DE671513C - Einrichtung zur Verringerung der Frequenz eines niederfrequenten Wechselstromes - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Verringerung der Frequenz eines niederfrequenten Wechselstromes, insbesondere zur Signalerzeugung in Fern-Sprechanlagen, in welcher eine nicht lineare induktanz mit einem Kondensator in einem Stromkreis angeordnet ist, in weichem andauernd Schwingungen von niederer Frequenz eine zum Scriwingungsanstoß. dienende

ίο durch Schwingungen höherer Frequenz erregt wird. Das Neue besteht nun darin, daß in dem Schwingungsstromkreis niederer Frequenz eine zum Sdhwingüngsainstoß dietneude selbsttätige Anlaßvorrichtung durch den im Schwingungsstromkreis fließenden Strom derart überwacht wird, daß diese Anlaßvorrichtung erregt wird, wenn der Strom in dem Schwingungsstromkreis niederer Frequenz aussetzt. Zu diesem Zweck enthält die Anlaß vorrichtung gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ein Relais und eine un-. symmetrische Impedanz, welche selbsttätig in den Schwingungsstromkreis eingeschaltet wird, wenn der Stromkreis stromlos wird.

Das Relais der Anlaßvorrichtung ist ein Relais, welches nur langsam erregt wird, wenn der Schwingungsstromkreis unterbrochen wird. Infolge der angehäuften Energie entsteht ein Stromstoß, wenn der Schwingungsstromkreis unterbrochen ist. Dieser Stromstoß erregt dann die Anlaßvorrichtnng mit Sicherheit.

Die Kapazität des Schwingungsstromkreises wird durch eine zweite Induktanz überbrückt, so daß ein. stabilisierender Nebenschluß entsteht, der induktiv mit dem Belastungsstromkreis gekuppelt ist. Die Induktanz in dem Hauptstromkreis oder Hauptschwingungsstromkreis hat ein solches Verhältnis zur Induktanz des stabilisierenden Zweiges, daß selbst bei starken Schwankungen in der Belastung nur geringe Schwankungen im Schwingungsstromkreis sich bemerkbar machen.

Die Zeichnungen stellen schematisch verschiedene solcher Schwingungsstromkreise dar.

Abb. ι zeigt eine Schaltung mit einem einfachen Anlaßstromkreis.

Abb. 2 zeigt eine ähnliche Schaltung verbunden mit einem Stabilisierungsstromkreis.

Abb. 3 zeigt die vorzugsweise benutzte Ausführungsform mit der Anlaßvorrichtung der Abb. 1, der Stabilisierungsvorrichtung nach Abb. 2 und einer Einrichtung zur Überwachung der Wechselzahl in dem äußeren vom Schwingungskreis gespeisten Stromkreis.

Abb. 4 zeigt eine andere Ausführungsform, ähnlich der in Abb. 2 dargestellten.

Die. Wechselstromquelle 1 sei als eine Wechselstromquelle mit 60 Wechseln pro Sekunde angenommen, in der auch irgendeine andere Wechselzahl gewählt werden kann, oder statt des hier dargestellten Erzeugers 1

das Netz, eine Umwandlerwicklung oder irgendeine andere Quelle gesetzt werden kann. Der Schwingungsstromkreis enthält die Selbstinduktion 2 und den Kondensator 3. Es sei nun angenommen, daß dieser Schwingungsstromkreis durch diese beiden stromführenden Teile in ihm so abgestimmt ist, daß seine Grundschwingungszahl 20 pro Sekunde ist. Auch hier kann je nach der Größe der Selbstinduktion und des Kondensators eine andere Grundschwingungszahl gewählt werden. Die Selbstinduktion 2 besteht aus einer Spule auf einem magnetischen Kern, der bis zur vollen Sättigung magnetisiert werden kann. Der Wert der Selbstinduktion schwankt je nach dem Strom wert in der Spule oder je nach der Spannung an der Spule. Diese Selbstinduktion kann demnach als nicht lineare Impedanz betrachtet werden. Infolge dieser nicht linearen Eigenschaft der Impedanz wird die Wellenform des im Stromkreis fließenden Stromes verändert. Es entstehen neben der Grundschwingung harmonische Schwingungen. Wird der Schalter 9 geschlossen und der Schwingungsstromkreis 2, 3 durch die Wechselstromquelle 1 erregt, so daß ein Strom einer Wechselzahl von 20 infolge seiner Abstimmung darin fließt, so wird damit auch eine dritte harmonische Schwingung von 60 Wechseln pro Sekunde erzeugt. Diese dritte harmonische Schwingung hat demnach die gleiche Wechselzahl wie die Wechselstromquelle 1. Die Wechselstromquelle 1 wird also das Bestreben haben, diese dritte Harmonische beständig aufrechtzuerhalten, und dadurch wird dem Schwingungsstromkreis 2, 3 beständig Energie zugeführt und die Grundschwingung in diesem Stromkreis mit einer Wechselzahl von 20 aufrechterhalten. Dieser Zustand hält an, solange der Schalter 9 geschlossen ist. In dieser einfachen Schaltung wird die Leistung des Schwingungsstromkreises mit der Wechselzahl 20 genügend groß sein, um praktische Stromverbraucher zu versorgen, beispielsweise Rufstrom für Fernsprecher zu liefern.

