DE970583C

DE970583C - Schaltungsanordnung zum wahlweisen Schalten von Wechselstromkreisen in Fernmeldeanlagen

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Publication number: DE970583C
Application number: DEV3645A
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1951-08-10
Filing date: 1951-08-10
Publication date: 1958-10-09

Description

(WiGBl. S. 175)

AUSGEGEBEN AM 9. OKTOBER 1958

V 3645 VIII a 121Φ

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum wahlweisen Schalten von Wechselstromkreisen, z. B. Sprech- und Signalstromkreisen, in Fernmeldeanlagen mittels eines aus Längs- und Querinduktivitäten bestehenden Vierpols nach Art eines T-Gliedes, dessen Durchlaß- bzw. Sperrwert durch das Ein- bzw. Ausschalten eines Hilfswicklungen der Spulen des T-Gliedes durchfließenden Gleichstromes gesteuert wird.

Es ist bekannt, zum Schalten von Wechselstromkreisen dienende mechanische Schalter mit bewegbaren Kontakten durch rein elektrisch arbeitende Schalter zu ersetzen, die zwar in der Anschaffung teuer sind, aber geringere Pflege und Unterhaltung benötigen. Es wurde schon die Verwendung ganz unterschiedlicher Elemente und Schaltungsanordnungen vorgeschlagen: Elektronenröhren, Gasentladungsröhren, Sperrschichtzellen, steuerbare Widerstände, Induktivitäten, Kapazitäten usw. Elektronenröhren und Gasentladungsgefäße haben jedoch nur eine begrenzte Lebensdauer und sind deshalb für diesen Zweck weniger geeignet als beispielsweise Sperrschichtzellen. Bei größeren Anlagen, in denen viele als Schalter wirkende derartige Schaltungsanordnungen verwendet werden müssen, fallen nicht nur die Kosten für den Röhrenersatz, die wegen der Vielzahl der Elemente nicht unbeträchtlich sind, besonders ins Gewicht, sondern es spielen auch die zusätzlich erforderlichen Überwachungseinrichtungen eine Rolle, die notwendig sind, um den vorzeitigen Ausfall einzelner Röhren anzuzeigen.

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Sperrschichtzellen sind nicht in der Lage, eine völlige Sperrung eines Stromkreises durchzuführen, da ihr Sperrstrom niemals gleich Null ist.

Es ist auch bereits vorgeschlagen worden, an Stelle von Sperrschichtzellen oder in anderer Weise steuerbaren Widerständen steuerbare Induktivitäten zu verwenden, die den Vorteil haben, mit erheblich kleineren Steuerleistungen auszukommen. Dies hängt damit zusammen, daß die Spannung an ίο einer Induktivität der Flußänderung und damit der Frequenz proportional ist. Die erforderliche Steuerieistung verhält sich ungefähr zur gesteuerten Leistung wie ihre Frequenzen zueinander.

In Wechselstrom-Telegrafieanlagen hat man z. B. steuerbare Induktivitäten verwendet, um Wechselstrom-Übertragungskreise mit Hilfe dieser Induktivitäten wahlweise zu schalten.

Es ist ferner nicht mehr neu, zu diesem Zwecke Schaltungsanordnungen in Form eines aus Längs- und Ouerinduktivitäten bestehenden Vierpols nach Art eines T-Gliedes zu verwenden, dessen Durchlaß- bzw. Sperrwert durch das Ein- bzw. Ausschalten eines Hilfswicklungen der Spulen des T-Gliedes durchfließenden Gleichstromes gesteuert wird.

Eine derartige Schaltungsanordnung enthält beispielsweise im Längszug des zu schaltenden Wechselstromkreises zwei mit ihren Primärwicklungen in Reihe geschaltete Übertrager, zwischen denen ein in den Ouerzug eingeschalteter Querübertrager angeschlossen ist. Die Sekundärwicklungen der tlbertrager sind mit Mittelabgriffen versehen, ihre Wicklungsenden über parallel geschaltete Gleichrichter miteinander verbunden.

