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Die Erfindung bezieht s.ich auf eine Anordnung zum Aufzeichnen von
überraschend auftretenden Vorgängen, wie z. B. von Störungen in Starkstromnetzen,
auf einer bewegten Schreibfläche, der zur Aufzeichnung des Vorganges eine gegenüber
der Normalgeschwind-igkeit, die auch Null sein kann, erhöhte Geschwindigkeit gegeben
wird, wobei die Beschleunigung der Schreibfläche unter Zwischenschaltung eines Relais
durch das Einsetzen des Vorganges ausgelöst wird, so daß die Aufzeichnung des Vorganges
erst einsetzt, wenn die Schreibfiäche bereits beschleunigt ist.
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Es sind bereits Störungsschreiber bekannt, bei denen die Inbetriebnahme
erst durch die eintretende Störung selbst erfolgt. Bei diesen Geräten hat es sich
als Mangel herausgestellt, daß der Beginn des zu erfassenden Vorganges dabei nicht
mit aufgezeichnet wird, denn selbst bei Verwendung empfindlicher Relais mit sehr
kleiner Ansprechzeit vergeht eine gewisse Zeit zwischen dem Beginn des zu erfassenden
Vorganges und der Betriebsbereitschaft des Aufnahmegerätes.
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Diesen Nachteil hat man dadurch zu beheben versucht, daß der aufzuzeichnende
Vorgang nicht unmittelbar auf das zur Aufzeichnung dienende Gerät wirksam gemacht,
sondern zunächst magnetisch gespeichert wird.
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Bei einer in dieser Weise arbeitenden Anordnung benutzt man einen
Körper aus magnetischem Werkstoff, der ständig umläuft und auf dem mit Hilfe eines
Elektromagneten die aufzuzeichnenden Vorgänge magnetisch eingeprägt und hinter der
Abnahmestelle wieder gelöscht werden. Eine solche Anordnung hat zur Voraussetzung,
daß der über den Magneten fließende Strom sich in einer zweckmäßig linearen Abhängigkeit
zu dem aufeuzeichnenden Vorgang ändert.
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Man hat weiterhin vorgeschlagen, den zu überwachenden Vorgang dadurch
zu verzögern, daß er entsprechende Schallwellen erzeugt, die nach Durchlaufen eines
hinreichend lang gewählten Weges in elektrischen Strom oder elektrische Spannung
umgesetzt werden, so daß als Schreibgerät ein übliches elektrisches Aufzeicbnungsgerät
verwendet werden kann.
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Beide zuvor erwähnten Verfahren haben aber den Nachteil, daß sie
bei niedrigen Frequenzen zu ungenau arbeiten bzw. überhaupt versagen. Außerdem haben
beide Anordnungen einen das Meßergebnis verzerrenden Störpegel, der bei Verwendung
eines magnetischen Bandes besonders hervortritt und auf Ungleichmäßigkeiten im Material
zurückzuführen ist. Wenn bei der akustischen Verzögerung Röhren zur Fortleitung
des Anordnung zum Aufzeichnen von überraschend auftretenden Vorgängen
Schalles
s-erwendet werden, dann tritt nocll die bei tiefen Frequenzen kaum zu bewältigende
Schwierigkeit hinzu, die Einschwingvorgänge reflexions- und damit verzerrungsfrei
zu übertragen.
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Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile der angeführten bekannten
Anordnungen mit mechanisch bewegtem Schreibstreifen zu vermeiden, und zwar wird
dieses bei einer Anordnung der eingangs erwähnten Art dadurch erreicht, daß vor
das aufzeichnende Meßwerk ein sogenanntes Netzwerk, d. h. eine elektrische Verzögerungseinrichtung,
geschaltet ist, das so zu bemessen ist, daß für diejenigen in den aufzuzeichnenden
Vorgang enilialtenen Frequenzen, deren Aufzeichnung gewünscht wird, die Laufzeit
der gewünschten Verzögerung entspricht und diese sowie die Wirkdämpfung praktisch
konstant sind.
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Bei Kathodenstrahloszillographen mit ruhender Schreibfläche, bei
denen die Zeitordinate durch eine entsprechende Ablenkung des Schreibstrallls erzeugt
wird und zur Auslösung der Zeitablenkung eine ohne mechanisch bewegte Teile arbeitende
elektrische Kippvorrichtung dient, ist es weiterhin bekannt, die Zuleitung für die
den Meßausschlag des Strahls bewirkenden Elektroden oder Spulen etwa 100 ... 399
m länger zu machen als die zu der Kippvorrichtung führende Zuleitung.
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Dadurch wird eine zeitliche Verzögerung von etwa ' , millionstel Sekunde
erreicht werden, die der Zeit entspricht, die nötig ist, um den im Ruhezustand an
der Schreibfläche vorbeifallenden Strahl auf die Schreibfläche zu lenken.
