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Elektromagnetisches Übertragungssystem.
Die Erfindung bezieht sich auf elektromagnetische Übertragungssysteme nnd besteht insbesondere in der Verwendung eines magnetischen Materials für elektromagnetische Zwecke in Übertragungssystemen, welches Material hauptsächlich aus einer Eisen-Nickellegierung gebildet ist. Die Elemente der Legierung sind derart kombiniert, d. h. stehen zueinander in solchen Verhältnissen und die Legierung wird derart behandelt, dass das Material bei niederen magnetisierenden Kräften, wie solche bei Telephon-und Tele- sraphenleitungen vorkommen, eine grössere Permeabilität als Eisen besitzt.
Das richtige Kombinieren der Elemente zur Erzeugung eines Materials, welches bei solchen niederen magnetisierendcn Kräften eine grössere Permeabilität als Eisen besitzt, beinhaltet nicht nur ein geeignetes Gewicbtsverhältnis der einzelnen Elemente zueinander, sondern auch ein geeignetes Verfahren des Legierens, z. B. ein Wärmeverfahren von geeigneter Dauer und bei geeigneter Temperatur.
Es ist auch hervorzuheben, dass in den Rahmen dieser Erfindung auch die Verwendung des hierin beschriebenen magnetischen Materials für alle elektromagnetischen Zwecke auf dem Gebiete der elektrischen Naehrichtenübermittlungstechnik fällt, worin die verwendeten Ströme magnetisierende Kräfte mit dem Bereiche von 0-2 Gauss oder weniger hervorrufen.
Die Verwendung des genannten Materials ergibt Ergebnisse, die bisher durch Eisen allein oder mit irgendwelchen andern Kombinationen von Elementen, die für solche Zwecke angewendet oder vorgeschlagen wurden, nicht erreicht waren.
Es ist wünschenswert, dass der Prozentgehalt an Eisen im Verhältnis zum Nickel nicht zu gross ist. So ist z. B. die Permeabilität bei diesen oben erwähnten niedrigen magnetischen Kräften geringer als bei Eisen, wenn der Eisengehalt des Materials grösser als 75% der Kombination ist.
Die Verbindungen von Nickel und Eisen, welche die höchste Permebalität bei diesen niedrigen magnetisierenden Kräften ergeben, enthalten tatsächlich einen überwiegenden Niekelgehalt.
So z. B. wurden folgende Misehungsverhältnisse gefunden, welche diese am meisten erwünschte Charakteristik ergeben.
(Sie werden der Einfachheit halber als Legierungen bezeichnet, obgleich es fraglich ist, ob sie im striktesten Sinne Legierungen oder nur Mischungen der zusammensetzenden Elemente sind.)
A. Eine Legierung mit 70% Nickel und 30% Eisen,
B. eine Legierung mit 55% Nickel, 34% Eisen und 11% Chrom.
Jene Verunreinigungen, wie sie in dem in Handel gebrachten Eisen und Nickel bester Qualität vorkommen, scheinen die magnetischen Eigenschaften dieser Legierungen nicht wesentlich zu beeinflusen.
Besonders vorteilhaft und ökonomisch hat sich die Verwendung dieser Nickel-und Eisenlegierungen bei Vermittlungssystemen wie z. B. Telephonsystem erwiesen, da gefunden wurde, dass dadurch die
Induktanz dieser Systeme erheblich vergrössert wird, und daher diese als magnetisches Material benutzten
Legierungen zur Belastung von Übertragerlinien besonders geeignet sind.
Es ist längst bekannt, dass die Wirksamkeit der Telephonübertragung durch künstliches Steigern der Induktanz im Linienstromkreis vergrössert werden kann.
Die beiden Methoden, die dabei allgemein gebräuchlich sind, bestehen in der Einschaltung von in Abständen angeordneten Bdastnngsspulen in den Stromkreis oder in der Anordnung einer Deeklage
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aus magnetischem Material über die ganze Länge des Leiter & . Im eisten Falle muss das Matelial fü'die Kerne der Belastungsspulen und im zweiten Falle das Material für die Decklage bestimmte Eigenschaften besitzen, damit das gewünschte Resultat erzielt werde.
Diese erforderlichen Eigenschaften sind hohe- :' spezifischer eleküiseher Widerstand, ausserordentlich niedrig@r Hysteresisverlust, magnetische Stabilität oder Konstanz in der Permeabilität bezüglich der Sprechströme, wenn auch starke Ströme dem Stromkreis überlagert werden, und sehr hohe Permeabilität bei niedrigen magnetisierenden Kräften.
