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Verfahren zur Signalübertragung mittels Wechselstroms, insbesondere
für die Wechselstromtelegraphie Die Erfindung betrifft Verfahren und: Ano-rdnungen
zur Signalübertragung mittels Wechselstroms, insbesondere für die Wechselstromtelegraphie.
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Für die Übertragung von Signalen, z. B. für Telegraphierzwecke, ist
es, von Sonderfällen abgesehen, üblich, mit zwei verschiedenen Zuständen des Signalgebers
zu arbeiten, von denen in der Regel der eine als Ruhelage (Trennlage) und der andere
als Arbeitslage (Zeichenlage) bezeichnet wird. Ein Signal besteht hierbei in der
einfachsten Form aus einem Übergang von dem einen zum anderen Zustand, meist aber
in einer nur vorübergehenden, d. h. zeitlich begrenzten derartigen Zustandsänderung.
Zusammengesetzte Signale, z. B. die Kod:ezeichen der Telegraphie, werden durch Kombinationen
mehrerer Einzelsignale gebildet.
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Aufgabe der Übertragungseinrichtungen und Übertragungswege ist es,
diese Zustandsänderungen des Signalgebers in einer für die Wiedergabe der Signale
geeigneten Weise durch elektrische Zustandsänderungen zu übertragen.
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Bei Verwendung von Gleichströmen sind in der Hauptsache drei Übertragungsarten.
gebräuchlich, die als Arbeitsstrom-, Ruhestrom- und Doppelstromverfahren bezeichnet
werden. Von diesen hat das Doppelstromverfahren den besonderen Vorteil, daß die
Richtung des fließenden Gleichstroms in jedem beliebigen Augenblick den jeweils
zu übertragenden Zustand, eindeutig kennzeichnet.
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Bei der Signalübertragung mittels Wechselströme können nur das Arbeitsstrom-
und das Ruhestromverfahren, bei denen es auf die Stromrichtung nacht ankommt, in
gleicher Weise wie bei der Gleichstromsignalübertragung angewendet werden. Ein echtes
Doppelstromverfahren ist nicht möglich, da der Wechselstrom selbst bereits dauernde
Richtungswechsel aufweist. Es wurden daher bereits
besondere Verfahren
für die- Signalübertragung mittels Wechselstroms, entwickelt, die praktisch Doppelstromcharakter
haben, vornehmlich das. sog. Doppelten- oder Frequenzumtastverfahren, bei dem die
Frequenz eines Wechselstroms entsprechend den zu übertragendem Signalen: geändert
wird, und das Phasensprungverfahren, bei dem jede Zustandsänderung durch eine sprunghafte
Änderung der Phasenlage dargestellt wird. Wendet man Phasensprünge von i8o° an:,
so erreicht man den. Vorteil, daß die Phasensprünge auch, über die Filter hinweg
ohne Fälschung ihrer zeitlichen Lage zueinander übertragen werden.. Hinzu kommt
gegenüber dem Frequenzmodulationsverfahren der Vorteil, daß an die Brandbreite der
verwendeten Übertragungsmittel die geringsten möglichen Anforderungen gestellt werden.
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Ein grundsätzlicher Nachteil des Phasensprungverfahrens besteht jedoch
darin, daß die eindeutige Zuordnung .der beiden möglichen Phasenlagen zu den beiden
möglichen Zuständen des Signalgebers, z. B% Ruhelage (Trennlage) und Arbeitslage
(Zeichenlage), ohne besondere Hilfsmaßnahmennicht .gesichert ist. Man kann die Phasenlage
des Wechselstroms und damit auch die Polarität des jeweils. darzustellenden Zustandes
nicht absolut erkennen: Auch aus einer- eintretenden Phasenänderung läßt sieh die
Richtung der dargestellten Zustandsänderung nicht absolut ableiten., vielmehr kann
aus ihr ohne zusätzliche Hilfsmaßnahmen nur die Tatsache einer Zustandsänderung
des Signalgebers. erkannt werden.
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Eine bereits angewendete Hilfsmaßnahme zur Herstellung einer eindeutigen
Phasenbeziehung bei Anwendung des Phasensprungverfahrens besteht in der Übertragung
einer Bezugsphasen:lage über einen besonderen Kanal oder in der Gewinnung einer
solchen aus den empfangenen- Zeichen selbst. Ein anderer Vorschlag geht dahin, gleichzeitig
mit der Phasensprungtastung eine Frequenzumtastung vorzunehmen und diese für die
Überwachung der richtigen Phasenzuordnung zu verwenden. Beide Verfahren erfordern
einen nicht unerheblichen Aufwand und stellen vor allem keine grundsätzliche Lösung
des Problems dar.
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Der -Erfindung liegt eine neuartige Anwendung des Phasensprungprinzips
zugrunde, die es ermöglicht, die Polarität des bei einer Signalübertragung jeweils
herrschenden Zustandes stets eindeutig und absolut erkennbar zu machen. Sie besteht
darin, daß einer der beiden für die Signalgebung ausgenutzten Zustände des Signalgebers,
vorzugsweise die Ruhelage (Trennlage), durch Phasenruhe, der andere Zustand, vorzugsweise
also die Arbeitslage (Zeichenloge), durch periodische Phasensprünge des der Signalübertragung
dienenden Wechselstroms dargestellt wird. Auf der Empfangsseite öder an einer beliebigen
Stelle des Übertragungsweges ist also aus der Tatsache der Phasenruhe des Signalwechselstroms
zu erkennen, daß sich der Signalgeber in einem bestimmten. Zustand, vorzugsweise
in der Ruhelage (Trennlage) befindet, während Phasensprünge den, Übergang zum -entgegengesetzten
Zustand, und zwar -für einte durch die Anzahl der Phasensprünge bestimmte Zeitdauer
kennzeichnen.
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In Systemen reit aus Schritten einheitlicher Dauer gebildeten Signalen,
insbesondere in mit Kodezeichen arbeitenden Telegraphiersystemen, wird das Verfahren.
gemäß der Erfindung zweckmäßig in der Weise angewendet, daß die Periodendauer der
Phasensprünge in einem ganzzahligen Verhältnis zur Schrittdauer steht. Vorzugsweise
kann die Periodendauer der Phasensprünge gleich der Schrittdauer gewählt werden.