In der Schaltung nach Abb. 1 kann der Wechselstrom mit der Grundschwingungszahl 20 entweder an den Leitern 6 oder an den Leitern 7 abgenommen werden. Nun sei bemerkt, daß bei Abstimmung des Schwingungskreises 2, 3 auf eine Wechselzahl 20 die Kapazitätsreaktanz des Kondensators 3 gegen eine Wechselzahl 60 oder selbst gegen eine höhere Wechselzahl geringer ist als die Induktionsreaktanz der Selbstinduktion 2. Es fließt demnach zu den von den Kondensatorklemmen 2 abzweigenden Leitungen 6 viel weniger Strom einer Wechselzahl 60 bzw. einer höheren Wechselzahl als durch die von den Klemmen der Induktanz abzweigenden Leitern 7.

Soll der Strom der Wechselzahl 20 für den Anruf von Sprechstellen in einer Fernsprechanlage benutzt werden, so kann die Einstellung des hörbaren Signals (Summerton) leicht dadurch herbeigeführt werden, daß man verschieden große Teilwerte der Ströme in den Leitungen 6 und 7 benutzt. Nach Abb. 2 wird dies beispielsweise dadurch erreicht, daß man Leitungen 7" von bestimmten Windungen der Induktanz 2 abzapft. Wird der abgelieferte Strom dann beispielsweise von der oberen Leitung 7« und der unteren Leitung 6 geführt, so befindet sich der Kondensator 3 in Reihe mit einem Teil der Selbstinduktionsspule 2. Infolge dieser Anordnung kann der verbleibende Teil der Wicklung dieser Spule den Strom der höheren Wechselzahl so beeinflussen, daß dadurch die Wellenform des Stromes der Grundwechselzahl 20 geändert wird. Bei niedrigen Wechselzahlen ist also der verbleibende Teil der Wicklung der Selbstinduktionsspule unwirksam sowie die Veränderung der Wellenform der Grundwechselzahl in Frage kommt. Bei höheren Wechselzahlen wird jedoch dieser Teil der Selbstinduktionsspule ausgenutzt, um die Wellenform des Stromes der Grundwechselzahl so zu ändern, daß dadurch das hörbare Signal gegeben wird.

Die Anlaßerregung für einen solchen Schwingungsstromkreis kann auf verschiedene Weise erfolgen. Man kann beispielsweise den Schalter 9 schließen und wieder öffnen; Versuche haben jedoch gezeigt, daß ein solches Verfahren nicht zuverlässig ist. Das Anlassen des Schwingungsstromkreises erfolgt vielleicht nur bei jedem fünften Schluß des Schalters 9. Es sei hier auf die in der amerikanischen Patentschrift 1633481 beschriebene Anordnung hingewiesen, bei der ein anderes Anlaßverfahren für einen Schwingungsstromkreis benutzt wird; aber auch dieses Verfahren ist am besten nur in 50 bis °/₀ der Schalterschlüsse wirksam.

Wenn jedoch der zum Anlassen des Schwingungsstromkreises dienende Kreis eine Gleichstromquelle 5 enthält, so findet der Schwingungsanstoß regelmäßig bei jeder öffnung des Schalters 4 in diesem Gleichstromkreis statt. Dieser Anstoß unter Benutzung einer Gleichstromquelle eignet sich selbst in den ungünstigsten Verhältnissen, d. h. wenn unter anderen Bedingungen das Anlassen des Schwingungsstromkreises nur sehr schwierig ist.

