energieübertragung jeweils ein Strom in der beabsichtigten Richtung fliessen kann.
Für die Reihenfolge, in der die Schalter betätigt werden können, gibt es verschiedene Möglichkeiten, die im folgenden ah Hand aer einzelnen Schaltungsbeispiele genauer erläutert werden.
Es wird nun die Schaltung gemäss Fig. 1 näher betrachtet. Wie bereits erwähnt, ist hier nur eine einzige Multiplexschiene vorhanden. Bei Benutzung dieser einzigen Multiplexschiene M werden nun die Energieübertragungen für alle über diese Multiplexschiene gehenden Verbindungen iiber dieselben beiden Zwischenspeicher S1 und S2 durchgeführt. Hiezu wird jeweils nur der erste der jeweils zusammenarbeitenden Leitungsspeicher, darauf nur der zweite und dann wieder nur der erste dieser beiden Leitungs-
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an die Multiplexschiene angeschaltet. Als erster Leitungsspeicher kann z.
B. der Kondensator C avorübergehend angeschaltet, von dem aus daraufhin eine Energieübertragung zum zweiten Leitungsspeicher Cb stattfindet. WährendderwiederholtenAnschaltungdeserstenLeitungsspeichers Ca findetbeizusätzli-
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den Energieaustausch zwischen andern Leitungsspeichern benutzbar. So konnen für mehrere Verbindungen die angegebenen Energieübertragungen über die Multiplexschiene und die Zwischenspeicher durchgeführt werden, bis nach Massgabe der jeweils für dieselbe Verbindung vorgegebenen Abtastfrequenz Energieübertragungen für die zuerst behandelte Verbindung wiederholt werden müssen. Danach folgen wieder Energieübertragungen für die an zweiter Stelle behandelte Verbindung usw.
Es wird nun der Aufbau der inFig. 1 gezeigtenSchaltung im einzelnen beschrieben. Bei dieser Schaltung sind an die mit M bezeichnete Multiplexschiene mehrere Leitungsspeicher anschaltbar, welche Leitungsabschnitte abschliessen, von denen die beiden Leitungsabschnitte Ta und Tb gezeigt sind. Zu ihnen gehören die LeitLngsspeicher CaundCb. Der Leitungsspeicher Ca ist hier durch denSchalter ta und der Leitungsspeicher Cb ist durch den Schalter tb an die Multiplexschiene anschaltbar. Ein derartiger Schalter wird gegebenenfalls mitHilfe einerFolge von Steuerimpulsen in an sich bekannter Weise (s. z. B. franz. Patentschrift Nr. 1.072.144) betätig.Ist die Folge der Steuerimpulse periodisch, so kann man sie als
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bezeichnen.
Auch die Schalter, über die die beidenZwischenspeicher S 1 und S 2 an die Multi plex-Sie liegen dann jeweils in Reihe zu diesen Gleichrichtern. Jeder der beiden Zwischenspeicher S1 und S2 kann über einen von zwei ihm zugeordneten Schaltern mit dem einen oder andern der beiden Gleichrichter G1 und G2 verbunden werden. So kann z. B. der Zwischenspeicher S1 über die Schalter lkl und 2kl entweder mit dem Gleichrichter Gl oder mit dem Gleichrichter G2 verbunden werden.
Daher kann zunächst für eine Energieübertragung von einem Leitungsspeicher zu einem Zwischen-
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danach für eine Energieübertragung vondemselbenZwischenspeicher aus zu einem andern Leitungsspeicher ein Impuls aus dem Zwischenspeicher S1 über den andern Gleichrichter entnommen werden. Es ist je- weils der Gleichrichter mit geeigneter Polung mit Hilfe eines der Schalter lkl und 2k2 in den Über- tragungsweg einzufügen. Die beiden betrachteten Energieübertragungen ergeben insgesamt eine Energie- übertragung zwischen den beiden beteiligten Leitungsspeichern. Dabei ist jedoch vorausgesetzt, dass bei diesen Fnergieübertragungen bei den Leitungsspeichern lediglich Impulse von ausschliesslich ein und derselben Polarität auftreten.
Wenn alsLeitungsspeicher und auch alsZwischenspeicherKondensatoren benutztsind undin die Übertragungswege mit Induktivität behaftete Spulen eingefügt sind, so werden durch die bei Energieübertragungen auftretenden Impulse diese Kondensatoren entladen und wieder aufgeladen. Die Zwischenspeicher S1 und S2 sind hier durch die inFig. 3 gezeigteSchaltung mit den Kondensatoren Cl und C2 vertreten, welche an dieSchaltungspunkte X und Y anzuschliessen ist. Als mit Induktivität behaftete Spulen dienen die Spulen La und Lb, welche jeweils zu einemLeitungsabschnitt geh3ren. Das Auftreten der Impulse bei Energieübertragungen wird nun näher beschrieben. Ist z.