Diese Vorschrift läßt sich erfindungsgemäß zweckmäßig in der Weise verwirklichen,
daß- jeder dem einen der beiden. Zustände des Signalgebers entsprechende Schritt,
vorzugsweise jeder Zeichenstromschritt, durch einen Phasensprung, jeder entgegengesetzte
Schritt, vorzugsweise also jeder Trennstromschritt, durch Phasenruhe des -Signalwechselstroms
dargestellt wird.
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Aus diesen Prinzipien lassen sich gemäß weiterer Erfindung Vorschriften
für die Durchführung des Verfahrens auf der Sende- und Empfangsseite ableiten.
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Eine Sendeanordnung für das Verfahren gemäß der Erfindung kann, zweckmäßig
aus einem Impulserzeuger, der während des einten der beiden der Signalgebung dienenden
Zustände in Ruhe ist, während des anderen[ aber periodisch wiederkehrende Impulse
erzeugt, und einem Impulsumsetzer bestehen, der jeden dieser Impulse in einen Phasensprung
des, der Signalübertragung dienenden Wechselstroms umsetzt.
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Auf der Empfangsseite kann in entsprechender Weise ein Phasenumsetzer
verwendet werden, der bei jedem Phasensprung des ankommenden Signalwechselstroms
eine vorübergehende, auf die Periodendauer der Phasensprünge, vorzugsweise also
auf die Schrittdauer der Signale begrenzte Zustandsänderung in einem der weiteren
Auswertung dienendem Stromkreis bewirkt.
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Das Prinzip der Erfindung und weitere Einzelheiten sollen nachstehend
an Hand der Zeichnung erläutert werden.
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In, Fig. i a bis i h sind Diagramme zur Erläuterung des Prinzips der
Erfindung dargestellt. Die Diagramme in Fig. a a bis a f zeigen das
Prinzip der Erfindung in Anwendung auf mit Kodezeichen arbeitende Telegraphiersysteme.
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In Fig.3 ist die Schaltung einer für die Anwendung der Erfindung geeigneten
Sendeanordnung dargestellt, während Fig. 4, die in dieser Schaltung auftretenden
Vorgänge im ihrem zeitlichen Verlauf schematisch darstellt.
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Eig. 5I veranschaulicht die Wirkungsweise einer Sendeanordnung gemäß
der Erfindung in einer vereinfachten Darstellungsweise, während Fig. 6 die zugehörigen
Grundelemente der Sendeanordnung schematisch wiedergibt.
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Fig. 7 zeigt eine für eine Sendeanordnung gemäß der Erfindung geeignete
Röhrenschaltung, bei welcher der Schalter eines die Signale zuführenden Relais das
einzige bewegte Schaltglied bildet.
Fig. 8, zeigt in schematischer
Form eine Empfangsanordnung gemäß der Erfindung, während Fig. 9 die Wirkungsweise
dieser Einrichtung durch Diagramme erläutert.
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Fig. i a zeigt das Prinzip einer Signalgebung einfachster Art mittels
eines Signalgebers, der zwei Zustände A und B einnehmen kann. Ein
Signal wird beispielsweise dadurch gegeben, daß der zunächst bestehende Zustand
A zu einem beliebigen Zeitpunkt t" in den anderen Zustand B übergeführt
wird. Von dem zeitlichen Verlauf dieses Überganges soll hier und im folgenden abgesehen
werden. Er ist daher zur Vereinfachung als ein sprunghafter Übergang dargestellt.
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Fig. i b zeigt die Darstellung eines solchen Signals durch einen Gleichstrom,
der zunächst während des Zustandes. A des Signalgebers in einer Stärkei durch den
Übertragungsstromkreis fließt und im Zeitpunkt t" der Signalgabe auf den Wert o
vermindert wird. Wenn unter A der Ruhezustand, des Signalgebers verstanden wird,
so stellt Fig. i b den Ruhestrombetrieb mittels Gleichstroms dar.
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Fig. i c zeigt die Darstellung des gleichen Signalvorganges durch
einen; Gleichstrom i, der erst im Zeitpunkt t" der Signalgabe eingeschaltet wird.
Unter der vorerwähnten Annahme stellt dies also das sog: Arbeitsstromprinzip dar.
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Die Kurven gemäß Fig. i b und, i c gelten sinn. gemäß auch für die
Signalgebung mittels Wechselstroms, wenn man, unter i den Effektivwert versteht.
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Fig. i d veranschaulicht das Doppelstromprinzip, bei dem ein zunächst
in beispielsweise positiver Richtung fließender Strom i im Zeitpunkt
t" der Signalgabe seine Richtung umkehrt. Wenn der Zustand A des Signalgebers
(Fig. i a) wie angenommen die Ruhelage und B die Arbeitslage darstellen, so ist
in Fig. i d der zunächst fließende Strom positiver Richtung nach der üblichen Ausdrucksweise
als Trennstrom und der in. negativer Richtung fließende als Zeichenstrom zu bezeichnen.
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Fig. i e veranschaulicht eine Signalgebung mittels Wechselstroms,
die entsprechend der Erläuterung in der Einleitung Doppelstromcharakter besitzt.
Hier wird im Zeitpunkt t" der Signalgabe die Frequenz des Wechselstroms von einem
der Ruhelage des Signalgebers entsprechenden Wert auf einen seine Arbeitslage kennzeichnenden
Wert geändert. Die einwandfreie Übertragung einer derartigen Signalgabe mittels
Frequenzänderung eines Wechselstroms ist nur dann gewährleistet, wenn: der verwendete
Übertragungskanal eine Bandbreite besitzt, die. die beiden vorkommenden Frequenzen
mit dem notwendigen Spielraum umfaßt.
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Fig. i f zeigt das Prinzip der Phasensprungtastung. Hier bleibt die
Frequenz des verwendeten Wechselstroms i dauernd konstant, nur die Phase wird im
Zeitpunkt t" der Signalgabe sprunghaft geändert, vorzugsweise um iäo°, wie dargestellt.
