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Schaltungsanordnung zur Erzeugung von Impulsen konstanter Frequenz
und konstanten Impulsverhältnisses In der Telegraphie besteht das Bedürfnis nach
einem Zeichengeber, der es ermöglicht, bei Steuerung durch eine periodische Spannung
konstanter Frequenz Impulse zu erzeugen, die ein konstantes Impulsverhältnis und
eine Frequenz besitzen, die einem wahlweise verschiedenen, echten Bruchteil der
Frequenz der Steuerspannung gleich ist.
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Es ist zwar bereits eine Schaltung bekannt, die es durch Verwendung
von Relais ermöglicht, mit einer bestimmten Frequenz aufgenommene Stromstöße mit
der Hälfte dieser Frequenz weiterzugeben. Diese Schaltung hat jedoch den Nachteil,
daß sie nur eine Halbierung der empfangenen Frequenz, nicht aber die Erzeugung eines
beliebigen anderen echten Bruchteiles der empfangenen Frequenz zu, erzeugen gestattet.
Die bekannte Schaltung hat ferner infolge der Verwendung- neutraler Relais den Nachteil,
daß sich das Impulsverhältnis der erzeugten Stromstöße unvermeidlich ändert, sobald
sich die Stärke der aufgenommenen Stromstöße ändert.
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Die diese Nachteile der bekannten Schaltung vermeidende Erfindung
bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung,. um aus einer periodischen Spannung (Steuerspannung)
konstanter Frequenz Impulse zu erzeugen, die ein konstantes Impulsverhältnis und
eine Frequenz besitzen, die einen wahlweise verschiedenen, echten Bruchteil der
Frequenz der periodischen Spannung darstellt. Erfindungsgemäß wird die periodische
Spannung. gegebenenfalls nach. Gleichrichtung auf ein polarisiertes Relais (Hauptrelais)
gegeben,
welches - durch die. . erste .Halbwelle bestimmter Richtung
der periodischen Spannung umgelegt und durch die n-te (n = i, 2, 3 ... )
darauffolgende Halbwelle gleicher Richtung in die Ausgangslage zurückgebracht wird,
wobei die für die Rückkehr des Hauptrelais in die Ruhelage erforderliche Stromumkehr
durch:. ein zweites polarisiertes Relais (Hilfsrelais) erzielt wird: Die Schaltungsanordnung
gemäß der Erfindung gestattet insbesondere auf einfache Weise mit Hilfe der Netzfrequenz
.(5ö Hz) Impulse niedrigerer Frequenz zu erzeugen, insbesondere Impulse von der
Frequenz 25 Hz, die' der bei dem modernen Springschreiberbetrieb genormten
Telegraphiergeschwindigkeit von 5o Baud entspricht: Die Frequenz der erzeugten Impulse
kann ein geradzahliger oder ungeradzahliger Bruchteil der Netzfrequenz sein, jenachdem,
ob die Gleichrichtung der Netzspannung in Einwegöder Doppelwegschaltung erfolgt.
Die Impulsspannungskurve kann beim Erfindungsgegenstand eine symmetrische Rechteckform
erhalten. Durch die Verwendung von polarisierten Relais läßt sich beim Erfindungsgegenstand
eine weitgehende Unabhängigkeit von der Netzspannungsamplitude erreichen, so daß
das Impulsverhältnis und die Frequenz praktisch nur -von .der Netzfrequenz -abhängen,
die bekanntlich aber als sehr genau konstant angesehen werden kann. Die Einstellung
verschiedener Baudzahlen kann dabei in einfacher Weise durch entsprechende- Einregelung
der Zeitkonstante des Hilfsrelais erfolgen.
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Die Erfindung sei an Hand der Abb. i bis ii näher erläutert. . .
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Abb. i zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung bei Steuerung durch
die Netzspannung für Impulsfrequenzen, die einen . geradzahligen Bruchteil der Netzfrequenz
darstellen. G. ist ein Einweggleichrichter,- der die an den Klemmen a, b liegende
Netzspannug gleichrichtet. PR und HR sind polarisierte Telegraphenrelais, deren
Impulskontakt Py bzw. hi von der Stellung i nach 2 bzw. 3 nach q. und umgekehrt
umsteuerbar ist. - B, und B2 sind Batterien, -die die Zeichenspannung liefern und
gleichzeitig zur Speisung des Relais HR dienen, . dem zwecks Erzielung einer bestimmten
Zeitkonstante ein Widerstand R in Reihe und ein Kondensator C parallel geschaltet
ist. An den Ausgangsklemmen c, d des Zeichengebers wird die erzeugte Impulsfrequenz
abgenommen.
