-
Anordnung zur wechselweisen Fernübertragung von an beliebig weit voneinander
entfernten Meßstellen gemessenen Werten auf nur einer sämtliche Meßstellen untereinander
und mit der Beobachtungsstelle verbindenden Leiterschleife Bei einer bekannten Anordnung,
die sich des Trägerfrequenzverfahrens zur wechselweisen Fernübertragung mehrerer
Meßgrößen bedient, werden Gleichlauf und übereinstimmende Schaltung der Verteiler
für die Verbindung der einander entsprechenden Geräte an Anzeige- und Meßstelle
durch zeitweiliges, verschieden lange dauerndes Unterbrechen der Trägerfrequenz
bewirkt, die der jeweils zu übertragenden Meßgröße entsprechend unterschiedlich
moduliert wird. Diese Anordnung macht jedoch wegen der Verbindungsleitungen zwischen
den einzelnen Meßstellen und der durch die örtliche Lage des Trägerfrequenzgenerators
bestimmten gemeinsamen Sendestelle einen erheblichen Leitungsaufwand. erforderlich,
sobald die einzelnen Meßstellen sowohl untereinander als insbesondere von der eigentlichen
Sendestelle räumlich weit entfernt sind. -Um bei derartigen Anlagen mit möglichst
wenig Leitungen auszukommen, wird daher vorgeschlagen, sämtliche Meßstellen untereinander
und mit der Beobachtungsstelle durch eine einzige Leiterschleife zu verbinden, in
deren Leitungszug an den einzelnen Meßstellen untereinander synchron bewegte Verteiler
eingeschaltet sind, mit denen die diesen zugeordneten -Geräte- schrittweise nacheinander
an die Leiterschleife an- und abgeschaltet werden. An sich ist es bereits bekannt,
die Anzeigen mehrerer beliebig weit voneinander entfernter Meßstellen über zwei
gemeinsame Leitungen nacheinander auf eine Empfangsstelle zu übertragen, indem von
den zu übertragenden Meßwerten- abhängige elektrische Geber nacheinander auf die
beiden Leitungen geschaltet werden. Die Schwierigkeiten einer solchen Anordnung
liegen in der Umschaltung der einzelnen elektrischen Geber, und die bisher dafür
bekannten Lösungen machen eine derartige Anlage - so kompliziert oder teuer,-däß
sie nur selten ausgeführt worden sind. -Gemäß der Erfindung wird eine solche Anordnung
zur wechselweisen Fernübertragung von an beliebig weit voneinander-.entfernten-Meßstellen
gemessenen Werten mit einem an jeder Meßstelle vorhandenen, schrittweise gell schalteten
Verteiler zur An- und Abschaltung der Meßstellen dadurch besonders einfach, billig
und betriebssicher gemacht, daß die an den verschiedenen Meßstellen angeordneten
Verteiler-,durch von der Empfangsstelle über die Leiterschleife ausgesandte Impulse,
die sich von den zur Meßwertübertragüng dienenden Strömen in .ihrer Art (z. B: Frequenz)
oder Richtung -unterscheiden, periodisch fortgeschaltet
werde und
dall die Verteiler zur Synchronisierung j e eine besonders ausgebildete Stellung
besitzen, in welcher sie bei Außertrittfällen so lange festgehalten werden, bis
sie bei Zuleitung eines besonders gearteten Synchronisierungsimpulses über die Fern-Leitung
den schrittweisen Umlauf von neuem beginnen.
-
In der Zeichnung sind in den Abb. i bis 4 zunächst gewisse Einzelheiten
beispielsweise dargestellt, während Abb. 5 den Erfindungsgegenstand in einem vollständigen
Ausführungsbeispiel zeigt. In allen Abbildungen ist vorausgesetzt, daß verschieden
gerichtete, unter Umständen pulsierende Gleichströme zum Schalten und Messen benutzt
werden. Man könnte an sich ebensogut z. B. zum Schalten mit Gleichstrom und zum
Messen mit Wechselstrom arbeiten oder umgekehrt, wobei die Trennung der beiden Kreise
in bekannter Weise durch Induktivitäten und Kapazitäten erreicht werden könnte.
