DE66972C - Einrichtung zum Vielfach - Fernsprechen oder Vielfach - Telegraphiren mittels einer einzigen Leitung - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

Leitung.

. Handelt es sich darum, die Fernsprechnetze zweier in grofser Entfernung von einander gelegener Städte unter sich zu verbinden, so würde es den gröfsten Vortheil gewähren, wenn man eine und dieselbe Linie zur gleichzeitigen Uebermittelung mehrerer Gespräche nutzbar machen könnte.

Die Eigenthümlichkeiten der elektrischen Resonanz der von Wechselströmen durchlaufenen, durch Condensatoren unterbrochenen Stromkreise gestatten eine Lösung dieser Aufgabe, welche Lösung im Nachfolgenden erklärt werden soll.

Zu diesem Zweck soll zunächst erläutert werden, welche Bedingungen nöthig sind, damit ein einfacher Fernsprechstromkreis mit Wechselströmen betrieben werden kann; hernach wird gezeigt werden, wie derselbe Grundgedanke das Vielfach-Fernsprechen ermöglicht.

Einfacher Fernsprechstromkreis, betrieben mit Wechselströmen. Der allgemein angewendete Uebermittelungsapparat ist das Mikrophon. Die Erfahrung hat gelehrt, dafs die Schwingungen, welche der Platte dieser Vorrichtung durch die Stimme mitgetheilt werden, in dem Stromkreis elektrische Aenderungen hervorrufen, deren Gröfse derjenigen der Bewegungen der Platte hinreichend proportional ist, so dafs diese Aenderungen mit genügender Annäherung die Schallwellen der deutlichen Stimme wiedergeben. Um die günstigste Uebermittelung zu erhalten, ist es nöthig, dafs die von diesen Widerstandsänderungen herrührenden Aenderungen . der Stärke. des Stromes so grofs als möglich seien. Man begreift daher und kann es übrigens durch Rechnung beweisen, dafs zu dem Ende in dem Stromkreis des Mikrophons die gröfstmögliche elektromotorische Kraft entwickelt werden mufs. Es würde also von Nutzen sein, an Stelle der jetzt gebräuchlichen Batterien kleine Maschinen anzuwenden, welche wenig Selbstinduction und eine hohe elektromotorische Kraft haben, es ist jedoch klar, dafs ein derartiger Ersatz auf den Theilnehmerstellen unthunlich ist.

Diese Schwierigkeit würde verschwinden, wenn man als Quelle der elektromotorischen Kraft bei dem Theilnehmer einen kleinen Umformer anwenden könnte, dessen primärer Stromkreis Wechselströme empfangen würde, die von einer im Vermittelungsamt des Fernsprechnetzes aufgestellten Maschine erzeugt werden. Unter diesen Bedingungen würde die bei dem Theilnehmer zu treffende Einrichtung einfacher werden.

Der anzuwendende Wechselstrom mufs ein solcher sein, dafs seine eigenen Wechsel in dem Fernsprechempfänger nicht wahrnehmbar sind. Diese Wechsel haben nä'mlich das Bestreben, einen beständigen Ton zu erzeugen, welcher, wenn er wahrnehmbar wäre, muthmafslich die Uebermittelung der Sprache vollständig verhindern würde.

Die Erfahrung hat gelehrt, dafs die Töne, welche eine gewisse Schwingungszahl, die auf ungefähr 10 000 festgesetzt werden kann, überschreiten, sich durch die menschlichen Hörwerkzeuge nicht mehr wahrnehmen lassen; der

von dem Strom herrührende Ton wird also unhörbar sein, wenn der Strom wenigstens ι ο ooo Wechsel in der Secunde hat. Derartige Ströme können in einfacher Weise durch die Thätigkeit eines sehr schnell arbeitenden Selbstunterbrechers erhalten werden, welcher in den Stromkreis einer Sammelbatterie eingeschaltet ist. Dieser Unterbrecher erhält zweckmäfsig die Gestalt eines Rades, dessen Kranz abwechselnd aus isolirenden und leitenden Theilen besteht (Masson's Rad), und welches eine sehr rasche Drehbewegung von einer kleinen elektrischen Treibmaschine empfängt. Man hat durch dieses Verfahren mehr als 12 000 Unterbrechungen in der Secunde erhalten. Durch Anwendung dieses Verfahrens wird freilich dem Strom nicht die Sinuso'idenform eines wirklichen Wechselstromes gegeben, aber man kann darauf rechnen, dafs die notwendigerweise in dem Stromkreis vorhandenen Selbstinductionen dazu beitragen, dem Strom eine dieser Form genügend nahekommende Form zu ertheilen.

