DE229058C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

e 229058 KLASSE 2\a. GRUPPE

ANDERS BULL in CHRISTIANIA.

Patentiert im Deutschen Reiche vom 23.'September 1908 ab.

Vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Sicherung des synchronen Laufes zwischen Geber und Empfänger bei drahtloser Telegraphie, das auch in den Fallen verwendbar ist, wo die vom Sender nach dem Empfänger übertragenen Energiemengen für den Betrieb eines Relais zu schwach sind. Es bedeutet dies die Lösung einer neuen Aufgabe; denn da sämtliche bisher bekannten, für die TeIegiaphie benutzten Synchronisierungsverfahren eben auf einem selbsttätigen Anpassen des Geschwindigkeitszustandes des Empfängers an denjenigen des Gebers beruhen, so folgt daraus, daß keines dieser Systeme im erwähnten. Falle, wo die übertragene Energie sehr klein ist, verwendbar wäre.

Bei der drahtlosen Telegraphie ist aber ein sicheres Empfangen noch sehr wohl möglich, selbst wenn die im Empfänger ausgelösten Energiemengen für den Betrieb eines Relais weithin zu schwach sind; denn wenn man statt Relais und Morseschreiber Telephone verwendet und auf die schriftliche Wiedergabe der Depeschen verzichtet, indem man diese mit dem Ohr empfängt, so wird man über viel größere Entfernungen telegraphieren können. Statt des bekannten Eisenspankohärers benutzt man im letzteren Falle Detektoren, die von selbst in ihren ursprünglichen Zustand zurückkehren; von derartigen Detektoren sind mehrere Arten im Gebrauch, die entweder auf den magnetischen, elektrolytischen oder thermischen Wirkungen der Wellen beruhen.
Wegen der größeren Empfindlichkeit dieser Detektoren geht man in der drahtlosen TeIegraphie mehr und mehr zum akustischen Empfangen über, und aus dem oben Gesagten geht dann hervor, daß keines der bisher bekannten Synchronisierungsverfahren sich für die Verwendung in der modernen drahtlosen Telegraphie eignet.

Unter S)^rnchronismus wird allgemein verstanden, daß gewisse rotierende Teile im Sende- und Empfangsapparat jederzeit dieselbe Winkelstellung" im Verhältnis zu gewissen anderen, unbeweglichen Teilen der Apparate einnehmen. In dieser Beschreibung soll aber der Begriff Synchronismus in einem etwas erweiterten Sinne genommen werden, indem auch die letzterwähnten Teile beweglich sein können. Maßgebend soll nur die gegenseitige Winkelstellung sein, die gewisse Teile im Sende- und Empfangsapparat zu jeder Zeit im Verhältnis zu gewissen anderen Teilen der Apparate einnehmen, wobei es gleichgültig sein soll, ob die letzteren Teile fest oder beweglich sind.

Wenn also in Fig. 1 die Punkte A und B sich um C bzw. D drehen, so sagen wir, sie laufen synchron (oder sie sind in Phase), wenn die Winkelstellung von A zu einem gegebenen Punkt M jederzeit dieselbe ist wie die Stellung von B zu einem anderen gegebenen Punkt N. Sie laufen daher synchron, wenn z. B. A 50 Umdrehungen pro Sekunde macht uncrti stillsteht, während B 60 und JV 10 Umdrehungen pro Sekunde machen, wenn nur die Phasenwinkel V und W gleich

X j

sind. Je nach der Genauigkeit, mit welcher die Winkel übereinstimmen, ist der Synchronismus mehr oder weniger vollkommen.

Das Prinzip des vorliegenden Verfahrens ist folgendes: Sender und Empfänger werden mit möglichst unveränderlicher und gegenseitig übereinstimmender Geschwindigkeit betrieben, und es wird angenommen, daß die Apparate zu einer gewissen Zeit in Phase sind.

ίο Falls die Geschwindigkeit eines der Apparate sich jetzt verändern sollte, so tritt ein Phasenunterschied ein; dieser vergrößert sich während der Dauer der Ungleichheit der Geschwindigkeiten mit jeder Umdrehung; sobald er aber einen gewissen Betrag übersteigt, wird die Bedienung auf der Empfangsstation durch geeignete Warnungszeichen darauf aufmerksam gemacht, und zwar so, daß gleichzeitig angezeigt wird, ob der Empfänger dem Sender in der Phase vor- oder nacheilt.