Als Gleichstromquelle kann eine einfache Batterie, ein Sammler, ein Gleichstromerzeuger oder das Netz benutzt werden. Auch kann die Gleichstromquelle eine einseitig

«71513

oder asymmetrisch wirkende Vorrichtung, beispielsweise einen Gleichrichter, enthalten, der die Selbstinduktion oder einen Teil derselben überbrückt. Eine solche Anordnung ist beispielsweise in Abb. 3 an dem Gleichrichter 15, der einen Teil der Selbstinduktion überbrückt, dargestellt. Dieser Stromkreis umfaßt demnach im Zusatz zu dem Gleichrichter auch einen Teil der Wicklung 2.
Wird in einem solchen Anlaßstromkreis der Schalter 4 geschlossen, so fließt Gleichstrom durch den Stromkreis. Es entsteht eine magnetische Strömung im Kern der Selbstinduktion 2, und bei Öffnung des Stromkreises durch Öffnung des Schalters 4 verschwindet diese Strömung plötzlich. Die Selbstinduktion erzeugt einen Strom, der nunmehr im Schwingungsstromkreis fließt, und zwar würde dieser Strom auch unabhängig von der Wechselstromquelle entstehen. Infolge der Abstimmung des Schwingungsstromkreises ist die Schwingungszahl darin die Grundschwingungszahl, wobei diese Schwingungen von harmonischen Schwingungen begleitet sind. Die Wechselstromquelle erhält nun diese harmonischen Schwingungen aufrecht, da sie ja die gleiche Schwingungzahl hat wie diese harmonischen Schwingungen, und dadurch wird nun dem Schwingungsstromkreis die Energie zur Aufrechterhaltung der ungedämpften Schwingungen der Grundschwingungszahl zugeführt. Es braucht also in dem Gleichstromkreis die von der Gleichstromquelle gelieferte Energie nur groß genug sein, um im Kern der Selbstinduktion eine solche Sättigung herbeizuführen, daß beim plötzlichen Verschwinden dieser Sättigung, also bei Öffnung des Schalters 4, die in dem Schwingungsstromkreis ausgelöste Energie gerade groß genug ist, um solche Schwingungen der Grundschwingungszahl einzuleiten.

Die Ausführungsform nach Abb. 3 zeigt eine selbsttätige Abschaltvorrichtung in Gestalt eines Relais 12 in Verbindung mit dem Gleichrichter 15. Bei Schluß des Schalters 9 fließt der Wechselstrom der Quelle 1 durch die Selbstinduktionsspule 2 in die untere Wicklung des Relais 12 zum Umwandler 8 und zurück. Durch die rechte Hälfte der Selbstinduktionsspule 2 fließt dann sowohl der eben erwähnte Wechselstrom wie auch der durch den Gleichrichter 15 erzeugte Gleichstrom. In der oberen Wicklung des Relais 12 fließt demnach sowohl der Wechselstrom wie auch der Gleichstrom zum Ruhekontakt des Ankers oder Schalters 4, in die Drosselspule 10 und Gleichrichter 15. In den beiden Wicklungen des Relais 12 fließt Wechselstrom in entgegengesetzter Richtung. Er erzeugt demnach keine magnetische Strömung im Kern dieses Relais 12. Ist das Relais aberregt, so ist der Schalter 4 geschlossen; ist jedoch durch den verbleibenden Gleichstrom das Relais 12 nunmehr genügend stark erregt, so öffnet es den Kontakt 4 und unterbricht damit den Strom durch den Gleichrichter 15. Die von diesem Gleichstrom herrührende Magnetisierung des Kernes 2 wird unterbrochen, Selbstinduktion entsteht in der Spule 2 unabhängig von dem Wechselstrom der Wechselstromquelle i, und die freien Schwingungen im Schwingungsstromkreis setzen mit der Grundschwingungszahl und den harmonischen Schwingungen ein. Die Wechselzahl des Wechselstromes der Quelle 1 entspricht der Wechselzahl der harmonischen Schwingungen im Schwingungsstromkreis, so daß wieder durch Aufrechterhaltung der harmonischen Schwingungen auch die Grundschwingungen der niedrigen Wechselzahl aufrechterhalten werden. Das Relais 12 bleibt in betriebsfähigem Zustand infolge der im Schwingungsstromkreis fließenden Ströme. Der Kontakt 4 bleibt also offen während des eigentliehen Betriebs, und der Gleichrichter 15 führt also während des Betriebs keinen Strom. Hören aus irgendeinem Grund die Schwingungen des Schwingungstromkreises auf, so wird wieder der Kontakt 4 infolge Aberregung des Relais 12 geschlossen, und damit fließt wieder Gleichstrom durch den Anstoßstromkreis infolge der Einschaltung des Gleichrichters 15. Diese Ausführungsform hat demnach den Vorteil, daß die Schwingungen des Schwingungsstromkreises, die ausgenutzt werden sollen, selbsttätig wieder einsetzen, falls sie unterbrochen werden sollten, da durch den vom Gleichrichter 15 hergestellten Gleichstrom der Kern der Selbstinduktionsspule 2 immer genügend stark gesättigt wird, um bei Öffnung des Schalters 4 und Unterbrechung dieses Stromes die Schwingungen der Grundschwingungszahl ins Leben zu rufen. Der Anlaßstromkreis enthält hier einen Kondensator 11 und eine Drosselspule 10, um Strom von der höheren Wechselzahl, wie sie Hochfrequenzströme haben, zu unterdrücken.