Män könnte schließlich -auch mit zwei Wechselströmen verschiedener Frequenz, z.
B. 30 Hz- und ioo Hz, arbeiten; insbesondere wird dies bei Hochfrequenzübertragung
notwendig.
-
In der Abb. i ist schematisch eine Schaltung dargestellt, bei der
von zwei Meßstellen I und II aus die Meßergebnisse nach einer Empfangsstelle III
übertragen werden. Mit i und 2 sind die beiden Fernleitungen bezeichnet, von denen
die eine auch durch die Erde gebildet werden kann. An den Meßstellen ist. die Fernleitung
i in zwei Zweige unterteilt, von denen der eine lediglich einen Gleichrichter
13' enthält, während die beiden anderen je einen Gleichrichter 4, ¢' und
einen Arbeitsmagneten. 5, 5' bzw. ein Vorrelais für einen solchen
Arbeitsmagneten enthalten: Von den Arbeitsmagneten werden die Schalt- j arme 6,
6' schrittweise um einen Kontaktabstand der Kontaktreihen 7, 7' fortgeschaltet.
Mit 8, S' sind von. dem Meßwerk, z. B. einem Kilowattstundenzähler, ' angetriebene
Seheiben bezeichnet, die auf ihrem Umfange mehrere Ansätze 9, g' tragen. Von diesen
Ansätzen 9, g werden bei, dem Vorübergang Kontakte io, io' vorübergehend geöffnet.
An Stelle der Nockenscheiben 8 und Kontakte iö können natürlich auch andere, z.
B. kollektorartige Stromunterbrecher benutzt werden. i i, r i' sind Gleichrichter
und 12, 1.2' bei den Gebern aufgestellte Batterien: Die Fernleitungen i und 2 sind
hinter dem von der Empfangsstelle am weitesten entfernt liegenden Geber I über einen
Gleichrichter 13 und eine Batterie 14 kurzgeschlossen. An der Empfangsstelle III
ist 15 eine Batterie und 16 ein Meßwerk, das schematisch durch eine Spule dargestellt
ist und in seinen näheren Einzelheiten etwa dem in der Abb. 5 gezeigten Meßwerk
entspricht. 17 ist ein Schalter. der periodisch z. B. von einem Uhrwerk betätigt
wird.
-
Die Wirkungsweise der beschriebenen Anordnung erklärt sich wie folgt:
Zur Zeit ist der Geber II an das Meßwerk 16 geschaltet, so daß folgender Stromkreis
geschlossen ist: Von dem Pluspol der Batterie' i2 des Gebers II über den Gleichrichter
i i, den Kontakt iö, den Kontaktarm 6, den Gleichrichter 3, einen Teil der Fernleitung
i, das Meßwerk x6, den Schalter 17, einen Teil der Fernleitung 2 zum Minuspol der
Batterie 12. Über die linke Seite der beiden Fernleitungen i und 2 kann sich der
Batteriestrom deshalb nicht schließen; weil in diesem die Batterie 14 mit entgegengesetzter
Polarität angeordnet und die Spannung dieser Batterie so bemessen ist, daß sie mindestens
ebenso hoch, zweckmäßig aber etwas höher als die der Batterien 12 ist. Die von dem
MeßwerkII angetriebene Scheibe 8 öffnet nun mit Hilfe ihrer Anschläge 9 periodisch
den Kontakt io, und zwar folgen diese Kontaktunterbrechungen, mit einer Geschwindigkeit
aufeinander, die der Drehgeschwindigkeit des treibenden Meßwerkes, d. h. also auch
der Meßgröße entspricht. Durch das Meßgerät 16 an der Empfangsstelle III wird die
Häufigkeit der Kontaktunterbrechungen in einen abzulesenden Wert umgewandelt. Sobald
nun durch das an der Empfangsstelle angeordnete Uhrwerk der Schalter 17 in
seine andere Läge umgelegt wird, schließt sich folgender Stromkreis: Von dem Pluspol
der Batterie 15 über die Leitung i, den Gleichrichter 4 und die Relaisspule 5 des
Senders II, die Leitung i, den Gleichrichter 4' und die Relaisspule 5' des Senders
I, über die Leitung i, den Gleichrichter 13, die Spannungsquelle 14, die Leitung
2 und den Schalter 17 zum Minuspol der Batterie 15. Dabei sind die Stromquellen
14 und 15 gegeneinander geschaltet, so daß zum Zustandekommen eines Stromes die
Spannung j der Stromquelle 15 wesentlich höher als die der Stromquelle 14 bemessen
sein muß. Der Stromkreis des Senders II ist durch den Gleichrichter i i für den
Strom der Batterie 15 gesperrt. Durch den oben geschilderten Stromverlauf werden
die beiden Fortschalterelais 5, .5' der Sender erregt und dadurch die Kontaktarme
6,. 6' um einen Schritt z. B. im Sinne des Uhrzeigers gedreht. Dadurch wird der
Sender II von den Fernleitungen abgetrennt und der Sender I an die Fernleitungen
geschaltet, so daß nunmehr die von ihm erzeugten Stromunterbrechungen auf das Meßwerk
16 einwirken.
