DE163797C - - Google Patents

Description

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KAISERLICHES

PATENTAMT.

JVi 163797 KLASSE 21 a.

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Priorität

Die Erfindung betrifft eine auf eine bestimmte Periodenzahl abstimmbare Empfangsvorrichtung für elektrische Wellen, die also nur auf Impulse einer bestimmten Frequenz anspricht, dagegen durch Impulse einer anderen Frequenz nicht in Tätigkeit gesetzt wird.

Diese Empfangsvorrichtung kann bei Mehrfachtelegraphie auf einem Draht, bei Fernsprechschaltüng mehrerer Teilnehmer mit gemeinsamer Leitung, bei drahtloser Telegraphie und der drahtlosen Beeinflussung von entfernten Apparaten, beispielsweise Torpedos, überhaupt bei allen Apparaten, die durch elektrische Impulse geregelt werden sollen, Anwendung finden.

Es ist bei Vorrichtungen vorliegender Art ■ bekannt, die ankommenden Impulse durch Selbstinduktion und Kapazität in zwei gegeneinander in der Phase verschobene Impulse zu spalten, die im Falle des Eintritts der Resonanz ihren Höchstwert erreichen. Von dieser Anordnung unterscheiden sich nun die in der vorliegenden Erfindung dargestellten Empfangsvorrichtungen dadurch, daß bei ihnen allen die beiden phasenverschobenen Impulse gemeinsam auf einen beweglichen Teil eine Kraftwirkung ausüben, während bei jener bekannten Anordnung nur der eine Teilimpuls motorisch wirksam war; ein weiterer Unterschied besteht darin, daß beim Erfindungsgegenstande auf den beweglichen Teil eine nicht unbedeutende Gegenkraft einwirkt, die überwunden werden muß.

Auf den Zeichnungen ist Fig. 1 eine Ausführungsform einer Empfangsvorrichtung. Fig. 2 und 3 sind weitere Ausführungsformen, und Fig. 4 ist eine Abänderung, welche auf elektrostatischen Erscheinungen beruht.

Die Vorrichtung beruht darauf, daß die ankommenden elektrischen Impulse mit bej kannten Mitteln (Selbstinduktion und Kapazität) in zwei gegeneinander in der Phase verschobene Impulse gespalten werden. Durch diese beiden Stromkomponenten wird in beliebiger Weise eine Kraftwirkung ausgeübt, der eine von dem ungeteilten Strom oder von einer der Phasen erzeugte Gegenkraft entgegenwirkt. Diese von den geteilten Strömen herrührende Kraftwirkung kann die Gegenkraft nur dann überwinden, wenn sie ihren Höchstwert hat, d. h. wenn die Frequenz der Stromimpulse eine derartige ist, daß sie genau die durch die gewählten Werte der Selbstinduktion und Kapazität bestimmte Phasendifferenz ergibt. Ist diese Frequenz vorhanden, so vollführt das bewegliche System der Vorrichtung eine Bewegung und setzt dadurch eine beliebige Anzeigevorrichtung in Tätigkeit.

