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Elektrischer Kompensator Die Erfindung hat einen sogenannten Kompensator
zum Gegenstand, d. h. einen Apparat, wie er z. B. im Unterwasserschallwesen benutzt
wird, um die Impulse verschiedener Empfänger oder Geber zu synchronisieren oder
überhaupt in eine willkürliche zeitliche Beziehung oder Phasenbeziehung zueinander
zu bringen. Bei elektrisch wirkenden oder elektrisch betätigten Gebern oder Empfängern
benutzt man bekanntlich zu diesem Zwecke sogenannte elektrische Ketten, d. h. Kombinationen
von Leitern mit Induktanz und Kapazität, welche von den elektrischen Impulsen oder
Wechselströmen durchlaufen werden, wobei diese bestimmte zeitliche Verzögerungen
erfahren. Hierbei müß die zwischen Geber und Stromquelle oder zwischen Empfänger
und Telefon liegende Kette veränderlich sein.,» Man baut daher solche Ketten vorzugsweise
aus Leiterkreisen - aizf, von denen jeder der Welle oder dem Impuls einen gewissen
Betrag an Verzögerung erteilt. Durch Einschalten von mehr oderweniger solchen Leiterkreisen
oder Kettengliedern kann der Betrag der Verzögerung verändert und eingestellt werden.
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Bisher hat man bei solchen=Kömpensatoren stets für jeden Geber oder
Empfänger eine besondere Kette angeordnet. Die Erfindung besteht demgegenüber darin,,-
daß sämtliche Geber oder Empfänger an veränderliche Stellen einer einzigen uriverzweigten
Abgleichkette angeschlossen sind, welche mit ihrem einen Ende entweder am Erreger
oder am Hörer liegt und durch welche die Stromimpulse in gleicher Laufrichtung hindurchgehen.
Die Kette ist dabei derartig mit Schaltorganen verbunden, daß in gesetzmäßiger Weise
verschiedene Gruppen von Kettengliedern dieser einen Kette zwischen die Geber oder
Empfänger einerseits und die Stromquelle oder das Telefon andererseits geschaltet
werden können. Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß es möglich ist, die
Ströme verschiedener Geber oder Empfänger mit ihrer Zeit- oder Phasenverschiebung
über dieselbe Kette oder gleiche Teile einer Kette laufen zu lassen, ohne die geordnete
Kombination der Wellen oder Impulse im Felde oder im Telefon zu verwirren. Die Vorteile
der Erfindung gegenüber dein Bekannten liegen im wesentlichen in einer Vereinfachung
der Schaltung und in der Vereinheitlichung oder Verminderung der Zahl der Kettenglieder.
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Die Abb. z -bis 5 mögen zur Erläuterung der Erfindung dienen; . Es
stellen dar:' Abb. r und 2 die beiden möglichen Fälle des Aufbaues von Kompensatoren
mit getrennten Ketten in schematischer Darstellung,
Abb.3 das Schaltschema
eines Kompensators nach der Erfindung, Abb. 4 den teilweise schematisiertenAufbau
eines Drehkompensators nach der Erfindung für drei geradlinig im Felde angeordnete
Geber oder Empfänger, Abb. 5, 5 a und 5 b den teilweise schematisierten Aufbau eines
Drehkompensators nach der Erfindung für drei auf einem Kreise im Felde angeordnete
Geber oder Empfänger, Abb. 6 eine vorteilhafte Art des Anschlusses der Empfänger
an die Kette.
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Abb. i und 2 sollen lediglich im Vergleich mit Abb. 3 zur Führung
des Nachweises dienen, daß hinsichtlich Anzahl oder Gleichheit der Kettenglieder
durch die Erfindung Vorteile erzielt werden.
