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Einrichtung zür elektrischen Fernübertragung von Zeigerstellungen,
Kommandos u. dgl. Gegenstand der Erfindung ist eine Einrichtung zur elektrischen
Fernübertragung von Zeigerstellungen, Kommandos u. dgl. (qualitative Werte). Erfindungsgemäß
sendet der Geber zwei Frequenzen aus, deren Verhältnis einen vorgeschrilebenenWert
aufweist, und auf der Empfangsseite ist ein von der einen Frequenz erregtes Übersetzungsglied
mit einem bestimmten Übersetzungsverhältnis vorgesehen, welches einen periodischen
Vorgang mit einer Frequenz, die sich aus dem Übersetzungsverhältnis und der einen
Frequenz ergibt, erzeugt und einen die zweite Frequenz aufnehmenden Empfangskreis
derart beeinflußt, daß der Empfänger nur dann anspricht, wenn das Verhältnis der
zweiten Frequenz zur Frequenz des periodischen. Vorganges unabhängig von der absoluten
Höhe der ausgesendeten Frequenzen dem vorgeschriebenen Wert des Verhältnisses der
ausgesendeten Frequenzen entspricht oder wenn die Frequenz des periodischen Vorganges
von, der zweiten Frequenz um einen bestimmten Betrag (Schlupffrequenz) abweicht.
Eine Abänderung dieser Erfindung, die zur Fernübertragung von Meßwerten (quantitative
Werte) dient, besteht darin, daß zusätzlich zur geschilderten Einhaltung eines Frequenzverhältnisses
noch die Phasenlage zwischen den beiden Frequenzen die Zuordnung zwischen Sender
und Empfänger bestimmt.
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Man erreicht durch die Einrichtung nach der Erfindung u. a. den Vorteil,
daß eine sehr große Zahl verschiedener Frequenzen übertragen werden kann. Besonders
vorteilhaft ist es, eine der beiden ausgesendeten Frequenzen für alle Sender und
Empfänger gleich zu wählen (Grundfrequenz). Die andere Frequenz, deren Verhältnis
zur Grundfrequenz die Auswahl der Empfänger bedingt, soll im folgenden kurz Steuerfrequenz
genannt werden. Als Grundfrequenz, der die Steuerfrequenzen überlagert werden, kann
man auch bei Verwendung der Starkstromleitungen zur Fernübertragung die -2\7etzfrequenz
selbst verwenden, wobei das Verhältnis von Steuerfrequenz zu Netzfrequenz nicht
wie bei den Oberwellen eines Wechselstromnetzes ganzzahlig
zu sein
braucht, sondern beliebige Bruchzahlwerte annehmen kann. Das Empfangssvstein mini
diese Frequenzen nur nach ihrem Bruchzahlverhältnis zur N.etzfrequenf ausscheiden.
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Um einen Empfänger zu bauen, der nur".' auf ein ganz bestimmtes Verhältnis
zweie` Frequenzen anspricht, könnte man beispielsweise folgendes Prinzip benutzen:
Schließt man, wie in Fig. i schematisch dargestellt, an eine Wechselspannung U mit
der Frequenz / einen Widerstand i an, der sich mit der gleichen Frequenz'/ periodisch
ändert, so erzeugt dieser außer einer dem Widerstandsmittelwert entsprechenden Wechselstromkomponente
eine Gleichstromkomponente, deren Entstellung die folgende Rechnung erläutert.
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Nimmt man an, daß der Widerstand die zeitliche Funktion habe:
und die Spannung sinusförinig von der Form 2r. - U sin / # f (2) sei, worin (p die
zeitliche Phasenverschiebung bedeutet, welche die sinusförmige Änderung des Widerstandes
gegenüber der sinusföriuigen Änderung der Spannung aufweist. so ergibt sich der
Strom zu
darin findet sich das Gleichstromglied ig
Es entstellt also bei dieser Anordnung nur dann ein Gleichstrom, wenn die Frequenz,
mit der sich der Widerstand ändert, mit der Frequenz der treibenden Wechselspannung
L" völlig übereinstimmt. Bei kleinen Abweichungen zwischen beiden Frequenzen erhält
man einen Wechselstromanteil mit der Schlupffrequenz, jedoch niemals Gleichstrom.
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Zur periodischen Änderung des Widerstandes ist in Fig. i ein Hebel
:2 vorgesehen, der durch eine Kurbel 3 bewegt wird. Diese Kurbel 3 wird angetrieben
von einem Synchronmotor "q., der vom Netz 5, z. B. besonderen Steuerleitungen, mit
der einen Frequenz (Grundfrequenz) gespeist wird. Im Netz 5 ist außer dieser Grundfrequenz
noch eine zweite Frequenz (Steuerfrequenz.) vorhanden. Die Amplitude der Grundfrequenz,
die auf den Motor einwirkt, wird so gewählt, daß dessen Drehzahl nur von der Grundfrequenz
abhängig ist. Durch geeignetes übersetzungs-,#erhältnis zwischen Motor und Kurbel
3 wird erreicht, daß sich der Kontakt des Hebels :2 mit der Frequenz der Steuerfrequenz
ändert. Diese selbst wird über einen Transformator6 dem Widerstand i, zu dem in
Reihe ein Instrument 7 gelegt ist, zugeführt. Um den Einfluß der Grundwelle zu vermeiden,
liegt ein Isondensator 8 in Serie mit der Primärwicklung des Transformators 6. Verwendet
man als Instrument 7 ein Instrument, welches nur auf Gleichstrom anspricht (gegebenenfalls
kann man dieses noch durch einen Kondensator überbrücken), so wird das Instrument
mir dann ansprechen, wenn die Steuerfrequenz gleich der Frequenz ist, mit der sich
der Widerstand zeitlich ändert, da nur dann ein Gleichstromglied gemäß der Gleichung-I
in dem Stromkreis des Instrumentes 7 erscheint und das Instrument in bekannter Weise
auf Wecliselström nicht anspricht.