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Die Wirkungsweise der Schaltung soll im folgenden zunächst für den
Fall, daß eine Impulsfrequenz von 25IHz erzeugt werden soll, unter Zuhilfenahme
der Abb.2 bis q: näher erläutert werden. Abb. 2 zeigt den zeitlichen Verlauf der
von dem Gleichrichter G gleichgerichteten Netzspannung UN. In Abb. 3 ist
der zeitliche Verlauf der erzeugten. Amperewindungen AW für die -beiden Relais PR
und HR gezeigt, und zwar gilt die gestrichelt gezeichnete Kurve KHR für das Relais
HR und die stark gezeichnete Kurve KPR für das Relais PR, wobei die Halbwellen I',
II', III' usw. der KpR-Kurve den Halbwellen I, II, III usw. der gleichgerichteten
Netzspannung gemäß Abb:2 entsprechen. Abb. q- zeigt den zeitlichen Verlauf der an
den Ausgangsklemmen c, d des Zeichengebers entstehenden Impulsspannung Uj.
Im Verlauf der Halbwelle I der Netzspannung erreicht infolge des über a,
G, hy, ' ¢, PR, b fließenden Stromes die Amper,#windungszahl
im Relais PR entsprechend der Kurve KpR beispielsweise nach Ablauf der Zeit tp r
einen derartigen positiven Wert, daß das Relais anspricht und seinen Kontakt Py
von = nach 2 umlegt. Damit ändern die an denAusgangsklemmen c, d auftretende Impulsspannung
(Abb. q.) und der durch das Relais HR fließende Strom augenblicklich ihre Richtung.
Durch entsprechende Bemessung der Werte von R und C wird nun dem Relais HR eine
derartige - Verzögerung erteilt, daß seine Amperewindungszahl entsprechend der Kurve
KUR nur allmählich auf den Wert Null absinkt, entgegengesetztes Vorzeichen annimmt
und beispielsweise erst zu einer Zeit t$1, die zweckmäßigerweise in der Mitte der
zwischen den Halbwellen I und II liegenden Nulls.pannungszeitdauer der gleichgerichteten
Netzspannung liegt, einen solchen Wert erreicht, daß das RelaisHR anspricht und
seinen Kontakt br von q. nach 3 umlegt. Damit fließt nun aber während der
Halbwelle II der Netzspannung über a, G, hy, 3, PR, b ein Strom entgegengesetzter
Richtung wie vorhin durch das Relais PR und erzeugt in diesem entsprechend der Halbwelle
II' in Abb. 3 eine negative Amperewindungszahl,-die zu einer Zeit tp, die um eine
Netzspannungsperiodendauer größer ist als tpl, einen solchen Wert erreicht, daß:
PR anspricht und seinen Kontakt pr-von ä nach i umlegt. Damit ändert aber auch die
Impulsspannung an den Klemmen c, d momentan wieder ihre Richtung, während das Relais
HR seinen Kontakt hr mit der beschriebenen Verzögerung erst zu einer Zeit t$, umlegt,
die in der Mitte der zwischen den Halbwellen II und III liegenden Nullspannungszeitdauer
der Netzspannung liegt. In dieser Weise wiederholt sich das Spiel, und es entsteht
somit an den Ausgangsklemmen des Zeichengebers eine Impulsspannung von einer konstanten,
der halben Netzfrequenz gleichen Frequenz, wobei gleichzeitig das Impulsverhältnis
konstant ist und die Impulsspanneng sehr angenähert eine Rechteckform besitzt.
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Die Schaltzeiten des Relais HR liegen, wie bereits erwähnt, zweckmäßigerweise
in der Mitte der Nullspannungszeiten der Netzspannung, jedoch ist selbst bei einer
verhältnismäßig beträchtlichen Abweichung der Schaltzeiten von den genannten Werten
eine Änderung der Frequenz und des Impulsverhältnisses unmöglich.