B. der als Leitungsspeicher dienende Kondensator Ca positiv aufgeladen worden und werden dann die beiden Schalter ta und lkl hinreichend lang gleichzeitig betätigt, so wird mit Hilfe einer Halbschwingung in dem hiebei durchgeschalteten Schwingkreis aus den Schaltelementen Ca, LaunjCl die Ladung des Kondensators Ca zum Kondensator Cl über den Gleichrichter G1 übertragen, der dabei in Durchlassrichtung vom Stromimpuls durchflossen wird. Nach dem Ende der Übertragung kann eine Rückübertragung nicht einsetzen, da diese durch den Gleichrichter G1 gesperrt wird.
Eine besondere zeitliche Genauigkeit für die Betäti-' gung der Schalter ta und 1kl ist also nicht erforderlich, es ist also nur darauf u achten, dass die Betätigungszeit dieser Schalter länger als die Dauer einer Halbschwingung ist. Entsprechend ist auch eine besondere Genauigkeit für die Abstimmung des betrachteten Schwingkreises nicht erforderlich. Es können also auch für die Kondensatoren Ca und Cl und für die S pule La grosse Toleranzen zugelassen werden.
Nach der bereits beschriebenen Energieübertragung hat eine Energieübertragung vom als Zwischenspeicher dienenden Kondensator Cl zum als Leitungsspeicher dienenden Kondensator Ca zu erfolgen.
In diesem Fall werden hinreichend lange gleichzeitig die Schalter tb und 2kl betätigt. Die Ladung des Kondensators Cl wird dabei zum Kondensator Cb übertragen, u. zw. ebenfalls mit Hilfe einer Halbschwingung. Der damit verbundene Stromimpuls durchfliesst diesmal den Gleichrichter G2, u. zw. ebenfalls in Durchlassrichtung. Dieser ist nämlich anders als der Gleichrichter Gl gepolt. Auch dies- mal wird eine Rückübertragung verhindert, da diese durch den Gleichrichter G2 gesperrt wird. In entsprechender Weise können auch Energieübertragungen über den andern als Zwischenspeicher dienenden Kondensator C2 durchgeführt werden, wobei die Schalter 1k2 und 2k2 mitzuwirken haben.
Ausser Energieübertragungen vom als Leitungsspeicher dienende : ! Kondensator Ca zum als Leitungsspeicher dienendenKondensator Cb können natürlich auch Energieübertragungen über einen der beiden als Zwischenspeicher dienenden Kondensatoren Cl und C2 in umgekehrter Richtung, also vom Kondensator Cb zum Kondensator Ca stattfinden. Diese werden in ganz ähnlicher Weise wie die bisher betrach- teten Energieübertragungen abgewickelt.
Zweckmässigerweise werden als Zwischenspeicher dienende Kondensatoren jeweils vor ihrer on einem Leitungsspeicher her stattfindenden Aufladung mit Hilfe zusätzlicher Kurzschlussschalter kurzgeschlossen,
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folgende Energieübertragung nicht stören, oder verfälschen können. Hiezu können die in Fig. 3 gezeigten Kurzschlussschalter kl und k2 benutzt werden. Es sei noch bemerkt, dass es sich auch empfiehlt, aus ähnlichen Gründen bei diesem sowie bei den später beschriebenen Schaltungsbeispielen ein periodisches Erden der Multiplexschiene M zu geeigneten Zeitpunkten vorzusehen.
Bisher wurde vorausgesetzt, dass Energieübertragungen mittels Impulsen ein und derselben Polarität stattfinden, die jedoch verschiedene Grössen haben können. Das bedeutet, dass an den als Leitungsspeichern dienenden Kondensatoren Ca und Cb nur elektrische Ladungen mit ein und derselben Polarität aufzutreten haben. Auch an den als Zwischenspeicher dienenden Kondensatoren treten übrigens in diesem Fall ebenfalls lediglich Ladungen ein und derselben Polarität auf. Wenn diese Bedingung nicht von allein
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erfüllt ist, so lässt sich, worauf bereits hingewiesen wurde, dies auch durch besondere Massnahmen erzielen, also auch dann, wenn über die jeweils hergestellte Verbindung Wechselspannungen und Wechselströme verschiedener Frequenzen zu übertragen sind.