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Hierbei handelt es sich aber nicht wie bei dem Gegenstand der vorliegenden
Erfindung um eine Anordnung zum Aufzeichnen von überraschend auftretenden Vorgängen
mit Hilfe einer Schreibvorrichtung mit bewegter Schreibfläche, wobei die Schreibfläche
durch das Auftreten des Störvorganges selbst in Bewegung gesetzt wird, sondern um
eine Anordnung zum Aufzeichnen willkürlich auszulösender Wanderwellen.
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Außerdem ist es durch dieses nur bei Kathodenstrahloszillographen
mit ruhender Schreibfläche bekannte Mittel nicht möglich, eine zeitliche Verzögerung
von der Größenordnung zu erhalten, wie sie zur Lösung der vorliegenden Aufgabe erforderlich
ist. Denn mii diese großen Laufzeiten mit einem Kabel zu verwirklichen, wären zunächst
wirtschaftlich untragbare Kabellängen erforderlich.
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Außerdem würden die unvermeidlichen Laufzeitunterschiede für die einzelnen
Frequenzanteile des Vorgangs infolge der großen Länge derart anwachsen. daß die
am Ende des Kabels zugeführte Meßgröße von der am Eingang des Kabels zugeführten
Sollgröße in untragbarer Weise abweicht. Dagegen hat es sich gezeigt, daß es möglich
ist, bei Benutzung eines gemäß der Erfindung gebauten und bemessenen Netzwerkes
innerhalb eines verhältnißmäßig breiten Frequenzbandes mit mäßig gem Aufwand Verzögerungen
zu erreichen, die bei dem Kathodenstrahloszillographen erforderliche Zeitspanne
um vier Größenordnungen und mehr übersteigen und dennoch die betreffenden Vorgänge
praktisch verzerrungsfrei aufzuzeichnen.
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Es ist bereits erwähnt worden, daß der zu untersuchende Vorgang genügend
genau wiedergegeben wird, wenn man sein Frequenzspektrum bis zu einer gewissen oberen
Grenzfrequenz für die Messung auswertet. Verwendet man als Netzwerk einen Kettenleiter,
so wird man bei diesem diejenige Frequenz, bis zu der Dämpfung und Laufzeit praktisch
unveränderlich sind, aus wirtschaftlichen Gründen nicht höher legen als bis zu der
obengenannten Frequenz. Es hat sich nun gezeigt, daß, wenn die Dämpfung oberhalb
dieser Frequenzgrenze zu steil verläuft, das Netzwerk also eine ausgeprägte Grenzfrequenz
aufweist, dem an sich hinreichend getreu wiedergeben Meßvorgang als Schwingungen
Frequenzen überlagert sind, die im Meßvorgang nicht enthalten sind, aber bei mißverständlicher
Deutung ihnen zur Last gelegt werden könnten. Dieser Vorgang läßt sich an einem
Beispiel etwa folgendermaßen klarmachen. Wenn man eine periodische Funktion, z.
B. eine Rechteckkurve, aus ihrer Teilfrequenzen zusammensetzt, hierbei aber nur
eine bestimmte Anzahl zur Darstellung verwertet, so wird das Rechteck einigermaßen
getreu wiedergegeben, jedoch bleiben die bereits efwähnten Schwingungen übrig, die
erst durch Überlagerung der noch fehlenden Wellen ausgeglichen werden würden.
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Um diesem Nachteil zu begegnen, wird das Netzwerk so beinessen, daß
die Dämpfung oberhalb des aufzuzeichnenden Frequenzbereiches möglichst allmählich
mit der Frequenz ansteigt.
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Rechnerische Unterlagen zur Bestimmung des Kettenleiters brauchen
nicht besonders geschaffen zu werden. Sie können vielmehr aus Veröffentlichungen,
wie beispielsweise das Lehrbuch von B r e i s i g, »Theoretische Telegrapgie«, das
Lehrbuch von Küpfmüller, »Schwachstromtechnik«, Leipzig I93I, und von demselben
Verfasser »Einführung in die theoretische Elektrotechnik", Berlin 1932, das Lehrbuch
von W a l l o t, »Einführung in die Theorie der Schwachstromtechnik«, Berlin 1932,
Aufsätze von F. L ü s c h e n, »Europäischer Fernsprechdienst«, Juli 1932, Seite
I7I, und H. F. Mayer, »Telegraphen- und Fernsprechtechnik«, I931, S. 199, entnommen
werden,
die sich auf die Verwendung von Kabeln für die N:achrichtentechnik beziehen und
bei denen die Berechnungen durchgeführt wurden, um zu ermitteln, unter welchen Bedingungen
eine Verzögerung eines Kabels und auch Verzerrungen durch ein Kabel am kleinsten
werden.
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Im folgenden ist in einem Ausführungsbeispiel eine Anordnung beschrieben,
die Frequenzwerte zwischen 0 und 300 Hz 21 Millisekunden verzögert und dabei praktisch
lineare Amplitudenbeziehungen zwischen Eingang und Ausgang aufweist. Die obere Grenzfrequenz
der angegebenen Schaltung liegt bei 636 Hz.
