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System zur Mehrfachübertragung von impulsmodulierten Signalen Die
Erfindung bezieht sich auf ein System zur Mehrfachübertragung von impulsmodulierten
Signalen, das insbesondere für die Fernübertragung von Meßwerten ausgelegt ist.
Bei der Übermittlung von Nachrichten in Form von Meßwerten, Steuer- oder Regelbefehlen
mit Hilfe von Impulsen wurden bis jetzt nur entweder Gleichspannungsimpulse oder
einphasige Wechselstromimpulse verwendet. Die Nachricht ist dabei in einer beliebigen
Art von Modulation der Impulsspannungen enthalten. Verschiedene Mög-
lichkeiten
derartiger Modulationen sind bekannt. So können die Impulse z. B. in ihrer Breite,
ihrer Höhe, in ihren Abständen voneinander, in ihrer Anzahl oder in ihrer Folgefrequenz
moduliert werden. Ein Impulsübertragungssystem, welches einphasige Impulse verwendet,
ist insofern störanfällig, als schon ein einziger Fremdimpuls die Nachricht verfälschen
kann. Bei vielen der bisher bekannten Impulsübertragungsmethoden finden umfangreiche
Relaissätze und Wählereinrichtungen Verwendung. Diese geben durch ihre Vielzahl
von Kontakten zu häufigen Störungen Anlaß.
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Mit der Erfindung wird ein Impulsübertragungssystem vorgeschlagen,
das Störungen durch Fremdimpulse möglichst ausschließt. Auch soll das System gestatten,
auf dem gleichen Übertragungsweg mehrere Signale bei periodischer Wiederholung gleichzeitig
zu übermitteln. Ferner strebt die Erfindung eine weitgehend kontaktlose Arbeitsweise
an.
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Diese Aufgaben werden bei einem System zur Mehrfachübertragung von
impulsmodulier-ten Signalen zwischen einem Sendeteil und einem Empfangsteil erflndungsgemäß
dadurch gelöst, daß zwei den Sendeteil und Empfangsteil bildende Sätze mit
je einer gleichen Anzahl von Schaltdrosseln über eine beliebige Entfernung
miteinander verbunden sind, daß jede einzelne Schaltdrossel mehrere Phasenwicklungen
trägt und gleiche Phasenwicklungen der Schaltdrosseln jedes Satzes miteinander verbunden
sind, daß jede Schaltdrossel einen allen magnetischen Phasenflüssen gemeinsamen
Flußweg in einem Kernmaterial mit annähernd rechteckiger Magnetisierungsschleife
aufweist, daß die Windungszahlen der Phasenwicklungen jeder einzelnen Schaltdrossel
denjenigen Phasenimpulsen proportional sind, aus denen sich ein bestimmter, von
der betreffenden Schaltdrossel zu drosselnder zeitlicher Ausschnitt einer mehrphasigen
Schwingung zusammensetzt, daß Schaltmittel vorhanden sind, um die Höhe der Ummagnetisierungsdurchflutung
jeder Schaltdrossel eines der beiden Sätze zu steuern, und daß die Schaltdrosseln
eines der beiden Sätze eine von der des anderen Satzes verschiedene Höhe der Ummagnetisierungsdurchflutung
aufweisen.
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Der Erfindung liegt folgende Vorstellung zugrunde. Eine mehrphasige
Spannungs- bzw. Stromwelle kann als eine Summe von z Mehrphasenimpulsen
je Periode aufgefaßt werden. Jedem der z Mehrphasenimpulse ist eine Sendeteildrossel
und eine Empfangsteildrossel zugeordnet. Die Sendeteildrosseln, welche nacheinander
der Reihe nach auf- und abmagnetisiert werden, nehmen sämtliche Spannungs- bzw.
Stromimpulse auf. Bei »Betätigen« einer Sendeteildrossel, z. B. beim Einleiten einer
Gegendurchflutung der Sendeteildrossel n, wird der Mehrphasenimpuls n durchgelassen
und von der Empfangsteildrossel n selektiv aufgenommen. Bei gleichzeitiger Betätigung
von mehreren Sendeteildrosseln sprechen selektiv die entsprechenden Empfangsteildrosseln
an. Dazu ist es notwendig, daß jede Teildrossel nur einen Kern aus einem Material
mit rechteckiger Magnetisierungsschleife aufweist, welcher bei Erreichen der Ansprechdurchflutung
ummagnetisiert wird. Die Windungszahlen der auf dem Kern angebrachten n Phasenwicklungen
sind proportional der Größe der einzelnen Phasenimpulse. Dadurch verläuft die Durchflutung
von Teildrossel zu Teildrossel phasenverschoben, so daß die Ansprechdurchflutung
der z Teildrosselkerne zeitlich nacheinander erreicht wird. Die Teildrosseln werden
somit periodisch auf- und abmagnetisiert. Außerdem wird durch die Abhängigkeit der
Windungszahlen von der Größe der Phasenimpulse erreicht, daß die in den Phasenwicklungen
von der Flußänderung im Kern induzierten Spannungen den Phasenimpulsen entsprechen.
Die
folgenden Ausführungen dienen dazu, die Grundlagen der Erfindung leichter verständlich
zu machen.