-
Die oben geschilderte Meßanordnung enthält eine größere Anzahl von
Gleichstromquellen, deren Spannung wenigstens ungefähr
gegeneinander
abgestimmt sein muß. Dieser Nachteil ist vermieden bei der Schaltung nach Abb: 2.
In dieser sind wieder mit I, II und III die beiden Geber und die Empfangsstelle
bezeichnet. i und 2 sind wieder die Fernleitungen, 3, 3' und q., q.' bei den Gebern
in. Verzweigungen der Fernleitung i ängeordriete Gleichrichter und 5, 5' Spulen
von Schaltmagneten bzw. Vorrelais. 6, 6' sind die von den Spulen 5, 5' betätigten
Kontaktarme, 7,' 7' die von den Kontaktarmen 6, 6' bestrichenen Kontaktreihen,
8, 8' die von den Meßwerken angetriebenen Seheiben mit den Ansätzen. 9, 9',
ro; iö die von den Ansätzen. gesteuerten Öffnungskontakte und i i, i i' Gleichrichter.,
13 ist der die beiden Fernleitungen- i und 2 an ihren. Enden verbindende Gleichrichter.
16 ist das Anzeigegerät an der Empfangsstelle,. 18 ein doppelpoliger Umschalter
und i9 die einzige in dieser Schaltung noch erforderliche Batterie. In der gezeichneten
Lage des Schalters 18 und der Kontaktarme 6; 6' ist ein Stromkreis geschlössen,,
der von dem Pluspol der Batterie i9 über einen Teil der Fernleitung 2, den Gleichrichter
ii an der Meßstelle II, den Kontakt io; den Kontaktarm 6, den Gleichrichter 3, einen
Teil der Fernleitung i und das Anzeigegerät 16 zurr Minuspol der Batterie verläuft.
Der Weg über die Endverbindung der beiden Fernleitungen i und 2 ist dem Strom durch
deri Gleichrichter 13 gesperrt. Der geschilderte Stromkreis wird mit einer von.
der Drehgeschwindigkeit der Scheibe 8 abhängigen Häufigkeit unterbrochen und diese
Häufigkeit von dem Anzeigeinstrument .r6 angezeigt. Sobald nun der Schalter 18 in
seine obere Lage z. B.. von einer Uhr gelegt wird, kommt folgender Stromkreis zustande:
Von dem Pluspol der Batterie ig über die Leitung i, den Gleichrichter q. und die
Relaisspule 5 des Gebers il, die Leitung i, den Gleichrichter q.' und die Relaisspule
5' des Gebers I, die Leitung i, den Gleichrichter 13. und die Leitung 2 zum
Minuspol der Batterie. Der Weg über den Geber II ist durch den Gleichrichter i i
gesperrt. Infolge des geschilderten Stromverlaufes werden die Kontaktarme 6, 6'
um, einen Schritt weitergeschaltet, so daß- nunmehr der Geber II von den Fernleitengen
abgetrennt und der Geber I an die Fernleitungen angeschlossen ist... Sobald jetzt
der Schalter 18 von der Uhr- wieder in seine untere Läge gelegt wird, werden die
Meßwerte des: Gebers I auf das Anzeigeinstrument 16 übertragen.. An Stelle der einzigen
Batterie i9. könnte man auch zwei Batterien verwenden, von. denen die eine den Schaltstrom
und die .andere den Meßstrom liefert. Die' Anordnung, würde dann der Abb. 3 entsprechen,.