Die Sekundärwicklungen werden nun derart über die Mittelabgriffe mit Gleichstrom gespeist, daß entweder jeweils die beiden Sekundärwicklungshälften der Längsübertrager gegensinnig von Gleichstrom durchflossen werden oder die beiden Sekundärwicklungshälften des Querüber tragers. Im ersteren Falle sind die Sekundärwicklungen der _ Längsübertrager über ihre Gleichrichter für Wechselströme geschlossen, so daß ihre im Längszug liegenden Primärwicklungen einen verhältnismäßig kleinen Wechselstromwiderstand darstellen, während die Impedanz der im Querzug liegenden Primärwicklung des Querübertragers groß ist. Im zweiten Falle ist die Primärwicklung des Querübertragers durchlässig, während die Primärwicklungen der beiden Längsübertrager hohe Impedanzwerte haben. Da die beiden Längsübertrager bei der bekannten Anordnung unabhängig voneinander sind, treten an den Ausgangsklemmen des Vierpols auch in der Sperrschaltung noch beträchtliche Restspannungen auf, die die Verwendung einer solchen Schaltungsanordnung zum Schalten von Sprechstromkreisen nicht gestatten, da bei dem Sperren von Sprechstromkreisen mit einer minimalen Sperrdämpfung von etwa 40 db gerechnet werden muß. Demgegenüber wird gemäß der vorliegenden Erfindung eine wesentlich einfachere Schaltungsanordnung verwendet, mit der es möglich ist, das Verhältnis zwischen dem Durchlaß- und Sperrwert auf mehr als 1 :1000 zu bringen. Das Kennzeichen dieser Schaltungsanordnung, die auch zum wahl-Aveisen Verbinden und Trennen von Sprechstromkreisen geeignet ist, besteht darin, daß sie als ein an sich bekanntes Brücken-T-Glied ausgeführt ist, aus nur einer Längsinduktivität mit Mittelabgriff und ferromagnetischem, in an sich bekannter Weise durch den eine Hilfswicklung durchfließenden Gleichstrom bis zu seiner magnetischen Sättigung magnetisierbarem Kern sowie einer an den Mittelabgriff der Längsinduktivität angeschlossenen Ouerinduktivität besteht.

Wenn man den Wert der Querinduktivität gleich dem Induktivitätswert der Hälfte der Längsinduktivität macht, so erreicht man eine praktisch unendlich große Sperrdämpfung im Längszug, während bei magnetischer Sättigung des ferromagnetischen Kerns der Längsinduktivität diese nur noch eine sehr geringe Restdämpfung darstellt.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ausgeführte Schaltungsanordnungen können beispielsweise in Vermittlungseinrichtungen von Selbstanschlußämtern verwendet werden; sie haben gegenüber den bisher für diesen Zweck benutzten mechanischen Schaltern den entscheidenden Vorteil, daß sie keine Kontaktstörgeräusche verursachen und praktisch keiner Pflege bedürfen.

In der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise erläutert. Es zeigt

Fig. r ein Verbindungsschema, nach dem 11 ankommende mit m abgehende Leitungen in beliebiger Weise verbunden werden sollen,

Fig. 2 a eine als Brücken-T-Glied ausgeführte Schaltungsanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung,

Fig. 2 b ein der Schaltung Fig. 2 a entsprechendes Spannungsdiagramm,

Fig. 3 eine schematische Schnittdarstellung durch ein Brücken-T-Glied gemäß Fig. 2 a,

Fig. 4 die ganz schematisch dargestellte Ausgangsspannungskennlinie des Brücken-T-Gliedes gemäß den Fig. 2 a und 3.

Aus der Fig. 1 ergibt sich, daß zur beliebigen Verbindung der η ankommenden mit den m abgehenden Leitungen η · m Elementarschalter erforderlich sind, die in dem Schema jeweils an den Kreuzungsstellen der Leitungen angeordnet wer- no den. Es gibt grundsätzlich keine andere Möglichkeit, wenn man als Elementarschalter je zwei wahlweise miteinander in Verbindung tretende Kontakte oder ein kontaktloses Schaltelement ansieht, das durch entsprechende Beeinflussung die beiden Leitungen elektrisch miteinander verbindet bzw. sie voneinander trennt. Die Zahl der gleichzeitig möglichen Verbindungen ist m oder n, je nachdem, welcher von beiden Werten die kleinere Zahl ist. Das in der Fig. 1 dargestellte Schaltschema entspricht gewissermaßen dem Schaltschema einer einfachen Wähleinrichtung in einer Fernsprechanlage.