Indem man sich nach diesen Warnungszeichen richtet, kann man durch passende Verstellungen der Apparatteile den Phasenunterschied immer wieder kleiner machen und ihn in dieser Weise innerhalb bestimmter, gegebener Grenzen halten. Je nachdem diese eng oder weit sind, kann man einen mehr oder weniger vollkommenen Synchronismus erreichen.

Das Verfahren beruht auf der Verwendung zweier Stromkreise auf der Empfangsstelle, die je nach dem Bewegungszustand des Empfängers von den Senderimpulsen beeinflußt werden. Man kann es z. B. derart einrichten, daß beim synchronen Gange, oder wenn der Phasenunterschied noch gering ist, in beiden Kreisen Strom fließt, oder auch so, daß in diesem Falle kein Strom vorhanden ist. Übersteigt der Phasenunterschied eine gewisse Grenze, so tritt eine Änderung ein; im erstgedachten Falle bleibt, je nachdem der Empfänger dem Sender vor- oder nacheilt, die Beeinflussung des einen oder des anderen Stromkreises aus, im letztgedachten Falle tritt eine solche ein; in beiden Fällen erfährt man also zugleich, in welchem Sinne der Bewegungszustand des Empfängers geändert werden muß, um den Phasenunterschied wieder zu vermindern.

Von den bekannten Verfahren zur Sicherung eines synchronen Laufes zwischen Sender und Empfänger unterscheidet sich das vorliegende dadurch, daß von der Benutzung von Relais ganz abgesehen und die Geschwindigkeit des Empfängers nicht geändert wird; vielmehr wird der Synchronismus bei Geschwiudigkeitsänderungen durch entsprechende Nachverstellung gewisser Apparatteile aufrechterhalten; diese Verstellung erfolgt nicht automatisch, sondern von Hand, indem man sich nach dem Warnungssignal richtet.

Bei den bekannten Verfahren dagegen wird, je nachdem die Geschwindigkeit des Empfängers im Verhältnis zu derjenigen des Gebers zu groß oder zu klein wird, die Zunge eines Differentialrelais nach der einen oder anderen Seite bewegt und dadurch die Geschwindigkeit des Empfängers selbsttätig verlangsamt bzw. beschleunigt.

Zur näheren Erläuterung des Verfahrens soll eine für die Funkentelegraphie geeignete Schaltung als Beispiel genommen werden. Durch Drücken eines Tasters an der Geberstation in der üblichen Weise werden von der Antenne kürzere oder längere Reihen elektromagnetischer Wellenimpulse ausgestrahlt, Hierbei ist nur zu beachten, daß aus später zu erläuternden Gründen die Zeitintervalle der einzelnen Impulse möglichst konstant gehalten werden. Ein hinreichender Grad von Genauigkeit läßt sich leicht durch Verwendung eines Ouecksilberstrahlunterbrechers erreichen, dessen Antriebsmotor von einer besonderen Stromquelle gespeist und dessen Tourenzahl durch Geschwindigkeitsregulator und Schwungrad vor Schwankungen geschützt wird.

Den Empfänger zeigt schematisch Fig. 2. Die Welle 1 wird mit einer Geschwindigkeit, die möglichst mit derjenigen des Unterbrechers auf der Sendestation übereinstimmt, gedreht. Sie trägt einen Arm 2, an dem zwei Kontaktfedern 3,4 befestigt sind, die die kreisförmigen Scheiben 5, 6 bestreichen. Die letzteren sind an der gemeinsamen Achse 9 befestigt, die im Lager 10 ruht und von Hand gedreht werden kann. Die Scheiben, die aus isolierendem Material verfertigt sind, tragen an ihrem Umkreis Metallsegmente 7,8, die während der Drehung des Armes 2 durch die Federn 3, 4 bestrichen werden. Die Segmente sind gegeneinander ein wenig" in der Drehrichtung versetzt.

11 und 12 sind Detektoren, die von den Wellen, die den Luftdraht 13 treffen, beeinflußt werden, während 14 und 15 Telephone darstellen, die den Detektoren parallelgeschaltet sind. 16 ist ein Kondensator, 33 eine Selbstinduktion, die zusammen mit den Detektoren 11 oder 12 den sekundären Schwingungskreis bilden. 34 ist die primäre Selbstinduktion, die auf die sekundäre 33 induktiv wirkt, 35 die Erdplatte, 36 ein galvanisches Element.