in der- lediglich. die Empfangsstelle III dargestellt ist, während die unverändert,gebliebenen
Meßstellen I- und Il fortgelassen sind. i und 2: sind die Fernleitungen; die Batterien
2o und 21 sind in zwei parallelen Zweigen angeordnet. Die Batterie 21 dient
zum Schalten, während die Batterie 20: den Meßstrom liefert und in ihrem Zweige
das, Anzeigeinstrument 16 :angeordnet ist.. .17 ist der Schalter, der periodisch
aus der einen Endlage in die andere Endlage z. B. von einem Uhrwerk gelegt wird.
-
Es,könnten:aberheispielsweise an die Stelle der beiden Gleichstromquellen
2o und 2r zwei Wechselstromquellen treten, denen je eine Sperrvorrichtung vorzuschalten
wäre, deren Durchlaßrichtungen mit Bezug auf die Leitung i einander entgegengesetzt
sind.
-
In der Abb.. q: ist ebenfalls wieder die Empfangsstelle III dargestellt,
und zwar unter Verwendung einer Weclselstromquelle zum Messen und Schalten. i und
2 sind wieder die. Fernleitungen. Die Leitung- i: ist in zwei Zweige aufgelöst,
von denen der obere lediglich einen Gleichrichter 22 enthält, der den Schaltstrom
passieren_ läßt, Während in dem unteren das Meßinstruent 16 und ein Gleichrichter
23. angeordnet ist,. der dem Schaltstrom den Weg versperrt. 17 ist wieder der Schalter
und 24 die in dem Fernleitungsstromlreis angeordnete Sekundärwicklung. eines Transformators.
In der gezeichneten Stellung des Schalters; 17 werden von dem Gleichrichter 22 lediglich
die auf die Schaltvorrichtungen. der Geber I und II einwirkenden Halbwellen hindurchgelassen,
während in der unteren Stellung des Schalters 17 lediglich Halbwellen, die einen
der .Geberstromkreise durchlaufen können, von dem Gleichrichter 23 hindurchgelassen
werden.
-
In der Abb. 5, die den Erfindungsgegenstand in einem vollständigen
Ausführungsbeispiel zeigt, sind .die Einzelheiten der Schaltung einer Unterstation
II und der Empfangsstation III dargestellt., In der Unterstation sind mit 3 bis
i i wieder dieselben Teile wie z. B=. in der Abb. 2 bezeichnet. t3: ist wieder der
Gleichrichter, über welchen die-Fernleitungen i und 2 an ihren Enden kurzgeschlossen
sind. teer Kontaktarm 6 der Unterstation ist auf einer Welle 25 befestigt, die einen
zweiten Kontaktarm 26 trägt,. der über eine der Kontaktreihe 7 entsprechende- Kontaktreihe
27 bewegt wird. 28- ist die Wicklung des Fortschalterelais, desjenigen Relaisalso,
welches: die Kontaktarme 6 und 26 bei j edesmaligem Ansprechen um einen Kontakt
weiterschaftet. 29 ist eine Stromquelle, 3o der von dem Relais 5 betätigte Kontakt
und 31 ein abfallverzögertes Relais mit dem Schließkontakt-32. Auf der Empfangsstelle
ist 18 wieder- der Umschalter.und. i9 die Meß-und
Schaltbatterie.