Die einfachste Möglichkeit, zwei Sprechkreise durch einen induktiven Schalter miteinander zu verbinden, besteht nun darin, eine Längsdrossel

anzuordnen, deren Induktivität durch magnetische Sättigung ihres ferromagnetischen Kerns mittels einer von einem Gleichstrom durchflossenen Hilfswicklung auf einen sehr kleinen Wert gesteuert werden kann. Verwendet man als Kern eine Speziallegierung mit fast rechteckiger Magnetisierungsschleife, so kann man bereits mit relativ kleinen magnetischen Feldstärken Induktivitätsänderungen von etwa iooo : ι erreichen.-ίο Für den Frequenzbereich der Sprechströme¹ von 500 bis 3000 Hz sind derartige Induktivitätsänderungen allerdings in vielen Fällen noch zu niedrig.

Die Sperrdämpfung einer als Längsinduktivität in den zu schaltenden Sprechstromkreis eingeschalteten, auf einen mit Hilfe einer Gleichstromhilfswicklung magnetisch sättigbaren ferromagnetischen Kern gewickelten Induktivitätsspule wird nun erfindungsgemäß dadurch erheblich heraufgesetzt, daß man eine Kunstschaltung in Form eines ßrücken-T-Gliedes oder eines einem Brücken-T-Glied äquivalenten Vierpols verwendet, wie sie beispielsweise in Fig. 2 a dargestellt ist.

In dieser Figur bezeichnet 1 die Wechselspannung der Sprechfrequenz im Sendekreis mit dem Innenwiderstand 2, 3 die als Schalter wirkende Längsinduktivität und 4 den Widerstand des Empfangskreises. Die Mitte der Längsinduktivität 3 ist über die eine Querinduktivität bildende Spule 8 mit der Nulleitung verbunden. Ist die Induktivität der halben Längsspule 3 gleich der Induktivität der Querspule 8, so ist die Ausgangsspannung des Vierpols Null und die Sperrdämpfung unendlich.

Die Fig. 2 b zeigt das entsprechende Vektorbild der Spannungen, wobei Ue die Eingangsspannung, V₁ und U₂ die Spannungen an den beiden Hälften der Längsinduktivität 3 und U₃ die Spannung an der Querinduktivität 8 bedeuten, während Ua die Ausgangsspannung ist.

Wird nun über die Magnetisierungswicklung 5 des ferromagnetischen Kerns der Längsinduktivität 3 ein Gleichstrom i geschickt und dadurch der ferromagnetische Kern gesättigt, so verschwindet die Induktivität der Längsspule 3 bis auf einen kleinen Rest, und der Vierpol wird durchlässig.

Auf die soeben beschriebene Weise lassen sich Dämpfungsverhältnisse von weit mehr als 1000 :1 erreichen, so daß eine derartige Schaltungsanordnung auch ohne weiteres als Schalter zum Verbinden und Trennen von Sprechstromkreisen verwendet werden kann.

Die beiden Querkondensatoren 6 und 7 dienen dazu, die Durchlaßdämpfung an. der oberen Grenzfrequenz herabzusetzen, indem sie mit der Restinduktivität der Längsinduktivitätsspule 3 ein Tiefpaßglied bilden.

Bei einer Schaltung gemäß Fig. 1 brauchen diese Kondensatoren jeweils nur einmal je Eingang und Ausgang vorhanden zu sein, da für jede ankommende oder abgehende Leitung nur eine Verbindung durchgeführt wird. Eine Schaltergruppe von 10 · 10 Schaltungselementen, die grundsätzlich gemäß Fig. ι ausgeführt wird, enthält also beispielsweise 100 Brücken-T-Glieder mit Gleichstromhilfswicklung und nur 20 Kondensatoren.

Wegen der Symmetrie der Anordnung arbeiten die Elementarschalter in beiden Richtungen identisch; die Eingänge für die eine Strom- bzw. Gesprächsrichtung können also gleichzeitig die Ausgänge für die andere Strom- bzw. Gesprächsrichtung sein.

Die Fig. 3 zeigt als Beispiel eine mögliche Ausführung der als Schalter verwendbaren Anordnung mit einem an sich bekannten Dreischenkelkern, dessen äußere Schenkel die beiden Wicklungsteile der Längsinduktivität tragen. Da ferromagnetisches Material mit rechteckiger Magnetisierungsschleife etwa 50% Nickel enthält und deshalb relativ teuer ist, so brauchen nur die den Wechselfluß führenden Kernteile 10 in den Tonfrequenzwicklungen 3 aus diesem Material zu bestehen, während für den die Gleichstromwicklung tragenden Mittelkern 9 normales Dynamoblech verwendet werden kann. 12, 13 und 14 bezeichnen die Anschlüsse der Tonfrequenzwicklungen, während 15 und 16 die der Magnetisierungswicklung 11 sind. Φ_χ ist der Wechselfluß und Φ₂ der Gleichfluß.