Fig. ι zeigt einen Empfänger in der Form

eines Motors mit rotierendem Feld. I, I ist ein Paar Feldspulen und 2, 2 ein zweites Paar, welches im rechten Winkel zu dem ersten Paar steht. ■ 10 ist der rotierende Anker, welcher von den Spulen umfaßt wird. Es ist ersichtlich, daß entweder der Anker oder die Feldspulen das bewegliche Glied bilden können. Diese Feldspulen werden in Parallelschaltung von einem Empfängerdraht 5 gespeist, wobei der Strom in beiden Zweigen durch eine Vorrichtung zur Verschiebung der Phasen hindurchgeht, welche in dem einen Zweig aus einem Widerstand mit Selbstinduktion 7 und. in dem anderen Zweig aus einem Kondensator 8 besteht. Der Induktionswiderstand 7 und der Kondensator 8 stehen in solcher Beziehung zueinander, daß sie bei einer bestimmten Frequenz zwischen den Strömen in den beiden Feldspulpaaren eine Phasenverschiebung von 90⁰ hervorrufen. Um . die Vorrichtung gegen Ströme von anderer Frequenz unempfindlich zu machen, ist eine elektromagnetische Gegenkraft vorgesehen, welche aus einem Paar einander genäherter flacher Spulen 9 und 9' besteht, von welchen die eine starr mit dem beweglichen Glied des Motors und die andere fest mit der Grundplatte verbunden ist. Entweder die ganze oder ein Teil der ankommenden Energie wird durch diese Bremsspulen geleitet. Die Spulen sind so bemessen und eingestellt, daß sie die Kraft des Motors für gewöhnlich überwinden, dagegen nicht bei der größten von ihm ausgeübten Kraft. Ein Ortsstromkreis 11, 12, 13, welcher eine Anzeigevorrichtung, beispielsweise ein Läutewerk, enthält, kann dann in Tätigkeit kommen, wenn der Motor die Bremse überwindet. In dem Motor tritt das maximale Drehmoment auf, wenn ein kreisförmiges Magnetfeld vorhanden ist, nämlich wenn der Phasenverschiebungswinkel gleich ist dem Spulenwinkel, also im vorliegenden Falle bei beiden 90⁰ ist. Es ist ersichtlich, daß ein größerer oder kleinerer Spulenwinkel einen entsprechenden Phasenwinkel zur Erreichung der maximalen Wirkung verlangt. Sollen Stromimpulse verschiedener Frequenz durch eine und dieselbe Station empfangen werden, so sind dementsprechend mehrere Phasenver-Schiebungsvorrichtungen anzuwenden, die verschiedene Motoren versorgen.

Es ist klar, daß zur Hervorbringung der wirksamen Phasendifferenz beliebige Mittel angewendet werden können. Ferner können irgendwelche bekannten Mittel, beispielsweise Mikrophonkontakte oder Spiegel, vorteilhaft angewendet werden, um die Bewegung des beweglichen Teils des Motors anzuzeigen. Auch ist es möglich, die Methode dahin abzuändern, daß zwei Motoren gegeneinander geschaltet werden, wovon der eine stärker als der andere ist, ausgenommen bei der größten Wirkung des anderen.

In Fig. 2 sind zwei in Phase liegende Spulen 15, 15'gezeigt, denen die beiden außer Phase liegenden Spulen 16, 16' entgegengeschaltet sind. Diese außer Phase liegenden Spulen werden in folgender Weise erregt:

Durch einen Kondensator 17 von geeigneter Kapazität wird in 16' eine Voreilung von 45 ° gegenüber dem erhaltenen Strom hervorgebracht, während durch einen Widerstand mit Selbstinduktion 17' in dem anderen Zweig eine Nacheilung von 45 ° hervorgerufen wird. Von diesem Zweig wird indessen die Spule 16 nicht unmittelbar gespeist, sondern unter Zwischenschaltung eines Transformators 18, dessen Primärspule durch den nacheilenden Strom erregt wird. Da der Strom in der Sekundärspule des Transformators in seiner Phase hinter derjenigen der Primärspule um etwa 90⁰ zurückbleibt, so kann eine gespannte Phasenverschiebung von 135⁰ bei der richtigen Frequenz in der Spule 16 hervorgerufen werden. Die angegebenen Zahlenbeispiele sind für die praktische Ausführung nicht die günstigsten, jedoch ist die Methode im wesentlichen dieselbe, welche Phasenverschiebungen auch immer in den Primärzweigen des Phasenspalters hervorgerufen werden. Bei der praktischen Ausführung ist die Induktionswirkung der in der Phase nacheilenden Spule bei der Bemessung der Phasenverschiebungsmittel zu berücksichtigen. Wenn nun die Spulen 16 und 16' durch Ströme erregt werden, die um i8o° in der Phase verschieden sind und in oben beschriebener Weise hervorgerufen werden, und wenn die Spulen entgegengesetzt gewickelt sind, dann werden sie von gleich gerichteten Strömen durchflossen und ziehen sich gegenseitig an. Wenn sie dann ein mechanisches Übergewicht über die in Phase liegenden oder Gegenspulen 15, 15' haben, dann bewirken sie die Bewegung des leichten Hebels 20, welcher die Spulen 15' und 16' trägt. Bei allen anderen Frequenzen werden die in Phase liegenden Spulen diese Bewegung verhindern und den Hebel nach abwärts gegen den Anschlag 22. ziehen, der an der linken Seite des Drehpunktes 21 gezeigt ist. Die Bewegung des Hebels kann durch einen Spiegel 23 oder in sonstiger Weise angezeigt werden. Es ist ersichtlich, daß die Spulen 16 und 16' nur bei einer Frequenz ihre maximale Wirksamkeit haben, und es ist mit den beschriebenen Mitteln möglich, diese Frequenz auf ein sehr enges :. Gebiet zu beschränken.