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In den Fällen der Abb. i bis 3 ist j edesmal angenommen, daß es sich
um fünf in einer horizontalen Geraden im Felde angeordnete Schallempfänger ei, e2,
e3, e4, e,5 handelt, die zur Richtungsbestimmung eines aus beliebiger Richtung
ankommenden Schalles dienen. Es kommt hierbei bekanntlich darauf an, die phasenverschobenen
Wellen eines seitlich eintreffenden Schallstrahls S, nachdem sie in den Empfängern
in elektrische Schwingungen umgeformt sind, im Hörer T in Phase zu bringen und auf
diese Weise ein Maximum der Lautstärke; im Hörer zu erzeugen. Dazu ist erforderlich,
daß die Zeitverschiebungen im Eintreffen des Schallstrahls in den Empfängern e1
bis e, die z. B. bei Abb. i die Beträge o, dl, 2 dl, 3 dl, 4 dl betragen
mögen, durch Einschaltung entsprechender Kettenglieder kompensiert werden. Angenommen
nun, der Winkel von go°, in welchem der Schallstrahl drehen kann (für die anderen
9o kann mit Umwerfen der Ketten an den Empfängern der gleiche Kompensätor verwendet
werden), soll in 30. Schritten auf dem Kompensator durchlaufen werden. Ein solcher
Kompensator muß alsdann in der erstenKette 30 Glieder, in der zweiten 6o,
in der dritten 9o und in der vierten i2o Glieder enthalten, wenn alle Glieder gleich
sein sollen, insgesamt also 3oo Glieder. Hierbei werden in der ersten Kette je i
Glied, in der zweiten 2 Glieder, in der dritten 3 und in der vierten 4 Glieder bei
jedem Schritt ,eingeschaltet. Es gibt auch eine Möglichkeit, in jeder Kette bei
jedem Schritt nur i Glied zu schalteng wenn man den Verzögerungswert der Kettenglieder
verschieden, wählt, d. h. im vorliegenden Falle um je eine Verzögerungseinheit ansteigend
mit der Ordnungszahl der Kette. Man kommt dann im Falle des vorliegenden Beispiels
mit 4 X w Ketten aus, wo zt die Zahl der Schritte ist, hat aber so viel verschiedene
Arten von Gliedern herzustellen, als Ketten vorhanden sind, also für m Empfänger
m - i Arten. Diese beiden Möglichkeiten sind in Abb. i und 2 dargestellt.
Im Falle der Abb. i braucht man x (i + 2 -I- 3 ... [IM - 1j
) gleiche Kettenglieder, im Falle -der Abb. 2 aber rt (m - i) von m = i verschiedene
Arten.
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Frei von diesem Nachteil ist ein Kompensator nach der Erfindung, dessen
schematische Schaltung Abb. 3 zeigt. Bei dieser Schaltung und Anordnung kommt man
ebenfalls mit n (m-i) Kettengliedern aus, die aber alle gleich sein können, da immer
nur die nächstkleinere Gruppe von allen Strömen der höheren Ordnungszahl mit durchflossen
wird.
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Die Schaltung eines solchen Kompensators ist dadurch gekennzeichnet,
daß fest an dem einen Ende der einzigen vorhandenen Kette von n (m - i) gleichen
Gliedern von kleinstem Verzögerungswert (Einheitswert) das Telefon liegt, am anderen
Ende aber ein Widerstand von der gleichen Charakteristik wie die Kette -selbst zur
Vermeidung von Reflexionen am Kettenende. Die Verbindungen zwischen den Kettengliedern
und den Empfängern dagegen sind veränderlich, und zwar so, daß beim Schalten der
Anschluß des Empfängers der Ordnungszahl x jeweils ein Kettenglied mehr überspringt
als der Anschluß des Empfängers der Ordnungszahl x.- i. In Abb. 3a und 3 b sind
zwei Fälle dargestellt, in deren erstem die Wellenstirn des Schallstrahls S in der
einen Lage I eintrifft, während sie in dein zweiten Fall meiner Läge II eintrifft,
wobei angenommen sei, daß die Verzögerungswerte dl und d2 in beiden Fällen der Gleichung
d2 = 2 dl gehorchen. Es sei dabei dl gleich dein Verzögerungswert eines Kettengliedes.