Sollte also aus irgendeinem Grund im Schwingungsstromkreis oder in- dem Belastungsstromkreis der Leitungen 6, 7 eine Störung vorkommen, welche die Erregung des Schwingungsstromkreises verhindern würde, so würde das Relais 12 wiederholt erregt und aberregt werden und den Schalter 4 wiederholt öffnen oder schließen. Eine derartig häufig wiederholte Erregung würde eine Abnutzung des Kontaktes 4 und vielleicht auch eine Überhitzung des Gleichrichters 15, der Induktanz 2, des Relais oder anderer Teile im Stromkreis herbeiführen. Um dies zu ver-

671518

meiden, kann irgendeine Schutzvorrichtung mit einem der Stromkreise verbunden sein. Dazu gehört beispielsweise eine Sicherung oder Heizspule 16. In Abb. 3 gestattet der Heizdraht 16 den Durchgang eines Stromes in diesem Anlaßstromkreis unter einem bestimmten Wert, um augenblicklich das Relais • zu erregen und die Schwingungen anzulassen. Bei häufiger Wiederholung wird dann dieser Heizdraht 16 infolge seiner Erwärmung den Anlaßstromkreis mit seinem Gleichrichte!· öffnen, und es wird ein Hilfsstromkreis erregt, der bei 17 angedeutet ist und beispielsweise ein Signal oder einen Störungsanzeiger enthält, ig Dieser Stromkreis ist nicht weiter angedeutet. Abb. 4 zeigt eine Schaltung ebenfalls mit einer selbsttätigen Überwachung für den Gleichrichterstrom. Hier ist ein Leiter von dem von der Wechselstromquelle 1 aus abgehenden Leiter zum Gleichrichter 15 geführt, um von hier zur Induktanz 2 zu gehen. Das Relais 12 arbeitet mit Wechselstrom. Es ist ein langsam arbeitendes Relais und gestattet also dem Gleichstrom, der in der Induktanz fließt, den Wert der Sättigung des Kernes ziemlich weit hinaufzutreiben, um bei Unterbrechung dieses Anlaßstromkreises sicher zu gehen, daß die Schwingungen der Grundschwingungszahl im Grundstromkreis einsetzen. Diese Unterbrechung hängt von der öffnung des Kontaktes 4 am Relais 12 ab. Auch hier sind die Schutzvorrichtungen, der Kondensator 11 und die Drosselspule 10, im Anlaßstromkreis vorhanden, um Hochfrequenzströme zu unterdrücken.

Wird, wie in Abb. 3, für den Anlaßstromkreis ein Gleichrichter 15 benutzt, so kann der Kondensator 3 des Nutzstromkreises mit dem Schwingungskreis selbst unter Einschaltung einer Umwandlerwicklung 8 verbunden sein. Dieselbe Verbindung ist für den Schwingungsstromkreis nach Abb. 4 gewählt. Dadurch wird der Schwingungsstromkreis nicht nur in seiner Wirkung gleichmäßiger, es wird dadurch auch der Wirkungsgrad des Kondensators 3 erhöht, und man kann demnach aus einer bestimmten Induktanz und Kapazität eine höhere Leistung erreichen. Der Umwandler 8 kann gleichzeitig als Umwandler für den Belastungsstromkreis 6, 7 benutzt .werden.

In Abb. 3 und 4 ist der Kondensator 3 mit der Wicklung des Umwandlers 8 so verbunden, daß er mit höherer Spannung betrieben wird als jener Spannung, die zur Verfugung stünde, wenn er einfach in Brücke zur Wechselstromquelle 1 gelegt wäre, wie in Abb. ι und 2. Infolge dieser Erhöhung der Spannung am Kondensator wird sein Wirkungsgrad erhöht, und in dem Belastungs-Stromkreis 6 steht demnach eine verhältnismäßig große Energie zur Verfügung. Will man. also in dem Belastungsstromkreis 6 eine bestimmte Leistung haben, so kann bei dieser Anordnung der Kondensator 3 und die Induktanz 2 kleiner gewählt werden, als wenn der Kondensator 3 nicht infolge seiner Verbindung mit dem Umwandler 8 an eine höhere Spannung gelegt würde.

