DE143386C

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Publication number: DE143386C
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Description

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KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

- Λ! 143386 KLASSE 21 a.

REGINALD AUBREY FESSENDEN in MANTEO (North Carolina, V. St. A.).

Verfahren zum Telegraphieren mittels elektromagnetischer Wellen.

Patentiert im Deutschen Reiche vom 13. August 1902 ab.

Den Gegenstand der vorliegenden Erfindung bildet ein Verfahren zum Telegraphieren mittels elektromagnetischer Wellen von derart niedriger Frequenz, daß dieselben unmittelbar mechanische Bewegungen im Empfänger hervorzubringen vermögen, und zwar vorzugsweise mit Hülfe eines magnetischen Feldes, in welchem ein die im Empfangsleiter erzeugten Wechselströme führender Leiter beweglich angeordnet ist.

Bisher benutzte man Wellen von hoher Frequenz, etwa 2 000 000 und mehr : in der Sekunde ; es ist aber schwierig, solche Wellen in der Empfangsstation dahin nutzbar zu machen, daß sie unmittelbar mechanische Bewegungen erzeugen, denn das zu bewegende Element, z.B. eine Telephonmembran, ist entweder zu schwerfällig, um darauf überhaupt anzusprechen, oder aber ihre Vibrationen sind so schnell, daß sie nicht nutzbar werden.

Gemäß der vorliegenden Erfindung werden also elektrische Schwingungen einer solchen Frequenz, die innerhalb des Bereiches der bei mechanischen Schwingungen erreichbaren Frequenz liegt, zum Telegraphieren benutzt, und zwar wird dabei der Sendeleiter derart gestaltet, daß entweder seine Kapazität oder seine Selbstinduktion oder aber diese beiden sehr groß sind, und die Kapazität wird über einen großen Teil seiner Länge gleichförmig verteilt. Um beträchtliche Energiebeträge durch Wellen niedriger Frequenz auszustrahlen, wird hier die Spannungssteigerung nutzbar gemacht, die aus Resonanzwirkungen infolge gehöriger Bemessung der Selbstinduktion und Kapazität entsteht, so daß die Phasen der elektromotorischen Kraft der erregenden Wechselstrommaschine und des Stromes im Luftleiter zeitlich zusammenfallen.

Werden die langsamen Schwingungen dadurch erzielt, daß die Kapazität des Sendeleiters erhöht wird, so verläuft die Resonanzkurve flacher, als wenn man dieselbe Wirkung durch Vergrößerung der Selbstinduktion erreichen 'will. Es wird daher hier die Kapazität groß und die Selbstinduktion vergleichsweise klein gehalten; es wird also der Sendeleiter kurz gemacht und daher dessen Selbstinduktion und sein Widerstand verringert, aber die Kapazität des Sendeleiters wird erheblich vergrößert, so daß das Produkt aus Kapazität und Selbstinduktion trotzdem vergrößert wird. An Stelle der gebräuchlichen Induktionsspule tritt ein Wechselstromerzeuger (Dynamomaschine) von folgenden Eigenschaften:

Er muß erstens reine Sinuswellen erzeugen, da dieses bekanntlich die einzige Kurvenform ist, die vollkommene Resonanz gibt. Die Wechselstrommaschine kann dabei so gewickelt sein, daß sie z. B. nur 1000 Volts bei offenem Stromkreis erzeugt; infolge der Resonanzwirkungen aber kann man dann am Sendeleiter 100 000 Volt erhalten. Es ist möglich, Resonanzwirkungen bei Benutzung einer Wechselstrommaschine von niedrigem inneren Widerstände mit einer Wechselzahl zu erhalten, die mit der Eigenschwingungszahl des Sendeleiters identisch ist. Eine solche Maschine läßt sich leicht

handhaben, da es genügt, einen Stromschalter in Nebenschluß zu einem mäßig hohen Widerstände zu schalten, so daß beim Schließen des Schalters der Widerstand kurz geschlossen und eine hohe Resonanzspannung erreicht wird, während beim Öffnen des Schalters der dadurch in den Stromkreis eingeschaltete Widerstand hinreicht, um die Oszillationen zu dämpfen.

ίο Zweitens muß bei der Dynamomaschine der Anker einen niedrigen inneren Widerstand besitzen, da anderenfalls die Oszillation gedämpft und hohe Resonanzspannungen nicht erzeugt werden würden.

Drittens muß die Dynamomaschine gut ventiliert sein, da während des Sendens eines Zeichens der Strom sich auf hunderte oder gar Tausende von Amperes anstauen kann.