Bisher wurde Eisen als Kernmaterial für die Belastungsspulen und als Decklage für belastete Telephonleiter verwendet. Die Spulenkerne wurden meistens aus Eisenblechen, Eisendraht oder aus in Ringform gepresstem Eisenpulver hergestellt, während die fortlaufende Decklage in Form einer Um- hüllung aus Eis@ndraht hergestellt wird.
E. wurde nun gefunden, dass, wenn Eisen zum Belasten der Leiter mit gleichmässig verteilter Sell@stind@ktion von Übertragerstromkreisen verwendet wird, seine Permeabilität bei den hiebei (
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Bei Anwendung der Erfindung für gleichmässige Belastung von Signalleitern traten zuerst Schwierigkeiten aus dem Grunde auf, weil die hohe Permeabilität des neuen Materials durch die mechanischen
Beanspruchungen vermindert wurde. Weitere Schwierigkeiten ergaben sich bei der Erzielung gleich bzw. gleichmässig hoher Permeabilität in den verschiedenen Warenposten des Belastungsmaterials.
Bestimmte Neuerungen in der Konstruktion und Herstellung belasteter Leiter, wie z. B. das Auftragen einer oder mehrerer Bandlagen auf den Leiter in einer neuen Art und ein neues Verfahren zum Erhitzen des Belastungsmaterials nach erfolgtem Auftragen desselben, durch welches Verfahren die oben erwähnten Schwierigkeiten überwunden werden, bilden auch einen Bestandteil vorliegender Erfinding.
Die Art und Weise, in welcher die früher erwähnten Legierungen zur Belastung von SignalleitH'n verwendet werden können, ist nachstehend an Hand der Zeichnung beschrieben.
Fig. 1 zeigt einen mit einer einzigen Lage von Legierungsband umwickelten Kupferdraht,
Fig. 2 einen solchen mit zwei Lagen Leigerungsband bewickelt, wobei die Lagen in entgegengesetzten Richtungen gewickelt sind.
Fig. 3 zeigt nachstehend beschriebene Kurven, die dazu dienen, die Behandlung bzw. Erwärmung, welcher die belasteten Leiter nach Fig. 1 und 2 unterworfen werden müssen, zu wählen oder zu bestimmen.
Fig. 4 veranschaulicht eine aus Legierungsdraht hergestellte Belastungsspule, deren Wicklungen schematisch dargestellt sind.
, Der folgenden Beschreibung liegt die Annahme zugrunde, dass die benutzte Legierung annähernd
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wendung dieser Legierung erstreckt, sondern im allgemeinen auf Legierungen, wie sie vorher beschrieben wurden.
Fig. 1 zeigt einen leitenden Kern 2 aus Kupfer, der mit einer einzigen Lage eines Bandes 3 belastet ist, das aus der obe. n beschriebenen Legierung von Nickel und Eisen besteht.
Die Breite und Dicke dieses Bandes muss mit besonderer Rücksichtnahme auf die zufriedenstellende mechanische Behandlung desselben beim Aufwickeln auf den Draht gewählt werden, wobei zu beachten ist, dass es nicht erwünscht ist, das Band grösseren Beanspruchungen zu unterwerfen als unbedingt notwendig ist, da Beanspruchungen das Bestreben haben, die Permeabilität zu vermindern. In der Praxis wurde gefunden, dass Draht vom Kaliber Nr. 13 in zufriedenstellender Weise mit einem Band von 0 076 mum Dicke und zirka 3. 175 ran Breite umwickelt werden kann.
Wenn ein Band von dieser oder einer andern Dicke nicht ausreicht, um das gewünschte Gewicht der Belastung zu ergeben, so ist es vorzuziehen, anstatt ein dickeres Band zu verwenden, zwei oder mehr Lagen von Band auf den Leiter zu wickeln,
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einer Mehrheit von Lagen im Vergleich zu einer einzigen Lage von derselben Ge@amtdicke besteht darin, dass die Wirbelstromverluste im Belastungsmaterial vermindert werden. Wie in Fig. 2 gezeigt, sind die
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die Bänder in dieser Weise zu wickeln und nicht in derselben Richtung, da hiedurch nicht nur eine bessere mechanische Stiuktur erzielt wird, sondern diese Anordnung auch bestrebt ist, die Beanspruchungen, die durch ein darauffolgende Biegen und Verdrillen des belasteten Leiters auf die Bänder ausgeübt werden sollten, zu vermindern und auszugleichen.