Dieser Phasensprung wird, wie bereits in der Einleitung gesagt wurde, auch über
die Filter und sonstigen Übertragungsmittel mit begrenzter Bandbreite hinweg einwandfrei
übertragen, jedoch erkennt man, daß der im Übertragungsweg herrschende- Stromzustand:
vor und nach dem Zeitpunkt t" der gleiche ist. Man kann; also aus dem Stromzustand
im Übertragungsweg nicht mehr absolut erkennen, ob es sich. um den der Ruhelage
des Signalgebers entsprechenden sog. Trennstrom oder um den der Arbeitslage entsprechenden
sog. Zeichenstrom handelt. Hierin weicht die Phasensprungmethode- gemäß. Fig. i
f von allen in den vorausgehenden Figuren dargestellten Verfahren ab, bei denen
sich der Trennstromzustand einwandfrei von dem Zeichenstromzus-tand unterscheidet.
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Um diese Schwierigkeit bei der Signalgebung mittels Wechselstroms
zu vermeiden und trotzdem die Vorteile der Phasensprungmethode ausnutzen zu können,
wird gemäß der Erfindung der eine der beiden Zustände des Signalgebers durch Phasenruhe,
der andere Zustand durch periodische Phasensprünge dargestellt, wie dies in Fig.
i g schematisch veranschaulicht ist. Während der Signalwechselstrom i im Ruhezustand
des Signalgebers ständig seine Phasenlage beibehält, ist der nach dem Zeitpunkt
t" bestehende entgegengesetzte Zustand durch Phasensprünge gekennzeichnet, die mit
einer Periodendauer T aufeinanderfolgen. Auf diese Weise wird auch bei der Phasensprungmethode
der jeweils herrschende Signalzustand (Trennstrom bzw. Arbeitsstrom) absolut erkennbar
gemacht.
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Fig. i,6 zeigt eine vereinfachte Darstellung der Phasensprünge, die
für die weiteren Erläuterungen. verwendet werden soll. Der Wechsel in der Lage der
Sch:raffur soll jedesmal einen Phasensprung des zur Signalübertragung verwendeten.
Wechselstroms darstellen.
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Das Prinzip der neuen, Phasenkippmethode gemäß der Erfindung kann.
in mannigfacher Weise verwirklicht werden:. In der Regel erfolgt die Signalgebung
nicht, wie in Fig. i a dargestellt, durch einen einmaligen Übergang von dem einen
der beiden Zustände des Signalgebers zum anderen, sondern durch eine vorübergehende
Zustandsänderung, die meist sogar auf eine bestimmte, für das Signal- oder Telegraphiersystem
charakteristische Dauer beschränkt ist oder dem ganzzahligen Vielfachen, einer bestimmten
Zeiteinheit entspricht. In diesem Fall ist es zweckmäßig, die Periodendauer der
den einen Signalzustand darstellenden periodischen Phasensprünge in einem ganzzahligen
Verhältnis zu der Signallänge b-zw. zu der dieser zugrunde liegenden Zeiteinheit
zu wählen. Handelt es sich beispielsweise um Telegraphiersysteme mit Kodezeichen,
die aus Schritten einheitlicher Länge zusammengesetzt sind, so ist es besonders
zweckmäßig, die Periodendauer der Phasensprünge gleich der Dauer des einzelnen Schrittes
zu bemessen. Man kann auf diese Weise mit der geringsten möglichen Anzahl von Phasensprüngen
auskommen und sich trotzdem die Vorteile des Phasenkippverfahrens gemäß der Erfindung
zunutze machen.
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FinG. 221, zeigt beispielsweise die Zusammensetzung eines derartigen
Kodezeichens, wie es in: der Springschreibertechnik verwendet wird. Ein solches
Zeichen wird stets durch einen sog. Anlauf-oder Startschritt a. eingeleitet, der
ein Zeichenstromschritt
ist, d. h. für die Dauer dieses Anlaufschrittes
wird der zunächst bestehende, z. B. durch einen Strom positiver Richtung dargestellte
Trenn, stromzustand durch den entgegengesetzten Zeichen, stromzustand ersetzt. Der
Anlaufschritt ca beginnt im Zeitpunkt t" und endet im Zeitpunkt t1. Dieser Zeitpunkt
t1 ist zugleich der Beginn des nächsten Schrittes, der zu den fünd charakteristischen
Schritten-z bis 5 gehört, die in ihrer jeweiligen Kombination aus Trenn oder- Zeichenstromschritten
das zu übertragende Schriftzeichen verkörpern. Die Anfangszeitpunkte dieser charakteristischen
Schritte sind mit t1 bis t5 bezeichnet. Abgeschlossen wird das vollständige Zeichen
durch einen sog. Sperr-oder Stopschritt s, der sich im Zeitpunkt t, an das Ende
des charakteristischen Schrittes 5 anschließt und stets ein Trennistromsch.ritt
ist. Seine zeitliche Länge kann je nach dem angewendeten System gleich der normalen
Schrittdauer oder um etwa die Hälfte verlängert sein.
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Während Fig. 2 a den zeitlichen Stromverlauf bei Anwendung des Doppelstromverfahrens
darstellte veranschaulicht Fig. 2b die Anwendung des Phasenkippverfahrens gemäß
der Erfindung bei Übertragung des gleichen Zeichens. Bei dem in Fig. 2 a dargestelltenKodezeichen
sind die Schrittest, i, 2 und 5.' Zeichenstromschritte, während 3, 4 und s Trennstromschritte
sind. Nach der vorher gegebenen Definition müssen also bei Anwendung der Phasenkippmethode
die Zeichenstromschritbe durch Phasensprünge, die Trennstromschritte aber durch
Phasenruhe wiedergegeben werden. Man erkennt, daß die Phasensprünge a, z, 2 und
5 in Fig. 21 den Zeichenstromschritten in Fig.2(a hinsichtlich der zeitlichen Verteilung
entsprechen. Der Zeitpunkt tä des ersten! Phasensprunges a braucht hierbei keineswegs
mit dem Einsatzzeitpunkt t" des Anlaufschrittes des Doppelstromzeichens in Fig.
2 a zeitlich zusammenzufallen. Das gleiche gilt für die Zeitpunkte t1; t2 und t5'
der weiteren Phasensprünge. Es ist vielmehr nur notwendig, daß die Per.ioden@ daue,
T der den Phasensprüngen zugrunde liegenden Periodizität oder, anders ausgedrückt,
der Normalabstand aufeinanderfolgender Phasensprünge gleich der Schrittdauer des
zu übertragenden Zeichens ist.