Diese Massnahmen sind auch bei der in Fig. l dargestell- ten Schaltung vorgesehen. Dort sind den als Leitungsspeichern dienenden Kondensatoren Ca und Cb jeweils Tiefpässe vorgeschaltet, zu denen die Drosseln Da und Db sowie die Kondensatoren aC und bC
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schnittselspannungen und Ströme werden seiner Primärwicklung I zugeführt. 1I : entsprechender Weise gehört zumLeitungsabschnitt Tb mitdemLeitungsspeicher Cb der Übertrager Wb, an dessen Sekundärwicklung II ebenfalls die positive Vorspannung +U gelegt ist. Die zu übertragenden Wcchselspannungen und Ströme werden seiner Primärwicklung I zugeführt.
Wegen der Wirkung der an den Sekun- därwicklungen II angelegten Vorspannung können an den als leitungsspeicher dienenden Kondensatoren Ca und Cb nur positive Spannungen auftreten, sie können also nur mit positiver Polarität aufge- laden werden.
Es werden nun im folgenden noch einmal im Zusammenhang alle Energieübertragungen beschrieben, die notwendig sind, um eine Verbindung der Leitungsabschnitte Ta und Tb zustande zu bringen. Hiezu werden die zur Fig. 6 gehörenden Zeitdiagramme betrachtet. Die Zeitachse liegt dort jeweils waagrecht, wobei die Zeitpunkte nach rechts aufeinander folgen. An Hand der Zeitdiagramme T, K1 und K2 ist
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für dieEnergieübertragungen die zu den Zwischenspeichern gehörenden Schalter lkl, 2kl,lassrichtung belasteten Gleichrichtern Gl und den Schalter 1k2 der Kondensator C2 aufgeladen.
Alsbald wird der Kondensator Cl über den Schalter 2kl und den Gleichrichter G2 entladen, wobei letzterer vom Entladestrom in Durchlassrichtung durchflossen wird. Schliesslich wird über denselben auch hiebei in Durchlassrichtung belasteten Gleichrichter G2 und den Schalter 2k2 der Kondensator C2 während der zweiten Betätigungszeit des Schalters ta entladen. Das bereits erwähnte Kurzschlie- ssen der als Zwischenspeicher dienenden Kondensatoren Cl und C2 erfolgt hier zweckmässigerweise während des Anschaltens des als ersten Leitungsspeicher dienenden Kondensators Ca. Zum Kurzschlie- ssen dienen die Schalter kl und k2. Ihre Betätigungszeiten sind mit in die mit Kl und K2 bezeichnetenDiagramme eingezeichnet.
Diese Betätigungszeiten füger sich gut in die übrigen Betätigungszeiten
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Sie können auch noch kürzer sein, da eine Anpassung an eine Halbschwingung hier nicht nötig ist. Es kann dann auch dementsprechend die Betätigungszeit des Schalters ta verkürzt werden. Wie bereits angegeben wurde, kann bei Benutzung von in die Übertragungswege eingefügten Gleichrichtern in der vorstehend beschriebenen Weise vorgesehen werden, dass die Energieübertragung von und zu den Leitungsspei-
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bevor der Übertragungsweg durch ÖffnungSchwingkreis zu bilden, der so abgestimmt ist, dass die Länge der Halbwelle seiner Eigenschwingung kürzer als die kürzeste auftretende Zeitspanne ist, während der der betreffende Übertragungsweg durchgeschaltet ist.
Es sei daran erinnert, dass hiebei für die Abstimmung des betreffenden Schwingkreises eine grosse Toleranz zulässig ist. Zweckmässigerweise wird dabei die Länge der Durchschaltung eines Übertragungsweges jeweils durch die Betätigung eines Schalters bestimmt, der einem Zwischenspeicher zugeordnet ist und über den der betreffende Übertragungsweg geht.
Ein Beispiel für den Verlauf der in diesem Fall an den Zwischenspeichern Cl und C2 auftretenden Spannungen und Ströme sowie der an den Leitungsspeichern dienenden Kondensatoren Ca und Cb auftretendenSpannungen ist in der bereits erwähnten Fig.6 in den Diagrammen uCa, uCb, iCl und iC2 gezeigt. Auch bei diesen Diagrammen liegt die Zeitachse waagrecht, die Zeitpunktefolgenalsonachrechts aufeinander. Das Diagramm uCa zeigt den Spannungsverlauf am Kondensator Ca. Man sieht, dass die zunächst dort liegende Spannung während der Betätigung des Schalters 1kl verschwindet. Gleichzeitig wird gemäss dem Diagramm iC1 de ; Kondensator Cl durch einen Strom aufgeladen.