Nur während eines ganz kleinen Teiles der Umdrehung der Welle 1 haben die beiden Federn 3,4 gleichzeitig mit ihren Segmenten Kontakt. Wenn man sich jetzt denkt, daß die Geschwindigkeit des Empfängers mit derjenigen des Gebers völlig übereinstimmt, so daß z. B. jedesmal, wenn der Geber einen Impuls ausstrählt, der Kontaktarm 2 eine senk-

rechte Stellung nach unten einnimmt, so würde man bei der gezeichneten Stellung der Scheiben 5, 6 in den Telephonen nichts hören, weil die Impulse immer zu Zeiten eintreffen, wo die Verbindung zwischen dem Schwingungskreis ¹O) 33 und-den Detektoren ii,. 12 unterbrochen ist, und die Schwingungen folglich keine Wirkung haben. Wenn man aber — immer unter der Voraussetzung einer völligen Überein-Stimmung der Geschwindigkeiten — die Scheiben 5,6 so dreht, daß die Kontaktsegmente 7, 8 auch nach unten kommen, so werden beim Eintreffen der Impulse beide Federn 3, 4 die Kontaktstücke 7, 8 berühren, und die Geberimpulse werden in beiden Telephonen 14, 15 hörbar. Unter Voraussetzung einer völligen Geschwindigkeitsübereinstimmung wäre dann ein ferneres Verstellen der Scheiben 5, 6 unnötig ; denn die Apparate würden ihren synchronen Lauf unbegrenzt fortsetzen, und die Detektoren würden bei jedesmaligem Eintreffen eines Impulses mit dem Schwingungskreis verbunden sein.

Da aber in der Wirklichkeit eine völlige Übereinstimmung nicht erreichbar ist, so wird bald ein gewisser Phasenunterschied eintreten. Falls jetzt von den beiden Apparaten der Empfänger schneller läuft, so wird^beim Eintreffen der Impulse der Kontakt zwischen 3 und 7 schon unterbrochen sein, während er, solange der Phasenunterschied noch mäßig ist, zAvischen 4 und 8 fortdauert, und die Schwingungen werden daher nur den Detektor 12 beeinflussen. Läuft umgekehrt der Empfänger langsamer, wird in derselben Weise nur der Detektor 11 beeinflußt, da der Kontakt zwischen 4 und 8 beim Eintreffen der Impulse noch nicht hergestellt worden ist.

Hält man das eine Telephon vor das rechte und das andere vor das linke Ohr, so wird man sofort unterscheiden können, ob der Empfänger dem Sender vor- oder nacheilt; denn im ersten Fall hört man die Signale nur im rechten, im zweiten nur im linken Telephon. Durch entsprechende Drehung der Scheiben 5, 6 nach der einen oder anderen Richtung kann man dann leicht den Phasenunterschied wieder ausgleichen, so daß der Synchronismus erhalten bleibt.

Es ist aber klar, daß, je mehr die Geschwindigkeiten der beiden Apparate übereinstimmen, desto seltener ein Verstellen der Scheiben 5, 6 erforderlich ist; die Bedienung ist folglich einfacher. Die erste Bedingung für die Erreichung einer guten Übereinstimmung ist aber die, daß die Geschwindigkeit des Gebers möglichst konstant ist, bzw. daß die Intervalle zwischen den einzelnen Impulsen möglichst konstant sind, wie oben gefordert wurde.

Um eine bequeme Verstellung der Scheiben um einen passenden Betrag zu ermöglichen, erfolgt diese Bewegung vorteilhaft durch eine Art Wendegetriebe von der Motorachse aus, etwa wie in der Fig. 2 dargestellt. Die beiden Tasten 18 und 19 sind durch einen über Rollen laufenden Draht o. dgl. miteinander verbunden, der um die Welle 39 des Kegelrades 40 mit einer Öse gelegt ist, die das freie Drehen dieser Welle gestattet und beim Niederdrücken einer der Tasten den Eingriff des Kegelrades 40 mit den Kegelrädern 37 oder 38 ermöglicht. Hierdurch wird die auf derselben Welle wie die Kegelräder 37, 38 sitzende Schnecke in dem einen oder anderen Sinne gedreht und überträgt ihre Bewegung, durch das Schneckenrad 17 auf die Scheibenwelle 9.