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Bemerkenswert ist, daß die ersten drei Zeichenstromschritte des in
Fig. 2 a dargestellten Doppelstromzeichens bei dem Phasenkippverfahren gemäß Fig.2b
durch drei Phasensprünge --wiedergegeben werden, während z: Bder im Zeitpunkt t3
erfolgende Übergang von Zeichenstrom zu Trennstrom und ebenso der Beginn t, des
Sperrschrittes in dem Wechselstromzeichen überhaupt nicht erscheinen.
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Fig. 2 c veranschaulicht ein anders zusammengesetztes Kodezeichen,
das im wesentlichen aus sog. Wechseln, d. h. unmittelbar aufeinanderfolgenden abwechselnden
Zeichen- und Trennstromschritten besteht.
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Fig. 2 d zeigt, wie ein solches Zeichen durch die Phasenkippmethode
dargestellt wird. Man erkennt, daß die .drei vorkommenden Phasensprünge den drei
Zeichen.stromschritten des Doppelstromzeichens entsprechen. Die Zeitpunkte der Phasensprünge
haben voneinander einen Abstand von der doppelten Periodendauer; da die Zeichenstromschritte
des Doppelstromzeichens durch je einen Trennstromschritt, dem definitionsgemäß Phasenruhe
entspricht, voneinander getrennt sind.
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Fig. 2,e zeigt ein anderes extremes Beispiel, und zwar den Fall, daß
das Kodezeichen soweit wie möglich nur aus Zeichenstromschritten besteht. Lediglich
der Sperrschritt s muß auch hier wieder ein Trennstromschritt sein, da das angewendete
Springschreibersystem es verlangt.
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Fig. 2f veranschaulicht, wie bei Anwendung der Phasenkippmethode die
sechs unmittelbar aufeinanderfolgenden Zeichenstromschritte des in Fig.2e dargestellten
Doppelstromzeichens durch sechs mit der normalen Periodendauer äufeinanderfolgende
Phasensprünge wiedergegeben, werden.
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Aus dieser prinzipiellen Darstellung läßt sich die Aufgabenstellung
für eine geeignete Sendeanordnung ableiten, Die Sendeanordnung muß so beschaffen
sein, daß. bei jedem Zeichenstromschritt des zu übertragenden Zeichens ein Phasensprung
ausgelöst wird, während bei jedem Trennstromschritt die Phasenlage des Signalwechselstroms
ungeändert bleibt.
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Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel. für eine derartige Sendeeinrichtung.
Ein wesentlicher Bestandteil dieser Anordnung ist ein nach dem Start-Stop-Prinzip
betriebener mehrpoliger Verteiler, wie er im Prinzip als Bestandteil von Fernschreibmaschinensendern
und Fernschreibentzerrern bekannt ist. Es sind daher nur die für die Erläuterung
der Erfindung wesentlichen: Teile der Einrichtung dargestellt, während die übrigen
als bekannt vorausgesetzt werden können.
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Von einem nicht dargestellten Antriebsmechanismus aus wird über eine
. Rutschkupplung eine Nockenwelle N angetrieben, auf der eine Sperrnockenscheibe
N, und vier Kontaktnockenscheiben Ni bis N4 befestigt sind. In der Ruhelagewird
die Nockenwelle durch eine Sperrklinke m festgehalten, die sich gegen eine Nase
am Umfang der Sperrnockenscheibe N, legt und auf diese Weise die Drehung der Nockenwelle
trotz der Bewegung des Antriebsmechanismus verhindert. In dieser Sperrstellung befinden
sich die NockenscheibenNl bis N4 in der dargestellten Lage, wobei die von ihnen
gesteuerten Schalter zzi bis n4 teils geschlossen, teils geöffnet sind. Die Sperrklinke
m kann durch einen Magneten M ausgelöst werden, der von dem Schalter e des Empfangsrelais
E abhängig .ist. Nach der Auslösung macht die Nockenwelle ein,enf Umlauf, bei dessen
Beendigung sie durch die Sperrklinke m wieder festgehalten wird.
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Alle weiteren Bestandteile und die Funktion der gesa.mtenAnordnung
sollen nunmehr inVerbindung mit den in Fig. d, dargestellten Zeitdiagrammen erläutert
werden. Es wird angenommen, daß der Anordnung ein Doppelstromzeichen mit dem durch
die Kurve ie dargestellten Stromverlauf zugeführt wird. Dieses Zeichen entspricht
in seiner Zusammen-Setzung dem in Fig. 2,a dargestellten.
Wird der
so verlaufende Strom ie dem Empfangsrelais E der Umsetzerschaltung zugeführt, so
wird beim Einsatz des Anlaufschrittes a der vom Relais E betätigte Anker e, der
bei Relais dieser Bauart zugleich das bewegte Schaltstück bildet, mit einer geringfügigen,
in Fig. q; angedeuteten Ansprechverzögerung aus seiner dem Trennstrom entsprechenden
Pluslage in die Minuslage umgelegt. In diesem Augenblick wird der Magnet M erregt,
da der Schaltern, in der Ruhelage der Nockenscheibe Ni geschlossen: ist; (Stellung
z in Fig. 4). Mit einem geringen., durch die An.sprechverzögerung bedingten Zeitabstand,
der ebenfalls wieder in Fig. 4 durch einen von der Kurve e senkrecht nach unten
zur Kurve m verlaufenden gestrichelten Pfeil angedeutet ist, wird, der Anker m,
der zugleich die Sperrklinke darstellt, für eine begrenzt,-. Zeit aus der Ruhehage
o in die Arbeitslage a bewegt, so daß, wiederum mit einem geringfügigen Zeitverzug,
der Umlauf u der Nockenwelle N beginnt. Dieser Umlauf erfolgt mit
annähernd konstanter Geschwindigkeit, und zwar während einer Umlaufzeit U, die um
ein bestimmtes Maß kleiner als die Gesamtlänge des zu übertragenden Kodezeichens
ist. Kurz nach dem Anlaufen wird der Nockenschalter n, geöffnet (Stellung o) und
schließt sich erst wieder beim Stillstand der Nockenwelle, wie dies das Diagramm
n1 in Fig. 4 darstellt.