Während derBetätigungszeit des Schalters lk2 wird, wie das Diagramm uCb zeigt, der Kondensator Cb entladen und zugleich gemäss Diagramm iC2 der Kondensator C2 durch einen Strom aufgeladen.
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Während der alsbald darauffolgenden Betätigungszeit für den Schalter 2kl wird der Kondensator Cl entladen, wie das Diagramm iCl zeigt. Der Kondensator Cb ladet sich dabei auf, s. Diagramm uCb. Während der Betätigungszeit des Schalters 2k2 wird schliesslich der Kondensator C2 entladen, wie das Diagramm iC2 zeigt. Dabei ladet sich der Kondensator Ca auf, s. Diagramm uCa. Die an den Kondensatoren Ca und Cb zu Beginn der Energieübertragung liegenden Spannungen waren ver- schieden. Der Kondensator Ca hatte die niedrigere und der Kondensator Cb die höhere Spannung.
NachAbschluss der betrachtetenEnergieübertragungen hat der Kondensator Ca die höhere und der Kon- densator Cb die niedrigere Spannung. Die Spannungen und die Ladungen der Kondensatoren sind also vertauscht worden. Vergleicht man die Betätigungszeiten der den Zwischenspeichern zugeordneten zen- tral liegenden Schalter 1k1, 2kl, 1k2 und 2k2 mit den Zeitspannen, während der die in den Diagram- men eingezeichneten Spannungen und Stromänderungen jeweils stattfinden, so sieht man, dass diese je- weils bereits während der halben Betätigungszeit des betreffenden einem Zwischenspeicher zugeordneten Schalters beendet sind. Diese Spannungs- und Stromänderungen bewirken jeweils die Entladung des einen und die Aufladung des andern der beiden beteiligten Kondensatoren.
Rückentladungen werden durch die in die Übertragungswege eingefügten Gleichrichter unterdrückt.
Wie bereits erwähnt, sind gewisse Änderungen der Abstimmung der Schwingkreise, die bei den Ener- gieübertragungen 1urchgeschaltet werden, zulässig, ohne dass deswegen die Betätigungszeit der zentral liegenden Schalter geändert werden müsste. Dies ermöglicht eine parametrische Verstärkung mit Hilfe von als Zwischenspeicher dienenden Kondensatoren vorzunehmen. Vorteilhaft ist auch, dass die als Zwischenspeicher dienenden Kondensatoren hier in jedem Fall nur mit Spannungen ein und derselben Polarität beliefert werden. Für eine parametrische Verstärkung ist jeweils die Kapazität des betreffenden Kondensators vor seiner Entladung zu verringern. Die hiezu zuführende Energie dient zur Erhöhung seines Energieinhaltes. Hiefür geeignete Kondensatoren sind bereits bekannt (s. z. B.
Fernmelde-Praxis Bd. 37, Nr. 6, 15. 3. 60, S. 227). Zweckmässigerweise wird ein derartiger Kondensator in mehrere Teilkondensatoren aufgegliedert (s. deutsche Patentanmeldung S 77474 IIIVa/21 a2). Ein derartiger Kondensator ist in Fig. 8 dargestellt. Dieser Kondensator besteht aus den vier Teilkondensatoren Cll, C12, C13 undC14, die in Form einer Brückenschaltung angeordnet sind. Die einen beiden gegenüberliegenden Verbindung. s- punkte der Teilkondeusatoren dienen als Anschlüsse für den Kondensator. Über die andern beiden mit E bezeichneten gegenüberliegenden Anschlüsse wird in gegebenen Fall eine Spannung zugeführt, welche eine Veränderung der Kapazität der einzelnen Kondensatoren bewirkt.
Als Kondensatoren, die durch eine derartige Spannung gesteuert werden, stehen z. B sogenannte Varactoren, d. h. Halbleiterdioden, die im Sperrbereich betrieben werden, zur Verfügung. Die an den Klemmen E zugeführte Steuerspannung teilt sich über die dazwischenliegendenBrückenzweige bei entsprechender Dimensionierung der Teilkondensatoren derart an diesen Kondensatoren auf, dass zwischen den andern beiden gegenüberliegenden Anschlüssen durch sie keine Spannungsdifferenz hervorgerufen wird. Sie kann daher die übrige Schaltung, in die dieser veränderliche Kondensator eingefügt ist, nicht beeinflussen.