Als Isolation zwischen Kupferleiter und der inneren Bandage und als Isolation zwischen den Lagen des Bandes selbst genügt die durch den später beschriebenen Glühprozess auf der Oberfläche der Bänder erzeugte Oxydsehichte. Wenn gewünscht, können jedoch die Bänder durch Überziehen mi1 irgendeinem geeigneten Isolationsmaterial isoliert werden.
Das Aufwickeln eines Legierungsbandes auf einen Leiter in der vorhin beschriebenen und in Fig. l und 2 dargestellten Weise führt eine wesentliche Verminderung der Permeabilität dieses magnetischen Materials herbei. Diese Verminderung rührt zweifellos von der Beanspruchung, der das Material während der Wieldungsoperation unterworfen wird, her. Die hohe Permeabilität des Legierungsbandes, die durch das Aufwickeln desselben auf einen Leiter verloren geht, kann dadurch, dass man den mit dem Band umwickelten Leiter einem gewöhnlichen Glühprozess unterwirft, nicht in zufriedenstellender Weise wiederhergestellt werden. Wenn der mit Band umwickelte Leiter im aufgewickelten Zustande ausgeglüht wud,
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beansprucht wird.
Solche Permeabilitätsverringerungen des belasteten Materials sind bei einer einzigen
Lage des Bandes oder Drahtes, wie in Fig. 1 gezeigt, gewöhnlich grösser, als bei doppelter Lage, wie in
Fig. 2 gezeigt. Wahrscheinlich rührt diese Verringerung der Permeabilität von den Beanspruehungen im Bande her, die durch die Umwandlung des gewickelten Leiters aus seinem gewickelten Zustande in den Zustand, in welchem dieser Leiter sich im Kabel befindet, hervorgerufen werden.
Sodann geben auch gewöhnliche Glühverfahren, wenn sie auch im wesentlichen gleichwertig erscheinen, stark voneinander abweichende Resultate bezüglich des Wertes der dem Belastungsmaterial erteilten Permeabilität und bezüglich der physikalischen Eigenschaften des Belastungsmateriales und seiner Fähigkeit, seine Permeabilität zu ändern. Mit andern Worten, mit den üblichen gewöhnlichen
Giühverfahren ist es unmöglich, belastete Leiter gleichmässiger Qualität zu erhalten, u. zw. weder in bezug auf den Wert der dem Belastungsmaterial gegebenen Permeabilität noch bezüglich der Stabilität in der Permeabilität unter mechanischen Beanspruchungen, denen der Leiter nachher ausgesetzt wird.
Die wahrscheinlichen Gründe für diese unregelmässigen und ungenügenden Resultate, die durch die gewöhnlichen Glühverfahren erzielt werden, sind aus der folgenden Beschreibung eines neuen und verbesseren Glühverfahrens, das zufriedenstellende Resultate erzielt, zu entnehmen.
In erster Linie müssen Leiter, die mit Legienll1gsbändern oder Drähten, wie nach Fig. l und 2. umwickelt sind, dadurch ausgeglüht werden, dass diese Leiter in wesentlich gestrecktem Zustande durch einen Glühofen gezogen werden. Auf diese Weise wird sowohl das Band als auch der Kupferdraht ausgeglüht, während sie im wesentlichen in jener Form sind, in der der belastete Leiter eventuell verwendet wird. Wenn, nachdem der belastete Leiter in gestrecktem Zustande ausgeglüht wurde, einigermassen Sorge getragen wird, dass der mit Band umwickelte Leiter nicht zu Spulen oder auf Spulen von zu kleinem Durchmesser aufgewickelt wird, so können die durch das Ausglühen erzielten hohen Permeabiliälcn während der Arbeitsstufen der Herstellung eines vollständigen belasteten Kabels bewahrt werden.
In zweiter Linie muss beim Ausglühen eines mit Legierungsbad oder Legierungsdraht belasteten Leiters Vorsorge getroffen werden, dass nur bestimmte Temperaturen und bestimmte Zeitdauer des Aus- gluhverfahren eingehalten werden.
Die Durchführung des Ausglühverfahrens ändert sich für verschieden belastete Leiter und für verschiedene Permeabilitäten, die das Endprodukt besitzen soll. Die Art der Bestimmung der entsprechenden Durchführungsvorschriften und die Gründe, welche ihre Bestimmung notwendig machen, sollen nun an der Hand der in Fig. 3 gezeigten Kurven erklärt werden.
