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Schaltungsanordnung zur überwachung von übertragungsleitungen, insbesondere
von Teilnehmeranschlußleitungen in Fernsprechanlagen auf ihren Schaltzustand Zur
überwachung bzw. zur Auswertung des Schaltzustandes von übertragungsleitungen in
Fernmelde-, insbesondere Fernsprechanlagen, ist es allgemein bekannt, die bei Änderung
dieses Schaltzustandes z. B. durch die den Wahlbeginn kennzeichnende Schleifenstromabsenkung
bzw. durch die zur Kennzeichnung der Wählinformation erzeugten Unterbrechungen des
Schleifenstromes erforderlichen Schaltvorgänge durch die Kontaktlage der Kontakte
eines dadurch seinen Erregungszustand ändernden sogenannten Schleifenrelais, das
über symmetrische Wicklungen - die gleichzeitig der Gleichstromspeisung von
z. B. Teilnehmerapparaten dienen - in die übertragungsleitung eingeschaltet
ist, zu veranlassen. An Stelle eines einzigen Relais werden auch mehrere Relais
unterschiedlicher Ansprechenipfindlichkeit in die übertragungsleitung eingeschaltet,
um auf diese Weise Ströme unterschiedlicher Stärke auszuwerten.
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Im Hinblick auf die unterschiedlichen Leitungsbedingungen sind die
Anforderungen bezüglich Ansprechsicherheit, Verzerrungsfreiheit, Abfall bei Nebenschluß,
Unempfindlichkeit gegen Störungen, die durch Einkopplung von Fremdspannungen auftreten
können usw., die an derartige Schleifenrelais gestellt werden, sehr hoch. Die Verwendung
von Relais einfacher Bauweise für derartige Zwecke, wie z. B. Einzelankerkontaktrelais,
bereitet beträchtliche Schwierigkeiten, da eine einwandfreie Auswertung des Schaltzustandes
der übertragungsleitung ohne Herabsetzung der Leitungslänge infolge ihrer geringen
Windungszahl durch die dadurch bedingte Niederohmigkeit nicht gewährleistet ist.
Außerdem können die durch eine derartige überwachungsschaltun- bedingten Einfil-Ungsverluste
ohne zusätzliche-, den Scheinwiderstand erhöhende Bauelemente nicht klein
' genug gehalten werden. Um dennoch den Einsatz dieser modernen Kleinrelais
zu ermöglichen, hat man den Kleinrelais zum Zweck der Leitungsüberwachung Verstärkerelemente,
insbesondre Transistoren, vorgeschaltet, die den durch den Leitungsstrom an einem
Widerstand bewirkten Spannungsabfall auswerten. Der Nachteil dieser Anordnung besteht
jedoch darin, daß Transistoren gegenüber den auf der übertragungsleitung möglicherweise
auftretenden überspannungen sehr anfällig sind.
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. In der deutschen Patentschrift 1029 422 ist eine Teilnehmerschaltung
beschrieben, die einen übertrager mit zwei symmetrischen Primärwicklungen aufweist.
Diese beiden Wicklungen sind jeweils zwischen dem einen Pol der Amtsbatterie und
eine der beiden Adern der Schleife geschaltet. Der übertrager, der mit einem Weicheisenkern
ausgestattet ist, wirkt differenzierend und erzeugt bei Änderung des Zustandes der
Teilnehmerschleife, also beim Schließen oder öffnen, in seiner Sekundärwicklung
einen Impuls. Es wird hier die Änderung des Schleifenstromes ausgewertet. Der bei
Schleifenschluß auftretende Impuls wird zur Zündung einer Gasentladungsröhre verwendet,
die auf eine Anlaßschaltung für Anrufsucher einwirkt. Diese Anordnung ist zwar weitgehend
unempfindlich gegen eingekoppelte Störspannungen, sie ist aber neben dem sehr ins
Gewicht fallenden Aufwand, bedingt durch die Verwendung einer Gasentladungsröhre
mit den zugehörigen Schaltmitteln und dem sich daraus ergebenden hohen Spannungsbedarf
nicht in der Lage, Schleifenöffnungen, wie sie z. B. bei der Impulswahl auftreten,
auszuwerten.