Diese Art der Erzeugung eines Wechselstromes von grofser Wechselzahl läfst sich nur auf eine geringe Energiemenge anwenden. Wenn man eine gröfsere Menge aufbieten will, so mufs man zu folgendem Mittel greifen: Man beginnt immer damit, einen Wechselstrom zu erzeugen, der eine bestimmte Wechselzahl hat, aber eine beliebige Menge Energie entwickeln kann. Das oben erläuterte Verfahren kann angewendet werden. Man kann auch vorzugsweise Gebrauch machen von der absatzweisen Entladung eines Condensators in einen eine Selbstinduction darbietenden Stromkreis. Es kann ferner vortheilhaft sein, diese Wechselzahl dadurch hervorzubringen, dafs man von Batterien gelieferte Ströme durch eine Reihe luftleerer Röhren hindurchgehen läfst. Seit den Versuchen von Spottiswoode und Warren de la Rue ist es bekannt, dafs allemal, wenn ein luftleeres Rohr Riefen aufweist, der durch dieses Rohr hindurchgehende Strom aufhört stetig zu sein, und dafs, wenn man den primären Stromkreis eines Stromumwandlers in den das Rohr enthaltenden Stromkreis einschaltet, der secundäre Stromkreis dieses Umwandlers der Sitz eines Stromes von grofser Wechselzahl wird. Die durch eines dieser Mittel erregte elektrische Wirkung wird von einer Maschine aufgenommen, die keine eigene Wechselzahl hat, aber fähig ist, diejenige, welche ihr von der erregenden Maschine geliefert wird, anzunehmen, diese Wirkung zu verstärken und dieselbe stetig zu machen. Diese Maschine ist im Grundgedanken einer Gramme'sehen Maschine, welche kein Eisen enthält, ähnlich.

Mit Hülfe dieser Vorrichtungen kann man die Wechselzahl des Stromes weit über 10 000 bringen. Sie soll bis auf 100 000 und darüber gesteigert werden, da die höchste Wechselzahl die besten Resultate geben mufs.

Es erübrigt noch, einen besonderen Fernsprechempfänger vorzusehen, denn die mit Magnet ausgestatteten würden mit Wechselströmen, besonders mit solchen von so grofser Wechselzahl, nicht thätig sein können. Es empfiehlt sich, zu den Wirkungen von Strom auf Strom zu greifen, d. h. zu einer Vorrichtung, die wie ein Elektrodynamometer wirkt. Die in Fig. 2 der beiliegenden Zeichnung dargestellte Vorrichtung, bestehend lediglich aus zwei hinter einander geschalteten parallelen Spulen, deren eine eine isolirende Schallplatte trägt, wird genügende Wirkungen geben im Verhältnifs zu den verhältnifsmäfsig grofsen Stromstärken, welche, wie wir angenommen haben, in den Leitungen entwickelt werden.

Endlich wird man den Anruf erhalten, indem man die Scheibe der Sprechvorrichtung in kräftige Schwingungen versetzt mittels eines Selbstunterbrechers, welcher im Stromkreis des Mikrophons (Fig. 3) im Nebenschufs liegt; eine Einrichtung dieser Art ist bei dem Gowerschen Fernsprechsystem angewendet.

Alsdann ergiebt sich für einen mit Wechselströmen betriebenen oder zu bedienenden Fernsprechstromkreis die in Fig. 1 dargestellte Einrichtung. In dieser Figur bezeichnen:

J einen sehr rasch arbeitenden Unterbrecher, welcher den von einer Sammelbatterie Ac ge¹ lieferten Strom unterbricht;

C einen Condensator, welcher das Auftreten von Funken beseitigt;

T einen Stromumwandler, welcher gestattet, die Ströme von der gekennzeichneten Wechselzahl in der Linie zu induciren;

t einen Ortsstromumwandler, in dessen secundären Stromkrais ein Mikrophon m eingeschaltet ist;

E einen elektrodynamometerartigen Empfänger.