In Fig. 3 ist 34 eine Blattfeder von fester Schwingungszahl N. Am freien Ende dieser Feder ist eine Spule 35 befestigt. An der Grundplatte des Instruments ist eine ähnliche

Spule 35' befestigt. 35 und 35' werden bezw.

N von Strömen gespeist, die bei der Frequenz —

einen Phasenunterschied von 90° haben. Die Mittel hierzu sind dieselben, wie vorher beschrieben, und in Beziehung gesetzt zu der

auszuwählenden Frequenz— Es ist ersichtlich, daß sich die Spulen 35 und 35' während jedes Stromzyklus bei der Frequenz— gegenseitig zweimal anziehen und zweimal abstoßen, und daß diese Anziehungen und Abstoßungen bei dieser Frequenz gleichmäßig zeitlich gemessen und gewechselt werden. Sollte die

N
Frequenz niedriger sein als —■> so wird die

Phasenverschiebung nicht mehr eine Viertelperiode betragen, und · daher werden solche wirksamen Impulse nicht gleichmäßig zeitlich bemessen sein, noch werden die Impulse zeitlich in Einklang sein mit der Schwingungszahl der Feder 34, so daß der Apparat nicht in Tätigkeit tritt. Aus denselben Gründen

. N

wird eine höhere Frequenz als — unwirksam

sein. Anstatt der Spulen 35 und 35' können auch leitende Scheiben angewendet werden, und anstatt der elektromagnetischen Wirkungen können elektrostatische Anziehungen und Abstoßungen benutzt werden. Mit einem elektrischen Abtönungssystem vereinigt, gewährt dieses Verfahren, einen vibrierenden Empfänger in Tätigkeit zu setzen, eine dreifache Sicherheit gegen Ströme von fremden Schwingungszahlen.

Die Fig. 4 zeigt eine elektrostatische Ausführungsform der Fig. 2, bei welcher die Kondensatorscheiben 40 und 40' für gewöhnlieh durch ähnliche Scheiben 41 und 41' überwunden werden. Das letzte Paar wird durch Vorrichtungen erregt, welche ähnlich den in Fig. 2 gezeigten sind. 45 ist ein leichter Hebel, welcher die oberen Scheiben auf einem Drehzapfen 46 trägt. Die Wirkungsweise ist ähnlich derjenigen der Fig. 2 und bedarf daher keiner Erläuterung.

Änderungen in der Stärke der ankommenden Impulse hindern, da ein Teil der empfangenen Energie als Gegenkraft nutzbar gemacht wird, die Auswahlwirkung nicht, denn stärkere Impulse rufen auch stärkere Bremswirkungen hervor. Es ist ersichtlich, daß unter Blattfeder, wie sie in der Beschreibung gebraucht wurde, nicht notwendig ein festes vibrierendes Glied verstanden werden soll, da dieselbe Wirkung erreicht werden kann mit einem Apparat, der in irgend einer Weise so beeinflußt wird, daß er eine bestimmte mechanische Schwingungszahl aufweist.