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Die Abb. 5 und 6 dienen zur Veranschaulichung des Falles, daß mit
der Anordnung nach Abb. i eine Impulsfrequenz von i2;5 Hz (gleich % Netzfrequenz)
erzielt werden soll. In Abb. 5 ist wieder der zeitliche Verlauf der Amperewindungen
in beiden Relais PR und HR, in Abb. 6 der zeitliche Verlauf der erzielten Impulsspannung
dargestellt. Im vorliegenden Falle wird die Zeitkonstante des Relais HR derart gewählt,
daß nach der Umlegung des Kontaktes Py zur Zeit t'yl tpi die Umschaltung des Kontaktes
hy erst zu einer Zeit t'$1 erfolgt, die in der Mitte der Nullspannungsdauer zwischen
den Halbwellen II und III der Netzspannung liegt. Die Rückkehr in die Ruhelage erfolgt
für den Kontakt pr zu einer Zeit t'P2 - tp3, für den Kontakt h erst
zu einer Zeit t'g2 = t$4, die in der Mitte
der Nullspannungsdauer
zwischen den Halbwellen IV und V der Netzspannung liegt. Auf diese Weise ergibt
sich für die Impulsspannung der in Abb.6 dargestellte Verlauf, der ohne weiteres
erkennen läßt, daß ihre Frequenz 1/4 der Netzfrequenz beträgt. Sinngemäß lassen
sich mit der Schaltung nach Abb. i durch entsprechend andere Wahl der Zeitkonstante
des Relais HR auch andere geradzahlige Teilfrequenzen der Netzfrequenzen erzeugen.
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Zur Erzeugung von ungeradzahligen Teilfrequenzen der Netzfrequenz
ist in der Schaltungsanordnung nach Abb. i an Stelle des Einweggleichrichters ein
Doppelweggleichrichter, beispielsweise in Graetz-Schaltung, zu verwenden und die
Zeitkonstante des Relais HR so zu bemessen, daß für eine Impulsfrequenz von beispielsweise
1/3 Netzfrequenz die Schaltzeiten des Relais HR in die Nulldurchgänge der Netzspannung
bzw. des Erregerstromes des Relais PR am Ende der dritten, sechsten, neunten...
Halbwelle fallen. Für eine Impulsfrequenz von 1/6 Netzfrequenz müßten die Schaltzeiten
des Relais HR entsprechend in den Nulldurchgängen am Ende der fünften, zehnten,
fünfzehnten... Halbwelle der Netzspannung liegen.
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Die für die jeweils gewünschte Frequenz- bzw. Baudzahl erforderliche
Einstellung der Zeitkonstante des Relais HR kann selbstverständlich auch in anderer
Weise erfolgen, als in Abb. i dargestellt, beispielsweise kann an Stelle der Elemente
R und C auch eine Drossel entsprechender Größe verwendet werden, die dem Relais
HR in Reihe geschaltet ist.
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Eine Ausführungsform des Erfindungsgedankens, die besonders zweckmäßig
ist zur Erzeugung von Impulsen der halben .Netzfrequenz (25 Hz) zeigt die Abb. 7.
Die Netzanschlußklemme a ist gleichzeitig mit dem Anker des hr- und des pr-Relais
verbunden. Die Netzanschlußklemme b ist über einen Gleichrichter G1 in Durchlaßrichtung
bzw. G2 in Sperrrichtung an die Mittelanzapfungspunkte des Relais PR bzw. HR geführt.
Letzterem Relais ist noch ein drittes polarisiertes Relais SIZ gleicher Type und
damit auch gleicher Zeitkonstante parallel geschaltet, dessen Mittelanzapfungspunkt
mit dem des Relais HR verbunden ist und dessen Impulskontakt er den von einer Fremdspannungsquelle
gespeisten Zeichenstromkreis steuert. Der wesentliche Unterschied dieser Schaltung
gegenüber der Schaltung nach Abb. i besteht darin, daß das Relais HR nicht von der
Zeichenspannung, sondern von der einen Halbwelle der Netzspannung gesteuert wird,
wodurch sich automatisch eine sehr gute Konstanz des Impulsverhältnisses der Zeichenspannung
ergibt.
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Die Wirkungsweise der Schaltung sei in Verbindung mit der Abb. 8 bzw.
9 erläutert, die den zeitlichen Verlauf der Amperewindungen für das Relais PR bzw.