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Gleichzeitig mit der Sperrnockenscheibe Ns und der bereits erwähnten
Nockenscheibe Ni kommen auch die weiteren Nockenscheiben in Umlauf, wobei sie ihre
jeweils zugeordneten Schalter n2, n3 und n4 entsprechend den in Fig. 4 gezeichneten
Diagrammen schließen.
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Zunächst wird kurze- Zeit nach dem Anlauf der l@TOClcenschalter n2
kurzzeitig geschlossen, und zwar in einem Augenblick, der möglichst in: die Mitte
des Anlaufschrittes a fällt, wie die beiden nach oben verlaufenden gestrichelten
Pfeile in. Fig. q: andeuten. Da dieser Anlaufschritt ein Zeichenstromschritt ist,
der Schalter e also in seiner Minuslage liegt, wirdi über den Nockenschalter n2
und einen Schutzwiderstand W1 der Kondensator C aufgeladen.
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Der Nockenschalter n3, der im Ruhezustand geschlossen ist, öffnet
sich unmittelbar nach dem Anlaufen der Nockenwelle, jedenfalls vor dem Schließen
des Nockenschalters, n2 und wird:, wie das Diagramm in Fig,. 4 erkennen, läßt, erst
nach dem Wiederöffner des Nockenschalters n2 für kurze Zeit geschlossen. In dieser
Zeit kann sich. der Kondensator C über den Schutzwiderstand W2 und einen später
beschriebenen. Schalter b entladen, und zwar verläuft dieser Entladestrom über die
obere Wicklung eines gepolten Relais H, welches infolgedessen seinen: Schalter h
aus der Pluslage in die Minuslage umlegt, wie das entsprechende Diagramm in Fig.
4 zeigt.
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Das Umlegen des Schalters h in die Minuslage hat eine entsprechende
Umsteuerung des gepolten Relais R zur Folge, dessen Schalter r aus der Stellung
r. in die Stellung 2 umgelegt wird (vgl. auch das Diagramm in Fig. 4) und hierbei
die Phasenlage des der Stromquelle D über einen Transformator Tr entnommenen Signalwechselstroms
i, durch Umpolung um r8o° sprunghaft dreht (vgl. das Diagramm i" in Fig. 4).
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Kurze Zeit nach dem Wiederäffnen des Nockenschalters n3 wird der Nockenschalter
n.4 vorübergehend geschlossen, der das gepolte Relais B an das bewegliche Schaltstück
des Schalters h anschaltet. Da dieser seine Lage geändert hatte, wird das Relais
B umgesteuert und, sein Schalter b aus der Stellung z in die Stellung 2, umgelegt.
Dies ist eine vorbereitende Maßnahme und hat im Augenblick noch keine Wirkung.
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Da nach der Annahme auf den Anlaufschritt zwei weitere Zeichenstromschritte
folgen, bleibt der Schalter e für die Dauer von zwei weiteren Schritten in der Minuslage
liegen (s. Diagramm ein Fig.4). Infolgedessen wird bei der Mittenabtastung dieser
Stromschritte durch den Nockenschalter n2 ebenfalls, wieder der Kondensator C jedesmal
aufgeladen und kurz darauf durch den Nockenschalter n3 über den Schalter b und,
das Relais H wieder entladen. Da der Schalter b durch den Anlaufschritt in die Stellung
:2 umgelegt wurde, verläuft der Entladestromstoß des Kondensators C bei dem ersten:
auf den Anlaufschritt folgenden Stromstoß über die untere Wicklung des, gepolten
Relais. H, die einen entgegengesetzten, Wicklungssinn aufweist. Infolgedessen wird
der Schalter h nunmehr wieder aus der Minuslage in die Pluslage umgelegt, so daß
auch das. Relais R umgesteuert und über dessen Schalter r abermals ein Phasensprung
herbeigeführt wird. Kurz darauf wird beim Schließen des Nockenschalters n4 auch
das Relais B wieder betätigt und der Schalter b wieder in die Stellung z bewegt.
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Der zweite auf .den Anlaufschritt folgende Zeichenstromsch.ritt (2
im Diagramm i, in: Fig. 4) führt wiederum zu einer Aufladung des: Kondensators C
und einer abermaligen. Umsteuerung der Relais H, R und B, so daß auch
dieser Zeichenstromschritt, insgesamt also der dritte, durch einen dritten Phasensprung
dargestellt wird.
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Während der beiden folgenden Schritte 3 und 4, die mach der Annahme
Trennstromsch.ritte sind, liegt der Schalter e des Empfangsrelais E in der Pluslage,
so daß bei diesen beiden Stromschritten; keine Aufladung des Kondensators C und
somit auch keine Umsteuerung der Relais H, R und B
erfolgen kann. Diesen
beiden Trennstromschritten entspricht also Phasenruhe des Signalwechselstroms i..
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Erst der nächste Stromschritt 5" der gemäß der Annahme wieder ein
Zeichenstromschritt ist, hat eine Aufladung des: Kondensators C und damit eine Phasenumtastung
des ausgesendetenSi.gnalwechselstroms i, zur Folge.
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Der Sperrschritt s ist wieder durch eine Nichtaufladung des Kondensators
C und dementsprechend, durch ein Unterbleiben eines Phasensprunges gekennzeichnet.
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Die oben beschriebene und in Fig. 3 dargestellte Anordnung läßt sich
als Zwischenglied zwischen
einen mit Doppelstrom betriebenen Übertragungsstromkreis
und eine Wecbselstromtelegraphieverbindung schalten, die auf diese Weise nach dem
Verfahren gemäß der Erfindung betrieben werden kann. Es ist selbstverständlich auch
möglich, diaß das Empfangsrelais .E nicht durch Doppelstrom, sondern durch Einfachstrom
nach dem Ruhe- oder Arbeitsstromprinrzip betrieben wird. Eine weitere Anwendungsmöglichkeit
besteht darin, daß der Schalter e nicht durch -ein Relais, sondern direkt durch
einen Sender betätigt wird, der die in Fig. 3 gezeichneten, Teile als ergänzende
Bestandteile enthält. Die Nockenwelle N wird in diesem Fall durch den Antriebsmechanismus
des Sendern angetrieben, und auch die Schrittmittenabtastung (Nockenschalter n2)
kann durch vorhandene Teile der Maschine erfolgen:.