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Als Empfänger könnte man beispielsweise auch einen Kontaktapparat
verwenden, der mit der Netzfrequenz synchron umläuft und eine dem Zahlenverhältnis
zwischen "jetzfrequenz und Steuerfrequenz entsprechende Zahl von Kontaktgaben je
Periode verursacht.
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Die vorzugsweise Ausführung eines Empfangsgerätes, bei der aber der
Umweg über die Erzeugung eines Gleichstromes vermieden wird, ist in Fig.2 schematisch
dargestellt. Eine Drosselspule 9 ist über einen Kondensator 8 an die Sekundärwicklung
des Transformators 6 angeschlossen, dessen Primärwicklung am Netz liegt, in welchem
die Grundfrequenz und dieser überlagerte Steuerfrequenzen gesendet werden. Die Induktivität
dieser Drosselspule 9 wird periodischen Schwankungen unterworfen, indem der Anker
ro durch ein Kurbelgetriebe 3 bewegt wird, (las selbst vom Svnchromnotor 4 angetrieben
wird. Der Svnclironinotor q. wird wieder von der Grundfrequenz erregt und treibt
über ein geeignetes Übersetzungsgetriebe das Kurbelgetriehe 3 so an, daß sich die
Induktivität der Drosselspule mit einer bestimmten Frequenz ändert. Ist der Wechselstrom,
welcher die Drosselspule durchfließt, von gleicher Frequenz, so entsteht zwar niemals
eine Gleichspannung oder eine Gleichstromkomponente, jedoch bildet sich in der Drosselspule
selbst ein Gleichfluß aus. Da nun fast alle elektromagnetischen Apparate, die zum
Steuern, Messen usw. bei Gleichstrom verwendet werden, ohnehin die Entstellung von
Gleicliflüsseil zur Voraussetzung haben, so sieht man, (laß der Umweg über den Gleichstrom
gar nicht notwendig ist. Läßt man beispielsweise den
entstehenden
Gleichfluß auf einen polarisierten Anker einwirken, so wird sich dieser nur dann
bewegen, wenn tatsächlich ein Gleichfluß auftritt.
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Die Entstehung des Gleichflusses in der Drosselspule folgt in ganz
ähnlicher Weise aus der Bedingung, daß eine sinusförinige magnetische Spannung (sinusförinige
Amperewindungen 7v # i) bei einem sinusförmig veränderlichen magnetischen Widerstand
r" ähnlich Gleichung i, einen Fluß erzeugt, der sich entsprechend Gleichung 3 schreiben
läßt:
Dieser Fluß enthält also eine Gleichstromkomponente von der Größe
Darin bedeutet cp wieder die zeitliche Phasenverschiebung zwischen der s.inusförmigen
Änderung des Widerstandswertes für den magnetischen Fluß und der sinusförmigen Änderung
der zugeführten Wechselspannung. Dieser Gleichfluß entsteht nur beim Vorkommen der
gleichen Frequenz im speisenden Wechselstrom. mit der die Induktivität der Drosselspule
verändert wird.
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Eine vorzugsweise Ausführungsform eines auf diesem Prinzip beruhenden
Empfangsgerätes für Kommandos ist in Fig. 3 dargestellt. Das Relais besitzt ähnlich
wie ein Nadelgalvanometer oder ein polarisiertes Relais einen polarisierten Anker
12. Der Anker trägt einen Kontaktarm 13, der zwischen den beiden feststehenden Kontakten
14 und 15 durch die dargestellte Feder gehalten wird. Im magnetischen Kreis 17 des
Meßgerätes befindet sich ein von dem Synchronmotor .4 angetriebenes Zwischenglied
16, welches eine periodische Induktiv itätsänderung mit einer bestimmten Frequenz
hervorruft. Die einfachste Ausführungsform eines solchen Zwischengliedes lehnt sich,
wie in Fig.3 dargestellt, an die übliche Konstruktion der Gleichpol-Hochfrequenzmaschine
an. Das Zwischenglied besteht aus einem gezahnten Rotor, der zwischen den mit gleicher
Polteilung gezahnten Polen des Magnetsystems 17 umläuft, so daß in der Stellung
Zabn auf Zahn eine hohe Induktivität, in der Stellung Zahn auf Lücke dagegen eine
stark verminderte Induktivität entsteht. Der magnetische Kreis 17 trägt eine Wicklung
18, die an die Leitungen 5, über «-elche Grund- und Steuerfrequenz gesendet werden,
über einen Kondensator 8 angeschlossen ist, der so abgestimmt wird, daß annähernd
Resonanz für die Steuerfrequenz besteht. Der Synchronmotor ist gleichfalls an die
Leitung 5 angeschlossen, und seine Drehzahl wird von der Grundfrequenz bestimmt.
Die Zahnung des Rotors wird dabei so getroffen, daß die Induktivitätsänderung des
magnetischen Kreises mit der Steuerfrequenz erfolgt, bei welcher das Gerät ansprechen
und ein Kommando auslösen soll.
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Man sieht zunächst aus der Bildung der Gleichung 6, daß je nach der
durch den Winkel p bestimmten Phasenlage der überlagerten Steuerfrequenz zur Grundfrequenz
ein positiver (T = o°) oder auch ein negativer (99 = 18o°) oder auch gar kein Gleichfluß
(rp = 9o°) erzeugt werden kann.