33 ist ein den Schalter 18 betätigendes Relais; 34 eine weitere Stromquelle,
an deren Stelle z. B. auch die Batterie i9 verwendet werden könnte. 35 und 36 sind
zwei Schließkontakte, 37 ist eine von einem Uhrwerk gedrehte Scheibe, die auf ihrem
Umfang sechs gleich hohe Ansätze 38 trägt, von denen einer, 39, verbreitert ist.
Seitlich verschoben gegenüber den Ansätzen 38 bzw. 39 ist ein Ansatz 4o angeordnet.
Von den Ansätzen 38 bzw. 39 wird der Kontakt 35 betätigt, während von dem Ansatz
4ö der Kontakt 36 geschlossen wird. 41 ist ein um eine Achse 42 drehbar gelagerter
Schaltarm, der von einem Relais 43 jeweils um einen Kontakt der zugehörigen
Kontaktreihe 44 weitergeschaltet wird, wenn das Relais anspricht. Als Anzeigegerät
dient z. B. ein Sechsfarbenschreiber 45; der ein so stark gedämpftes Meßwerk enthält,
daß .die einzelnen Ladestöße . eines Kondensators 46 wesentliche Schwankungen des
Zeigers nicht verursachen. 47 ist eine Batterie, die ebenfalls durch die Batterie
i9 ersetzt werden könnte. 48 ist ein Relais und 49 ein von dem Relais betätigter
Sehalter.
-
Die Wirkungsweise der beschriebenen Anordnung erklärt sich wie folgt:
In der gezeichneten Stellung der einzelnen Anordnungsteile ist ein Stromkreis geschlossen,
der von dem Pluspol der Batterie i9 über den Schalter 18, die Leitung 2, den Gleichrichter
i i, den Kontakt io, den Sehaltarrn 6, die Leitung i, den Gleichrichter 3, das Relais
48 und den Schalter 18 zum Minuspol der Batterie i9 verläuft. Die Anlage ist also
auf Messen geschaltet. Jede Unterbrechung des Kontaktsrö durch einen der Ansätze
g der Scheibe 8 am Geber II hat ein .vorübergehendes Stromloswerden des Relais 48
zur Folge. Infolgedessen fällt vorübergehend der Schalter 49 n seine untere Stellung,
so daß der Kondensator q:6 von der Batterie 47 über das Meßinstrument 45 umgeladen
wird und dieses einen Stromstoß erhält.. Da die bei jeder Umladung des Kondensators
über das Meßinstrument fließende Elektrizitätsmenge stets gleich groß bleibt, so
ist der Ausschlag des Meßinstrumentes abhängig von der Häufigkeit der Umladung des
Kondensators 46, d. h. also von der Häufigkeit der Unterbrechungen des Kontakts
io und damit der Drehgeschwindigkeit der Scheibe 8 bzw. eines diese Scheibe antreibendgn
Meßwerkes. Sobald nun die in Pfeilrichtung umlaufende, von einem Uhrwerk angetriebene
Scheibe 37 mit ihrem untersten Ansatz 38 vorübergehend den Kontakt 35 schließt,
wird das Relais 33 von der Stromquelle 34 erregt und der Schalter 18 in seine obere
Lage gezogen. Dadurch kommt ein Stromkreis zustände; der von dem Pluspol der 'Batterie
i9: über den Schalter i8, die Fernleitung Iden Gleichrichter 4; das Relais 5; die
Fernleitung i, alle weiteren dahinter angeordneten, in der Zeichnung nicht dargestellten
Relais 5, den Gleichrichter 13, die Fernleitung ä und den Schalter 18 zum Minuspol
der Batterie i9 verläuft. Infolgedessen sprechen die Relais 5 an. Dabei wird der
untere Kontakt 3o geschlossen, so daß ein Stromkreis zustande kommt, der von dem
Pluspol der Batterie 29 über einen der Kontakte 27, den Schaltarm a6, das Fortschalterelais
28 und den. Kontakt 3o zum Minuspol der Batterie 29 führt. Infolgedessen spricht
das Relais 28 an und schaltet die Arme 6 und z 6 um einen Schritt z: B. im Sinne
des Uhrzeigers weiter. Die Erregung des Relais 33 am Empfänger wird durch die schmalen
Ansätze 38 nur für so kurze Zeit aufrechterhalten, daß das Relais 33 bereits wieder
aberregt und der Schalter 18 in seine untere Lage gefallen ist, bevor das abfallverzögerte
Relais 31 am Geber den Kontakt 32 schließen könnte: Gleichzeitig mit der Bewegung
der Arme und 26 hat auch der Arm, 41 am Geber einen Schaltschritt im Sinne des Uhrzeigers
gemacht, da das Relais 43 über den Kontakt 35, einen der Kontakte der Reihe 44 und
en Schaltarm 41 an die Batterie 34 angeschlossen war. Alle Schaltarme 6,:26 und
41 stehennach Beendigung des Schaltschrittes also in ihrer senkrechten Lage. Diese
Stellung ist, wie sich aus der folgenden Beschreibung ergibt, zum Synchronisieren
etwa außer Tritt gefallener Schaltvorrichtungen benutzt. Der nächste Schluß des
Kontakts 35 wird nämlich durch einen verbreiterten Ansatz 39 hervorgerufen.