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Ein Mehrphasenimpuls ist aus Einzelimpulsen zusammengesetzt, die alle
in einem Zeitpunkt t, beginnen und in einem anderen Zeitpunkt t, endigen. Die Einzelimpulse
stehen in einem bestimmten Größenverhältnis zueinander und werden Phasenimpulse
genannt. Ihre Größenverhältnisse ergeben sich aus den Spannungs-Zeit-Integralen
bzw. Strom-Zeit-Integralen über die Impulsdauer von t, bis t, in einem beliebigen
mehrphasigen (m) und gewöhnlich symmetrischen Spannungs- bzw. Stromsystem. Je nach
Anzahl der m Phasen des Spannungs- bzw. Stromsystems ist der Mehrphasenimpuls
m-phasig, d. h., er besteht dann aus in Phasenimpulsen. Die Zeitdauer
eines Mehrphasenimpulses kann beliebig groß gewählt werden, vorzugsweise wird sie
als echter Bruch der halben Periodendauer des m-phasigen Systems gewählt. Eine ni-phasige
Spannungs- bzw. Stromschwingung bedeutet demnach also eine Folge von Mehrphasenimpulsen.
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Als Sende- bzw. Empfangseinrichtung wird eine sogenannte Mehrphasenimpulsdrossel
verwendet. In der nun folgenden Beschreibung des Aufbaues einer derartigen Drossel
wird von einem späteren Betrieb mit eingeprägter in-phasiger Spannung ausgegangen.
Bei eingeprägtem Strom ist jedoch der Aufbau identisch. Es wird davon ausgegangen,
daß die in den z Teildrosseln der Mehrphasenimpulsdrossel induzierten Spannungen
der mehrphasigen Speisespannung das Gleichgewicht halten müssen. Dazu werden die
- Teildrosseln so ausgelegt, daß die induzierte Mehrphasenspannung
der Teildrossel 1 dem Mehrphasenimpuls 1 der speisenden Spannung das
Gleichgewicht hält. Desgleichen die induzierte Mehrphasenspannung der Teildrossel
2 dem Mehrphasenimpuls 2 usw. Es ist also jedem Mehrphasenimpuls der speisenden
Spannung die induzierte Mehrphasenspannung einer Teildrossel zugeordnet. Diese Wechselwirkung
bedingt, daß die einzeln induzierten Phasenspannungen einer jeden Teildrossel gleichzeitig
entstehen und daß weiter die induzierten Spannungen der einzelnen Teildrosseln zeitlich
hintereinanderfolgen. Deshalb erhält jede Teildrossel nur einen Kern, auf dem sämtliche
Phasenwicklungen aufgebracht sind. Dadurch werden sämtliche Wicklungen einer Teildrossel
mit dem gleichen magnetischen Fluß verkettet. Ändert sich der Fluß um den Betrag
AO und sind die Windungszahlen pro Phase w, W2 ... WM, dann ist die von der
Teildrossel abgegebene mehrphasige Gegenspannung ,4 ya # A
Oiv, + A Ow. + + A Ow".
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Der Mehrphasenimpuls der einspeisenden Spannung ist aber
Da die Phasenimpulse der speisenden Spannung und der induzierten Spannung gleich
groß sein müssen, 2ilt
Daraus ergibt sich für die Bemessung der Windungszahlen die Regel: Die Windungszahl
auf Teildrossel n in Phase q ist proportional dem Phasenspannungsimpuls
q des Mehrphasenimpulses n der speisenden Spannung und proportional der Flußänderung
im Kern der Teildrossel. Der Windungssinn ist entsprechend dem Vorzeichen des Phasenimpulses.
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Wie vorhin ausgeführt, müssen die in den Teildrosseln induzierten
Mehrphasenspannungen zeitlich hintereinander entstehen. Das bedeutet, daß die Flußänderung
A 0 der nächsten Teildrossel erst beginnen darf, wenn die Flußänderung in
der vorhergehenden Teildrossel beendet ist. Zu einem Fluß der Größe q), gehört nach
der Magnetisierungskennlinie des Kernmaterials eine Durchflutung 0, und zum
Fluß #L), die Durchflutung 0". Damit sich die Flußänderungen der einzelnen Teildrosseln
nicht überschneiden, darf erstens unter einem gewissen Durchflutungswert
01
und über einem gewissen Durchflutungswert O# bei Durchflutungsänderungen
keine oder nur eine gegenüber A 0 = 0, - 0, kleine Flußänderung erfolgen.
Zweitens muß der Durchflutungszyklus in den einzelnen Teildrosseln phasenverschoben
sein, damit der Durchflutungsbereich 01 bis 0, in den einzelnen Teildrosseln
in aufeinanderfolgenden Zeiten durchlaufen wird. Um die erste Forderung zu erfüllen,
kann weichmagnetisches Material mit rechteckiger Magnetisierungsschleife oder Ferrit
usw. benutzt werden.
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Die zweite Forderung wird durch die mehrphasige Bewicklung der Teildrosseln
nach dem Windungszahlgesetz w7n,1 # Wm COS (112b - (pq) erfüllt. Dabei
bedeutet ivnq die Windungszahl für die Phasenwicklung q der Teildrossel n,
(x" gibt die Phasenlage des Mehrphasenimpulses n an, und der Winkel (pq bestimmt
die Phasenverschiebung der Phasenimpulse eines Mehrphasenimpulses.
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Die einander entsprechenden Phasenwicklungen der Teildrosseln können
untereinander entweder in einer Stern- oder einer Polygonschaltung verschaltet sein.