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Es ist nun möglich, z. B. mit einer einzigen Hilfsfrequenz vier verschiedene
Schaltbefehle zu übermitteln. Zu diesem Zweck werden zwei Empfänger verwendet, bei
denen die Induktiv itätsänderungen um go elektrische Grade gegeneinander versetzt
sind. Die beiden Anker sind also um eine halbe Polteilung gegeneinander versetzt.
Zur Übertragung der ersten beiden Schaltbefehle wird die Phasenlage der Steuerfrequenz
so gewählt, daß für das eine Gerät der cos (p gleich + 1 bzw. -1 ist, während zur
Übertragung der beiden anderen Steuerbefehle die Phasenlage so gewählt wird, daß
für das andere Gerät der cos (9p + 9o°) gleich -[- i bzw. - i ist.
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Man kann das System nach Fig.3 auch zum Fernmessen verwenden. Wie
aus den Gleichungen .4 und 6 ersichtlich, ist der am Empfänger erzeugte Gleichstrom
bzw. der am Empfänger erzeugte Gleichfluß einerseits von dem Phasenverschiebungswinkel
zwischen der periodischen Widerstands- oder Flußänderung und der zugeführten Steuerfrequenz
abhängig, anderseits aber auch noch von der Amplitude der Steuerfrequenzspannung
bzw. von der Amplitude des Steuerfrequenzstromes, der den den periodischen Widerstandsänderungen
unterworfenen magnetischen Fluß erzeugt. Wenn man also auf der Sendeseite den Winkel
cp bzw. den cos. dieses Winkels von der Größe eines zu- übertragenden i1leß@vertes
abhängig macht, dann gibt der auf der Empfängerseite erzeugte Gleichstrom bzw. Gleichfluß
ein Maß für die Größe des zu übertragenden Meßwertes, und ein auf diesen Gleichstrom
oder Gleichfluß ansprechendes Meßinstrument zeigt den zu übertragenden Meßwert unmittelbar
an. Ebenso gibt durch Abhängig-machen der Amplitude der ausgesendeten Steuerfrequenz
von
der Größe des zu übertragenden Meßwertes bei konstant bleibendem Phasenverschiebungswinkel
cp der an der Empfängerseite erzeugte Gleichstrom bzw. Gleichfluß ein Maß für die
Größe des zu übertragenden Meßwertes. Bei der Anordnung der Fig.3 inüßten zu diesem
Zweck die Kontakte rd. und 15 wegfallen, während der als Zeiger ausgebildete
Hebel 13 entgegen der Kraft einer Feder sich über eine Skala bewegt. Man
könnte aber auch zwei derartige Apparate verwenden, bei denen der Winkel 9p der
Gleichungen .I und 6 an dem einen Gerät sich um 9o - gegenüber dem Winkel p des
anderen Gerätes unterscheidet. dacht man dann außerdem die Phasenlage der ausgesendeten
Steuerfrequenz mit ihrem Winkel c) unmittelbar abhängig von der Phasenlage des zu
messenden Stromes gegenüber seiner Spannung, dann wird sich an dem einen Empfangsgerät
der Winkel rp in Abhängigkeit von der Wirkstroinkomponente des zu messenden Stromes
ändern, am zweiten Empfangsgerät in Abhängigkeit von der Blindstromkomponente dieses
Stromes. Ist außerdem die Amplitude der ausgesendeten Steuerfrequenz der Amplitude
des zu messenden Gesamtstromes proportional, dann wird das eine Empfangsgerät die
Größe des Wirkstromes anzeigen, das zweite Empfangsgerät die Größe des Blindstromes.
Durch Zusammensetzen beider erhält man Größe und Phasenlage des zu messenden Stromes.
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An Stelle eines polarisierten Ankers könnte auch eine vom Gleichstrom
durchflossene bewegliche Spule dienen.
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Die Zahl der in einem gegebenen Frequenzbereich ausnutzbaren Steuerfrequenzen
hängt ausschließlich von der zulässigen Trägheit des jeweils auf eine Steuerfrequenz
eingestellten 1'.mpfangsgerätes ab. Es ist also z. B. ohne weiteres möglich, um
je 5 Perioden voneinander-verschiedene Steuerfrequenzen für verschiedene Steuerkommandos,
Rückmeldungen oder Zleßzwecke zu verwenden. Auf einem Frequenzband von
300 Perioden könnte man dann z. B. 6o verschiedene Frequenzen und viermal
soviel Schaltbefehle übertragen. Diese Werte sind inWiriclichkeit keineGrenzen.
Man ist weder auf einen Frequenzbereich von 300
Perioden beschränkt, noch
ist es unmöglich, die Steuerfrequenzen noch näher als 5 Perioden aneinanderzul.egen.
Um das Ansprechen auf benachbarte Frequenzen, die eine Erregung des Empfangsrelais
mit der Schlupffrequenz hervorrufen, zu verhüten, wird man die Relais entsprechend
dem gewählten Frequenzabstand im Ansprechen verzögern. Das kann einmal mechanisch
mit den bekannten Mitteln zur Dämpfung beweglicher Systeme, z. B. Luft- oder Ölbremse,
Vergrößerung der blasse, Wirbelstrombremse usw., bewirkt «-erden. Man kann aber
auch unmittelbar die Entstehung eines Wechselflusses dadurch zurückhalten, daß man
für eine kräftige Wirbelstromerregung in der Wicklung des Eisens selbst oder in
einer zusätzlichen Därnpferwicklung, z. B. Kupfermantel, sorgt.
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Werden mehrere Werte übertragen, so können mehrere Empfangsgeräte
verwendet werden, die auf verschiedenes Frequenzverhältnis von Steuer- zu Grundfrequenz
abgestimmt sind.
