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Die vorliegende Erfindung betrifft Einrichtungen zur Telegraphie mit Erdströmen.
Sie soll das gleichzeitige Aufnehmen und Senden zweier Depeschen an demselben Orte, das Mehrfachsprechen ermöglichen.
Die Erfindung beruht auf folgender Erscheinung : Werden die Pole einer Wechselstromquelle mit zwei voneinander in grösserer Entfernung liegenden Punkten A und B der Erdoberfläche verbunden (Fig. i), so fliesst durch die Erde ein Strom. Dieser Strom breitet sich im Boden theoretisch unbegrenzt weit aus, und zwar sind bekanntlich bei geringer Frequenz des Stromes die einzelnen Stromlinien angenähert Kreisbögen, die durch die Erdungspunkte A, B gehen ; in der Fig. i ist die Erdleitung stark gezeichnet, die Stlomlinien sind schwach gezogen. Der im Boden fliessende Strom erzeugt magnetische Kraftlinien, die die Stromlinien umschliessen.
Der ungefähre Verlauf der Kraftlinien ist in Fig. 2, die einen Schnitt nach der Linie C-D der Fig. i zeigt, dargestellt ; L bedeutet den Querschnitt durch die isolierte Erdleitung, die den Strom den Erdungspunkten A und B zuführt und deutet durch die Pfeilspitze zugleich die momentane Richtung des Stromes an. Die Kreuze P verweisen auf die im Boden verlaufenden Stromlinien und versinnlichen ebenfalls in bekannter Weise die momentane Richtung des Stromes.
In unmittelbarer Nähe der Erdleitung kommen die den Leiter L umschlingenden Kraftlinien besonders zur Geltung, daher treten hier die Kraftlinien fast normal aus dem Boden, in grösserer Entfernung verlaufen sie schief und in einer Entfernuug von 100 m schon nahezu parallel zum Erdboden. Die Kraftliniendichte nimmt natürlich mit der Höhe über dem Boden ab, doch erfolgt diese Abnahme so langsam, dass sie praktisch nicht merkbar ist. Ebenso nimmt die Kraftlinienzahl absolut mit der Entfernung von den Erdungspunkten ab, und zwar in demselben Masse wie die Stromstärke. Die Reichweite der Erdtelegraphie ist daher bei induktivem Empfange ungefähr dieselbe wie beim Empfange durch Kontakt mit der Erde.
Betrachtet man nun einen kleinen Ausschnitt des Gebietes, so kann man sagen, dass die Kraftlinien in Ebenen verlaufen, die normal stehen zu der an ihrem Orte herrschenden resultierenden Stromrichtung. Die Grösse und Richtung dieses resultierenden Stromes ist natürlich bedingt durch die Verteilung und Richtung aller Stromfäden im leitenden Felde.
Unter resultierendem Strome ist hierbei ein geschlossener Strom von solcher Richtung und Stärke verstanden, dass er geeignet ist, die Wirkung aller Teilströme am betrachteten Gebietsausschnitte zu ersetzen.
Während die Ausbreitungsmöglichkeit des Stromes an den leitenden Erdboden gebunden ist, erfüllen die Kraftlinien den Raum. Aus der angegebenen Verteilung der magnetischen Kraftlinien im Stromfelde geht ohne weiteres die Möglichkeit hervor, die induktive Wirkung der Kraftlinien eines Wechselstromfeldes zur Nachrichtenübertragung zu verwenden.
A) Zeichenübertragung mit Hilfe der magnetischen Wirkung im Boden fliessender Ströme.
Die Sendestation besteht aus einer Wechselstromquelle S, die Ströme so hoher Frequenz liefert, dass das Telephon mit verhältnismässig hohem Tone anspricht. Mit Hilfe von Erdspiessen oder Erdungsplatten wird der Wechselstrom zwei Punkten A und B (Fig. I) der
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Rahmen aufgewickeltem Leiter, an dessen Enden das Empfangstelephon angeschlossen wird.
Sendet die Station S Wechselstrom in den Boden, so entsteht im ganzen Stromfelde und auch am Orte der Empfangsstation E ein magnetisches Wechselfeld. Die Richtung dieses Feldes ist abhängig von der Richtung des Stromes im Boden. Horcht man am Telephon, so beobachtet man sehr bald, dass die Lautstärke der empfangenen Zeichen wesentlich von der Stellung des Rahmens abhängt. Liegt der Rahmen flach am Boden, so sind bei grösserer Entfernung der Sendestation die Zeichen nur sehr schwach vernehmbar ; stellt man den Rahmen normal zum Boden, so findet man beim Drehen des Rahmens um seine vertikale Achse zwei Maxima und zwei Minima der Lautstärke, die abwechselnd 900 voneinander abstehen.