Die vier Kurven (Fig. 3) zeigen die Änderungen in der Permeabilität eines gleichmässig belasteten Leiters, die von der Temperaturänderung und der Dauer der Ausglühbehandlung herrühren. Diese speziellen Kurven sind nach Prüfungsresultaten hergestellt, die an. einem Kupferleiter vom Kaliber Nr. 13, der mit zwei Lagen von Legierungsba. nd von zirka 0-076 mm Dicke und zirka 3-175 mm Breite, ferner mit einem 70%igen Nickel- und 30%igen Eisengehalt, umwickelt wurde, beobachtet wurden.
Kurve A zeigt die Beziehung zwischen der erhaltenen Permeabilität und der Dauer der Ausglüh- behandlung bei einer Herd-bzw. Behandlungstemperatur von 8500 C ; Kurve B zeigt dieselbe Beziehung bei einer Behandlungstemperatur von 800 , Kurve C bei einer solchen von 750 C, Kurve D bei einer solchen von 7000 C. Bei diesen Kurven stellen die Abszissen die Dauer der Ausglühbehandlung in Minuten und die Ordinaten die Peimeabilitäten bei den durch Telephonströme erzeugten magnetisierenden Kräften dar. Bei Piüfung dieser in Fig. 3 gezeigten Kurven geht augenscheinlich hervor, dass, je höher die Behandlungstemperatur ist, desto rascher die Permeabilität beim Wachsen der Dauer der Ausglühung ansteigt.
Aus den Kurven A, B und C ist zu ersehen, dass eine Verlängerung des Ausglühens über eine bestimmte Zeitdauer hinaus kein weiteles. Anwachsen der Permeabilität, sondern im Gegenteil ein
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Abnehmen derselben bewirkt. Diese zwei Tatsachen erklären die vorhin elwähnten zufuedenstellenden Resultate, welche durch die gewöhnlichen Ausglühverfahren erzielt werden.
Wenn im Glühofen allzuhohe Temperatur herrscht, so bewirken ausserordentliche kleine Änderungen in der Dauer der Behandlung im Ofen grosse Änderungen in der Permeabilität im Belastungsmaterial auf dem behandelten belasteten Leiter. Und ohne Rücksicht auf die Ofentemperatur wird die Peime-
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unmittelbar nach dem Glühen des belasteten Leiters vorhanden ist, diese Permeabilität durch Beanspruchungen, denen der belastete Leiter bei der weiteren Behandlung desselben zwecks seiner Verarbeitung zu einem Kabel unterworfen wird, sich ausserordentlich leicht verkleinert.
Die in Fig. 3 gezeigten Kurven erleichtern die Auswahl einer richtigen Temperatur und einer richtigen Dauer der Glühbehandlung, um die gewünschte Permeabilität in der Legierung, mit welcher der Leiter belastet ist, zu erhalten.
Was immer für eine Temperatur gewählt werden mag, so soll die Dauer des Glühprozesses nicht so lang sein, um in der Legierung die früher erwähnte störende physikalische Änderung hervorzurufen : mit andern Worten, der Glühprozess soll bezüglich Temperatur und Dauer nur so weit gehen, dass die Permeabilität der Legierung unterhalb des kritischen Wertes bleibt.
Bei dieser Begrenzung ist es klar, dass die geeignete Ofentemperatur und Dauer des Glühprozesses von der Genauigkeit, mit welcher die Ofentemperatur und die Dauer des Glühprozesses (d. h. die Geschwindigkeit des Durchziehens des Drahtes durch den Ofen) reguliert werden kann, abhängt und auch von den Änderungen in der Permeabilität, die in dem ausgeglühten, belasteten Leiter zulässig sind. Natürlich ist es aus Ersparungsrücksichten bei der Herstellung erforderlich, dass die Dauer des Glühprozesses so kurz wie möglich sei, und muss daher die gewählte Ofentemperatur so hoch sein, als sie die gerade erwähnten Umstände zulassen.
Aus der vorhergehenden Beschreibung ist zu erkennen, wie die richtige Glühbehandlung für irgendeine der erwähnten Legierungen bestimmt werden kann. Diese Möglichkeit, das belastende Material eines gleichmässig belasteten Leiters durch Glühen auf einen bestimmten gewünschten Permeabilitäts-
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unter Bedingungen verwendet werden, wie sie bei Belastung im Doppelsprechstromkreis vorhanden sind, notwendig, dass die belasteten Leiter praktisch bezüglich ihrer physikalischen, magnetischen und elektrischen Eigenschaften gleich sind.