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Zum Aussenden der Grundfrequenz und der Steuerfrequenz kann man je
zwei Generatoren verwenden, die durch einen gemeinsamen Synchronmotor angetrieben
,-erden. Zweckmäßig wird man für mehrere Steuerfrequenzen nur einen einzigen Generator
vorsehen und die Bestimmung der jeweils auszusendenden überlagerten Steuerfrequenz
durch Polumschaltung, durch regelbare Zwischengetriebe, durch Wechselgetriebe oder
zusätzlichen synchronen Antrieb vom Ständer des Steuerfrequenzgenerators gegenüber
seinem Rotor (gleichzeitige Bewegung von Ständer und Läufer mit verschiedener Drehzahl)
bewirken. Zur Änderung der Phasenlage der überlagerten Steuerfrequenz zur Grundfrequenz
kann man den Ständer der Hochfrequenzmaschine gegenüber dem Rotor einstellbar machen.
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Zur Aussendung von Grund- und Steuerfrequenz kann man auch Umrichter
oder Wechselrichter verwenden, wobei die Periodenzahl der zur Sendung der Grundfrequenz
und der zur Sendung der Steuerfrequenz dienenden Stromrichter in ihrem Verhältnis
zwangsläufig konstant ge@haltcn wird.
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Verwendet man die Leitungen des Starkstromnetzes selbst zur Übertragung
von Steuerfrequenzen und die Netzfrequenz als Grundfrequenz, so wird der Steuerfrequenzgenerator
mit einem Synchronmotor, der vom Netz gespeist wird, angetrieben. Bei Stromrichtern
kann man in entsprechender Weise durch synchronen Antrieb der Ziindvorrichtung dafür
sorgen, daß zwischen Grund- und Steuerfrequenz das gewünschte Verhältnis besteht.
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Es ist nicht unbedingt erforderlich, daß zur Aussendung der einzelnen
Steuerfrequenzen stufenweise das Frequenzverhältnis geändert wird, sondern man kann
auch zur Aussendung einer bestimmten Steuerfrequenz die Frequenz stetig von einem
Wert unterhalb bis zu einem Wert oberhalb des Sollwertes der Steuerfrequenz ändern.
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Bezüglich der Amplitudenhöhe der überlagerten Frequenzen kommt es
lediglich darauf an, daß die den synchronen Antrieb versorgende Grundfrequenz hinreichend
überwiegt.
Man kann aber auch bei schwach ausgebildeter Grundwellenamplitude
durch Vorschaltung geeigneter Siebmittel vor den Synchronmotor, gegebenenfalls unter
Zwischenschaltung von Verstärkern, für einen synchronen Antrieb sorgen.
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Als synchronen Antrieb für die Empfänger kann man die von Synchronuhren
her bekannten selbstanlaufenden Motoren verwenden.
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Läuft der Motor des Empfängers ständig um, so kann man ein für allemal
die Phasenlage, welche die Änderung der Induktivität bzw. des Widerstandes (Fig.
3 bzw. Fig. i) zur am Empfänger herrschenden Steuerspannung besitzt, festlegen.
Diese Phasenbeziehung bleibt auch dann erhalten, wenn die Grundwelle nur im Falle
der Signalübermittlung ausgesendet wird, also die Motoren der Empfänger nicht ständig
umlaufen, falls man nur ganzzahlige Verhältnisse zwischen St8uer-und Grundfrequenz
anwendet oder wenn man bei Bruchzahlverhältnissen zweipolige Antriebssynchronmotoren
verwendet. Weicht man aber von ganzzahligen Verhältnissen zwischen Steuer- und Grundfrequenz
ab und verwendet man mehr als zweipolige Antriebssynchronmaschinen oder wird die
Grundfrequenz nicht ständig ausgesendet, so muß man bei den beschriebenen Anordnungen
dafür sorgen, daß sich der Motor des Empfängers in der richtigen Lage fängt d. h.
es muß bei einer ganz bestimmten Phasenlage zwischen der Steuer-und Grundfrequenz
am Sender auch eine bestimmte Phasenlage zwischen Steuerfrequenz und Induktivitätsänderung
am Empfänger auftreten. Es muß also dafür Sorge getragen werden, daß eine vorher
bestimmte Zuordnung der Phasenlage der gezahnten Polräder des Empfängers mit der
Steuerspannung erfüllt ist. Sendet man also beispielsweise eine Steuerfrequenz,
die glich 1'/_, der Grundfrequenz ist, und verwendet man für Sender und Empfänger
vierzehnpolige Synchronmotoren und vierunddreißigpolige Steuerfrequenzrnaschinen,
so muß der Synchronmotor am Empfänger bezüglich seiner Lage im Raum der Sendeanordnung
richtig zugeordnet sein, so daß die Phasenlage der Widerstands- bzw. Induktivitätsänderung
den Gleichstrom bzw. (las Gleichfeld nach Richtung und Größe der Sendebedingungen
entsprechend verursacht. Zu diesem Zweck kann man ein an sich bekanntes Verfahren
benutzen, beispielsweise das Start-Stopp-Verfahren, bei dem bei jeder Umdrehung
des Sendemotors ein Synchronisierzeichen zusätzlich übertragen wird, welches am
Empfangsort eine gleichartige mechanische Stellung des Empfangsmotors erzwingt.
Dieses die richtige Phasenlage erzwingende zusätzliche Synchronisierzeichen braucht
nicht dauernd übertragen zu werden, sondern nur zum Zweck der einmaligen Einstellung
der richtigen Phasenlage bei Beginn jeder .Sendung.
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Dasselbe gilt auch, wenn als Sender gesteuerte Gleichrichter verwendet
werden bezüglich der räumlichen Lage des Kontaktapparates zumAntriebsmotor des Empfängers.