Ist der Empfangsapparat (Telephon, eventuell in Verbindung mit einem Verstärkungsapparat) selbst gegen die Einwirkung des Wechselfeldes vollkommen geschützt, so treten besonders die Minima der Lautstärke (vollkommenes Schweigen) sehr scharf hervor. Dreht man den Rahmen um 900 aus der Minimumstellung, so erhält man die Lage stärkster Erregung. Ein solcher rahmenförmiger Leiter ist also für den Empfang in der Erdtelegraphie sehr geeignet. Die Apparatur ist einfach, die Station leicht beweglich und selbst während des Empfangens an keinen Standort gebunden.
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B) Die Empfangstrennung.
Oben wurde ausgeführt, dass der Drahtrahmen des Empfängers zwei ausgezeichnete Stellungen zum Stromfelde einnehmen kann : eine Stellung kräftigster Erregung und eine Lage geringster oder verschwindender Lautstärke. Der Verlauf der Stromlinien im Boden hängt wesentlich ab von der Lage der Erdungspunkte A B. Dreht man die Erdleitung an der Sendestation z. B. aus der Nordsüd-in die Ostwest-Richtung, so werden auch die Stromlinien am Orte der Empfangsstation ihre Richtung entsprechend ändern. Man hat es daher immer in der Hand, zwei Sendestationen so anzulegen, dass ihre Sendeströme bei der gemeinsamen Empfangsstation mitein'ander einen rechten Winkel einschliessen. Für den gleichzeitigen Empfang beider Stationen kommen dann zwei Drahtrahmen in Betracht, die unter einem rechten Winkel zueinander aufgestellt sind.
Für den Einzelempfang aber genügt ein drehbarer Rahmen. Je nach der Lage des Rahmens wird nur die eine oder die andere Station gehört oder bei einer Mittelstellung des Rahmens beide Stationen zugleich.
C) Das Mehrfachsprechen.
Nach dem Vorausgehenden ist es ohne weiteres verständlich, dass es möglich ist, bei der Sendestation einen Empfangsrahmen so aufzustellen, dass er von den Sendeströmen nicht beeinflusst wird. Es ist hierzu nur nötig, den Rahmen in die Ebene der Kraftlinien des Sendestromes zu legen. Selbstverständlich muss hierbei dafür gesorgt sein, dass das Empfangstelephon (Verstärker) nicht direkt durch das Wechselfeld beeinflusst wird. Die Gegenstation hat hierbei ihre Sendeleitung so anzuordnen, dass ihre Zeichen in diesem Rahmen gehört werden. Auf diesem Wege ist es also möglich, gleichzeitig eine Depesche zu senden und eine Depesche zu empfangen.
Man kann auch den Rahmen der Einwirkung einer Sendeleitung dadurch entziehen, dass man ihn normal zur Ebene der Kraftlinien, also in die Ebene des Sendestromes, legt ; dann treten im allgemeinen Kraftlinien durch den Ring. Man kann aber durch den Versuch auch bei dieser Stellung leicht eine Lage des Ringes zur Sendeleitung finden, bei der keine Kraftlinien des Sendestromes den Ring durchsetzen oder richtiger ausgedrückt, den Ring umschlingen. Diese Lage des Ringes ist in Fig. 3 dargestellt. Der Punkt S bedeutet den Schnitt durch die Sendeleitung, die Rechtecke R den Schnitt durch den Rahmen, E den stromdurchflossenen Erdboden (vgl. auch Fig. 2).
Praktisch wird die richtige Lage am besten dadurch ermittelt, dass man den Rahmen fest auf den Boden stellt und die dem Rahmen parallele Sendeleitung soweit hebt, bis der Sendestrom im Empfangstelephon des Rahmens nicht mehr gehört. wird.
Legt man zwei Sendeleitungen Si und S2 (Fig. 4) so aus, dass sie miteinander einen rechten Winkel einschliessen, so kann man unter Anwendung der beiden besprochenen Methoden, einen Rahmen der induzierenden Wirkung eines Sendestromes zu entziehen, zwei Empfangsrahmen so aufstellen, dass sie von den Sendeleitungen Sj und S2 nicht beeinflusst
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liegen aber voll der Einwirkung der Sendeströme einer entsprechend aufgestellten fremden Sendestation. Durch die in Fig. 4 gegebene Anordnung ist es also möglich, in einer Erdtelegraphenstation gleichzeitig vollkommen unabhängig zwei Telegramme abzusenden und zwei Telegramme zu empfangen.
PATENT-ANSPRÜCHE : I. Einrichtung zur Telegraphie mit Erdströmen, bei welcher in der Sendestation bei der Zeichengebung der Erde an zwei Punkten Wechselströme zugeführt werden, dadurch gekennzeichnet, dass in der Empfangsstation eine mit dem Empfangsapparate (Telephon) verbundene Spule (oder Drahtrahmen) so angeordnet ist, dass sie in die Lage der stärksten Induktion durch-die Erdströme gebracht werden kann.