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In der deutschen Patentschrift 1029 885 ist eine Amordnung
beschrieben, mit der unter anderem Wählimpulse dadurch ausgewertet werden, daß die
in der Sekundärwicklung eines mit seiner Primärwicklung in der Teilnehmeranschlußleitung
liegenden übertragers induzierten Impulse ein im Kollektorkreis eines der Sekundärwickluno,
nachaeschalteten Transistors liegenden Relais kurzzeitig zum Ansprechen bringt.
Für die bei der Schleifenunterbrechunc, bzw. Schleifenschließung entstehenden Impulse
mit entgegengesetzter Polarität ist jeweils ein solches Auswerteorgan, bestehend
aus Transistor und Relais, vorgesehen. Mit dieser Anordnung, die gegenüber den eingangs
genannten Störungsmöglichkeiten wenig betriebssicher erscheint, ist es also nicht
möglich, durch Kontakte eines einzigen, mittels den von den Wahlimpulsen durch ein
differenzierendes Schaltglied abgeleiteten kurzen Impulsen gesteuerten Relais diese
in adäquate Gleichstromzeichen umzusetzen und auf nachgeschaltete Anordnungen einwirken
zu lassen.
Nach der deutschen Patentschrift 1128 894 ist
eine Anordnung bekannt, bei der ein Sättigungsübertrager Verwendung findet, dessen
Steuerwicklung in die auf ihren Schaltzustand zu überwachende übertragungsleitung
eingeschleift ist. Sobald durch diese Steuerwicklung ein ausreichender Leitungsstrom
fließt, wird die transformatorische Wirkung des übertragers durch überführung in
den Sättigungszustand aufgehoben. Bei Stromlosigkeit der zu überwachenden übertragungsleitung
dagegen verlagert sich der Arbeitspunkt des Sättigungsübertragers infolo,e einer
zusätzlich wirksamen Vorerregung derart, daß die einer weiteren Erregerwicklung
zugeführte Wechselspannung in der als Sekundärwicklung ausgebildeten zusätzlichen
Arbeitswicklung eine Spannung, induziert, die über eine Gleichrichteranordnuno,
ein Relais einfacher Bauweise z. B. ein Einzelankerkontaktrelais, steuert. Eine
derartige Anordnung ist aber sehr aufwendig, insbesondere bereiten die einzuhaltenden
Nebenschlußbedingungen Schwierigkeiten bei der Einstellung des Arbeitspunktes. Das
hat zur Folge, daß der bei einem vorgegebeneu Material zur Verfügung stehende Ummagnetisierungsflußhub
nur zu einem Bruchteil ausgenutzt werden kann und demzufolge zur Aufbringung eines
bestimmten magnetischen Flusses, der für die Aussteuerung des die Wahlimpulse dadurch
weiterleitenden Relais notwendig ist, der Kernquerschnitt des verwendeten Sättigungsübertragers
entsprechend größer gewählt werden muß. Mit Rücksicht auf die für die Aussteuerung
des Sättigungsübertragers aufzubringende Feldstärke müssen gewisse Forderungen an
das verwendete Kernmaterial dahingehend gestellt werden, daß der zwischen den beiden
Sättigungsästen liegende Teil der Hystereseschleife eine bestimmte Steigung nicht
überschreitet. Außerdem sind zusätzliche Maßnahmen vorzusehen, um zu verhindern,
daß der Arbeitswechselstrom auf die zu überwachende übertragungsleitung übertragen
wird.
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Zusammenfassend ist festzustellen, daß diese bekannten Anordnun-en
den eingangs genannten Anforderungen an derartige überwachungsschaltungen, nämlich
gleichzeitig bestmögliche Auswertung der Stromänderung bei höchstmöglicher Unempfindlichkeit
hinsichtlich der angeführten Störungsmöglichkeiten stets nur teilweise erfüllen.
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Die vorliegende Erfindung, die die Nachteile der bekannten Anordnungen
vermeidet, betrifft nun gleichfalls eine Schaltungsanordnung zur überwachung der
Schleifenzustandsänderung in abgeriegelten übertragungsleitungen, insbesondere von
Teilnehmeranschlußleitungen in Fernsprechanlagen. Sie vereinigt folgende Merkmalea)
die für Speisebrücken notwendige Induktivität wird durch die symmetrischen Primärwicklungen
eines übertragers gebildet; b) die Sekundärwicklung des differenzierend wirkenden
übertragers ist mit dem Eingangskreis einer aus einem Transistor und einem Relais
bestehenden bistabilen Schaltstufe verbunden; c) im Eingangskreis der bistabilen
Schaltstufe ist ein spannungsabhängiger Widerstand mit richtungsabhängiger Schwellwertcharakteristik
angeordnet.