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Bei ständig umlaufenden Empfängermotoren kann man sich auf einmalige
Einstellung der richtigen Phasenlage, z. B. durch Verdrehung des Ständers des Motors
oder durch Änderung der Lage zwischen Rotor des Empfängermotors und dem Hochfrequenzzahnrad
beschränken. Man kann die richtige Phasenlage durch irgendeine Vorrichtung überwachen,
die ein Signal bei falscher Phasenlage verursacht.
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Wenn man bei den beschriebenen Anordnungen, bei denen von der Entstehung
eines Gleichstromes oder eines Gleichfeldes Gebrauch gemacht ist, von einer Einstellung
der richtigen Phasenlage für die Grund- und Steuerfrequenz absehen will, wobei man
allerdings nur qualitative Werte (Kommandos u. dgl.) übertragen kann, kann man auch
mit zwei Empfängern arbeiten, deren Widerstands- bzw. Induktivitätsänderungen, wie
vorher beschrieben, elektrisch um 9o° gegeneinander versetzt sind. Als Kennzeichen
der Zeichenübertragung genügt dann das Ansprechen eines der beiden Empfänger, unabhängig
von der Richtung des Ansprechens. Man ist dann bei solchen Anordnungen frei, in
welcher Lage sich der Empfangsmotor fängt, da 'stets in einem der beiden Empfänger
je nach der relativen Phasenlage zwischen Steuer- und Grundfrequenz ein genügend
starkes Gleichfeld bzw. ein genügend starker Gleichstrom auftritt.
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Die beschriebenen Anordnungen wird man hauptsächlich dann anwenden,
wenn man Grund- und Steuerfrequenz auf besondere Leitungen aussendet oder wenn man
die Fernübertragung mittels Hochfrequenz vornimmt-, Sie kann aber auch angewendet
werden auf Starkstromleitungen geringer Länge, wenn die Phasenverschiebung zwischen
Grund- und Steuerfrequenz keinen großen Änderungen unterworfen ist.
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Eine weitere Ausbildungsmöglichkeit für das Empfangssystem beruht
darauf, daß man sich nicht auf die Entstehung eines reinen Gleichfeldes verläßt,
sondern eine ganz b°-stimmte Schlupffrequenz, z. B. i Per./Sek., entstehen läßt
und diese mit Hilfe einer Resonanzanordnung mißt, die auf die Schlupffrequenz abgestimmt
wird. Zu diesem Zweck kann man beispielsweise, wie in Fig.4, deren Anordnung zur
Übertragung von Kommandos dient, dargestellt ist, mit dem Anker ein Pendel 2o verbinden.
Ist das Pendel auf
i Per./Sek. abgestimmt, dann muß die Steuerfrequenz
gerade um i Per./Sek. von der durch die Rotorzahnung im Empfangsgerät bestimmten
Frequenz abweichen. Sendet man also beispielsweise Steuerfrequenzen, die um 5 Perioden
voneinander abweichen, also beisPielsweise 300, 303, 310 Perioden
usw., so wird man die Empfangsrelais so abstimmen, daß die Induktivitätsänderung
des einen mit einer Frequenz von 301, des anderen mit einer Frequenz. von 3o6. des
dritten mit einer Frequenz von 311 usw. erfolgt.
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Selbstverständlich werden die praktisch auszuwählenden Frequenzen
nicht gerade glatte Zahlen sein, sondern mit Rücksicht auf eine möglichst niedrige
Polpaarzahl der Motoren und Hochfrequenzräder wird man solche Frequenzen wählen,
die aus der Grundfrequenz und echten Brüchen zusammengesetzt sind, wie z. B. die
Frequenz # mal der Grundfrequenz ist = 264,3 Per./Sek. 'Man wird dann nicht die
Resonanzpendel alle auf die gleiche Frequenz abstimmen können, sondern diese werden
auf solche Frequenz abgestimmt, die nach den passenden Frequenzabständen gewählt
sind, z. B. wird man als Sendefrequenz aussenden:-'- 50 = 264,3 Per.: 7 für die
Frequenz, mit der sich die Induktivität der Empfänger ändert, wird man z. B. wählen:
b # 5o=267 Per./Sek.: das Resonanzpendel wird also auf -2,7 Per./Sek. abgestimmt.
Als nächste Sendefrequenz wird man beispielsweise # - # 50 = 271,5 Per./Sek. wählen:
die dazugehörige Empfängerfrequenz kamt man wählen zu: -G' - 5o = 275 Per./Sek.
und das Resonanzpendel auf 3,5 Per. abstimmen.
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Mittels der Anordnung der Fig. q. soll auf der Empfängerseite ein
Stromkreis geschlossen und geöffnet werden. Zu dieseln Zweck könnte man mit dem
Anker des in Fig. d dargestellten Systems beispielsw°ise einen Hebel 21 verbinden,
der auf einen weiteren Hebel 22 einwirkt, welcher ein Steigrad 23 betätigt. Auf
derselben Achse mit dem Zahnrad sitzt eure \ockenscheibe 2q., durch «-elche, sobald
das Zahnrad uni iqo"' gedreht wird, zwei Kontakte 25 geschlossen werden. Dadurch
wird ein nicht weiter dargestellter Stromkreis geschlossen. Um diesen Stromkreis
bzw. die Kontakte 25 wieder zu öffnen, könnte ein weiteres Zahnrädchen auf die N
ockenscheibe einwirken, das eine Zahnung besitzt, die um 1800 gegenüber der
des ersten Zahnrades versetzt ist und von einem Hebel angetrieben wird. der bei
einer anderen Steuerfrequenz, bei der der Kontakt wiederaufgehoben werden soll,
betätigt wird. Solche Systeme, bei denen die Schwingungen eines Hebels auf ein Steigrad
übertragen werden, sind an :ich bekannt. An Stelle zwei Systeme zu verwenden, von
denen das eine (las Öffnen, das andere Blas Schließen übernimmt, könnte nian auch
beim Erreichen einer bestimmten Schwingungsamplitude durch elektrische direkte Kontaktgabe
beliebige Schaltvorgänge auslösen. Diese auf eine bestimmte Schwingungsfrequenz
abgestimmten Empfänger sind unabhängig von der Größe der Phasenverschiebung.