In der Phase gespaltene Ströme sind bei der gewöhnlichen Telegraphic oder bei Fernsprecherschaltungen mit gemeinsamer Leitung noch nicht in nennenswertem Maße angewendet. Vorrichtungen, welche Ströme von verschiedener Phase benutzen, waren bei der drahtlosen Telegraphic diejenigen Apparate, welche dadurch empfindlicher für eine bestimmte Frequenz der Wellen gemacht wurden, jedoch waren die Apparate keineswegs nur empfindlich für eine ganz bestimmte Frequenz. , Das vorliegende Instrument ist unwirksam gegenüber Impulsen von anderer Frequenz und nicht nur in geringem Maße wirksam gegenüber fremden Frequenzen. Es ist ersichtlich, daß Apparate von Differentialwir- , kung konstruiert werden können, bei denen die Phasenverschiebung nur als Rückwirkung auftritt und nicht zur Hervorrufung eines rotierenden magnetischen Feldes oder zur Hervorrufung der Zeitintervalle, die bei vorliegendem, durch ein abgestimmtes Blatt geregelten Instrument nötig sind, dienen würde.

Es ist ersichtlich, daß es bei sehr hohen Frequenzzahlen unpraktisch sein würde, in den Empfängern Motorspulen mit sehr hohem Selbstinduktionskoeffizienten zu verwenden, denn bei derartig hohen Frequenzzahlen würde die Energie durch Spulen von vielen Windungen stark gedrosselt werden. Bei geringeren Frequenzzahlen indessen braucht nicht notwendig eine derartige Wirkung in den Spulen auftreten. Es ist natürlich in allen Fällen angestrebt, daß die Phasenverschiebungsspule in bestimmtem Verhältnis steht zu der auszuwählenden Frequenz und im äußersten Fall die Form einer einzelnen Windung annehmen kann. Die Rückwirkung dieser Spule würde nur so sein, daß sie die gewünschte Phasenverschiebung hervorbringt, würde aber nicht die Energie abdrosseln oder den Strom wattlos machen, oder nur in solchem Betrage, als es untrennbar mit der Hervorbringung der Phasenverschiebung verbunden ist. Es ist ersichtlich, daß magnetische Rückwirkung die Energie bei den gezeigten elektrostatischen Typen nicht schädlich beeinflussen würde. .

Im Hinblick auf die bekannten. Wechselstromerscheinungen ist es natürlich klar, daß Phasendifferenzen auf vielerlei Art hervorgerufen werden können. .

Claims (6)

1. Patent-Ansprüche:

   i. Eine Empfangsvorrichtung für elektrische Wellen einer bestimmten Frequenz, bei welcher die ankommenden Impulse durch bekannte Mittel (Selbstinduktion und Kapazität) in zwei gegeneinander in der Phase verschobene Impulse gespalten werden, die im Falle des Eintritts der Resonanz ihren Höchstwert erreichen, dadurch

   gekennzeichnet, daß diese beiden phasenverschobenen Impulse gemeinsam auf einen beweglichen Teil eine Kraftwirkung ausüben, der eine andere Kraft entgegenwirkt.
2. 2. Eine Ausführungsform der Empfangsvorrichtung nach Anspruch ι, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden motorisch wirksamen Impulse um 90 ° gegeneinander verschoben sind und ein ίο auf eine drehbare Scheibe wirkendes Drehfeld erzeugen.
3. 3. Eine Ausführungsform der Empfangsvorrichtung· nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch Transformation des einen Zweigimpulses und gegebenenfalls durch Einschaltung eines Kondensators in den änderen Zweig eine Phasenverschiebung bis zu i8o° erzeugt wird, wobei diese beiden Impulse durch zwei koachsiale Spulen fließen und so eine Kraftwirkung ausüben.
4. 4. Eine Ausführungsform der Empfangsvorrichtüng nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftwirkung durch elektrostatische Anziehung zweier einander gegenüber angeordneter Metallplatten erzeugt wird.
5. 5. Eine Ausführungsform der Empfangsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gegenkraft von einem der beiden phasenverschobenen Impulse oder von dem ungeteilten Impuls ausgeübt wird.
6. 6. Eine Ausführungsform der Empfangsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch Erzeugung einer Phasenverschiebung von 90⁰ zwischen den Strömen in zwei einander gegenüberstehenden Spulen oder zwischen den Ladungen zweier einander gegenüberstehender Metallscheiben während jedes Stromzyklus zweimal eine Anziehung und zweimal eine Abstoßung hervorgerufen wird, und daß die Gegenkraft von einer auf den doppelten Betrag derjenigen Wechselzahl, die man zu 'empfangen wünscht, abgestimmten Feder ausgeübt wird.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.