Man sieht sofort, daß dann im Fall i die Ströme der Empfänger e1 bis e,, über o,
i, 2, 3 und 4 Kettenglieder laufen müssen, während sie im zweiten Fall (3 b) über
o, 2, 4, 6 und 8 Kettenglieder laufen.
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Abb.4 zeigt ein mechanisches Ausführungsbeispiel eines Drehkompensators
nach der Erfindung für eine geradlinig angeordnete Empfängergruppe von drei Empfängern.
Hierbei liegt wiederum. das Telefon T 2.n. dem. einen, der Widerstand W an dem anderen
Ende der Kette. Der Empfänger e1 liegt parallel zum Telefon mit diesem an demselben
Kettenende. Von den Anschlüssen der Empfänger e2 und es liegt je ein Pol ebenfalls
am Kettenende mit dem Telefon, während die zweiten Pole zu zwei Schleifringen s,
und s2 geführt sind. Die Enden der -einzelnen Kettenglieder sind zu zwei diesen
Schleifringen zugeordneten Kreisen von Kontakten geführt, von denen die äußeren
mit je einem aufeinanderfolgenden Kettenglied verbunden sind, während die inneren
j e ein Kettenglied überspringen. Auf den Schleifringen und Kontaktkreisen laufen
zwei
Schleifbrücken L, und L2, die an dem drehbaren Kontaktarme befestigt sind. Bei der
Drehung von k wird also pro Schritt vor den Empfänger e2 je ein Kettenglied, vor
den Empfänger es je zwei Kettenglieder geschaltet. Nach demselben Prinzip lassen
sich Kompensatoren für eine beliebige Anzahl Kettenglieder bauen. Für m Empfänger
sind in - i Schleifringe und Kontaktbrücken und für n Schritte n (m- i) Kontakte
nötig.
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Im Beispiel der Abb. 5 ist ein Drehkompensator einfachster Art nach
der Erfindung für drei in denEcken eines gleichseitigenDreiecks angeordnete Empfänger
dargestellt. Auch hier liegt das Telefon T am Anfang, der Widerstand W am Ende der
Kette. Von den Empfängern ist je ein Pol ebenfalls an den Anfang der Kette angeschlossen.
Die anderen Pole der Empfänger sind zu drei um i 2o° versetzten Kontaktarmen geführt,
die über einen Kreis, von Kontakten laufen, von denen je einer des einen Halbkreises
dem entsprechenden des anderen Halbkreises angeschlossen ist. Die dargestellte Stellung
entspricht der Welle I. Die Empfänger ei und eg werden zuerst und gleichzeitig,
der Empfänger e2 zuletzt getroffen. Letzterer darf also keine Kette vorgeschaltet
erhalten, während ei, 'e3 gleiche Kettenlängen in ihrer Leitung zum Telefon
haben müssen. _ Der Kontaktarm für e2 liegt daher am Kontakt i, die Kontaktarme
für e,_ und e2 liegen dagegen an den miteinander, d. h. mit der gleichen Kettenlänge
verbundenen Kontakten 7 und 13. Einer Drehung der Schallwelle in der Richtung des
gefiederten Pfeiles muß, da hierbei vor ei eine steigende, vor e3 eine fallende
Verzögerung eingeschaltet werden muß, eine Drehung der Kontaktarme im gleichen Sinne
entsprechen.
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Beim Schalten der Kettenglieder muß Sorge getragen sein, daß der Schleifkontakt
des Schaltarms den nächsten Gegenkontakt bereits erreicht hat, ehe er den vorhergehenden
verläßt. Er tritt dabei notwendig meine Stellung ein, bei welcher der Schleifkontakt
das gerade zuzuschaltende Kettenglied kurzschließen würde, wodurch für diesen Augenblick
ein Rückwärtsdrehen des Vektors aller angeschlossenen Oszillatoren (Geber oder Empfänger)
auftreten würde, und zwar um so stärker, je mehr Oszillatoren an der Kette liegen.