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Eine besonders zweckmäßige -@ustülirungsform einer solchen Anordnung
ist in Fig. 3 dargestellt. Der Anker des Empfangsgeräte: ist mit einer Achse 29
verbunden. welche einen Hebel 31 trägt. Auf einer weiteren Achse ist eine
Schwungmasse 30 befestigt. An der Achse dieser Schwungmasse einerseits und
an dein Hebel 31 anderseits greift eine Feder 32 an. Man erreicht dadurch
ebenso wie bei der Anordnung nach Fig..I ein scli«-ingun:gsfähiges System. Mit der
Achse 33 ist ein Anker 3d. verbunden, der in ein Steigrad 26 eingreift, das entsprechend.
wie bei der Anordnung nach Fig..I beschrieben, eine N ockenschei.be bewegt. In entsprechender
Weise könnte noch ein zweites System vorgesehen sein. «-elches auf ein zweites Steigrad
eingreift, um dadurch die beispielsweise bei Bewegung des ersten Steigrades in die
Schaltstellung geführten Kontakte wieder zu öffnen. Die Anordnung von zwei Systemen.
von denen das eine für das Einschalten, das andere für das Ausschalten eines Stromkreises
dient, ist u. a. deshalb zweckmäßig, weil dann von der Sendeseite aus für das Einschalten
eine bestimmte Steuerfrequenz und für das Ausschalten eine andere Steuerfrequenz
dient, wodurch eine größere Sicherheit gegenüber Falschschaltungen erzielt ist.
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Da dieses System nach, Fig.-I und 5. bei dein der Empfänger nur bei
einer bestimmten Abweichung des Verhältnisses von Steuerfrequenz zu Grundfrequenz
anspricht, unabhängig von der Phasenlage von Steuer- und Grundfrequenz ist, kann
man dieses Enipfangssystein auch mit Vorteil in Starkstromleitungen anwenden, bei
der als Grundfrequenz die Netzfrequenz selbst genommen wird.
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Wie bei der Anordnung nach Fig.3 erwähnt, spielt dort bei der Übertragung
die Phasenverschiebung zwischen Grund- und Steuerfrequenz bzw. zwischen der perio(Iischen
Änderung des Widerstandswertes für den magnetischen Fluß und der Sinusschwingung
der Steuerfrequenz eine Rolle, cia gemäß den Gleichungen .4 und 6 der cos des Phasenverscbiebungswinkels
rf, für die Größe des erzeugten
Gleichflusses maßgebend ist, so
daß beispielsweise bei cas 99=o ein solcher Gleichfluß nicht entsteht und damit
die Fernübertragung verhindert. Um ein Relais oder Meßsystem nun unabhängig von
der Höhe der zu übertragenden Steuerfrequenz ausschließlich auf die Phasenlage der
Steuerfrequenz . ansprechen zu lassen, kann man das polarisierte bewegliche System
eines Gleichstromrelais oder Instrumentes in das Feld von zwei senkrecht gekreuzten
Magnetsystemen der in Fig. 3 dargestellten Art bringen. Haben beide Systeme die
gleiche Zahnung, dagegen eine um 9o° versetzte Phasenlage zwischen Rotor und Ständerzahnung,
so stellt sich das ohne Richtkraft (Federkraft) ausgestattete und daher frei bewegliche
System in diejenige Lage ein, welche der Phasenlage der überlagerten Steuerfrequenz
entspricht. Es ist dies darauf zurückzuführen, daß die beiden senkrecht gekreuzten
Magnetsysteme Gleichflüsse erzeugen, die beide in Abhängigkeit von dem P'hasenversohi,abungswinke1
cp derGleichu,ng 6 sich ändern. Jedoch besitzt die zeitliche Funktion dieser Änderung
des einen Gleichflusses gegenüber der zeitlichen Funktion der Änderung des anderen
Gleichflusses eine Phasenverschiebung von 9o°. Dies hat zur Folge, daß die beiden
Gleichflüsse als Resultierende einen in seiner Stärke konstanten Gleichfluß ergeben,
dessen räumliche Lage jedoch sich bei der Änderung des Winkels 9p ebenso wie bei
einem Drehfeld dreht, Da nun das bewegliche System sich in Richtung des räumlichen
Kraftlinienverlaufes des resultierenden Gleichflusses einstellt und dieser räumliche
Kraftlinienverl.auf, wie geschildert, von dem Winkel (p abhängig ist, so kann man
beliebige Meßwerte dadurch fernübertragen, daß an der Sendestelle der Phasenverschiebungswinkel
(p in Abhängigkeit von der Größe des zu übertragenden Meßwertes geändert wird. An
der Empfangsstelle kann dann das bewegliche System mit einem Zeiger versehen sein,
der über eine Skala spielt und so die Größe des Meßwertes anzeigt. Auf dieselbe
Weise kann man definierte Steuerbewegungen, wobei also ein Steuerhebel eine große
Zahl von Stellungen einzunehmen hat (auch mehrere Umdrehungen), vom Sender auf den
Empfänger übertragen, indem man die Phasenlage der erzeugten überlagerten Frequenz
am Sender einstellbar macht. Sind mehrere räumlich getrennte Geräte vorgesehen,
so kann man jederzeit leicht, wenn es gewünscht wird, durch Blindwiderstände die
Phasenlage von Steuerfrequenz zu Grundfrequenz in allen Empfängern gleichhalten,
was man aber auch leicht dadurch erreichen kann, daß man die Lage des Rotors 16
gegenüber dem Motor. verdreht. Wie bereits früher bei der Beschreibung der Fig.