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Die Mehrphasenimpulsübertragung geht nach folgendem Prinzip vor sich:
Unter der Voraussetzung, daß eine eingeprägte mehrphasige Impulsspannung vorliegt,
sind Sendeimpulsdrossel und Empfangsimpulsdrossel in Serie geschaltet. Sendeimpulsdrossel
und Empfangsimpulsdrossel besitzen je z Teildrosseln entsprechend z mehrphasigen
Impulsen je Halbperiode der m-phasigen speisenden Spannungsquelle. Die Teildrosseln
der Sendeimpulsdrossel sind für eine niedrigere Ansprechdurchflutung ausgelegt als
die der Empfangsimpulsdrossel. Zusammen mit der Verwendung eines Kernmaterials mit
rechteckiger Magnetisierungsschleife hat dies zur Folge, daß die Mehrphasenspannung
nur an der Sendedrossel liegt, während an der Empfangsdrossel praktisch keine Spannung
induziert wird. Um vom Sender auf den Empfänger einen Mehrphasenimpuls zu übertragen,
wird die Sendeimpulsdrossel für den zu übertragenden Mehrphasenimpuls »n« durchlässig
gemacht. Dazu wird durch eine Gegendurchflutung oder durch Öffnen eines Luftspaltes
im Kern der Teildrossel n die zur Ummagnetisierung des Teildrosselkernes erforderliche
Durchflutung erhöht, und zwar über den Ansprechwert der entsprechenden Empfangsteildrossel
hinaus. Damit durch die Durchflutungserhöhung die übrigen Sendeteildrosseln nicht
ansprechen,
kann die gesamte Anordnung im Sättigungsaussteuerbereich der magnetischen Kennlinien
betrieben werden.
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Unter der Voraussetzung eines eingeprägt2n rn-phasigen Stromes werden
Sendemehrphasenimpulsdrossel und Empfangsimpulsdrossel parallel geschaltet. In diesem
Falle werden die Sendeimpulsdrosseln für eine höhere Ansprechdurchflutung ausgelegt
als die Empfangsimpulsdrossel. Dies hat zur Folge, daß die Empfangsimpulsdrossel
die mehrphasige Stromwelle veranlaßt, über die Sendeimpulsdrossel zu fließen, welche
aber so ausgelegt ist, daß sie noch nicht anspricht, d. h. nicht ummagnetisiert
wird. Mittels einer Zusatzdurchflutung der Teildrossel n oder durch Schließen eines
Luftspaltes im Kern der Teildrossel n wird die Ansprechdurchflutung der Teildrossel
n auf der Sendeseite erniedrigt und damit der Strommehrphasenimpuls n auf die Empfangsimpulsdrossel
abgedrängt, wo er die Teildrossel n ummagnetisiert. Auch hier wird im Gebiet der
Sättigungsaussteuerung gearbeitet. Es können natürlich mehrere Phasenimpulse (insgesamt
z) zugleich übertragen werden. Die Anzahl der übertragenen Signale kann über die
durch die Anzahl der Teildrosseln gegebenen z Möglichkeiten hinaus gesteigert werden.
Einmal ist dies durch Kombination der z Teildrosseln untereinander möglich. Es können
so
Signale übertragen werden. Zum anderen kann die Leistung durch Anwendung des Binärsystems
gesteigert werden. Es ist auch möglich, die Mehrphasenimpulse mit verschiedenen
Frequenzen zu modulieren. Dazu ist notwendig, die Betriebsfrequenz höher als die
Modulationsfrequenz zu wählen.
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Die Betätigung oder »Tastung« der Teildrosseln kann, wie schon erwähnt,
durch eine Erhöhung oder Herabsetzung der Ansprechdurchflutung des Teildrosselkernes
geschehen. Magnetisiert man eine Teildrossel mittels einer Zusatzwicklung durch
Wechselstrom vor, so kann damit die Grenze der Aussteuerbereiche verschoben werden,
was einer Erhöhung oder Herabsetzung der Ansprechgrenze für die Ummagnetisierung
des Kernes entspricht. Die Vormagnetisierungswicklung kann entweder einphasig oder
mehrphasig sein. Auch kann man die Vormagnetisierungswicklungen je Teildrossel
in einem Einzelstromkreis oder die Vormagnetisierungswicklungen der Teildrosseln
in Parallel- oder Serienschaltung betreiben.
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Eine Verschiebung der Aussteuerbereiche kann auch durch Belastung
der Impulsdrossel bzw. der einzelnen Teildrosseln erfolgen. Betreibt man eine Teildrossel
bzw. Impulsdrossel mit eingeprägten Strömen bis in einen Teilaussteuerbereich hinein,
wobei unter Teilaussteuerbereich eine Magnetisierungsschleife verstanden werden
soll, welche nicht bis zur Sättigung des Eisens getrieben ist, dann entsteht in
einer zusätzlichen Belastungswicklung, welche kurzgeschlossen oder über einen komplexen
Widerstand geschlossen sein kann, ein Spannungsimpuls. Dieser treibt einen Strom
durch die Belastungswicklung, welcher eine Gegendurchflutung zur ursprünglichen
Durchflutung zur Folge hat und das Ummagnetisieren des Drosselkernes zu verhindern
sucht. Dieser Effekt kommt einer Verschiebung der Flußamplituden und Durchflutungsamplitudenkennlinien
nach höheren Durchflutungswerten gleich.
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Bei Betrieb mit eingeprägter Spannung muß auf alle Fälle in jeder
Teildrossel eine Flußänderung A (P erfolgen, damit die Gegenspannungsimpulse
erzeugt werden können. Bei Belastung, wie oben beschrieben, entsteht wieder eine
Gegendurchflutung, welche durch den Widerstand im Belastungskreis in ihrer Größe
begrenzt ist. Da die Durchflutung der Teildrosselkerne in voller Höhe wie vorher
erf orderlich ist, muß die Durchflutung durch die Phasenwicklungen steigen. Der
Effekt ist wieder die Verschiebung der Flußamplituden-Durchflutungsamplitudenkennlinien
nach höheren Durchflutungswerten. Es kann wie bei der Vormagnetisierung auch hier
jede Teildrossel einzeln für sich belastet werden, oder es kann eine gemeinsame
Belastung sämtlicher Teildrosseln erfolgen (Belastungswicklungen in Serie). Die
Belastung kann ein- oder mehrphasig sein.