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Durch den kombinatorischen Effekt dieser Einzelmerkmale ergibt sich
eine optimale schaltungstechnische Lösung für die Aufgabe, die beispielsweise über
eine Teilnehmeranschlußleitung gegebenen Wählimpulse auszuwerten bzw. bei Tastatursysteinen
die Anforderung des Teilnehmers festzustellen und die nachfolcenden Schaltmaßnahmen
zu veranlassen. Durch die symmetrische Anordnung der Primärwicklungen des übertragers
heben sich die von außen ein-C bl gekoppelten Störspannungen hinsichtlich ihrer
Auswirkung auf eine Magnetisierungsflußänderung fast vollständig auf. Da der übertrager
durch seine differenzierende Wirkung nur den durch die Zustandsänderung der Teilnehmeranschlußleitung
bedingten Stromabfall bzw. Stromanstieg, d. h.- die Flanken der gleichstrommäßigen
Änderung auswertet, sind enge g C
Toleranzgrenzen hinsichtlich der Festlegung
eines bestimmten Arbeitspunktes nicht zu berücksichtigen. Die Auswertung bzw. Weiterleitung
der Zustandsänderungen der Teilnehmeranschlußleitung erfolgt indirekt dadurch, daß
die in der aufgebrachten Sekundärwicklung induzierten bipolaren Impulse eine bistabile
Schaltstufe steuern, so daß sich'daraus eine "alvanische er Trennung dieses Steuerstronik
-reises vom Schleifenstromkreis der Teilnehmerstelle ergibt. Die bistabile Schaltstufe
wird nicht durch eine schaltungstechnisch aufwendige . 1\,lultivibratorstufe
gebildet, sondern besteht in einfacher Weise aus einem Transistor, in dessen Kollektorkreis
ein Relais liegt, wobei der Transistor durch Aufschalten einer negativen Vorspannung
mittels eines Arbeitskontaktes des im leitenden Zustand erregten Relais in diesem
leitenden Zustand gehalten wird, so daß die für das bistabile Schaltverhalten erforderliche
Maßnahme ohne hohe Anforderungen an einzuhaltende Dimensionierungsbedingungen gegeben
ist. Es kann ein Relais mit einfachem konstruktivem Aufbau, wie sie z.B. die modernen
Einzelankerkontaktrelais darstellen, verwendet werden, da der durch den kleinen
Wicklungsraum und somit kleine AW-Zahl bedingte relativ hohe Anzugsstrom durch die
Aussteuerung über den Transistor, durch den außerdem in bekannter Weise die Ansprechempfindlichkeit
erhöht wird, geliefert wird.
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Um zu verhindern, daß die durch die Unsymmetrien der Leitungen und
des übertragers durchgreifenden eingekoppelten Spannungen die Steuerelektrode des
Transistors störend beeinflussen, ist zwischen ihr und der Sekundärwicklung des
Übertragers in vorteilhafter Weise ein spannungsabhängiger Widerstand mit richtungsunabhängiger
Schwellwertcharakteristik angeordnet. Dadurch bleiben Störspannungen, die unterhalb
dieses Schwellwertes liegen, unwirksam, so daß keine Fehlauswertung eintreten kann.
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Um sicherzustellen, daß die durch die differenzierende Wirkung in
der Sekundärwicklung entstehenden Impulse, deren Impulsdauer eventuell unter der
Ansprechzeit des Relais liegt, eine Änderung des Schaltzustandes des bistabilen
Elementes bewirken, wird die dadurch bedingte Auswirkung auf das diesen Schaltzustand
auswertende Relais durch zusätzliche Schaltmittel unterstützt. Dies kann z. B. durch
den Relaiskreis beeinflussende Kondensatoren oder durch eine als Rückkopplungsschleife
wirkende Zweitwicklung des Relais erfolgen. Auf diese Weise bleibt der die Impulsflanken
verschleifende Einfluß der Leitungskapazitäten ohne Auswirkung auf die auswertende
Schaltungseinrichtung, so daß sich neben dem Vorteil schneller Schaltzeiten beispielsweise
bei der Regenerierung der Wählimpulse nur geringe Verzerrungen ergeben.