Es sei bemerkt, dass auch-die bereits beschriebenen mit Induktivität behafteten Spulen, welche in den Übertragungsweg eingefügt sind, zur parametrischen Verstärkung ausgenutzt werden können. Zu diesen Spulen gehören die mit La und Lb bezeichneten Spulen. Diese Spulen sind den Leitungsabschnitten zugeordnet. Sie können auch teilweise oder ganz durch eine Spule ersetzt werden, die in die Multiplexschiene M einzufügen wäre. Diese Spule würde zentral liegen und könnte ebenfalls zur parametrischen Verstärkung ausgenutzt werden (s. deutsche Patentanmeldung S 80 489 IIIVa/21a2). Eine als parametrischer Verstärker dienende Spule ist zweckmässigerweise in Teilspulen mit mehreren Wicklungen aufzugliedern. Diese Aufgliederung entspricht der Aufgliederung eines Kondensators in mehrere Teilkondensatoren.
Als Zwischenspeicher können ausser Kondensatoren auch andere Reaktanzen benutzt werden, welche dann auch zur parametrischen Verstärkung ausnutz bar sind. Ferner können sie z. B. auch als terromagne- tisch' ; Kernspeicher ausgebildet sein. Sie haben dann aus einem Material mit Remanenz und mit einer innerhalb des für Energieeinspeicherungen auszunutzenden Arbeitsbereiches angenähert linearen Arbeitskennlinie für die magnetischen Eigenschaften zu bestehen. Bei einer Einspeicherung erfolgt dann beim betreffendenKernspeicher eine von einem vorher festgelegten magnetischenAnfangszustand her ausgehen- de Magnetisierung, welche bis zur Ausspeicherung erhalten bleibt.
Diese Magnetisierung entspricht dabei jeweils der übertragenen Energie. Bei der Ansspeicherung erfolgt dann eine Energieübertragung von dem alsZwischenspeicher dienendenKernspeicher zu einem Leitungsspeicher. Diese Energieübertragung erfolgt mit Hilfe eines Ableseimpulses, der den betreffenden Kernspeicher in seinen magnetischen Anfangszustand zurückversetzt. DerartigeKernspeicher sind in Fig. 4 gezeigt. Die in dieser Figur gezeigte Schaltung
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ersetzt im gegebenen Fall bei der in Fig. l gezeigten Schaltung den dort unterhalb der Schaltungspunkte Z und Y liegenden Teil. Die beiden Kernspeicher sind mit Nl und N2 bezeichnet. Die Ableseimpulse werden über die Klemmenpaare pl und p2 den dort angeschlossenen Wicklungen zugeführt.
Es kann sich hier auch als zweckmässig erweisen, diesen als Zwischenspeicher dienenden Kemspeichern jeweils besondere Rückstellimpulse zuzuführen, bevor in sie eine Einspeicherung vorgenommen wird. Dadurch werden die Kernspeicher jeweils genau in ihren festgelegten magnetischen Anfangszustand versetzt. Bei
Benutzung von Kernspeichern und andern Schaltelementen als Zwischenspeicher können deren eventuell vorhandene besondere Eigenschaften dazu mitausgenutzt werden, die vollständige Entladung von als
Leitungsspeicher dienenden Kondensatoren innerhalb kurzer Zeit zustande zu bringen. Bei Kernspeichern kommt dafür deren eventuell vorhandene Induktivität in Frage. In diesen Fallen sind in die Übertragungs- wege Spulen mit kleinerer Induktivität als sonst oder eventuell gar keine Spulen einzufügen.
Es wird nun das in Fig. 2 gezeigte Schaltungsbeispiel näher betrachtet, bei dem die Energieübertra- gungen zur Verbindung zweier Leitungsabschnitte in etwas anderer Weise vorgenommen werden als bei dem bereits im einzelnen erläuterten Schaltungsbeispiel gemäss Fig. l. Es sind hier zwei Multiplexschie- nen vorhanden. Zwecks Unterscheidung zwischen abgehender und ankommender Aufbaurichtung (abge- hender bzw. ankommender Verkehr) ist jeder Leitungsabscbnitt über einen ersten Schalter an eine Ab- gangsmultiplexschiene und über einen zweiten Schalter an eine Ankunftsmultiplexschieneunschaltbar.
Diese beiden Multiplexschienen sind mit Mab und Man bezeichnet.
Die Energieübertragungen werden jeweils über diese beidenMultiplexschienen und über dieselben beiden zentralen Zwischenspeicher durchgeführt, welche mit S 1 und S2 bezeichnet sind. Diese zentralen Zwischenspeicher sind über zentrale Schalter ebenfalls an die beiden Multiplexschienen anschaltbar. Es sind dies die Schalter lk1, : Gk1, lk2 und 2k2.