Durch eine solche Anordnung" wird die Aufmerksamkeit der Bedienung möglichst wenig in Anspruch genommen, so daß die Phasenkontrolle und das Empfangen der Depeschen ohne Schwierigkeit durch eine und dieselbe Person erfolgen kann. Der Betreffende hat nur den rechten oder linken Taster zu drücken, je nachdem die Signale auf der einen oder anderen Seite ausbleiben, und diese Bewegungen brauchen seine Aufmerksamkeit nicht von dem Inhalt der Depeschen abzulenken. Doch kann man natürlich auch die Arbeit auf zwei Personen verteilen, so daß die eine für den Synchronismus sorgt, während die andere die Depeschen empfängt. Für das Empfangen würde man dann ein drittes Telephon 20 vorsehen.

Durch gegenseitige Verstellung der Scheiben 5, 6 kann man die Dauer des gleichzeitigen Kontaktes der Federn 3 und 4 vergrößern oder verkleinern. Je kleiner die Dauer, desto kleiner wird der Phasenunterschied sein, bei dem die Signale in dem einen oder anderen Telephon ausbleiben, und desto vollkommener muß der Synchronismus eingestellt werden; aber natürlich bedingt dies auch ein häufigeres Verstellen der Scheiben. In der Praxis wird man leicht eine passende Wahl dieser Dauer treffen können.

Der Phasenunterschied kann auch so groß sein, daß beim Eintreffen der Impulse keine der Federn Kontakt hat, und man würde dann die Signale überhaupt nicht hören. Für diesen Fall ist der Schalter 32 vorgesehen. Durch diesen kann man den Detektor 12 dauernd mit dem Schwingungskreis 16,33 verbinden, so daß die Signale jedenfalls im rechten Telephon 15 hörbar sind. Überhaupt hat man dann die gewöhnliche Schaltung, die man auch verwenden würde, solange ein synchroner Lauf nicht erwünscht ist.

Ist aber ein solcher wünschenswert, so dreht man bei geschlossenem Schalter 32 die Scheiben 5, 6 langsam in der Pfeilrichtung, bis man die Signale auch im linken Telephon hört. In diesem Augenblick laufen die Apparate syn-

chron und man unterbricht die Verbindung 32. Die Herstellung des Synchronismus erfolgt also in einfachster Weise, ohne daß man deswegen die Depeschenübertragung zu unter-

. 5 brechen nötig hat.

Um den Synchronismus aufrechterhalten zu können, ist es bei der erläuterten Schaltung notwendig, daß man beim Senden nicht zu lange Pausen macht. Man muß daher mit passenden Zwischenräumen Kontrollsignale aussenden, wie dies bei dem Typendrucker von Hughes gemacht wird.

Anstatt die Bedienung in der oben erwähnten Weise zu warnen, kann man natürlich auch andere Mittel verwenden. So kann man z. B. den Strom von den Detektoren durch die beiden Windungen eines empfindlichen Differentialgalvanometers leiten. Je nachdem dieses nach der einen oder anderen Seite ausschlägt, wird die Bedienung von dem Voroder Nacheilen des Empfängers unterrichtet. Bezüglich der Vorteile, die dieses \^erfahren bietet, soll besonders erwähnt werden, daß man sich von den Wellen anderer Anlagen (Interferenz) nahezu unabhängig machen kann. Bei synchronem Betrieb kann man nämlich die fremden Signale so gut wie vollständig ausschließen, weil der Empfänger nur auf die Impulse anspricht, die zu den richtigen Zeiten anlangen. Die einzelnen fremden Impulse, die durch Zufall in den kritischen Momenten eintreffen mögen, lassen sich \vegen ihrer Unregelmäßigkeit leicht von den für den Empfänger bestimmten unterscheiden und werden daher die A^erständigung nicht beeinträchtigen. Nach demselben Prinzip kann man auch leicht das unbefugte Mitlesen der Depeschen verhindern, so daß eine geheime Korrespondenz ermöglicht wird. Zu diesem Zweck erzeugt man einfach eine künstliche Interferenz dadurch, daß man in die Zwischenräume zwischen denjenigen Impulsen, die für die Übertragung benutzt werden, »falsche« Impulse einmischt. Die letzteren \verden, da sie außer Phase sind, den zugehörigen Empfänger nicht beeinflussen, während ein fremder Empfänger sie von den »richtigen« nicht zu unterscheiden vermag.