Bei praktischer Anwendung der Erfindung wird der Kern des Transformators bis zu einem Wert in der Nähe des Knies der Sättigungskurve gesättigt. Dadurch werden die Spannungshöchstwerte an dem Kondensator 3, wie sie von plötzlichen Spannungsschwankungen und vorübergehend fließenden Strömen herrühren, beschränkt. Diese Anordnung gestattet die Benutzung des betreffenden Kondensators mit einem höheren Wirkungsgrad. Gleichzeitig ist dabei die scheinbar auf Kapazität beruhende Impedanz des Kondensators im Schwingungsstromkreis bedeutend verringert. Wie oben erwähnt, kann demnach, bei einem Kondensator einer bestimmten Kapazität und einer Selbstinduktion bestimmter Induktanz im Schwingungsstromkreis eine viel größere Leistung aus diesem Schwingungsstromkreis abgenommen werden, solange die Schwingungen anhalten.

Der Umwandler 8 dient auch zur Stabilisierung des Schwingungsstromkreises und macht dadurch diesen Stromkreis weniger von den Belastungsschwankungen abhängig. Werden in einer Anordnung zur Reduktion der Schwingungszahl, wie beispielsweise in Abb. ι gezeigt, die Konstanten so gewählt, daß der Schwingungsstromkreis bei Leerlauf zufriedenstellend weiterschwingt,, so kann man aus diesem Schwingungsstromkreis kaum irgendwelche Energie zur Überwindung einer Last ableiten. Werden andererseits die Konstanten so gewählt, daß der Schwingungsstromkreis bei einer bestimmten Last zufriedenstellend schwingt, so werden die Schwingungen ungleichmäßig und hören auf, wenn die Belastung verringert wird. Diese Ungleichmäßigkeit geht selbst so weit, daß die Schwingungszahl des Schwingungsstromkreises von der ursprünglich beabsichtigten Grundschwingungszahl abweicht. Soll beispielsweise diese Grundschwingungszahl 20 Wechsel pro Sekunde bedeuten, so springt bei Entfernung der Belastung diese Schwingungszahl auf 30 pro Sekunde. Die Einschaltung des Umwandlers 8 in den Schwingungsstromkreis hat den großen Vorteil, daß 11.5 innerhalb weiter Belastungsgrenzen die Schwingungen gleichmäßig und ununterbrochen aufrechterhalten werden.

Eine weitere Stabilisierung des Schwingungsstromkreises kann auch durch Einschaltung eines Widerstandes in Reihe mit der Induktanz 2 und dem Kondensator 3 erreicht

. werden. Der Widerstand verzehrt den Strom, wenn keine äußere Belastung vorhanden ist, so daß der Wert der Induktanz nicht so weit heruntergeht, daß Resonanzerscheinungen mit dem Kondensator 3 bei höherer Schwingungszahl bemerkbar werden. Der Nachteil des Widerstandes ist jedoch, daß er die Leistung herabdrückt, die abnehmbar ist, solange die Schwingungen anhalten.

Es kann nun eine Anordnung getroffen werden, um den Reihenwiderstand mit der Belastung zu verändern, beispielsweise durch Einschaltung einer Lampe im Schwingungsstromkreis. Aber selbst dann ist die Ände- rung des Widerstandes nicht ebenso rasch wie die Änderung der Belastung. Auch diese Anordnung mag wohl eine Vergrößerung der Leistung verhindern, sie genügt jedoch nicht, um den Schwingungsstromkreis vollständig zu stabilisieren und ihn gegenüber Änderungen in der Belastung noch genügend empfindlich zu erhalten.