Bei dieser Schaltung wird nun jeweils gleichzeitig der eine der beiden betreffenden Leicungs- speicher an die eineMultiplexschiene und der andere Leitungsspeicher an die andere Multiplexschiene angeschaltet, währenddessen die beiden zentralen Z wischenspeicher S l und S22 wechselweise aber zentrale Schalter sowohl an die eine als auch an die andere Multiplexschiene in der Weise angeschaltet werden, dass nach den dabei stattfindenden Energieübertragungen die beiden Leitungsspeicher ihren Energieinhalt untereinander ausgetauscht haben. Danach sind die beiden Zwischenspeicher für Energieausiausch zwischen andern Leitungsspeichern benutzbar.
Es können daher auch hier für mehrere Verbindungen Energieüber- tragungen über die Multiplexschienen und die beiden Zwischenspeicher durchgeführt werden.
Bei dieser Schaltung führt ein Übertragungsweg jeweils über einen der Gleichrichter lGl, 2Gl, 1G2 oder 2G2. Durch geeigneteBetätigutig der zentralenschalter lkl, 2kl, lk2 und 2k2 werden sie jeweils in geeigneter Weise in den betreffenden Übertragungsweg eingefügt. Damit auch Wechselspannungen und Wechselströme übertragen weiden können, sind auch hier den Leitungsspeichern in der gleichen Weise wie bei der Schaltung gemäss Fig. l Tiefpässe vorgeschaltet, die mit den 1eitungsabschnitten über ihre Übertrager verbunden sind. Es sind dies die Übertrager Wa undWb. Ibrefi Primärwicklungen I werden die zu übertragenden Wechselspannungen zugeführt.
Ihre Sekundärwicklungen sind an die Vorspannung +U angelegt, die auch hier mindestens der Amplitude der grössten zu übertragenden Wechselspannung entspricht, und dieselbe Polarität hat, wie die Ladungen, die in den als Speicher dienenden Kondensatoren Ca und Cb aufzutreten haben. Auch hier bewirkt das Vorhandensein der Vorspannung +U, dass die Kondensatoren Ca und Cb nur positiv aufgeladen werden.
Von den an dieMultiplexschienen Man und Mab anschaltbarenLeitungsspeichern, welche Leitungsabschnitte abschliessen, sind hier wie bereits erwähnt, die die Leitungsabschnitte Ta und Tb abschlie- ssenden Leitungsspeicher Ca und CD gezeigt. Der Leitungsspeicher Ca ist über den Schalter anta an die Multiplexschiene Man und über den Schalter abta an die Multiplexschiene Mab anschaltbar. Der Leitungsspeicher Cb ist über den Schalter antb an die Multiplexschiene Man und über den Schalter abtb an die Multiplexscl1Íene Mab anschaltbar. Die Multiplexschiene Mab dient zur Weiterleitung abgehenden Verkehrs und wird im folgenden als Abgangsmultiplexschiene bezeichnet.
Leitungsabschnitte, von denen aus eine Verbindung in abgehender Richtung aus aufzubauen ist, werden daher im gegebenen Fall über den betreffenden zugehörigen Schalter an die Multiplexschiene Mab angeschaltet. Die Multiplexschiene Man dient als Ankunftsmultiplexschiene und wird auch im folgenden so bezeichnet. Leitungsabschnitte, zu denen in ankommender Richtung hin eine Verbindung aufzubauen ist, werden über ihren betreffenden zugehörigen Schalter an die Multiplexschiene Man angeschaltet.
Durch die jeweilige Anschaltung des betreffenden Leitungsabschnittes bzw. des zugehörigen Leitungsspei- chers an die eine oder andere Multiplexschiene wird hier also ein Unterschied zwischen abgehender und ankommender Verbindungsaufbaurichtung gemacht. Die zum Anschalten benutzten Schalter werden auch hier gegebenenfalls mit Hilfe einer Folge von Steuerimpulsen betätigt. Da hier jeweils gleichzeitig der
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eine der beiden betreffenden Leitungsspeicher an die eine Multiplexschiene und der andere Leitungsspeicher an die andere Multiplexschiene angeschaltet werden, kann dieselbe Folge von Steuerimpulsen zur Betätigung der beiden betreffenden Schalter benutzt werden. Als Leitungsspeicher sind auch bei diesem Schaltungsbeispiel Kondensatoren vorgesehen. Sie werden auch hier im Zuge der Energieübertragung jeweils umgeladen.