Unter dem Einflufs der Schwingungen des Mikrophons ändert sich die Stärke in dem Stromkreis desselben, im Verhältnifs zu den gegenseitigen Inductionen ändert sich die Stärke in der Linie ebenfalls, wie wenn der Widerstand der letzteren den Aenderungen des Mikrophons proportionale Aenderungen erfahren hätte. Diese Aenderungen in der Stärke des Stromes werden durch die Schwingungen der Schallplatte des Empfängers, ebenso wie durch diejenige eines gewöhnlichen Fernsprechers übermittelt.

Vielfach - Fernsprecher.

In einen beliebigen Stromkreis, welcher eine Selbstinduction darbietet und auf welchen eine wechselnde elektromotorische Kraft einwirkt, werden Wechselströme erzeugt, deren Stärke und Phase einerseits von der periodischen

Wiederkehr (periodicite) der elektromotorischen Kraft, andererseits von dem Widerstand und der Selbstinduction des Stromkreises abhängt. Schaltet man in diesen Stromkreis einen Condensator ein, so wird, wenn man dem Condensator eine gewisse, im Verhältnifs zur Wechselzahl des Stromes und der Selbstinduction des Stromkreises stehende bestimmte Capacität giebt, die Wirkung der Selbstinduction bekanntlich aufgehoben, so dafs folglich die Stärke des Stromes beträchtlich vermehrt und die Phase des letzteren verändert wird.

Diese Eigenschaft ergiebt die Lösung der Aufgabe des Vielfach-Fernsprechens, sofern gemäfs dem vorhin Gesagten eine Vorrichtung zur Verfügung steht, die fähig ist, mit wechselnder elektromotorischer Kraft zu arbeiten.

Es sei in den Ortsstromkreis, welcher das Mikrophon m, Fig. 4, enthält, ein Condensator c eingeschaltet. Wenn die Capacität dieses Condensators eine solche ist, dafs sie der Selbstinduction des Systems, welches von der Linie, dem Empfänger E und dem Ortsstromkreis für einen Strom von der Periode T gebildet ist, bei gleichbleibender elektromotorischer Kraft das Gleichgewicht hält, so wird die Stärke dieses Stromes um Vieles gröfser sein als diejenige eines Stromes von einer anderen Wechselzahl.

In Fig. 5 ist die allgemeine Einrichtung eines Fernsprechnetzes dargestellt. In dieser Figur bezeichnen:

T einen Hauptstromumwandler, welcher in der Linie Wechselströme unter den angegebenen Bedingungen inducirt;

fj t.₂ t_s f₄ u. s. w. Stromumwandler, welche die Stromkreise der Mikrophone Mi₁ m₂ m₃ m₄ beeinflussen;

c, C₂ c_g C₄ Condensatoren, welche in die Stromkreise der Mikrophone eingeschaltet sind;

E₁ E₂ E₃ E₁ elektrodynamometerartige Empfänger ;

Z₁ /_ä /₃ Z₄ Selbstinductionsspulen, welche zwischen die Erde und die Empfänger eingeschaltet sind.

Der Stromkreis, welcher von einem Uebermittlerwij, seinem Umwandler t, der Hauptlinie und einem Empfänger E₁ gebildet wird, hat eine gewisse Selbstinduction, welche gleichzeitig von der Bauart der Vorrichtungen und den Verhältnissen derselben zu dem übrigen Theil des Netzes abhängt. Diese resultirende Selbstinduction, genannt scheinbare Selbstinduction, kann aufgehoben werden durch passende Wahl der Capacität des Condensators C₁, aber nur für eine bestimmte Wechselzahl des Stromes.

Durch den Hauptumwandler T werden in das Netz mehrere Wechselströme zugleich gesendet, welche verschiedene Wechselzahlen haben, z. B.

100 000 120000 140000 160000.

Die Erzeugung dieser Ströme bietet keine besonderen Schwierigkeiten dar. Gemäfs dem oben Gesagten werden die Wechselzahlen durch Unterbrecher oder allgemein durch Stromschwinger (vibrateurs de courants distincts) bestimmt. Alle so erregten Ströme können nach dem angegebenen Verfahren gleichzeitig durch dieselbe Maschine verstärkt werden und lassen sich ohne Schwierigkeit durch dieselbe Linie senden.