3 erwähnt, muß man bei diesen Anordnungen, wenn nicht ständig in Grundfrequenz gesendet
wird, die richtige Zuordnung zwischen Empfangsmotor und Sendemotor bei Beginn jeder
Sendung durch besondere Einrichtungen sicherstellen.
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EinAusführungsbeispiel für ein ausschließlich auf die Phasenlage ansprechendes
Gerät zeigt die Fig.6. Bei der Anordnung nach Fig. 6 sind zwei Magnetkreise 17 und
i7' vorgesehen. Eine Spule r9, die von einer Gleichstrombatterie erregt wird, wird
von den Feldern der um 9o° gegeneinander räumlich versetzten Magnetsysteme beeinflußt.
Zur Änderung der Induktivität der Magnetsy steure dient ein gezahntes Rad 16, das
von einem Synchronmotor 4. angetrieben wird. Die Zahnung der Magnetsysteme
17 und 17' wird dabei-so getroffen, daß sich die Induktivität in dem einen
System um 9o elektrische Grade phasenverschoben gegenüber dem anderen System ändert.
Jedes Magnetsystem besitzt wieder Wicklungen z8 bz-w. z8', welche über Kondensatoren
8 bzw. 8' an die Leitungen 5 angeschlossen sind. Bei einer derartigen Anordnung
zeigt der am Rähmchen rg angebrachte Zeiger nur die Phasenverschiebung zwischen
Steuerfrequenz und Grundfrequenzan. Die Stellung dieses Zeigers ist jedoch nicht
von der Amplitude des Stromes oder der Spannung der Steuerfrequenz abhängig, da
beide Gleichflüsse der Magnetsvsteme 17 und 17' in gleicher Weise von dieser Amplitude
abhängig sind, so daß die Richtung des Kraftlinienverlaufes des resultierenden Gleichflusses
dadurch nicht beeinflußt wird und der Zeiger nur durch diese Richtung des Kraftlinienverlaufes
gesteuert wird. Statt der Gleichstromspule kann auch einpolarisierter Anker verwendet
werden.
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Statt der beschriebenen Ausführungsforinen;- bei denen ein Gleichfeld
erzeugt wird, könnte man auch ein wattmetrisches Relais verwenden, wobei ein vom
Netz mit der Grundfrequenz gespeister Synchronmotor einen kleinen Generator antreibt,
der eine Spannung mit der Steuerfrequenz für die eine Spule liefert, während die
andere Spule zweckmäßig über einen Kondensator an die Netzleitung angeschlossen
wird und vom Netz mit der Steuerfrequenz gespeist wird.
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Statt der wattmetrischen Aussiebung kann man auch andere Methoden
verwenden, um ein Ansprechen des Empfängers nur bei einem ganz bestimmten Verhältnis
der Steuerfrequenz zur Grundfrequenz zu erreichen. Solche Methoden, bei denen aus
einem Frequenzgemisch eine ganz bestimmte Frequenz leerausgesiebt wird, sind unter
dem Namen Suchtonanalyse bekannt. Diese Verfahren be
ruhen darauf,
daß man einmal die Summe und einmal die Differenz des Frequenzgeinisches mit einem
Suchton bekannter Frequenz bildet und aus diesen Größen nicht lineare, insbesondere
quadratisch abhängige Ströme bzw. Spannungen durch Verwendung von Gleichrichtern,
Elektronenröhren, Glühlampen und ähnlichen Widerständen bildet. Bei der Differenzbildung
der so gewonnenen Spannungen bzw. Ströme fallen die quadratischen Glieder heraus,
und es bleibt ein Restglied übrig, welches das Produkt der Spannungen miteinander
zu vergleichender Frequenz ähnlich wie beim wattmetrischen Ausschlag in einem Gleichstromglied
abbildet.
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Um dieses an sich bekannte Verfahren bei der Anordnung nach der Erfindung
-zu benutzen, könnte man am Empfangsort mit Hilfe eines Mittelfrequenzgenerators,
der von einem Motor angetrieben wird, welcher =mit einer von der Grundfrequenz bestimmten
Drehzahl umläuft, eine Spannung der zu empfangenden Frequenz erzeugen. Diese Frequenz
würde gleich derjenigen Frequenz sein, bei welcher das Gerät ansprechen soll. Außerdem
würde man noch aus den Leitungen das gesendete Frequenzgeinisch abnehmen, zweckmäßigerweise
über Resonanzkreise oder Ketten, durch welche die Grundwelle ausgesiebt wird. Die
Spannung des Frequenzgemisches wird einmal zur Spannung der am Empfänger erzeugten
Frequenz addiert und einmal von ihr subtrahiert. Die so gewonnene Summen- und Differenzspannung
werden gleichgerichtet. Die gleichgerichtete Summenspannung wird einem Widerstand
zugeführt, ebenso wird die gleichgerichtete Differenzspannung einem Widerstand zugeführt.
Die beiden Widerstände sind in Reihe geschaltet, und die Zuführung der Spannungen
geschieht in der Weise, daß zwischen den äußeren Klemmen der Reihenschaltung die
Differenz aus der gleichgerichteten Summen- und der gleichgerichteten Differenzspannung
auftritt. An diesen Klemmen wird nur dann eine Gleichspannung auftreten, wenn die
am Empfänger erzeugte Frequenz gleich der gesendeten Steuerfrequenz ist, und man
kann diese so erzeugte Gleichspannung benutzen, um ein Gleichstrominstrument zu
betätigen.