Am Ende einer vollständigen Übertragung haben die beiden beteiligten als Leitungsspeicher dienenden Kondensatoren ihre Ladungen untereinander ausgetauscht. Zu den zwischen die Leitungsspeicher und die zugehörigen Leitungsabschnitte eingefügten Tiefpassfilter gehören die Drosseln Da und Db sowie die Kondensatoren aC und bC.
Im folgenden wird nun die Arbeitsweise der inFig. 2 gezeigten Schaltung beschrieben, wenn als Zwischenspeicher die in Fig. 3 gezeigten Kondensatoren Cl und C2 benutzt sind. In den jeweils durchgeschalteten Übertragungswegen möge auch jeweils eine mit Induktivität behaftete Spule liegen. Dazu gehören die den betreffenden Teilnehmerleitungen zugeordneten Spulen La und Lb. Die Erergieübertra- gungen zum betreffenden Speicher finden dann auch hier jeweils in Form einer Halbschwingung in dem gerade durch die Betätigung der Schalter durchgeschalteten Schwingkreis statt. Diese Energieübertragun- gen und dieReihenfolge derBetätigungen der betreffendenSchalter sind im einzelnen in denZeitdiagram- men in Fig. 7 dargestellt.
In den mit T, Kl und K2 bezeicl1netenDiagrammen ist die Betätigung der be-
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schnitten Ta und Tb zugeordnetenSchalter abta und antb betätigt werden. Hiebei hat der Leitungs- abschnitt Ta abgehenden und der Leitungsabschnitt Tb ankommenden Verkehr. Hätte der Leitungs- abschnitt T a ankommen Jen und der Leitungsabschnitt Tb abgetenden Verkehr, so wären die Schal- ter anta und abtb zu betätigen. In jedem Fall sind die beiden betreffenden Schalter gleichzeitig zu betätigen. In jedemFallsind die beiden betreffendenSchalter gleichzeitig zu betätigen.
Während der Betätigungszeit der Schalter abta und antb sind nun zunächst über die Schalter lkl und 2k2 und danach über die
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Diagramm Kl ist gezeigt, dass der Kondensator C1 zuerstüber den Schalter 1k1 an die Ankunftsmultiplexschiene Man angeschaltet wird. Danach wird der Schalter 2kl betätigt, wodurch der Kondensator Cl nun an die Abgangsmultiplexschiene Mab angeschaltet wird. In ähnlicher Weise wird gemäss demDiagramm K2 währendderBetäügungszeitderSchalter abtaundantb derKondensator C2 über den Schal- ter 2k2 zunächst an die Abgangsmultiplexschiene Mab und danach an die Ankunftsmultiplexschiene Man angeschaltet.
Zur gleichenzeit ist also an dieselbe Multiplexschiene nur jeweils einer dieser beiden Kon- dersatoren angeschaltet.
AnHand der noch zu Fig. 7 gehörendenDiagramme uCa, uCb, iC1 und iC2 ist auch der Verlauf der Spannungen an den als Leitungsspeicher dienenden Kondensatoren Ca und Cb sowie der Verlauf derStrö- me bei den als Zwischenspeicher dienenden Kondensatoren C1 und C2 dargestellt. Die Energieübertragungen finden auch hier jeweils in Form einer Halbschwingung statt. Das Diagramm uCa zeigt den Spannungsverlauf am Kondensator Ca. Man sieht, dass die dort zunächst liegende Spannung während der Betätigung des Schalters lkl verschwindet. Gleichzeitig wird gemäss dem Diagramm iC1 der Kondensator C1 durch eine Stromhalbwelle aufgeladen. Während der gleichzeitigen Betätigung des Schalters 2k2 verschwindet die amKondensator Cb liegendeSpannung, s. Diagramm uCb.
Gleichzeitig wird gemäss dem Diagramm iC2 der Kondensator C2 durch eine Stromhalbwelle aufgeladen,
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C2 und Ca zur Folge, was aus den Diagrammen iC2 und uCa hervorgeht. Die an den Kondensatoren Ca und Cb zu Beginn der Energieübertragungen liegenden Spannungen waren verschieden. Der Kondensator Ca hatte die niedrigere und der Kondensator Cb die höhere Spannung. Nach Abschluss der betrachteten Energieübertragungen hat der Kondensator Ca die höhere und der Kondensator Cb die niedrigere Spannung. Die Ladungen der Kondensatoren sind also vertauscht worden.