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Belastet man bei einer Impulsdrossel nur eine Teildrossel bzw. einen
Teil der gesamten Teildrossel, dann erfolgt bei eingeprägter Betriebsspannung auch
eine Beeinflussung der restlichen Teildrosseln, da die Durchflutung dieser Teildrosseln
ansteigt. Durch Betreiben der Impulsdrossel im Sättigungsaussteuerbereich kann die
Beeinflussung der restlichen Teildrosseln bis zu einer gewissen Belastung aufgehoben
werden.
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Die Belastung der Teildrosseln kann durch beliebige Belastungswiderstände
eines Kontaktschalters erfolgen. Soll die Belastung kontaktlos angeschlossen werden,
kann dies durch eine Belastungsdrossel mit einem veränderlichen Luftspalt geschehen.
Solange der Luftspalt der Belastungsdrossel geschlossen ist, ist ihr induktiver
Widerstand sehr groß und damit der Belastungsstrom sehr klein. Durch eine Hebelanordnung
kann der Luftspalt der Belastungsdrossel geöffnet werden. Danach sinkt der induktive
Widerstand erheblich ab, wenn z. B. das Kernmaterial der Belastungsdrossel hochpermeabel
ist. Durch einen Regulierwiderstand in Reihe mit der Belastungswicklung kann der
Belastungsstrom reguliert werden.
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EineVormagnetisierung Vbzw. eine BelastungB kann auch abhängig von
der Zeit sein, also V = f(t) bzw. B = f(t). Dann ändert sich
dementsprechend die Größe der Mehrphasenimpulse K = f(t). Soll der Nachrichteninhalt
durch Amplitudenmodulation übertragen werden, so ergeben bei separater Aussteuerung
jeder Teildrossel bei der Summenimpulsfrequenz f
z Teildrosseln und damit
z Nachrichtenwege. Zum Beispiel bei Sprachübertragung muß die Frequenz
f
der Summenimpulse so hoch gelegt werden, daß sie nicht mehr stören kann.
Als Belastung kann in diesem Falle irgendein Mikrophon eingeschaltet sein.
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In den vorhergehenden Abschnitten wurde in der Hauptsache die Beeinflussung
der sendeseitigen Drosseln behandelt. Die dem Empfänger übermittelten Signale müssen
aber auch aus den empfangsseitigen Drosseln zu entnehmen sein. Dies kann auf transformatorischem
Wege geschehen. Die mehrphasigen Impulse können durch eine zusätzliche m-phasige
Sekundärwicklung oder auch aus der schon vorhandenen Wicklung durch Anzapfung entnommen
werden. Dabei kann die Phasenzahl des Mehrphasenimpulses geändert werden. Es kann
z. B. die Primärwicklung zweiphasig, die Sekundärwicklung dreiphasig oder einphasig
sein. Die Sekundärwicklungen der einzelnen Teildrosseln können ganz oder teilweise
in Serie geschaltet sein und auf einen Netzwiderstand, z. B. ein anzeigendes und
registrierendes Gerät, arbeiten. Es können auch die Mehrphasenimpulse jeder Teildrossel
für sich auf einen eigenen Netzwiderstand arbeiten. Als Netzwiderstände können normale
Relais (mit Kontakt), Impulsrelais (ohne Kontakt, mit einer Kontaktzahl entsprechenden
Anzahl
von Wicklungen), Meßinstrumente, Lampen und Verstärker od. dgL angeschlossen werden.
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Wie eingangs erwähnt, kann durch eine Gegendurchflutung die Ansprechdurchflutung
einer Sendeteildrossel herabgesetzt werden. Damit wird veranlaßt, daß die entsprechende
Empfangsteildrossel den Mehrphasenimpuls übernimmt. Belastet man die Empfangsteildrossel
transformatorisch, d. h., entnimmt man ihr über eine Sekundärwicklung Leistung,
dann steigt entsprechend der Strom in der Sendeteildrossel an und macht die Gegendurchflutung
wieder rückgängig, und zwar um so mehr, je größer der der Empfangsteildrossel
entnommene Strom ist. Das hat zur Folge, daß ein Teil des Mehrphasenimpulses wieder
von der Sendeimpulsdrossel aufgenommen wird. Dieser Effekt kann als »elektrisches
Gestänge « oder »elektrische Welle «bei Fernmanipulatoren ausgenutzt werden.
Soll keine Rückwirkung zwischen Sende- und Empfangsteildrossel eintreten, so kann
dies durch Zwischenschalten eines Verstärkers zwischen Sende- und Empfangsimpulsdrossel
bewerkstelligt werden; oder aber das zu betätigende Organ wird nicht direkt aus
der Empfangsteildrossel gespeist, sondern erst über einen zwischengeschalteten Verstärker.
Bei einer denkbaren Hochfrequenzübertragung bzw. drahtloser Übertragung tritt keine
Rückwirkung ein.