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zu belasten und dann diese Permeabilität durch mechanische Behandlung des belasteten Leiters, z. B. durch Biegen, auf das gewünschte Mass herabzusetzen.
Trotzdem kann diese Methode zur Erzeugung gleichmässig belasteter Leiter-für Telephon-od. dgL Kabel infolge der Änderungen, die in den physiklischen Eigenschaften des Leiters durch diese Behandlung hervorgerufen werden und infolge der sich ergebenden Schwierigkeiten beim richtigen Verseilen der belasteten Leiter, die diese verschiedenen physikalischen Eigenschaften besitzen-dennoch nicht zufriedenstellend sein.
Die Art der Anwendung der früher beschriebenen Legierungen für gleichmässige Belastung von Signalleitern wurde erklärt. Diese Legierungen sind aber auch für die Belastung von Signalleitern mittels Belastungsspulen, in welchen diese Legierungen als Kernmaterial benutzt werden, geeignet.
Im Vergleich mit Eisen, das bisher in Form von Platten oder Drahtspulen meistenteils für Belastungsspulenkerne verwendet wurde, bieten die früher beschriebenen Legierungen Vorteile infolge ihrer höheren Permeabilität, ihres höheren spezifischen Widerstandes und geringerer Hysteresisverluste.
Diese Legierungen können bei der Herstellung von Belastungsspulenkernen im wesentlichen in derselben Weise verwendet werden, wie bisher das Eisen für diesen Zweck verwendet wurde, d. h.
Legierungsdraht von kleinem Durchmesser kann isoliert und zu einer kernförmigen Spule von gewünschter Grösse gewickelt werden, die dann als Spulenkern verwendet werden kann, auf welchem die Wicklungen der Belastungsspule aufgewickelt sind.
Fig. 4 zeigt eine Belastungsspule mit einem Kern 6 aus isoliertem Legierungsdraht und Wicklungen 7 und 8, die schematisch gezeigt sind. Um die wirksame Permeabilität des Kernes, die, wenn er aus Legielungen und in der oben beschriebenen Weise hergestellt ist, gewöhnlich höher als verlangt ist, zu vermindern, und dem Kern eine erhebliche Stabilität oder Konstanz der Permeabilität zu verleihen, selbst wenn grosse Ströme auf dem Belastungsspulenstromkreis überlagert werden, kann der Kern mit Spalten 9 versehen werden, die mit nicht magnetischem Materiale ausgefüllt sind. Die Zahl und Grösse dieser Spalten kann, wenn erwünscht, reguliert werden.
Die Wicklungen des Drahtkerns 6 können, wie bei Kernen aus Eisendraht, durch Umwickeln des Kernes mit einem Bande 10 aus niehtmagnetisehem Material zusammengehalten werden, und die zu beiden Seiten der nicht magnetischen Spalten befindlichen Kernabschnitte können mit den auf dem Kern befindlichen Wicklungen in irgendeiner geeigneten und bekannten Weise, beispielsweise durch eine Klammer 11, zusammengehalten werden.
Gewöhnlich vermindern die Beanspruchungen, denen der Legierungsdraht beim Wickeln in die Kernform (nach Fig. 4) ausgesetzt ist, seine Permeabilität nicht wesentlich. Wenn aber gewünscht,
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kann natürlich der Legierungsdraht vor dem Isolieren und Wickeln in die Kernform durch den früher beschriebenen Glühprozess ausgeglüht werden, um die Pelmeabilität des Materiales auf einen bestimmten Wert zu bringen.
Es ist klar, dass Telephon-und ähnliche Signalleiter auch in anderer Weise durch diese Legierungen belastet werden können, ohne vom Wesen der Erfindung abzuweichen.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Elektromagnetisches Übertragungssystem, dadurch gekennzeichnet, dass als magnetisches Material eine Eisennickellegierung verwendet wird, deren Elemente so miteinander kombiniert sind, dass das Material bei niedrigen magnetisierenden Kräften, wie sie z. B. bei Telephon-und Telegraphenleitungen auftreten, eine grössere Permeabilität als Eisen besitzt.
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der Nickelbestandteil 25% oder mehr Prozent des Ganzen beträgt.