Auch bei dieser Schaltung-sind die zu den jeweils durchgeschalteten Übertragungswegengehörenden Schwingkreise so abgestimmt, dass eine Halbschwingung eines Schwingkreises jeweils kürzere Zeit in Anspruch nimmt als die Zeitdauer der Betätigungszeit des zugehörigen zentral liegenden Schalters. Die in den dier betrachteten Diagrammen eingezeichneten Spannungs-und Stromänderungen nehmen daher wesentlich kürzereZeit in Anspruch als dieBetätigung des betreffenden einem Zwischenspeicher zugeordneten Schalters. Auch bewirken diese Spannungs- und Stromänderungen jeweils die Entladung des einen und dieAufladung des andern der beiden beteiligten Kondensatoren.
Rückentladungen weruen auch hier durch
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mung der Schwingkreise infolge Kapazitätsänderung bei parametrische Verstärkung haben auch hier auf die erforderlichen Betätigungszeiten für die betreffenden Schalter keinen unmittelbaren Einfluss. Auch hier werden die als Zwischenspeicher und auch gegebenenfalls als parametrische Verstärker dienenden
Kondensatoren in vorteilhafter Weise in jedem Fall nur mir Spannungen ein und derselben Polarität be- liefert. Es sei noh erwähnt, dass zum Kurzschliessen der als Zwischenspeicher dienenden Kondensatoren
C1 und C2 auch die in der Schaltung gemäss Fig. 3 gezeigtenSchslte' kl und k2 benutzt werden kön- nen.
Zweckmässigerweise werden sie jeweils gleichzeitig betätigt, u. zw. bevor Energieübertragungen zwischen zwei Leitungsspeichern vorzunehmen sind. Die Länge ihrer Betätigung kann kürzer als die Länge der Betätigung der andern zentral liegendenschalter sein. Ihre Betätigung ist auch in die Diagramme Kl und K2 eingezeichnet.
Auch bei dem in Fig. 2 dargestellten ScHaltungsbeispiel können ausser Kondensatoren noch andersar- tige Schaltelemente als Zwischenspeicher benutzt werden. Dazu gehören z. B. die bereits erwähnten ferromagnetischenKernspeicher. Auch hier sind beiBenutzung andererzwischenspeicher in die Übertragungs- wege gegebenenfalls Spulen mit kleinerer Induktivität als sonst oder eventuell gar keine Spulen einzufügen. Die Form der Kurven für die Spapnungs- und Stromänderungen bei Energieübertragungen kann bei Benutzung anderer Zwischenspeicher von der Form der in Fig. 7 gezeigten Kurven etwas abweichen.
Es sei noch bemerkt, dass auch bei dem in Fig. 2 gezeigten Schaltungsbeispiel die Energieübertragungen von und zu den Speichern, die jeweils mit der Durchschaltung des betreffenden Übertragungsweges beginnt, bereits beendet ist, bevor de; Übertragungsweg durch Öffnung eines in ihm liegenden Schalters unterbrochen wird. Es ist auch hier zweckmässig, die Länge der Durchschaltung eines Übertragungsweges jeweils durch die Betätigung desjenigen zentral liegenden und einem Zwischenspeicher zugeordneten Schalters zu bestimmen, über den der betreffende Übertragungsweg geht.
Zentral liegende Schalter lassen sich nämlich bei gleichemaufwand genauer steuern als die den Leitungsabschnitten zugeordneten Schalter. Dies gilt auch für das in Fig. 1 dargestellte Schaltungsbeispiel.
Der Aufbau der benutzten Schalter und der Steuereinrichtungen, welche diese Schalter zusteuern haben, wurde vorstehend nicht näher beschrieben. Derartige Schalter und die dazugehörigensteuereinrichtungen sind nämlich an sich bekannt (s. franz. Patentschrift Nr. 1. 072. 144, USA-Patentschrift Ni.2,936,387) .
PATENTANSPRÜCHE :
1. Schaltung zur impulsweisen Energieübertragung zwischen Leitungsabschnitten, bei der die Leitungsabschnitte mit je einem Leitungsspeicher abgeschlossen sind, der über Schalter, welche jeweils durch Folgen von Steuerimpulsen betätigt werden, an mindestens eine Multiplexschiene anschaltbar ist und bei der Energieübertragungen mittels mehr oder weniger grossen Impulsen von ausschliesslich ein und derselben Polarität erfolgen, insbesondere zur Verbindung von Leicungsabschnitten in Zeitmultiplex-Vermitt- lungs, eystemen, dadurch gekennzeichnet, dass in die Übertragungswege jeweils entsprechend gepolte Gleichrichter (Gl, G2;
1G1, 2G1, 1G2, 2G2) eingefügt sind, so dass sie lediglich die die benötigten Energieübertragungen bewirkenden Stromimpulse durchlassen, dagegen deren unbeabsichtigte Rücküber-
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