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Die Speisung einer Mehrphasenimpulsdrossel kann auch aus einem Einphasennetz
erfolgen. Dazu wird eine Phase der Drossel an das Netz angeschlossen, die anderen
Phasenstränge erhalten je einen komplexen Phasenschieberwiderstand, über
den sie kurzgeschlossen werden. Der Strom in den vom Netz nicht eingespeisten Phasensträngen
wird auf induktivem Wege von der eingespeisten Phase aus erzeugt. Die Phasenschieberwiderstände
sorgen dabei für die richtige Phasenlage der Ströme in den einzelnen Phasensträngen.
Zweckmäßigerweise wird in diesem Falle eine zweiphasige Anlage vorgesehen, damit
nur einphasige Schieberwiderstände notwendig sind. Die komplexen Phasenwiderstände
können durch Schwingkreise aus Kapazität und Induktivität gebildet werden. Ein Schwingkreis
stellt unterhalb der Resonanzfrequenz einen induktiven und oberhalb der Resonanzfrequenz
einen kapazitiven Widerstand dar. Somit ist die Phasenlage des in der durch einen
Schwingkreis belasteten Phasenwicklung induzierten Stromes je nach der Frequenz
verschieden. Damit kann je nach Netzfrequenz die Ummagnetisierungsreihenfolge
der Teildrosseln, die z. B. unterhalb der Resonanzfrequenz von Teildrossel
1 bis Teildrossel z verläuft, -umgekehrt werden, so daß die Ummagnetisierungsreihenfolge
von Teildrossel z nach Teildrossel 1 verläuft.
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Es ist auch eine einphasige Übertragung von Mehrphasenimpulsen möglich.
Dabei sind zwei Fälle zu unterscheiden. Im einen Falle wird die Sende-Empfangs-Einrichtung
aus einer gemeinsamen Spannungs-bzw. Stromquelle gespeist. Sende- und Empfangsdrossel
bestehen dann aus je zwei vollständigen Teildrosselsätzen. Angenommen, der
Sender besteht aus den Drosselsätzen S, und S2, der Empfänger aus den Drosselsätzen
E, und E2. Wird z. B. eine Teildrossel T, von S, belastet, dann liegt
der Mehrphasenimpuls 1 an der Teildrossel T, des als »Empfänger« wirkenden
Drosselsatzes S. an, und dort kann transformatorisch ein einphasiger
Impuls erzeugt werden, der auf dem Übertragungswege zum Empfangsdrosselsatz
E, übertragen wird und dort die Teildrossel T, gegenmagnetisiert. Dadurch
wird der Mehrphasenimpuls 1 an die Empfangsteildrossel T, des Drosselsatzes
E, weitergegeben und dort zur Anzeige gebracht. Im Falle der Speisung von
Sende- und Empfangseinrichtung aus getrennten Versorgungsquellen kann die einphasige
Übertragung in gleicher Weise wie beim vorher besprochenen Fall erfolgen. Nur müssen
beide Speisequellen synchronisiert werden. Dazu kann z. B. der letzte Impuls der
Impulsfolge, aus der sich die Mehrphasenschwingung zusammensetzt, vor der Vorzeichenumkehr
genommen werden.
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Die Übertragung der Mehrphasenimpulse zwischen Sende- und Empfangseinrichtung
kann auch hochfrequent und damit auch drahtlos erfolgen. Wenn der Mehrphasenimpuls
m Phasen hat, müssen m Übertragungskanäle aufgewendet werden. In diesem Falle wird
ein zweiphasiges System bevorzugt, um an Übertragungskanälen zu sparen. Jeder Phase
wird eine Übertragungsfrequenz zugeordnet, welche durch die Betriebsfrequenz (Periodenzahl)
des Mehrphasensystems moduliert ist. Dabei ist die Modulationsart (Amplitudenmodulation,
Frequenzmodulation usw.) beliebig. Bei einem zweiphasigen System kann jeder Phase
ein Seitenband zu einer Übertragungsfrequenz zugeordnet werden. Ferner besteht noch
die Möglichkeit, bei einer Übertragungsfrequenz entsprechend der Phasenlage der
m Phasen polarisierte elektrische Wellen auszusenden. Die für die Übertragung erforder-.liche
Hochfrequenz kann auf übliche Weise erzeugt werden. Bei einer Erzeugung durch gesteuerte
Entladungsstrecken kann die Mehrphasenimpulsdrossel im Gitterkreis oder im Anodenkreis
eingefügt werden.
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Wie bereits dargelegt, können die Mehrphasenimpulse in ihrer Größe
moduliert werden, so daß also durch Mehrphasenimpulse einer bestimmten Phasenlage
bereits ein Nachrichteninhalt übermittelt werden kann. In gleicher Weise kann durch
Morsetastung von Mehrphasenimpulsen einer bestimmten Phasenlage bereits ein Nachrichteninhalt
übermittelt werden. Bei z Teildrosseln ergeben sich z Mehrphasenimpulse verschiedener
Phasenlage je Periode der Betriebsfrequenz fB und damit z Kanäle. Für die
hochfrequente Übertragung werden entsprechend den m Phasen der Mehrphasenimpulsdrossel
m Übertragungsfrequenzen erforderlich.
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Die Methode der Signalübertragung nach der Erfindung ist auch für
den Gegenverkehr verwendbar. Die Übertragung der Signale kann auf dem gleichen m-phasigen
Leitungsstrang praktisch gleichzeitig in beiden Richtungen erfolgen. Dabei ist in
einer Station A die eine Hälfte der Sendeteilimpulsdrosseln und in einer Station
B die andere Hälfte angeordnet. In gleicher Weise sind die Empfangsteildrossein
hälftig auf die Stationen A und B verteilt. Insgesamt sind z Sendeteildrosseln
und z Empfangsteildrosseln vorhanden. Die Aufteilung der Teildrosseln auf
A und B kann aber auch im beliebigen Verhältnis erfolgen, auch braucht bei
der Zusammenschaltung die Reihenfolge entsprechend der Teildrosselnummer nicht berücksichtigt
zu werden. Die Spannungs- bzw. Stromquelle kann in A oder B oder in
A und B angeordnet werden.