Ein
Ausführungsbeispiel einer Anordnung gemäß der Erfindung wird im folgenden an Hand
der Figur bezüglich ihrer Wirkungsweise beschrieben. Die auf ihren Schaltzustand
zu überwachende Leitung 1 ist wie üblich an die galvanisch unterteilte und
kapazitiv geschlossene Primärwicklung eines Leitungsübertragers OLU geführt. Die
den Schaltzustand der übertragungsleitung auswertende Schaltungsanordnung ist über
die an die beiden Adern der übertragungsleitung symmetrisch angeschalteten Primärwicklungen
üW1 und üW2 des differenzierend wirkenden Übertragers, über die auch die Gleichstromspeisuncy
der Teilnehmerstelle erfolgt, an diese übertragungsleitung angekoppelt. Den Primärwicklungen
ist jeweils ein GleichrichterD1 bzw. D2 mit zueinander entgegengesetzter
Polung vorgeschaltet, um beim Ein- bzw. Aussehaltvorgang das Einsetzen einer Schwingung
zu verhindern. Die Sekundärwicklung üW3 des übertragers liegt über zwei gegeneinander
-eschaltete ZehnerdiodenZD1 und ZD2, die den eingangs genannten spannungsabhängigen
Widerstand mit richtungsunabhängiger Schwellwertcharakteristik darstellen, an der
als Steuerelektrode fungierenden Basis des Transistors Tr, der zusammen mit dem
Relais A als bistabile Kippstufe geschaltet ist. Die Sekundärwicklung ÜW3
des Übertragers ist beispielsweise so gepolt, daß bei dem einer Stromabsenkung folgenden
Anstieg des Schleifenstromes in t2 der Leitung 1 der dadurch in der
Sekundärwicklung induzierte Einzelimpuls den Transistor Tr öffnet und dadurch das
Relais A anspricht. Das Ansprechen des Relais wird durch den Kondensator
C 1 dadurch be-
schleunigend unterstützt, daß er den Spannungsteiler,
bestehend aus den Widerständen R 3 und R 5, zu dem betreffenden
Zeitpunkt niederohmio, macht. Durch die Betätigung des Arbeitskontaktes a des Relais
A
wird der Spannungsteiler, bestehend aus den Widerständen R 1 und
R 2, wirksam geschaltet, so daß die Basis des Transistors Tr auf einem gegenüber
dem Emitter negativen Potential gehalten wird und der Transistor in leitendem Zustand
bleibt. Der parallel zum Relais liegende Kondensator C2 bewirkt ein sicheres
Ansprechen des Relais, falls die Impulsdauer der an der Basis des Transistors Tr
anstehenden Öffnungsimpulse unter der Ansprechzeit des Relais liegt. Sein Kapazitätswert
wird bei Erfüllung dieser Forderung so klein wie möglich gehalten, um die Abfallzeit
des Relais nicht verzögernd zu beeinflussen.
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Eine Stromabsenkung bzw. Stromunterbrechung auf der übertragungsleitung
1 hat über die Sekundärwicklung des übertragers einen positiven Einzelimpuls
an der Basis des Transistors zur Folge. Für die Dauer dieses Einzelimpuses kann
über die damit in Durchlaßrichtung beanspruchte Diode D 3 positives Potential
zur Basis durchgreifen, und der Transistor wird somit gesperrt. Durch eine geeignete
Dimensionierung des Relaiskreises hatte sich der Haltestrom für das Relais
A auf einen solch geringen Wert eingestellt, daß sich für die durch die Parallelschaltung
des Reihengliedes, bestehend aus dem Widerstand R 6 und der Diode
D 5, gedämpfte Relaisspule eine niedrige Abfallzeit ergibt. Mit dem
Abfall des Relais A liegt der Kontakt a in der eingezeichneten Ruhelage,
so daß sich die negative Basisvorspannung nicht mehr auswirken kann und der Transistor
weiterhin über den Widerstand R 2 gesperrt bleibt. über den Widerstand R 4 und der
Diode D 4 liegt der Emitter gegenüber der Basis des Transistors Tr auf einem
für eine sichere Sperrung des Transistors ausreichenden negativen Potential. Die
beschriebene Schaltungsanordnung bleibt dauernd an der betreffenden übertragungsleitung
1 angeschaltet, da die Durchgangsdämpfung in der üblichen Qualität gehalten
werden kann und sich somit keine merkbare Beeinflussung der sonst über die abgeriegelte
übertragungsleitung verlaufenden Verbindungsvorgänge el ergibt.