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Die Formgebung der Nockenscheiben N1 bis N4 ist durch die Ansprechdagramme
izi bis n4 in Fig. 4 vorgeschrieben. In erster Annäherung können also die Diagramme
n1 bis: n4 -auch als Abwicklungen der Nockenscheibenumfänge angesehen werden, wobei
die Umlaufzeit U des Zeitdiagramms dem räumlichen Umfang der Nockenscheiben entspricht.
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Ein kritischer Vergleich des Ansprechdiagramms des Relaisschalters
h mit den: Ansprechdiagrammen der der Abtastung und Übertragung der einzelnen Schritte
dienenden Nockenkontakte n2 und n3 zeigt, daß. die zur Wirkung kommenden (in Fig.
q; unterstrichenen) Abtastimpulse, deren jeder einen vollen Wechsel darstellt, durch
die Wirkung der Schaltung in entsprechend viele halbe Wechsel umgewandelt werden.
In dem dargestellten Fall sind aus, den. bei der Abtastung auftretenden vier vollen
Wechseln im Stromkreis des Relaisschalters h vier halbe Wechsel, geworden, d. h.
es hat eineFrequenzhalbierung stattgefunden. Die wesentlichen: Bestandteile dieses.
Frequenzhalbierers sind die sich gegenseitig steuernden Relais H und B. Der Nockenschalter
n4 könnte auch durch irgendeine andere Verzögerungseinrichtung ersetzt werden, die
den Zeitpunkt des Ansprechens des Relais B bestimmt.
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In Fig. 5: ist unter Vernachlässigung aller Einzelheiten, besonders
hinsichtlich der Ansprechverzögerungen, das Prinzip der in einer Sendeanordnung
für die Phasenkipprnethode ablaufenden Vorgänge durch zwei Diagramme veranschaulicht.
Zugründe gelegt sind drei in'belieb,ngem Zeitabstand aufeinanderfolgende Kodezeichen
Zi, Z2 und Z3, die in ihrer Zusammensetzung den in Fig. 2 a, 2 c und 2 e dargestellten
Zeichen entsprechen.,Der Stromverlauf in einem diese Zeichen übertragenden Doppelstromkreis
ist durch die Stromkurve ie dargestellt.
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Der erste wichtige Schritt bei der Umwandlung dieser Gleichstromzeichen
ist die Herstellung von. Impulsfolgen; bei denen j eder einzelne Impuls einem Zeichenstromschritt
entspricht. Der Verlauf des Impulsstroms, - der der angenommenen Zeichenfolge entspricht,
ist durch die Kurve il in Fig. 5 dargestellt. Diesen Vorgang bewirkt in der Schaltung
gemäß Fig. 3, der Nockenschalter n2. Durch einen Frequenzhalbierer, der in Fig.3.
durch die Relais H und B gebildet wird, werden die Impulse in mit. entgegengesetzter
Richtung aufeinanderfolgende Stromrichtungsänderungen umgesetzt, d. h. jeder Impuls,
des Impulsstroms il bewirkt eine Richtungsänderung des Stroms ih.
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Der nächste Vorgang ist die Umsetzung aller Richtungswechsel dieses
Stroms il, in Phasensprünge des Signalwechselstroms is, wie ebenfalls Fig. 5@ schematisch
erkennen läßt. In der Schaltung gemäß Fig. 3 steuert der Schalter r des. Relais
R diese Phasenumtastung.
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Ein Vergleich mit Fig. 2 a bis a f zeigt, daß die dort gestellte Aufgabe
sich nach dem an Hand von Fig. 5 erläuterten Prinzip lösen läßt.
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Fig.6 zeigt in, Farm eines Blockschemas die Schaltungsbestandteile,
die die in Fig. 5= erläuterten Vorgänge ermöglichen. Der Eingangsstrom i, wird über
die Klemmen. Ke einem Impulsgenerator IG zugeführt, der alle Zeichenstromschritte
in Impulse umwandelt. Der Impulsstrom i, wird durch einen Frequenzhalbierer FH in
Doppelstrom il, umgewandelt, dessen Stromrichtungsän, derungen je einem Impuls entsprechen.
In einem Phasenmodulator PM, dem ein Wechselstrom mit einer geeigneten Frequenz
f von einer Wechselstromquelle Q aus zugeführt wird, wird dieser in seiner Phase
durch den Halbierungsstrom il, moduliert, so daß, der Sendewechselstrom is, der
der Leitung Z, gegebenenfalls über ein Sendefilter SF
zugeführt wird, die'
gewünschten Phasensprünge aufweist. Während die Grundbestandteile der in Fig.6 veranschaulichten
Sendeanordnung bei der in Fig. 3 gezeichneten Anordnung durch mechanisch arbeitende
Schalteinrichtungen verkörpert sind, zeigt Fig.7 einAusführurngsbeispiel für eine
Sendeanordnung, bei der außer dem die Signalimpulse zuführenden Sehalter e keimerlei
mechanisch bewegte Teile erforderlich sind.
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Der Schalter e kann beispielsweise zu einem Relais E gehören; dem
die zu übertragenden Zeichen zugeführt werden. Als Impulsgenerator IG ist hier eine
unter der Bezeichnung Multivibrator bekannte Röhrenschwingschaltung vorgesehen.
Sie besteht im wesentlichen aus zwei Schirmgitterröhren R1 und R2, die über Widerstände
und Kondensatoren so miteinander gekoppelt sind, däß, jeweils der Anodenkreis der
einen Röhre über einen Kopplungskondensator C1 bzw. C2 dem Gitterkreis der anderen
steuert. Sobald der Schalter e aus: der dargestellten Ruhelage in die Arbeitslage
umgelegt wird, bekommt die Röhre R1 die im RuhezustanKl fehlende Schrmgitterspannung,
so daß nunmehr der Multivibrator mit der durch seine Schaltelemente festgelegten
Eigenperiode schwingt. Die Schwingungen haben einen rechteckförmigen Spän:.-nungsverlauf.
Ihre Periodendauer wird im vorliegenden Fall so- bemessen., daß sie mit der Schrittdauer
der zu. übertragenden Kodezeichen, oder sonstigen Signale übereinstimmt.