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In der Zeichnung sind mit I und 2 die Klemmen bezeichnet, an denen
eine üblerrascbend auftretende Spannungsschwankung der Anordnung zugeführt wird.
3 ist die Wicldung eines Relais, das in der Zeichnung der Einfachheit halber schematisch
als mechanisches Relais angedeutet ist. Zweckmäßig wird man ein rein elektrisches
Relais, z. B. ein Ionensteuerrohr, verwenden. Von dem Relais 3 werden bei seinem
Ansprechen zwei Stromkreise durch Kontaktzungen 4 und 5 geschlossen, von denen der
eine Schleife 6 an den Kettenleiter anschließt, während der andere einen Antriebsmotor
7 des Schreibstreifens speist. An Stelle des Motors 7 kann irgendeine andere Vorrichtung
treten, die den Bewegung&beginn des Schreibstreifens hervorruft; z. B. kann
ein dauernd laufender Motor mit dem Schreibstreifen gekuppelt werden.
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Es kann auch der zunächst lose auf einer glatten Transportrolle aufliegende
Schreibstreifen gegen die Transportrolle gepreßt und dieser so in Bewegung gesetzt
werden.
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Der Kettenleiter selbst besteht in der üblichen Weise aus Induktivitäten
und Kapazitäten, die mit den üblichen Sinnbildern dargestellt sind. Am Eingang und
Ausgang sind noch zwei Ohmsche Widerstände in Höhe von je 1000 Ohm vorgesehen. Die
Größen der einzelnen Elemente sind in die Zeichnung eingetragen. Die mittleren Glieder
der Kette sind fortgelassen, um die Übersicht nicht zu erschweren. Von den Kapazitäten
der Größenordnung o,s llF sind im ganzen 41 Stück vorgesehen. Entsprechend sind
40 Induktivitäten von 0,5 Hy vorhanden.
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Der Ausgangswiderstand von IOOO Ohm ist unter der Voraussetzung gewählt,
daß der Widerstand der Meßschleife sehr gering ist.
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Man kann an Stelle dieses Ausgangswiderstandes auch eine Meßschleife
mit entsprechend hohem Eigenwiderstand verwenden, z. B. kann eine Galvanometerspule
von IOOO Ohm Eigenwiderstand benutzt werden.
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In solchen Fällen, wo man darauf verzichten kann, die Frequenz Null
und das ihr unmittelbar benachbarte Frequenzgebiet etwa bis zu 3 Hz zu erfassen,
kann auch ein Ausgangstransformator benutzt werden, der dann die Möglichkeit einer
bequemen Anpassung an die Meßschle.ife bietet.
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Es ist für die Anwendung des Erfindungsgegenstandes belanglos, ob
die atifzuzeichnenden- elektrischen Vorgänge unmittelbar aus einem zu überwachenden
elektrischen Netz entnommen werden oder ob sie mit Hilfe geeigneter Vorrichtungen
aus anderen aufzuzeichnenden Werten, z. B. Schallschwingungen 0. dgl., erst abgeleitet
worden sind.
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Bei der Anwendung des Erfindungsgegenstandes für die Überwachung
von Starkstromnetzen kann es unter Umständen zweckmäßiNg sein, dem Relais 3 eine
Verzögerungszeit von ungefähr 10 Millisekunden bis zum Ansprechen zu geben. Spricht
nämlich das Relais praktisch verzögerungsfrei an, dann werden von dem Störungsschreiber
auch alle diejenigen Vorgänge aufgezeichnet, welche unvermeidlich bei der Betätigung
eines großeren Leistungsschalters in dem Netz hervorgerufen werden, die jedoch meist
als normale Betriebsvorgänge angesehen werden. Es hat sich gezeigt, daß die durch
Betätigung von Schaltern herrorgerufenen Störungen in der Regel innerhalb von 10
Millisekunden so weit abgeklungen sind, daß sie nach dieser Zeit eine Betätigung
des Relais nicht mehr veranlassen können.
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PATENTANSPRÜCIIE: I. Anordnung zum Aufzeichnen von überraschend auftretenden
Vorgängen auf einer bewegten Schreibfläche, der zur Aufzeichnung des Vorganges eine
gegenüber der Normalgeschwindigkeit, die auch Null sein kann, erhöhte Geschwindigkeit
gegeben wird, wobei die Beschleunigung der Schreiibfläche unter Zwischenschaltung
eines Relais durch das Einsetzen des Vorganges ausgelöst wird, so daß die Aufzeichnung
des Vorganges erst dann einsetzt, wenn die Schreibfläche bereits beschleunigt ist,
dadurch gekennzeichnet, daß vor das aufzeichnende Meßwerk ein sogenanntes Netzwerk,
d. h. eine elektrische Verzögerungseinrichtung, geschaltet ist, das so bemessen
ist, daß für diejeni.gen in dem aufzuzeichnenden Vorgang enthaltenen Frequenzen,
deren Aufzeichnung gewünscht wird, die Laufzeit der gewünschten Verzögerung. entspricht
und diese sowie die Wirkdämpfung praktisch konstant sind.