Von den genannten Wechselzahlen wählt man eine, z.B. die Wechselzahl 100 000, und regelt die Capacität des Condensators c, dergestalt, dafs er für diese Wechselzahl die Selbstinduction ' des betrachteten Stromkreises vernichtet, wie oben erläutert wurde. Es ergiebt sich daraus, dafs der Strom von der Wechselzahl 100 000 in diesem Stromkreis eine um Vieles gröfsere Stärke hat als die anderen Ströme. In der Praxis werden alle Ströme, mit Ausnahme des Stromes von der Wechselzahl 100 000, auf diesem Stromkreis ohne Einfluis sein, das betrachtete, von dem Uebermitieler W₁ und dem Empfänger E₁ gebildete Mikrophonsystem wird also ebenso arbeiten, als wenn es allein vorhanden wäre.

In derselben Weise regelt man jeden besonderen Stromkreis für eine bestimmte Wechselzahl. Auf diese Art lassen sich durch eine und dieselbe Linie eine Reihe von Ferngesprächen gänzlich unabhängig von einander übermitteln.

Es wäre zu befürchten, dafs es Schwierigkeiten bieten könnte, die genaue Regelung der Condensatoren zu erlangen. Diese Schwierigkeit kann man dadurch umgehen, dafs in den Stromkreis statt einer kleinen Anzahl von Strömen von sehr verschiedenen Wechselzahlen eine grofse Anzahl von Strömen gesendet wird, welche naheliegende Wechselzahlen haben, z. B. eine gewisse Anzahl, deren Wechselzahl zwischen 98 000 und 102 000 liegt, andere, deren Wechselzahl zwischen 118 000 und 122000 liegt u. s. f. Alsdann genügt eine ungefähre Regelung des Condensators, damit immer ein Strom von solcher Wechselzahl vorhanden ist, dafs die elektrische Resonanz hervorgebracht wird.

Anwendung auf die Telegraphie.

Durch die Verwendung der Wechselströme zur Telegraphie wird die Aufgabe des Ersatzes der Batterieen durch Maschinen auf die einfachste Weise gelöst. Man kann sich dann hochgespannter Ströme für die Uebermittelung auf weite Entfernung bedienen, während die

Vorrichtungen nur von niedrig gespannten Strömen durchlaufen werden, welche auf die Linie durch Vermittelung von Stromumwandlern zurückwirken.

Alles, was wir hinsichtlich des Vielfach-Fernsprechens gesagt haben, gilt bezüglich der Telegraphic, mit dem Unterschied, dafs die Wechselzahl der Ströme viel geringer sein kann.

Ein derartiges System der Vielfach-Telegraphie, gegründet auf die Eigenschaften der Resonanz der durch Condensatoren unterbrochenen elektrischen Stromkreise, hat den Vortheil, sich auf beliebige Vorrichtungen anwenden zu lassen. Es ist lediglich nöthig, überall da, wo Eisenstücke magnetischen Wirkungen ausgesetzt sind, die vollen Kerne durch Kerne aus Eisendraht oder isolirten Blechstreifen zu ersetzen, um die Wirkungen der Foucault'schen Ströme zu vermeiden.

Claims (1)

1. Patent-Anspruch:

   Eine Einrichtung, bei welcher das Vielfach-Fernsprechen bezw. Vielfach-Telegraphiren mittelst einer einzigen Linie dadurch ermöglicht wird, dafs in der Linie mittelst geeigneter, an passender Stelle aufgestellter Vorrichtungen, eine Reihe von Wechselströmen von verschiedener Wechselzahl inducirt werden und von diesen Wechselströmen nur je einer je ein zusammengehöriges Paar der zwischen Linie und Erde oder Rückleitung im Nebenschlufs liegenden Uebermittelungsvorrichtungen und Empfänger beeinflufst, indem in jeden der von der Linie einer der Uebermittelungsvorrichtungen und dem zu ihr gehörigen Empfänger gebildeten Stromkreis ein Condensator von solcher Capacität eingeschaltet ist, dafs jeder dieser Stromkreise nur einem Strom von bestimmter Wechselzahl, aber keinen anderen Strömen Durchgang gestattet.

   Hierzu ι Blatt Zeichnungen.