Fig. 4 zeigt die Kennlinie der Anordnung als Funktion der Ausgangsspannung Ua — f(i). Zum Schließen des Wechselstromkreises ist ein Strom i_s erforderlich, während bei Stromlosigkeit der Magnetisierungswicklung der Vierpol undurchlässig ist. Steht kein Arbeitsstrom, sondern ein Ruhestrom zur Verfügung, so läßt sich dieser leicht durch Überlagerung mit einem Gleichstrom entgegengesetzter Fluß richtung und unter Umständen Vorschalten einer Sperrschichtzelle in einwandfreien Arbeitsstrom überführen.

Bei Zusammenbau mehrerer Anordnungen gemäß der vorliegenden Erfindung werden gegenseitige Störungen vermieden, wenn die Längsinduktivität des Brückenquergliedes zusammen mit ihrer Gleichstromhilfswicklung abgeschirmt, symmetrisch gebaut und vorzugsweise als Ringspule mit geringer Streuung ausgeführt ist.

Claims

Patentansprüche:

i. Schaltungsanordnung zum wahlweisen Schalten von Wechselstromkreisen, z.B. Sprech- und Siglnalstromkreisen, in Fernmeldeanlagen mittels eines aus Längs- und Querinduktivitäten bestehenden Vierpols nach Art eines T-Gliedes, dessen Durchlaß- bzw. Sperrwert durch das Ein- bzw. Ausschalten eines Hilfswicklungen der Spulen des T-Gliedes durchfließenden Gleichstromes gesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltungsanordnung als ein an sich bekanntes Brücken-T-Glied ausgeführt ist, aus nur einer Längsinduktivität mit Mittelabgriff und ferromagnetischem, in an sich bekannter Weise durch den eine Hilfswicklung durchfließenden Gleichstrom bis zu seiner magnetischen Sättigung magnetisierbarer!! Kern sowie einer an den Mittelabgriff der Längsinduktivität angeschlossenen Querinduktivität besteht.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch i, bei der der ferromagnetische Kern der Längsinduktivität unter Verwendung einer Speziallegierung mit steiler, vorzugsweise: rechteckiger Magnetisierungsschleife hergestellt ist, dadurch gekennzeichnet, daß nur Teile ■—■ und zwar nur die den Wechselfluß führenden' Teile — des Kerns aus dem Material mit der steilen Magnetisierungskurve bestehen.

ίο
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1

oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Längsinduktivität einen an sich bekannten Dreischenkelkern hat, dessen mittlerer Schenkel die ein- und auszuschaltende gleichstromdurchflossene Hilfswicklung und dessen äußere Schenkel die beiden Wicklungsteile der Längs induktivität tragen.
4. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche ι bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchlaß dämpfung für die obere Grenzfrequenz der Schaltungsanordnung durch Zuschalten von konstanten Kapazitäten unter Bildung eines Tiefpaßgliedes herabgesetzt ist.
5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, die an Stelle mechanischer Schalter in Fernsprechanlagen, d. h. zum wahlweisen Verbinden und Trennen von Sprech- und Signalstromkreisen einsetzbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die konstanten Kapazitäten jeweils nur an die ankommenden und abgehenden Leitungen angeschlossen sind.
6. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche ι bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Längsinduktivität des Brückenquergliedes zusammen mit ihrer Gleichstromhilfswicklung abgeschirmt, symmetrisch gebaut und vorzugsweise als Ringspule mit geringer Streuung ausgeführt ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:

Deutsche Patentschriften Nr. 539 187, 602 766, 856, 650 553, 708 777, 710 052, 735 786;

Elektrotechnische Zeitschrift, 62. Jahrgang, 1941, S. 849 bis 853 und 898;

Wissenschaftliche Veröffentlichung aus den Siemens-Werken, Jg. 1940, Bd. 2, S. 267;

Dissertation von U. Lamm: »TheTransductor«, Stockholm, 1943;

Viebig, F.: »Lehrbuch der Hochfrequenztechnik«; 4. Auflage, 1945, S. 120/121;

Feldkeller, Richard: »Einführung in die Vierpoltheorie der elektrischen Nachrichtentechnik«, 5. Auflage, 1948, S. 66 bis 70 und 135.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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