Um die Wirkung des Umwandlers 8 besser würdigen zu können, sei hier auf Abb. 2 hingewiesen. Diese Abbildung zeigt eine etwas vereinfachte Anordnung der Schaltung nach Abb. 3. Statt des Umwandlers 8 ist eine Induktionsspule in Brücke zur Wechselstromquelle ι gelegt. Der Kondensator 3 ist jedoch nicht an diese Spule so angeschaltet, daß damit die Spannung an seinem Ende erhöht wird; auch findet keine Erhöhung der Kapazität dieses Kondensators statt. Werden in diesem Stromkreis der Abb. 2 die Konstanten so gewählt, daß der Schwingungsstromkreis gleichförmig weiterarbeitet, wenn die Belastung im äußeren Stromkreis eine Vollbelastung ist, und wird die Spule 8 so eingestellt, daß ihr Eisenkern gerade ungefähr gesättigt ist, so wird bei Entfernung der Last im äußeren Stromkreis und bei der damit zusammenhängenden Vergrößerung des Stromes die Spannung an den verschiedenen Teilen des. Stromkreises ebenfalls erhöht. Die Spannung am Kondensator 3 und an der Spule 8 führt nun zu einer Verringerung der Impedanz der Spule 8, und infolge dieser Verringerung der Impedanz wird das Anwachsen der Spannung und des Stromes über einen bestimmten zulässigen Wert unmöglich gemacht, auch wenn die Belastung im äußeren Stromkreis verringert ist. Die Spule 8 hat also schon bei dieser Anordnung den Zweck, jede übermäßige Zunahme des Stromes im Schwingungsstromkreis, herbeigeführt durch Entfernung der Last, zu beseitigen, und damit ist also schon eine Stabilisierung gewährleistet. Prüfungen haben ergeben, daß zwischen breiten Grenzen der Belastung schon dadurch eine genügende Stabilisierung des Schwingungsstromkreises erreicht wird. Es geht dies darauf zurück, daß das Eisen der Spule 8 bis zu einem Wert nahe dem Knie der Sättigungskurve magnetisiert ist und demnach eine sehr genaue Überwachung zuläßt. Die Induktanz der Spule 8 kann so gewählt werden, daß selbst Resonanzerscheinungen mit dem Kondensator 3 entweder bei der Grundschwingungszahl oder einem größeren oder kleineren Vielfachen der Grundschwingungszahl der Induktanz 2 und des Kondensators 3 wahrgenommen werden. Man kann also den Schwingungsstromkreis, der die Induktanz, d. h. die Induktionsspule oder den Umwandler 8 und den Kondensator 3 enthält, so einstellen, daß die Schwingungszahl dieses Stromkreises die Grundschwingungszahl ist. Die dabei erzeugten harmonischen Schwingungen mögen nun eine Schwingungszahl umfassen, die gleich ist der Grundschwingungszahl des Schwingungsstromkreises, welcher nur die Induktanz 2 und den Kondensator 3 enthält. Bei dieser Anordnung kann man also an den Leitern 6 Strom einer Wechselzahl abnehmen, die gleich ist der Grundschwingungszahl des ersterwähnten Schwingungsstromkreises, umfassend den Kondensator 3 und die Spule 8, und. man kann auch einen Strom abnehmen, dessen Wechselzahl gleich ist der Grundschwingungszahl des zweiten Schwingungstromkreises, welcher die Induktanz 2 und den Kondensator 3 enthält. Auch hat diese Anordnung die Wirkung, daß die Wellenhöhe der Schwingungen im Schwingungsstromkreis unabhängiger von dem Belastungsstromkreis wird. Dieser Stromkreis, welcher die Induktionsspule oder den Umwandler 8 benutzt, hat Ähnlichkeit mit Gleichstromkreisen, beschrieben auf S. 76 bis 82 in Steinmetz, 3. Auflage, »Alternating Current Phenomena«, 1900, veröffentlicht durch McGraw Publishing Co. Er hat auch Ähnlichkeit mit den Anordnungen, beschrieben in einem Aufsatz »Constant Current D-C-Transmission«, Verfasser C. H. Willis, B. D. Bedford und F. R. Elder, veröffentlicht im »Electrical Engineering Journal«, Januar 1935, S. 102, Bd. 54, Nr. ι unter dem Namen »Monocyclic Network«. »o

Falls die Belastung an eine Wicklung der Spule oder des Umwandlers 8 angeschlossen ist, kann man auch diesen Umwandler als eine Vorrichtung zur Abtrennung der beiden Stromkreise voneinander auffassen, so daß der Schwingungsstromkreis gewissermaßen unabhängiger von den Belastungsänderungen im äußeren Stromkreis wird. In dieser Hinsicht scheint die Anordnung ähnlich wie in jenen bekannten Anordnungen zu arbeiten, in welchen Vakuumoszillatoren verwendet werden; siehe I. R. E., Bd. 19, Dezember 1931,

von F. B. Llowellyn, betitelt »Constant Frequency Oszillator«, S. 2063 bis 2094.

Die Spule oder der Umwandler 8 kann auch als ein Nebenschluß aufgefaßt werden, der die Schwingungen des anderen Stromkreises stabilisiert. Wird die Spule oder der Umwandler 8 als eine solche Brücke betrachtet, so sei angenommen, daß ein Teil des Schwingungsstromes in diesem Nebenschluß die Schwingungen im Hauptschwingungsstromkreis beeinflußt. Die Spule 8 läßt jenen Teil des Schwingungsstromes durch, welcher den äußeren Stromkreis, d. h. den Laststromkreis, über eine breite Zone von Schwingungsbelastungen hin stabilisiert. Der Nebenschlußstrom wird dann zu einer Funktion des Belastungszustandes, soweit der Hauptstromkreis in Frage kommt. In Anlagen, in welchen die Schaltung einen Rufstrom von