HR und SR darstellt: In der gezeichneten Ruhelage kommt das Relais PR im
Verlauf der ersten Halbwelle der Netzspannung infolge des über b, G1,
PR, q., hr, a fließenden Stromes beispielsweise wieder zur Zeit tpl
zum Ansprechen und schaltet seinen Kontakt pr von i nach 2 um. Im Verlauf der zweiten
Halbwelle der Netzspannung fließt Strom über a, pr, z, HR und SR, G,
b und bewirkt während dieser Halbwelle beispielsweise zu einer Zeit tLrl
die Um-Schaltung des hr- und sr-Kontaktes. Während dei dritten Halbwelle wird PR
über b, G1, PR, 3, hr, a
erregt und kehrt zur Zeit tp, in seine Ruhelage
zurück, Während der vierten Halbwelle kehren auch infolge des über a, pr, i, HR
und SR, G2, b fließenden Strome die Relais HR und SR zur tHl entsprechenden Zeit
tu,
in ihre Ausgangsstellung zurück. In dieser Weise wiederholt sich der Vorgang.
Die hierbei entstehende Zeichenspannung von 25 Hz ist in Abb. io dargestellt.
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Es ist im Rahmen der Erfindung möglich, in der Schaltung nach Abb.
7 auf das Relais SR zu verzichten und an Stelle des sr-Kontaktes einen zweiten,
vom Kontakt hr oder pr elektrisch getrennten Wechselkontakt des Relais HR oder PR
zur Steuerung der Zeichenspannung zu verwenden.
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Die Erfindung ist nun aber nicht darauf beschränkt, daß als Steuerspannung
die Netzspannung dient; vielmehr kann hierzu jede beliebige andere periodische Spannung
verwendet werden, die eine genügend konstante Frequenz besitzt. Eine solche Spannung
kann beispielsweise ein Kippschwingungsgenerator liefern. Eine diesbezügliche Ausführungsform
der Erfindung ist in Abb. ii dargestellt. Mit x, y sind die Klemmen für die Gleichspannung
bezeichnet, die in bekannter Weise- zur Ladung des Kondensators C dient. Die Klemmen
sind von einem Potentiometer überbrückt, das zwei gleiche Ohmsche Widerstände R1
und R2 und einen dritten, zwischen ihnen liegenden Ohmschen Widerstand R;, mit veränderbarem
Mittelabgriff in Reihenschaltung enthält. Der Mittelabgriff ist über einen veränderbaren
Widerstand R4 an die eine Klemme v des Kondensators C geführt, dessen andere Klemme
z über den Kontakt hr abwechselnd mit der Klemme x bzw. y verbunden ist.
Im Entladestromkreis des Kondensators C liegen die Glimmlampe G1, ein Widerstand
R5 und dib Relais PR und HR in Reihe. Der Kontakt pr des Relais PR steuert den Zeichenstromkreis.
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Die Schaltung arbeitet in folgender Weise: In der gezeichneten Ausgangsstellung
des Kontaktes hr liegt z an x und der Kondensator C wird von der Spannung zwischen
x und dem Mittelabgriffspunkt am Potentiometer über den Widerstand R4 in einer bestimmten
Richtung aufgeladen. Erreicht die Ladespannung die Zündspannung der Glimmlampe,
so wird der Kondensator über die Glimmlampe entladen und die polarisierten Relais
HR und PR legen infolge des entstehenden Entladungsstromstoßes ihre Kontakte hr
und pr um. Damit liegt jetzt z an y, und der Kondensator C wird in entgegengesetzter
Richtung wie vorhin aufgeladen. Der bei Erreichen der Zündspannung einsetzende Entladungsstromstoß
erfolgt entsprechend in entgegengesetzter Richtung wie vorhin, und die Relais,HR
und PR legen ihren Kontakt wieder- in die Ausgangsstellung zurück. Die Frequenz
der Kippschwingung und damit auch der von pr getasteten Zeichenspannung hängt von
der Zeitkonstanten im Ladekreis ab, die durch den Widerstand R9 veränderbar ist.
Der Potentiometermittelabgriff ist veränderlich gewählt, um erstens bei einem gewünschten
Impulsverhältnis von i : i eventuelle Unsymmetrien der Glimmlampe bezüglich der
Zündspannungswerte für die beiden Richtungen der Zündspännung
durch
entsprechend verschiedene Wahl der Ladezeitkonstante für die beiden. Ladekreise
auszugleichen und zweitens zur absichtlichen Einstellung .anderer Impulsverhältnisse
als x : z,