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In einem vorhergehenden Abschnitt wurde bereits auf die Vergrößerung
der Übertragungsmöglichkeiten durch die Verwendung von Kombinationsrelais hingewiesen.
Als Kombinationsrelais lassen sich normale Relais mit Umschaltkontaktsätzen sowie
Kniehebel-oder Exzenterrelais oder Impulsrelais verwenden.
Ferner
können die Kombinationen auch auf mechanischem Wege zustande gebracht werden.
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Eines der Ziele der Erfindung ist es, die Störungsmöglichkeiten durch
Fremdimpulse zu beschränken. Bei allen bisher besprochenen Variationen der Erfindung
wird dieses Ziel erreicht, wie aus folgenden Überlegungen hervorgeht: Bei z Mehrphasenimpulsen
je Periode können z Signale übermittelt werden. Hierzu sind z Sendeteildrosseln
und z Empfangsteildrosseln erforderlich. Dauert ein Signal p Perioden, dann
werden p Mehrphasenimpulse für dieses Signal -übertragen, d. h., es
erfolgt eine p-fache Wiederholung, so daß ein einzelner Störimpuls keinen Einfluß
hat. Periodische Störimpulse von allen Phasen in gleicher Größe bleiben unwirksam,
weil sie in ihrer Summe zu Null werden. Außerdem ist durch eine Änderung der Betriebsfrequenz,
wobei kein Abstimmen zwischen Sender und Empfänger erforderlich ist, die Möglichkeit
gegeben, periodischen Störimpulsen auszuweichen.
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Die Erfindung wird durch Zeichnungen mit 29 Figuren erläutert.
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Fig. 1 veranschaulicht einen Mehrphasenimpuls; Fig. 2 und
3 zeigen zwei grundsätzliche Schaltungen für Sende- und Empfangsdrosseln;
Fig. 4 und 5 stellen zwei Möglichkeiten für die Verschaltung der Phasenwicklungen
der einzelnen Teildrosseln dar; in Fig. 6 ist die Erzeugung einer Gegendurchflutung
durch Belastung einer Teildrossel dargestellt; Fig. 7 und 8 stellen
Ausführungsbeispiele einer Belastungsdrossel mit veränderlichem Luftspalt dar; Fig.
9 zeigt eine Anordnung zur Amplitudenmodulation der Mehrphasenimpulse; Fig.
10 veranschaulicht als Beispiel eine Sprachübertragung; Fig. 11 und
12 zeigen zwei Möglichkeiten zur Entnahme der Nachricht auf der Empfangsseite; Fig.
13 und 14 veranschaulichen die Speisung einer Mehrphasenimpulsdrossel durch
eine Phase; Fig. 15, 16 und 17 stellen drei Beispiele zur einphasigen
Übertragung von Mehrphasenimpulsen dar; Fig. 18 zeigt eine Schaltungsanordnung
für die hochfrequente Übertragung von Mehrphasenimpulsen mittels Trägerfrequenz;
Fig. 19 stellt das Schema einer Übertragungsanlage für Gegenverkehr dar;
Fig. 20 und 21 zeigen in schematischer Darstellung zwei Möglichkeiten zur Vermehrung
von Übertragungskanälen; Fig. 22, 23, 24, 25, 26 und 27 zeigen
verschiedene Möglichkeiten der elektrischen Kombination von Teildrosseln; Fig.
28 und 29 stellen Möglichkeiten zur mechanischen Kombination von Teildrossehmpulsen
dar. In Fig. 1 ist eine Periode eines zweiphasigen Spannungssystems in ihrem
zeitlichen Verlauf gezeichnet. Unter einem Mehrphasenimpuls wird nun ein zeitlicher
Ausschnitt A t von t, bis t, bezeichnet. Er setzt sich zusammen
aus den Phasenimpulsen der Phasen 1
und II. Als Phasenimpuls der Phase I ist
die unter der Spannungskurve der Phasenspannung I bis zur Nulllinie zwischen t,
und t2 sich erstreckende Fläche zu verstehen. Der Phasenimpuls II wird durch den
Flächenabschnitt zwischen t, und t. von der Nullinie bis zur Spannungskurve der
Phase II dargestellt. Wie aus der Figur ersichtlich, wiederholt sich der Mehrphasenimpuls
nach einer halben Periodendauer, wobei aber die einzelnen Phasenimpulse ein umgekehrtes
Vorzeichen haben.
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In Fig. 2 ist die Serienschaltung einer Sendemehrphasenimpulsdrossel
mit einer Empfangsmehrphasenimpulsdrossel gezeigt. Einzelne Teildrosseln
1 bis 6
bzw. l' bis 6' sind durch kleine Quadrate dargestellt.
Die Zuleitung zu den Drosseln bzw. ihre Verbindung -untereinander ist mehrphasig
gedacht. Wird z. B. die Teildrossel 3 auf eine in der Beschreibung erwähnte
Weise betätigt, dann erfolgt eine Anzeige an der Teildrossel 3' der Empfangseinrichtung.
Die Serienschaltung von Empfangs- und Sendedrossel wird bei eingeprägter Spannung
angewendet.
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In Fig. 3 sind Sende- und Empfangsdrossel SKD bzw.