20 Wechseln pro Sekunde für ein Fernsprechnetz erzeugen soll, kann diese Wechselzahl wieder zur Abgabe von hörbaren Signalen verwendet werden, wenn man eine zusätzliche kleine, aber veränderliche Induktanz 18 in Reihe mit dem Kondensator legt (Abb. 3). Es stellt diese Anordnung ein sehr einfaches und wirksames Mittel zur Überwachung des Wertes des Stromes von hoher Wechselzahl in dem äußeren Stromkreis dar, und diese Anordnung dient gleichzeitig auch zur Veränderung der Wellenform des abzugebenden Stromes. Bei ganz geringer Wechselzahl ist die Induktanz 18 äußerst klein, auch wenn sie einstellbar ist, und dann hat sie natürlich keinen wesentlichen Einfluß auf die Veränderung der Wellenform des Stromes in dem äußeren Stromkreis. Ist die Wechselzahl jedoch verhältnismäßig hoch, so vergrößert sich die Induktanz dieser zusätzlichen einstellbaren Spule 18 so weit, daß sie die Wellenform verändert oder unregelmäßig gestaltet und dadurch den Strom für die Rufvorrichtung abgibt. Natürlich kann auch eine derartige zusätzliche Induktanz in den Stromkreis nach Abb. 4 geschaltet werden.

In den dargestellten Ausführangsbeispielen wird der Schalter 9 im Stromkreis der Wechselstromquelle 1 durch ein Relais überwacht, das entweder durch einen gewöhnlichen Schalter erregt wird oder das beispielsweise seine Erregung erhält, wenn im Amt der Rufschalter auf Ruf stellung umgelegt wird, wie dies bekannt ist.

In der Entwicklung der vorliegenden Erfindung wurden viele Versuche gemacht, und zwar mit einem gewöhnlichen Wechselstromnetz einer Spannung von 120 Volt und der Wechselzahl 60. Die Größe der verschiedenen Stromkreisteile, wie sie beispielsweise in Abb. 3 benutzt werden, hängt natürlich von der Leistung, der Spannung und dem Strom ab, der durch diesen Umwandler abgegeben werden soll; sie hängt jedoch auch von der Spannung der Wechselstromquelle ab. In einer Ausführungsform wurde beispielsweise als Induktanz 2 eine Spule benutzt, die auf einen Kern eines Querschnitts von 29 qcm (4,5 Quadratzoll) gewickelt war; der Kondensator 3 hatte eine Kapazität von 20 Mikrofarad. Mit diesen Abmessungen bzw. Werten arbeitet die Schaltung sehr zufriedenstellend. Benutzte man in dem Stromkreis nach Abb. 1 eine Induktanz 2 mit einem Kern von 14,5 qcm Querschnitt (2,25 Ouadratzoll) und einen Kondensator von 20 Mikrofarad, so ergab sich eine Höchstleistung von 25 Watt mit einem Strom von der Wechselzahl 20. Dabei war jedoch die Spannungsregelung keine sehr gute. Es ist zu bedenken, daß die Spannung im Belastungsstromkreis häufig 4O°/₀ schwankt zwischen einem belastungslosen Zustand und der vollen Belastung von ungefähr 25 Watt.

Bei der Schaltung nach Abb. 3 wurde die gleiche Induktanz und der gleiche Kondensator benutzt. Man konnte im Belastungsstromkreis mit einer Wechselzahl 20 eine Leistung von ¹Zs PS herausnehmen. Bei dieser Schaltung ist jedoch die Spannungsregelung viel besser, und die ganze Spannungsschwankung zwischen den Leitern 6 ist höchstens 7°/„ zwischen belastungslosem Zustand und der Normalbelastung von ¹J₈ PS.

In dieser Beschreibung bedeuten die Ausdrücke Grundwechselzahl oder Grundstrom jene Wechselzahl oder jenen Strom, dessen Wechselzahl mit dem Hauptstromkreis in Resonanz ist. Die darin erwähnten harmonischen Wechselzahlen sind Wechselzahlen, welche ein Vielfaches der Grundwechsel zahl 1°° sind. Die dritte Harmonische hat also die dreifache Wechselzahl. Der dritte harmonische Strom oder die dritte harmonische Spannung nehmen Bezug auf diese Wechselzahl. Wenn in der Beschreibung betont wird, daß die Anlaßanordnung imstande ist, im Schwingungsstromkreis freie Schwingungen von der Grundwechselzahl und den harmonischen Wechselzahlen hervorzurufen, so bedeutet dies, daß in dem Schwingungs-Stromkreis ein Strom vorhanden ist, der diese Grundwechselzahl hat, und ein Strom oder mehrere Ströme, in welchen die Wechselzahl der Harmonischen entspricht. Es bedeutet dies jedoch nicht, daß etwa der Schwingungs- "S Stromkreis so abgestimmt ist, daß er frei mit den harmonischen Wechselzahlen schwingen würde. Der Schwingungsstromkreis ist vielmehr so abgestimmt, daß er bei der Grundwechselzahl frei schwingt, und wenn diese Schwingung stattfindet, so wird dadurch auch eine harmonische Schwingung erzeugt.·