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Ein einzelner Zeichenstromschritt erzeugt eine volle Schwingung, die
aus zwei entgegengesetzten,
aufeinanderfolgenden rechteckigen Spannungsimpulsen
besteht. Durch eine Differenzierschaltung, die aus dem Kondensator C, und dem Widerstand
W1 besteht, werden diese beiden einander entgegengesetzten Rechteckimpulse in Impulsspitzen
verwandelt. Insgesamt entstehen entsprechend der Form des vom Multivibrator abgegebenen
Doppelimpulses drei Impulsspitzen, von denen zwei den Anfang und das Ende des Schrittes
darstellen, während die dritte, diesen entgegengesetzte Impulsspitze in der Schrittmitte
liegt. Durch einen dem Widerstand W1 parallel geschalteten Gleichrichter G werden
nun die am Anfang und Ende des Stromschrittes entstehenden Impulsspitzen unterdrückt,
so daß am Ausgang des Impulsgenerators IG nur noch stets in einer Richtung verlaufende
Impulsspitzen. auftreten, die jeweils die Mitte eines Zeichenstromschrittes darstellen
(vgl. Fig.5).
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Diese Impulsspitzen werden an einen Frequen:zhalbierer FH weitergegeben;
der wiederum aus zwei Röhren, aufgebaut ist. Die Schaltung dieser Röhren ist als
sog. Dualzählerschaltung bekannt und arbeitet infolge der wechselseitigen Kopplung
der Gitter- und Anodenkreise derart, daß immer die eine Röhre gesperrt ist, wenn
die andere Anodenstrom führt, und umgekehrt. Befindet sich die Schaltung in einem
dieser beiden stabilen Zustände und, wird über die Kopplungskondensatoren C4 und
C5 ein positiver Spannungsstoß auf die Gitter gegeben, so wird jeweils die bisher
gesperrte Röhre stromführend gemacht und die andere Röhre gesperrt.
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Das Anodenpotential der jeweils stromführenden Röhre liegt niedriger
als das Anodenpotential der gesperrten Röhre, so daß die an den beiden Anoden abgegriffene
Ausgangsspannung des Frequenzhalbierers FH bei jeder Umsteuerung ihre Richtung
wechselt. Diese Ausgangsgleichspannung, die also bei Zeichenübertragung in ihrem
Verlauf dem in Fig. 5 gezeigten Diagramm ih entspricht, wird über die Widerstände
W2 und W3 einem Ringmodulator RM zugeführt, der in bekannter Weise aufgebaut sein
kann und bei Richtungsumkehr der über die Mittenabgriffe der Transformatoren Tri
und Tr2 zugeführten Steuergleichspannung die Phasenlage des vom Generator 0 kommenden
Wechselstroms um i8o'°' dreht. Der Ringmodulator wirkt also ebenso wie der Umpoler
mit bewegtem Schalter in Fig. 3. An den Ausgangsklemmen des Ringmodulators wird
der Signalwechselstrom i, .abgegeben, der entsprechend dem neuen Verfahren alle
Zeichenstromschritte durch Phasensprünge darstellt (vgl. Diagramm i, in Fig. 5).
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Aus der Aufgabenstellung für die Sendeseite und ihrer prinzipiellen
Lösung ergibt sich sinngemäß auch die Problemstellung für die entsprechende Empfangsanordnung,
durch die die ankommenden, nach der Phasenkippmethode modulierten Wechselströme
wieder in die ursprünglichen Zeichen zurückverwandelt werden müssen, wenn man normale
Empfangsgeräte damit betreiben will. Das Lösungsprinzip für eine Empfangsanordnung
solcher Art besteht in der Verwendung eines Phasenumsetzers,, der bei jedem Phasensprung
des ankommenden Signalwechselstroms eine vorübergehende, auf die Periodendauer der
Phasensprünge, bei Kodezeichen. der Telegraphie vorzugsweise auf die Schrittdauer
der Signale, begrenzte Zustandsänderung im eigentlichen Empfangsteil oder in einem
der weiteren Auswertung dienenden Stromkreis bewirkt.
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Fig.8 zeigt ein Blockschema für eine Ausführungsform eines derartigen
Phasenumsetzers. Er besteht im wesentlichen aus einem Gegentaktmodulator GM, der
in bekannter Weise ausgebildet sein kann. Ihm wird. der über die Leitung L ankommende
Signalwechselstrom i, auf zwei verschiedenen Wegen zugeführt, und zwar mit einem
Laufzeitunterschied, der gleich der Periodendauer der Phasensprünge, vorzugsweise
also gleich der Schrittdauer der Signale, bemessen ist. Zur Herstellung dieses Laufzeitunterschiedes
kann ein Verzögerungsnetzwerk VN bekannter Ausführung verwendet werden" welches
in den einen der beiden Zuführungswege eingeschaltet wird. Der in dieser Weise verzögerte
Signalwechselstrom ist mit i,, bezeichnet. Verstärker V, und V2 können erforderlichenfalls
in die beiden Zuführungswege eingeschaltet sein. Diese Verstärker können zugleich
eine Amplitudenbegrenzerschaltung enthalten, so daß die dem Gegentaktmodulator zugeführten
Amplituden auf einen bestimmten Wert begrenzt werden.
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Der Gegentaktmodulator GM kann in bekannter Weise aus brückenartig
geschaltetenTrockengleichrichtern bestehen. Er arbeitet in der Weise, daß bei gleicher
Phasenlage der beiden zugeführten Wechselströme ein Gleichstrom einer bestimmten
Richtung und bei um iSo° gegeneinander gedrehten. Phasenlagen der beiden zugeführten
Wechselströme ein Gleichstrom entgegengesetzter Richtung abgegeben wird.
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Der Ausgangsgleichstrom ig des Gegentaktmodulators GM hat also im
Ruhezustand, wenn die beiden zugeführten Wechselströme i, und i,, gleiche Phasenlage
haben, eine bestimmte, dem Trennstromzustand entsprechende, beispielsweise positive
Richtung. Sobald jetzt an dem ankommenden Signalwechselstrom i, ein Phasensprung
auftritt, so wirkt sich dieser, da der Strom i,, in dem zweiten Zuführungsweg verzögert
wird, in einer Richtungsänderung des gleichgerichteten Stroms ig aus, d. h. dieser
Strom fließt jetzt in der negativen, den Zeichenstromzustand darstellenden Richtung.