EKD parallel geschaltet und werden von einem eingeprägten mehrphasigen Strom
gespeist. Die Teildrosseln sind wieder mit 1 bis 6 bzw.
l' bis 6' bezeichnet.
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In Fig. 4 sind die Teildrosselkerne 1 bis n wieder als Quadrate
angedeutet, die Phasenwicklungen 1 bis m sind daruntergezeichnet. Es ist
zu erkennen, daß die zusammengehörigen Phasenwicklungen der Teildrosseln hintereinandergeschaltet
sind und die einzelnen Phasenstränge der gesamten Drossel sterngeschaltet sind.
Die Zuordnung der Phasenwicklungen zu einer bestimmten Teildrossel ist dadurch versinnbildlicht,
daß die betreffende Wicklung unter dem zugehörigen Teildrosselkem dargestellt ist.
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In Fig. 5 sind die einzelnen Phasenstränge polygongeschaltet.
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In Fig. 6 sind wieder durch Quadrate angedeutete Teildrosselkerne
zu erkennen. Der Einfachheit halber ist nur ein Phasenstrang m gezeichnet. Drei
Möglichkeiten der Belastung der Teildrosseln und damit der -Einleitung einer Gegendurchflutung
sind gezeigt. a stellt die Belastung einer Sekundärwicklung s durch einen regulierbaren
Widerstand r über einen Kontakt k
dar. Die zweite Möglichkeit b zeigt
die Belastung der Sekundärwicklung s durch ein Impulsrelais 1. c stellt die
Belastung der Sekundärwicklung s durch eine Belastungsdrossel d dar. In dem
Belastungsstromkreis liegt außerdem wieder der Regulierwiderstand r.
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In Fig. 7 ist eine besondere Ausführung der Belastungsdrossel
gezeigt. Diese Drossel weist einen U-förmigen Kein K auf, der eine Wicklung W trägt.
Ein um einen Drehpunkt D bewegliches Joch J ist durch eine Exzenterscheibe
E so weit abzuheben, daß sich zwischen dem Kern K und dem Joch
J ein Luftspalt öffnet.
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In der Fig. 8 ist die gleiche Anordnung gezeigt, nur wird hier
das Joch J durch einen Kniehebel H bewegt. Fig. 9 zeigt in schematischer
Darstellung eine Sendemehrphasenimpulsdrossel, bei der an den Teildrosseln
1,
2 und 3 drei verschiedene Möglichkeiten der Amplitudenmodulation
eines Mehrphasenimpulses dargestellt sind. Bei der Teildrossel 1 wirkt über
eine Sekundärwicklung eine mit der Zeit veränderliche Vormagnetisierung V
= f(t) ein. Die Teildrossel 2 ist ebenfalls über eine Sekundärwicklung
s mit einem zeitlich veränderlichen Belsatungswiderstand B belastbar. An die Teildrossel
3 schließlich ist über die Sekundärwicklung s ein Impulsrelais i angeschlossen,
dessen Eingangsünpulse den Mehrphasenimpuls der Teildrossel 3 modulieren.
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Fig. 10 zeigt eine Übertragungsanlage für drei Sprachkanäle,
die aus einer Sendeimpulsdrossel mit Teildrosseln 1, 2 und 3 und einer
Empfangsdrossel mit Teildrosseln l', 2' und 3' besteht. Über Sekundärwicklungen
s
sind an die Sendeteildrossel Mikrophone M und an die Empfangsteildrossel Hörer T
angeschlossen.
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Fig. 11 zeigt eine Möglichkeit zur Entnahme einer Mehrphasenimpulsspannung
aus einem Empfangsimpulsdrosselsatz. Diese Spannung wird ein- oder mehrphasig an
einer oder mehreren Teildrosseln abgegriffen.
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Fig. 12 zeigt die Entnahme von Mehrphasenimpulsspannungen mittels
mehr- oder einphasigerWicklungen. Fig. 13 und 14 stellen in schematischer
Darstellung die einphasige Speisung dreier Teildrosseln dar. Die fehlenden Phasen
können durch komplexe Phasenschieberwiderstände in Sekundärwicklungen der Teilkerne
erzeugt werden. Dabei können die Sekundärwicklungen hintereinandergeschaltet sein
(Fig. 13),
oder jede Sekundärwicklung kann einen gesonderten Phasenschieberwiderstand
aufweisen (Fig. 14).
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In Fig. 15, 16 und 17 sind drei Möglichkeiten gezeigt,
um zwischen einer Sende- und einer Empfangsanlage eine einphasige Übertragung von
Mehrphasenimpulsen zu ermöglichen. In Fig. 15 wird die gesamte Anlage einphasig
gespeist. Die fehlenden Phasen werden sowohl im Sendeteildrosselsatz als auch im
Empfangsteildrosselsatz durch hintereinandergeschaltete und mit je einem
komplexen Phasenschieberwiderstand versehene Sekundärkreise erzeugt. In Fig.
16 ist zu erkennen, daß nur die Sendeimpulsdrossel mehrphasig gespeist wird.
Die Übertragung erfolgt einphasig. Die fehlende Phase wird auf der Empfangsseite
durch mit einem Phasenschieberwiderstand verbundene, in Serie geschaltete Sekundärwicklungen
erzeugt. Fig. 17
zeigt eine einphasige Übertragungsmöglichkeit von Mehrphasenimpulsen
bei parallel gespeister Sende-und Empfangsanlage.