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Auch bei diesen Anordnungen muß man bei Eruchzahlverhältnissen zwischen
Steuer- und Grundfrequenz und nicht ständig ausgesendeter Grundfrequenz eine Phaseneinstellung,
entsprechend wie früher beschrieben wurde, zwischen denn den .Mittelfrequenzgenerator
am Empfangsort antreibenden Motor und (lern Motor auf der Sendeseite vornehmen.
Man kann aber auch bei der beschriebenen Anordnung von einer bestimmten Zuordnung
zwischen Sende- und Empfangsmotor absehen, -wenn man zwei derartige Geräte
am Empfangsort vorsieht, bei denen aber die von (lern Mittelfrequenzgenerator erzeugten
Spannungen um 9o° gegeneinander versetzt sind. 1lan bekommt dann stets in einem
der beiden Empfänger einen Gleichstrom, der zur Betätigung des Anzeigeinstrumentes
ausreicht. Allerdings kann man bei diesen Anordnungen dann nicht davon Gebrauch
machen, daß man durch Änderung der Phasenlage der Steuerfrequenz am Sender positive
und negative Ausschläge am Empfänger als Kennzeichen verschiedener zu übertragender
Signale verwendet.
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Eine andere Ausbildungsmögliclikeit dieser Anordnung besteht darin,
daß man auch hier nicht einen Gleichstrom bzw. eine Gleichspannung entstehen läßt,
sondern eine bestimmte Schlupfspannung. Zu diesem Zweck wird wieder das Verhältnis
der am Empfangsort erzeugten Frequenz zur Grundfrequenz etwas abweichend gewählt
vom Verhältnis der gesendeten Steuerfrequenz zur Grundfrequenz. Es entsteht dann
zwischen den Endpunkten der Widerstände eine Spannung, deren Größe sich periodisch
mit der Differenzspannung aus gesendeter Steuerfrequenz und der am Empfangsort erzeugten
Frequenz verändert. Diese Spannung der Differenzfrequenz kann man dann auf ein auf
diese Frequenz abgestimmtes Empfangssystem einwirken lasen. Eine solche Anordnung
ist also prinzipiell analog einer Anordnung nach Fig. q. der Beschreibung, bei der
auch die Entstehung einer bestimmten Schlupffrequenz als Kennzeichen für das zu
übertragende Signal dient und auch ein Resonanzsystem' angezeigt wird.
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Die Übertragung der Zeigerstellungen. Kommandos und Meßwerte kann,
wie bereits erwähnt, sowohl über die Starkstromleitungen des Netzes selbst oder
über besondere Hilfsleitungen erfolgen, aber auch über Hocifrequenzträgerwellen,
die mit einer Grundfelle zum Antrieb der Svnchronmotoren tiii_i überlagerten Hilfsfrequenzen
sinngemäß in:)-duliert werden.
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Das grundsätzliche Schema einer solchen Hochfreduenzübertragung ist
in Fig. ; dargestellt. Von einem Netz q.o wird ein S@-achromnotor .Ir gespeist.
Dieser treibt den Generator ,42 für die Grundwelle und über ein Getriebe .43 den
Generator 44 für die Steuerfrequenz an. Die Grund- und Steuerfrequenz wirken auf
einen mir schematisch dargestellten Sender 45 ein und modulieren dort die ausgesandtenTrägerwellen.
Im Empfänger 46 %v-erden die ankommenden Wellen gleichgerichtet und ,zur Fernhaltung
der Gleiclistromkoinlr-3-nente zweckmäßig über einen Transformator dem Empfangsrelais
zugeführt, das ähnlich wie (las von Fig. 3 gebaut ist. Es besteht wieder
aus
einem magnetischen Kreis 17, dessen Induktivität mit Hilfe eines Synchronmotors
im Rhythmus der zu empfangenden Frequenz geändert wird. Zum Antrieb des Synchronmotors
wird wieder die Grundwelle benutzt.
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Das Relais ist in Fig.8 als polarisiertes Relais ausgebildet und besitzt
einen polarisierten Anker 47. In Fig. 8 ist im Schnitt und Ansicht der Rotor 16
dargestellt. Er besitzt zwei Zahnkränze, die den entsprechenden Zahnkränzen des
Magnetsystems 17 gegenüberstehen. Auf dem Verbindungsstück der beiden Zahnkränze
ist ein Ring 48 drehbar gelagert, in welchem das eine Ende des polarisierten Ankers
47 befestigt ist.
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Im Ausführungsbeispiel der Fig.7 kann noch eine Taste vorgesehen sein,
durch welche beim Niederdrücken die Steuerfrequenz auf den Sender zur Einwirkung
gebracht wird. Der Sender wird also von der Grundfrequenz dauernd von der Zusatzfrequenz
nur nach Bedarf gesteuert. Man kann aber auch die Anordnung so treffen, daß erst
beim Aussenden von Signalen sowohl die Grund- und die Steuerfrequenz eingeschaltet
werden, beispielsweise durch Einschalten der Erregung von Steuer- und Grundfrequenzmaschine.
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Liegen die Empfänger örtlich beieinander, so kann man für alle einen
gemeinsamen Synchronanfrieb vorsehen. Dies gilt sowohl bei Hochfrequenzübertragung
als auch bei Übertragung durch besondere Leitungen oder durch die Leitungen. des
Starkstromnetzes. Ebenso kann man auch für beliebig viele Steuerspannungserzeuger
jeweils nur einen gemeinsamen Synchronantrieb anwenden.