Um dem-- vorzubeugen, wird erfindungsgemäß zwischen Empfänger und Ketten ein Widerstandeingeschaltet,
der zweckmäßig etwa das Drei- bis Sechsfache des Widerstands eines Kettengliedes
beträgt und der beim Übergang des Schleifkontakts von Kontaktklotz zu Kontaktklotz
eingeschaltet bleibt. Eine Ausführungsart einer solchen Schaltung ist in Abb.5a
dargestellt. Die Kontaktklötze 7 und 8 (siehe Abb. 5) werden von einem geteilten
Schleifkontakt bestrichen, wobei zwischen der Zuleitung r und den Teilen des Schleifkontakts
der erwähnte Widerstand W in zwei Zweigen eingeschaltet 'ist.
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Eine andere Lösung zeigt Abb. 5b, bei der ein normaler Kontaktklotz
einen Zwischenkontakt 7' überstreicht und der Widerstand W. in r, und r. -unterteilt
ist - und zwischen 7' und 7 einerseits und 7' und 8 andererseits eingeschaltet ist.
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Bei dieser Art der Anschaltung der Empfänger an die Kette ist weiter
zu beachten, daß für jeden Empfänger der Anschluß jedes weiteren Empfängers einen
Reflexionspunkt bedeutet. Die schädliche Wirkung solcher Reflexionspunkte läßt sich
dadurch herabmindern, daß man den einzelnen Empfängerzweigen einen hohen Widerstand
gibt. Den Empfängerwiderstand selbst zu erhöhen, ist aus mancherlei Gründen nicht
immer zweckmäßig, noch weniger die Einschaltung von Ballastwiderstand. Empfehlenswerter
ist die Lösung der Abb.6, die naturgemäß in erster Linie für Empfänger in Frage
kommt und bei der die Empfänger über Verstärker an die Ketten gelegt sind. Verstärker
sind bei solchen Empfangsanlagen ohnehin erforderlich, so daß durch deren Verwendung
eine erhebliche Komplikation nicht eintritt. Es bedeuten wieder e1, e2, e3 drei
Empfänger in Sternschaltung (Abb. 5). Die Leitungen h bis L¢ entsprechen
den Leitungen h bis 4 in Abb. 5 und sind an die Kette geführt. In Reihe in
11 bis 13 liegen Kondensatoren k1 bis k,, und vor ki bis k3 sind übet große
Widerstände R1 bis R3 die Batterieanschlüsse abgezweigt. In den primären Empfängerkreisen
liegen Parallelwiderstände p, bis p3 für den "Amplitudenabgleich.
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In allen Ausführungsbeispielen kann an Stelle des Telefons ein Generator
und an Stelle eines Empfängers ein Geber gesetzt werden.
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Statt einen Kontaktarm und getrennteIContaktbahnen zu verwenden, kann
man auch eine gemeinsame Kontaktbahn und im aufsteigenden Schaltschritt bewegliche
Kontaktarme in der Anzahl der Geber oder Empfänger entsprechender Zahl verwenden.
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Bei dem Beispiel der Abb. 5 ist noch zu erwähnen die Einschaltung
der Ausgleichswiderstände w1 bis w9. Diese Widerstände sind so bemessen, daß sie
die Schwächung der Impulse an den mit Kettengliedern belasteten Empfängern in den
weniger belasteten oder freien Empfängern gerade ausgleichen.
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Kompensatoren nach der Erfindung lassen sich gegenüber Anordnungen
nach Abb. i und 2 erheblich leichter, billiger und übersichtlicher bauen, da die
Anzahl der elektrischen Ketten und der mechanischen Kontaktbahnen
auf
das denkbar geringste Maß herabgesetzt ist. Gleichzeitig wird die Anzahl der Lötstellen
auf das kleinste Maß herabgesetzt.
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Kompensatoren der beschriebenen Art können für beliebige Wellen oder
Impulse, also z. B. sowohl für mechanische als auch für elektrische, Verwendung
finden.