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Die Sende- und Empfangsdrosseln bestehen aus je
zwei vollständigen
Teildrosselsätzen S, und S, bzw. EI und E, Wirkungsmäßig
arbeiten die dargestellten Elemente wie folgt zusammen: Wird beispielsweise eine
Teildrossel T, des Sendedrosselsatzes S, belastet, dann liegt ein Mehrphasenimpuls
an einer Teildrossel T,' des als »Empfänger« wirkenden Drosselsatzes S, an.
Dort wird transformatorisch ein einphasiger Impuls erzeugt, der auf dem Übertragungsweg
1 zum Empfangsdrosselsatz E, übertragen wird. Er magnetisiert dort
eine Teildrossel T, um. Dadurch wird der Mehrphasenimpuls an eine Teildrossel T,'
des Empfangsdrosselsatzes E, weitergegeben und dort angezeigt.
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In Fig. 18 ist gezeigt, wie jeder Phasenstrang einer Sendeanlage
zur Modulation eines Hochfrequenzgenerators mit voneinander verschiedenen Trägerfrequenzen
dient. In dem Beispiel ist ein zweiphasiges System angenommen, so daß zwei Hochfrequenzgeneratoren
mit den Trägerfrequenzenf, und f?. verwendet werden. Die modulierte Hochfrequenz
wird entweder über eine Leitung oder drahtlos auf die Empfangsanlage übertragen.
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Wie in Fig. 19 gezeigt, ist ein Gegenverkehr zwischen zwei
Stationen A und B mit je einer Sende- und einer Empfangsanlage
leicht dadurch zu bewerkstelligen, daß die beiden Teildrosselsätze auf jeder Seite
in zwei Hälften aufgeteilt werden, von denen eine zum Empfang, die andere zum Senden
dient. In der Figur sind die Sendeteildrosseln mit Nummern ohne Strich, die Empfangsteildrosseln
mit Nummern mit Strich bezeichnet.
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In Fig. 20 ist schematisch eine Möglichkeit dargestellt, wie die Übertragungskanäle
durch Kombination der Teildrosseln untereinander vermehrt werden können.
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Fig. 21 zeigt die Erweiterung des Übertragungssystemes durch Anwendung
binärer Methoden.
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In Fig. 22 ist die Kombination der Empfangsteildrossel 1 mit
der Empfangsteildrossel 2 dargestellt. Die Empfangsteildrossel 1 liefert
den Betätigungsstrom für ein Kombinationsrelais 0, und die Empfangsteildrossel
2 liefert den Betätigungsstrom für das Organ, das fernbetätigt werden soll, z. B.
ein Typenhebel einer Fernschreibmaschine.
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Fig. 23 und 24 zeigen das Prinzipschaltbild bei Verwendung
eines Kniehebels bzw. Exzenterrelais, wie in Fig. 7 und 8 gezeigt,
oder eines Impulsrelais. Es handelt sich hier um eine Steuerung der Induktivität
im Betätigungsstromkreis der Teildrossel 2. Durch die Teildrossel 1 wird
der Strom für ein Relais geliefert, dessen Magnet durch Kniehebel oder Exzenterwirkung
einen Luftspalt im Eisenkreis der Spule S öffnet oder schließt. Damit wird
die Induktivität verändert. Beim Impulsrelais erfolgt die Beeinflussung der Spule
S
auf magnetischem Wege.
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Fig. 25, 26 und 27 zeigen Kombinationsmöglichkeiten
der Teildrosseln zur Übertragung von Binärzahlen. Fig. 25 geht von der Verwendung
normaler elektromagnetischer Relais aus, welche von Sekundärwicklungen der Teildrosseln
gespeist werden. In Fig. 26
finden Kniehebel bzw. Exzenterrelais Verwendung,
während in Fig. 27 Impulsrelais angewendet werden. 1, 2, und
3 stellen Empfangsteildrosseln dar. 4 ist eine Teildrossel für einen Betätigungsimpuls.
A, B und C
sind Arbeitswicklungen, die sich auf einzelnen
Impulsrelais befinden, die einen doppelten Kern aufweisen.
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In der Figur sind Teilwicklungen A,-A8, Bl-B,3 und C,-C, die einzelnen
Wicklungen der Gesamt-Arbeitswicklungen A, B, C der
Impulsrelais. Diese Einzelwicklungen sind im rechten Teil der Figur auseinandergezogen
und verschaltet dargestellt. Widerstände N, bis N, die
ebenfalls auf dem rechten Teil der Figur zu erkennen sind, stellen Nutzwiderstände
zur Impulsanzeige dar. Noch im rechten Figurenteil zu erkennende Drosseln
V, V, V, und V, sind Vordrosseln mit einem Kern, der eine rechteckige Magnetisierungsschleife
aufweist. Die in Fig. 27 dargestellte Schaltung wirkt beispielsweise beim
Empfang einer Binärzahl 1 wie folgt zusammen: Von einer nicht dargestellten
Mehrphasenimpulssendedrossel kommt je ein Impuls für Teildrossel 2 und
3, wodurch über eine entsprechende Steuerwicklung die Arbeitswicklungen B
und C für einen Impuls der Teildrossel 4 durchlässig werden. Erfolgt jetzt
ein Arbeitsimpuls von Teildrossel 4, dann liegt dieser an der Arbeitswicklung
A an und magnetisiert diese um. Zugleich liegt eine Spannung an dem Nutzwiderstand
N, an und wird dort angezeigt. Sämtliche anderen Parallelstrombahnen sind
gesperrt.
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Fig. 28 und 29 zeigen die Kombination zweier Teildrosseln
mittels von Magneten zu verschiebender Kulissen mit Ausnehmungen und darin einrastenden
Nocken.