Entsprechend der durch das Verzögerungsnetzwerk VN gegebenen Verzögerung, die gleich
einer Schrittdauer bemessen ist, tritt auch in: dem Verzögerungsweg die Phasenlage
auf, die der Wechselstrom in dem unverzögerten Weg bereits um die Zeitdauer eines
Schrittes vorher angenommen hatte. Von diesem Zeitpunkt ab sind also wieder die
beiden Phasenlagen der dem Gegentaktmodulator G1LI zugeführten Wechselströme einander
gleich, und der Ausgangsgleichstrom ig fließt wieder in der ursprünglichen,
dem
Trennstromzustand entsprechenden positiven Richtung.
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Wenn jedoch nach Ablauf der einem Schritt entsprechenden Zeit abermals
ein Phasensprung in dem ankommenden Signalwechselstrom auftritt, was ja definitionsgemäß
einem unmittelbar sich anschließenden zweiten Zechenstromschritt entspricht; so
kehrt sich die Phasenlage des im unverzögerten Weg zugeführten Wechselstroms gleichzeitig
mit der vom ersten Schritt herrührenden Phasendrehung im verzögerten Weg um, so
daß jetzt der Ausgangsgleichstrom i. des Gegentaktmodulators GM noch für die Dauer
eines weiteren Schrittes die dem Zeichenstromzustand entsprechende negative Richtung
beibehält. Auf diese Weise werden mit Schrittabstand aufeinanderfolgende Phasensprünge
in einen zusammenhängenden Zeichenstrom entsprechender Dauer umgewandelt, und zwar
wird die zeitliche-- Länge dieses zusammenhängenden Zeichenstroms durch den Zeitpunkt
begrenzt, in. welchem nur noch in dem Verzögerungsweg allein ein Phasensprung auftritt.
Dieses Kriterium gibt also stets eine -Bestätigung dafür; daß der Signalgeber in.
den Ruhezustand, d. h. in die Trennstromlage zurückgekehrt ist.
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Ein Laufzeitglied, wie das verwendete Verzögerungsnetzwerk VN, dreht
auch die Phasenlage des zu verzögernden Wechselstroms, wobei zwischen der Laufzeit
,c, dem Phasenmaß ä und der Kreisfrequenz c die Beziehung z=- besteht. - Durch entsprechende
Bemessung muß dafür gesorgt sein, daß diese unvermeidliche Phasendrehung keinen
störenden Einfluß auf den Gleichrichtvorgang im Gegentaktmodulator GM hat. =Zunächst
scheint sich die Forderung zu ergeben, daß die durch das Laufzeitglied hervorgerufene
Phasendrehung nur 36o' = ä n oder ein Vielfaches davon für die verwendete
Frequenz sein .darf, um Fehler im Gleichrichtvorgang zu verhindern. Tatsächlich
ist aber die Wirkungsweise des Gleichrichters GM praktisch die gleiche; wenn einer
der beiden Wechselströme ständig mit einer -um Z''ga° abweichenden Phasenlage zugeführt
wird. Sie kann auch notfalls durch Umpolung in einem der Eingangskreise oder im
Ausgangskreis ohne weiteres kompensiert werden. Hieraus ergibt sich, daß sich die
hinsichtlich der Phasendrehung an. das Laufzeitglied zu stellende Forderung mildert
und- nur ein Phasenmaß gleich einem ganzzahligen Vielfachen der Zahl n verlangt
zu werden braucht.
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Es ist selbstverständlich auch möglich, eine bei einer bestimmten
Bemessung des Laufzeitgliedes auftretende, von dieser Forderung abweichende Phasendrehung
durch ein zusätzliches, lediglich der Phasendrehung dienendes Glied zu kompensieren.
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Fig. 9 veranschaulicht in Form von Zeitdiagrammen die Vorgänge, die
sich in der in Fig. 8, gezeigten Schaltung abspielen. i, stellt den ankommenden.
Signalwechselstrom, dar, der die den Zeichen entsprechenden Phasensprünge enthält
und in seinem Verlauf beispielsweise mit dem in. Fig. 5 veranschaulichten Ausgangswechselstrom
i, einer Sendeanordnung gemäß der Erfindung übereinstimmt. i" bezeichnet den Verlauf
des Wechselstroms im Verzögerungsweg hinter dem Laufzeitglied VN bzw. dem darauffolgenden
Verstärker VQ. Man erkennt, daß die Zeitpunkte der Phasensprünge dieses verzögerten
Stroms um die Zeitdauer T,, gegenüber der- Phasensprüngen des uriverzögerten Wechselstroms
i, verschoben sind; sonst aber in ihrer relativen Lage zueinander übereinstimmen.
Gleichzeitig ist zu erkennen, daß die Verzögerungszeit T" gleich der Schrittdauer
gewählt ist.
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Das Diagramm ig zeigt den. Ausgangsstrom des Gegentäktmodulators GM,
der durch das Zusarnmenwirken des uriverzögerten Wechselstroms i, und des. verzögerten
Wechselstroms i" entsteht. Man sieht, daß bei übereinstimmender Phasenlage der beiden
Wechselströme der Ausgangsgleich-Strom ig. beispielsweise positive Richtung hat;
während seine Richtung während der Zeiten, in denen die beiden Phasenlagen entgegengesetzt
sind, negativ ist.
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Die eingangs gestellte Forderung nach einer absoluten Erkennbarkeit
des im übertragungsweg jeweils herrschenden Zustandes ist also einwandfrei erfüllt.
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Ein Vergleich des Stromverlaufs ig in Fig. 9 mit dem Stromverlauf
des ursprünglichen Zeichenstroms i" in Fig. 5, zeigt, daß die ursprünglichen, durch
die Sendeanordnung in Phasensprünge nach der Phasenkippmethode umgewandelten Zeichen
in der Empfangsanordnung farmgetreu wiederhergestellt werden. Die an die Leitung
oder sonstigen Übertragungsmittel, zu stellenden Anforderungen sind hierbei nicht
größer als bei dem bisher angewendeten Phasensprungverfahren, vielmehr beschränken
sich die Maßnahmen zur Anwendung der Erfindung auf die sendeseitig bzw. empfangsseitig
anzuwendenden Umsetzmaßnahmen, die in entsprechend anderer Form bei jeder Art von
Signalübertragung oder Telegraphie mittels Wechselströmen erforderlich sind.