Viertens muß die Drahtlänge im Anker so klein als möglich sein im Vergleich zur Länge des Sendeleiters, denn anderenfalls würde ein zu großer Betrag der elektrischen Konstanten des Sendeleiters, d. h. des Stromkreises von der Spitze des Leiters bis zum Boden einschließlich des Ankers, auf den Teil des Stromkreises zwischen den Ankerklemmen entfallen und die Ausstrahlung bei einer bestimmten Spannung an der Spitze des Sendeleiters würde viel geringer sein, als wenn der Anker eine vergleichsweise kürzere Drahtlänge besäße. Fünftens ist es auch wesentlich, daß alles durch Ströme im Leiter magnetisch beeinflußte Eisen derail bemessen und verteilt wird, daß dadurch die Gestalt der Spannungskurve nicht verzerrt oder Kraftverlust durch Hysteresis nicht verursacht wird, da dann eine zu starke Dämpfung vorhanden wäre. Aus diesen Gründen sollte die Dynamomaschine einen festen Anker ohne Eisen und mit einem möglichst langen Luftraum besitzen, sofern nur dabei die erforderliche magnetische Feldstärke noch erreicht werden kann. Ferner sollte sie umlaufende Polschuhe von solcher Gestalt besitzen, daß möglichst angenähert Sinuswellen erzeugt werden, und außerdem müssen die umlaufenden Teile aus magnetischem Materiale von hoher Zugfestigkeit, wie Nickelstahl, bestehen.

Für manche Fälle empfiehlt es sich, die Oberfläche des Luftleiters teilweise zu vergrößern, so daß zwei oder mehrere Serien von Wellen verschiedener Wellenlänge erzeugt werden, wobei die Wellenlänge der ersten Serie von den elektrischen Konstanten des Sendeleiters als Ganzes abhängig ist und die Wellenlänge der anderen von der Lage und dem Betrage der stellenweise vergrößerten Kapazitäten abhängt, in gleicher Weise wie durch Anbringen eines Gewichtes oder einer Feder an eine Pianosaite, zwischen deren Endpunkten Nebenschwingungen im Draht erzeugt werden können.

Um große Energiemengen ausstrahlen zu können, wird der ausstrahlende Leiter, über den die Kapazität verteilt ist, einen erheblichen Teil der Gesamtlänge des Sendeleiters zu bilden haben. Ist bei der Dynamomaschine eine Funkenstrecke nicht vorgesehen, so läßt sich sofort ein ununterbrochen ausstrahlender Wellenzug von wesentlich gleichförmiger Stärke erzeugen, zum Unterschiede von den bekannten Systemen, bei denen die Funkenbildung einen Wellenzug von schnell sich vermindernder Stärke auslöst, auf den ein verhältnismäßig lang dauernder Zeitraum ohne jede Ausstrahlung folgt. Weiter kann man bei Funkenentladung vermöge der lang andauernden Schwingungen von niedriger Frequenz die ausstrahlungsfreien Zwischenzeiträume erheblich beschränken und selbst vollständig überbrücken.

Dementsprechend besteht das vorliegende Verfahren zum Telegraphieren mittels elektromagnetischer Wellen darin, daß ein Luftleiter, dessen die Schwingungsdauer bestimmende, elektrische Konstanten (Kapazität und Selbstinduktion) sehr groß gewählt und passend verteilt sind, mittels einer Dynamomaschine mit Wechselströmen einer solchen Frequenz erregt wird, welche innerhalb des Bereichs der bei mechanischen Schwingungen erreichbaren Frequenz liegt und wobei die Wechselzahl und Stromkurve der Dynamomaschine derjenigen der Eigenschwingungen des Luftlcitcrs entspricht.

In der beiliegenden Zeichnung veranschaulicht

Fig. ι schematisch eine Ausführungsform eines zur Ausführung der Erfindung dienenden Apparates.

Fig. 2 stellt eine Abänderung des Apparates auf der Empfangsstation dar und

Fig. 3 ist ein senkrechter Schnitt eines der Leiter.

Fig. 4 ist ein Grundriß dazu und Fig. 5 eine Ansicht, zum Teil geschnitten, einer besonderen Ausführungsform des Leiters.