Claims (11)

1. Patentansprüche:

   ι. Einrichtung zur Verringerung der Frequenz eines niederfrequenten Wechselstromes, in welcher eine nicht lineare Induktanz mit einem Kondensator in einem Stromkreis angeordnet ist, in welchem andauernd Schwingungen von niederer Frequenz erzeugt werden, wenn die Induktanz durch Schwingungen höherer Frequenz erregt wird, insbesondere zur Signalerzeugung in Fernsprechanlagen, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Schwingungsstromkreis (2, 3) niederer

   Frequenz eine zum Schwingungsanstoß dienende selbsttätige Anlaßvorrichtung (12) durch den in diesem Stromkreis fließenden Strom derart überwacht wird, daß die Anlaßvorrichtung (12) erregt wird, wenn der Strom in dem Schwingungsstromkreis niederer Frequenz aussetzt.
2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anlaßvorrichtung (12) eine unsymmetrische Impedanz (10) enthält, welche selbsttätig in den Schwingungsstromkreis eingeschaltet wird, wenn dieser Stromkreis stromlos wird.
3. 3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anlaßvorrichtung (12) ein Relais enthält, das nur langsam erregt wird, wenn der Schwingungsstromkreis unterbrochen wird, um die Anhäufung genügend großer Energie in dem Relais bei Unterbrechung des i'Schwingungsstromkreises zu erzielen und dadurch die Einschaltung der von dem Relais überwachten Anlaßvorrichtung mit

   Sicherheit herbeizuführen.
4. 4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anlaßvorrichtung (12) bei ihrer Erregung einen Anlaßstromkreis vorübergehend schließt, der einen mit der Induktanz (2) verbundenen Gleichrichter (15) enthält.
5. 5. Einrichtung nach den Ansprüchen ι und 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Anlaßstromkreis, der bei Unterbrechung des Schwingungsstromkreises niederer Frequenz geschlossen wird, auch Mittel (Drosselspule 10 oder Kondensator 11) enthält, durch welche die Beeinflussung des Stromkreises durch Hochfrequenzschwingungen vermieden wird.
6. 6. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kapazität (3) des Schwingungsstromkreises durch eine zweite Induktanz (8) überbrückt wird, um einen stabilisierenden Nebenschluß zu bilden, welcher mit dem Belastungsstromkreis (6) gekuppelt ist, wobei das Verhältnis der Induktanz (2) in dem eigentlichen Schwingungsstromkreis zur Induktanz (8) des stabilisierenden Zweiges so groß gewählt ist, daß selbst bei starken Schwankungen in der Belastung nur geringe Schwankungen in den Schwingungsstromkreis übertragen werden.
7. 7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Belastungsstromkreis (6) von dem Kondensator (3) und einem veränderlichen Teil (18) der Stabilisierungsinduktanz gespeist wird, wodurch auch eine Änderung in der Wellenform des Belastungsstromes ermöglicht wird.
8. 8. Abgeänderte Ausführungsform der Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Belastungsstromkreis (6) von einer Reihenschaltung der Kapazität (3) und der veränderlichen Induktanz (18) aus durch Induktion gespeist wird.
9. 9. Einrichtung nach den Ansprüchen 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Kapazität (3) des Schwingungsstromkreises und die Hilfsinduktanz (18) desselben hintereinander geschaltet und in dieser Reihenschaltung im Nebenschluß zur Primärwicklung eines Umwandlers (8) gelegt sind, dessen Sekundärwicklung den Belastungsstromkreis (6) speist.
10. 10. Einrichtung nach den Ansprüchen 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Umwandler (8) einen Magnetkern hat, dessen Sättigungspunkt nahezu erreicht ist, und zwar bei einem Spannungswert, der beträchtlich unterhalb des normalen Wertes der zu liefernden Spannung liegt, wodurch die Spannung des Belastungsstromkreises stabilisiert wird.
11. 11. Einrichtung nach den Ansprüchen

    7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensator (3) mit der Induktanz (2) über einen Transformator (8) hin vereinigt ist, der die Spannung erhöht, so daß die Spannung des Kondensators eine größere ist als die der Induktanz.

    Hierzu 1 Blatt Zeichnungen