Gleichzeitig wird durch den Ansatz 4o auch der. Kontakt 36 vorübergehend geschlossen.
Die größere Breite des Ansatzes 39 hat zur Folge, daß der Schluß des Kontakts 35
für längere Zeit aufrechterhalten bleibt, so däß während dieser Zeit das am Geber
angeordnete abfallverzögerte Relais 31 seinen Kontakt 32 schließen kann. Über diesen
Kontakt 32 ist aber in der obersten Stellung des Schaltarmes das Fortsehalterelais
28 geschaltet, so daß der nächste Schaltschritt nicht schon durch das Umlegen des
Kontakts 3ö, sondern erst durch das Schließen des Kontakts 32 bewirkt wird. Ebenso
kann der Schaltarm 41 des Empfängers seine oberste Stellung erst verlassen, wenn
der Kontakt 36 geschlossen wird, weil über diesen in der obersten Stellung des Schaltarmes
das Fortschalterelais 43 an der Spannungsquelle 34 liegt. Hat also z. B. einer der
Schaltarme 26 eines Gebers einen Schaltschritt ausgelasken, dann erreicht er die
oberste Stellung erst, wenn der verbreiterte Ansatz 39 den Kontakt 35 schließt.
Infolgedessen kann er
während der nächsten fünf Kontaktschlüsse
die oberste Stellung nicht verlassen, da, die Stromstöße zu kurz sind, um das verzögerte
Relais 3 1 vollkommen'zumAbfall zu bringen. Erst, wenn erneut der Kontakt
35 durch den Ansatz 39 für längere Zeit geschlossen wird, kann auch der Schaltarm
z6 des außer Tritt gefallenen Gebers nunmehr synchron wieder weiterlaufen. Das Außertrittfallen
eines einzelnen Gebers hat also lediglich zur Folge, daß eine Aufzeichnung des Gebers
fehlt, vorausgesetzt, daß die Synchronis-ierstellung der Schaltarme nicht gleichzeitig
für eine andere Messung verwendet wird. Eine weitere Folge kann höchstens noch die
sein, daß für eine einzige Messung zwei Geber parallel an die Leitungen geschaltet
sind. Dadurch würde aber das Meßergebnis so stark gefälscht, däß dieser eine herausfallende
Wert ohne weiteres als durch das Außertrittfallen eines Gebers hervorgerufen erkannt
werden könnte, zumal die Aufzeichnung des außer Tritt gefallenen Gebers fehlt..
Dieser letzte Umstand erinÖglicht es, sofort festzustellen, welcher Geber versagt
hatte-Die Übertragung der Meßwerte selbst braucht nicht unbedingt durch Stromimpulse
zu erfolgen. Man kann ohne weiteres auch irgendeine der bekannten anderen elektrischen
Fernübertragungsarten benutzen, jedoch hat die Impulsfernübertragung den Vorteil,
daß sie unabhängig von der Spannung der Stromquelle und von Änderungen des Leitungswiderstandes
ist.