Der Sendeleiter 1 ist mittels einer Selbstinduktionsspule 2 mit einer Klemme der Dynamomaschine 3 verbunden, deren andere Klemme geerdet ist. Der Leiter kann eine hohe Kapazität haben, wie in Fig. 3 dargestellt, und die Gestalt eines zylindrischen Käfigs aus parallelen Längsdrähten 4 besitzen, deren Enden durch Ringe 5 mit Naben 6 in Verbindung gehalten werden. Die Naben dienen zur Aufnahme der Tragstangen 7 aus Bambus oder anderem leichten, nichtleitenden Materiale. Zweckdienlich wird man den Käfig aus einzelnen Abteilen zusammensetzen, die mittels der Ringe, wie dargestellt, mechanisch und elektrisch verbunden werden. Dieser Drahtzylinder wird z. B. durch eine Leitung 8 über die Dynamomaschine mit der Erde in Verbindung gebracht, die mit Spulen oder Windungen

Claims

zwecks Regelung . der Selbstinduktion des Sendeleiters ausgestattet sein kann. Wie die Fig. 5 verbildlicht, kann der ausstrahlende Teil ein Zylinder 9 mit zusammenhängender Metallwand sein, dessen Oberfläche stellenweise durch übergelegte Streifen oder Bänder vergrößert sein kann. Auf der Empfangsstation ist der Empfangsleiter 10 mit einer Klemme einer Empfangs- vorrichtung, beispielsweise eines Telephons, verbunden, dessen andere Klemme mit der Erde in Verbindung steht. Da die Frequenz der ankommenden, die Ströme in dem Leiter 10 induzierenden Wellen niedrig ist, so wird die Membran des Telephons darauf ansprechen und ihre Schwingungen werden hörbare Zeichen erzeugen. In Fig. 2 ist eine weitere Form der Empfangsvorrichtung dargestellt, wie sie von Evershed bereits für die Induktionstelegraphic angewendet worden ist. Ein Teil der Erdleitung des Empfangsleiters 10 besteht aus einem feinen, zwischen den Polen eines Magneten 13 gespannt gehaltenen Drahte 12. Inas folge der Wechselwirkung der durch den Draht 12 gehenden Ströme und des magnetischen Feldes gerät der Draht in Schwingungen und schließt den Stromkreis an der Mikrophonkontaktspitze 14, die derart eingestellt ist, daß für gewöhnlich kein Stromschluß mit 12 besteht. Ein die Batterie 15 und Relais 16 oder dergl. einschließender Stromkreis wird zum Teil vom Kontakt 14 und Draht 12 gebildet, so daß bei Schluß des Sekundärstromkreises infolge der Schwingungen des Drahtes 12 das Relais erregt wird. In jedem Falle ist der mit einem geerdeten Empfangsleiter verbundene Empfänger derart angeordnet, daß er bezüglich seiner elektrisehen Funktion auf elektromagnetische Wellen von sehr niedrigen Periodizitäten im Vergleich zu bekannten Leitern anspricht und bezüglich seiner mechanischen Funktion auf mechanische Schwingungen von viel höheren Periodizitäten anspricht, d. h. Periodizitäten, die nahe der äußersten Grenze der Vernehmbarkeit liegen und bei Induktionstelegraphen mit Empfängern ähnlicher Art noch niemals in Anwendung kamen. Mit einem in der beschriebenen Weise ansprechenden Empfänger lassen sich neue Wirkungen, d. h. direkte Wirkungen erreichen. Von bekannten ähnlichen Empfangsapparaten für drahtlose Telegraphic durch Induktion unterscheidet sich der beschriebene Empfänger auch dadurch noch, daß er mit einem geerdeten Empfangsleiter verbunden ist. Patent-A ν sprüche:

1. Ein Verfahren zum Telegraphieren mittels elektromagnetischer Wellen, dadurch gekennzeichnet, daß der Luftleiter, dessen die Schwingungsdauer bestimmende elektrische Konstanten (Kapazität und Selbstinduktion) sehr groß gewählt und passend verteilt sind, vermittels einer Dynamomaschine mit Wechselströmen einer solchen Frequenz erregt wird, welche innerhalb des Bereichs der bei mechanischen Schwingungen erreichbaren Frequenz liegt und wobei die Wechselzahl und Stromkurve der Dynamomaschine derjenigen der Eigenschwingungen des Luftleiters entspricht.

2. Ein Empfänger zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein die im Empfangsleiter erzeugten Wechselströme führender Leiter in einem konstanten oder regelbaren magnetischen Felde infolge der Wechselwirkung zwischen den Strömen und dem Magnetfelde in Schwingungen versetzt wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.

Berlin, gedruckt in der reichsdruckerel