Im Falle, daß man für die Geschwindigkeitskontrolle und das Empfangen zwei Personen verwenden will, kann auch eine Anordnung wie Fig. 3 \^rerwendet werden. Für die Kontrolle dienen hier die Detektoren 2.1,2.2., die mit den Segmenten 23, 24 auf der ersten Scheibe verbunden sind, während der Detektor 25 für das Empfangen mit dem kleinen Segment 26 auf der zweiten Scheibe verbunden ist, das die Segmente 23, 24 auf beiden Seiten ein wenig überlappt. Die übrige Anordnung ist wie oben erklärt. ·

Solange der Empfänger in Phase ist, wird bei dieser Anordnung nur der Detektor 25 von den Wellen beeinflußt, und die Signale sind nur im Telephon 28 hörbar. Eilt der Empfänger aber dem Geber vor, dann wird auch der Detektor 21, bei Nacheilung der Detektor 22 beeinflußt, so daß in diesen Fällen eines der Telephone 29, 30 anspricht. Diese Anordnung hat den Vorteil, daß gewöhnlich nur der Detektor 25, der für das Empfangen dient, im Schwingungskreis eingeschaltet ist, wodurch größere Empfindlichkeit erreicht wird. Auch läßt sich das Eintreten der Signale in den Telephonen 29, 30 leichter beurteilen als das Ausfallen.

Um den Empfänger auf synchronen Lauf zu bringen, schließt man in ähnlicher Weise wie früher den Schalter 31 und dreht die Scheiben in der Pfeilrichtung, bis die Signale im Telephon 30 hörbar sind. Dann dreht man weiter,· bis sie wieder verschwinden, in welchem Augenblick die Apparate synchron laufen und der Schalter 31 geöffnet wird.

Claims (4)

Patent-Ansprüche:

1. Verfahren zur Sicherung des synchronen Laufes zwischen Geber und Empfänger bei drahtloser Telegraphic unter Verwendung von akustischen Empfangsanordnungen, dadurch gekennzeichnet, daß an der Empfangsstelle, je nachdem der Empfänger dem Geber vor- oder nacheilt, der eine oder der andere zweier Detektor-Stromkreise von den Senderimpulsen be· einflußt wird, sobald der Phasenunterschied der beiden Apparate eine gewisse Grenze übersteigt, während bei jedem kleineren Phasenunterschied entweder beide Stromkreise oder keiner von beiden anspricht, so daß man an dem dadurch bedingten Tönen zweier in den Detektorstromkreisen liegenden Telephone zu jeder Zeit den Bewegungszustand des Empfängers im Verhältnis zu demjenigen des Gebers erkennen und durch entsprechende Verstellungen von Hand an dem Empfänger den Phasenunterschied innerhalb gegebener Grenzen halten kann.

2. Einrichtung zur Ausführung des no Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektorstromkreise nur einen Bruchteil der Umdrehungszeit der Synchronwelle geschlossen sind, wobei die Zeiten des geschlossenen Zustandes der beiden Stromkreise nur teilweise zusammenfallen, so daß, wenn die Voreilung oder die Nacheilung eine gewisse Grenze übersteigt, der eine oder der andere Stromkreis im Augenblick der Zeichenabgabe offen ist.

3. Einrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch ge-

kennzeichnet, daß drei Detektorstrom^ kreise vorhanden sind, von welchen der eine zur Aufnahme der Zeichen dient, wobei die beiden anderen zur Kontrolle dienenden nacheinander geschlossen werden, und zwar mit einem Zeitzwischenraum, der etwas kleiner ist als die Zeitdauer des geschlossenen Zustandes des Aufnahmestromkreises und mit dieser derart zusammenfällt, daß, wenn die Voreilung oder die Nacheilung eine gewisse Grenze übersteigt, auch der eine oder der andere der beiden Kontrollstromkreise im Augenblick der Zeichenabgabe ebenfalls mit geschlossen ist (Fig. 3).

4. Ausführungsform der Einrichtungen nach Anspruch 2 und 3, gekennzeichnet durch zwei von der Synchronwelle (i) gedrehte Kontaktfedern (3,4), welche über von Hand drehbare, miteinander verbundene Scheiben (5,6) schleifen, an denen die zum zeitweiligen Öffnen und Schließen der Detektorstromkreise erforderlichen Kontaktstücke angeordnet sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.

Berlin, gedruckt in der reichsdruckerei.