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Mehrfachanordnung von aus Schalen- oder Topfkernspulen bestehenden abgeschirmten
Pupinspulen
Die Erfindung bezieht sich auf eine Mehrfachanordnung von aus Schalen- oder Topfkernspulen bestehenden abgeschirmten Pupinspulen, bei denen die Abschirmung mit dem Kern in Berührung steht und diese nicht mit Erde leitend verbunden ist.
Es ist bekannt, dass in den für die Aufnahme von Pupinspulen von Fernmeldekabeln bestimmten Kästen und Muffen od. dgl. kapazitive und magnetische Kopplungen auftreten, die von den Spulen und Spulenkörpern herrühren. Aus der Zeit der Ringspulentechnik stammt daher die Forderung, die Pupinspulen in allseits geschlossene Schirmgehäuse einzubauen und diese Gehäuse zu erden. Die geerdeten Gehäuse wirken als statische und magnetische Schirme.
Bei der Ausführung der Pupinspulen als Ringkernspulen kam der statischen Schirmung eine besondere Bedeutung zu. Die Wicklung der Spulen besass nämlich eine grosse Kapazität zu den Schirmen. Wegen der exzentrischen Lage der Spulen in den Spulen-Abschirmgehäusen konnten die Teilkapazitäten der verschiedenen Wicklungsteile zum metallischen Schirm verschieden gross sein, so dass die unterschiedlichen Werte der Teilkapazitäten das Nebensprechen ungünstig beeinflusst haben. Schon aus diesem Grund ist die Erdung der Abschirmgehäuse eines jeden Spulenkörpers notwendig.
Es ist schon bekannt, bei der Pupinisierung der Leitungen von Fernmeldekabeln einzelne Pupinspulen bzw. Pupinspulengruppen mit von Erde isolierten Metallkappen zu versehen. Dieser Fall tritt dann ein, wenn die Spulen in Leitungen eingeschaltet werden, die einen besonderen Schirm aufweisen. Die Spulenabschirmungen können dann mit den statischen Schirmen des betreffenden Vierers verbunden werden, z. B. bei Rundfunkleitungen. Um die in Metallkappen eingeschlossenen Spulen für einen solchen Fall geeignet zu machen, hat man die Metallkappen mit einem Isoliermantel umgeben und diesen Mantel mit besonderen Verbindungsorganen versehen, um die isolierten Metallkappen mit den andern, nichtisolierten Metallkappen mechanisch verbinden zu können.
Die Anordnung der Spulen in den Spulenkappen ist jedoch bei der bekannten Ausführungsform die gleiche wie bei Anordnungen mit geerdeten Spulenabschirmungen geblieben, d. h. die Spannungsfestigkeit zwischen der Spule und den Spulenkappen wird auch bei den einzelnen gegen Erde isoliert eingebauten Spulenanordnungen gefordert, weil auch diese nichtgeerdeten Spulenanordnungen im Verband der in geerdeten Metallkappen eingeschlossenen Pupinspulen eingebaut sind.
Die Adergruppen, die in einem Kabel untergebracht sind, sollen gegen den Kabelmantel eine Spannungsfestigkeit von z. B. 2000 Volt aufweisen. Diese Forderung muss natürlich auch durch alle Schaltmittel, die in jede einzelne Ader eingeschaltet sind, erfüllt werden. Da nun aus Kopplungsgründen, insbesondere aus Gründen der Streuung der Magnetfelder und der kapazitiven Kopplungen über die Spuleneinheiten, eine gute Abschirmung jeder einzelnen Spule gefordert werden muss, ist es notwendig, jede Abschirmung jeder Spule zu erden, d. h. auf das gleiche Potential des Kabelmantels zu bringen. Damit muss aber für die Spulen die gleiche Spannnugsfestigkeit wie für die Kabeladern gefordert werden, d. h. die Spannungsfestigkeit zwischen den Wicklungen und den Schaltleitungen einerseits undden geerdeten Abschirmgehäusen anderseits muss sehr hoch, z. B. um 2000 Volt gewählt werden.
Diese Spannungsfestigkeit bedingt ziemlich kräftige Isoliereinlagen zwischen Spulen und Abschirmgehäusen, so dass der für eine Spule bzw. für einen Spulensatz beanspruchte Raum sehr gross wird. Zu beachten ist hiebei, dass man zur Erzielung einer hohen Spannungsfestigkeit eines Kabels nur die Isolation zwischen dem gesamten Aderbündel und dem Kabelmantel entsprechend kräftig auszulegen hat. In Spulenmuffen dagegen muss jede Ader und jede Spule einzeln spannungsfest eingebaut werden. Die bisher getroffenen Massnahmen erfordern daher viel Aufwand, weil der für die Aufnahme der Spulen notwendige Raum auch feuchtigkeitsdicht, vielfach auch gasdruckdicht, abgeschlossen werden muss.
Es ist auch bereits bekannt, den Abstand zwischen dem Abschirmgehäuse und dem magnetischen Kern einer Pupinspule möglichst gross zu halten, um die Wirbelstrombildung in dem Abschirmgehäuse auf ein erträgliches Mass herabzusetzen. Es ist weiter bekannt, in dem Abschirmgehäuse rohrförmige Durchführungen vorzusehen, in denen Schaltadern verlegt werden können. Bei einer besonderen Ausführungsform von Pupinspulen dient die rohrförmige Durchführung gleichzeitig zur Halterung der mit einer Bohrung versehenen Mantelkernspule. Bei solchen Anordnungen ist natürlich die Forderung nach einer
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hohen Spannungsfestigkeit zwischen Abschirmgehäuse und Spulenwicklung nicht ohne besonderen Aufwand zu erfüllen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den hohen Aufwand, der bei den bekannten Spulenanordnungen getrieben werden muss, herabzusetzen. Insbesondere soll der Raumbedarf für eine Mehrfachanordnung von abgeschirmten Pupinspulen wesentlich gemindert werden.
Bei der Anordnung nach der Erfindung sind die metallischen Kappen von zu einem Vierer gehörenden Pupinspulen untereinander leitend verbunden und alle Spulen bzw. metallischen Kappen gegenüber Erde isoliert aufgebaut. Durch diese Anordnung wird erreicht, dass die Spulen elektrostatisch gesehen praktisch als zum Innern der Kabelseele gehörig angesehen werden können. Die Spule selbst wird somit als Bestandteil der Kabeladern betrachtet ; der die Wicklung umschliessende Spulenkern und seine Abschirmung wird wie die Kabelader selbst potentiallos gehalten. Der Spulenkasten übernimmt die Funktion des Kabelmantels, während die Kerne der Spulen als statische Folienhüllen von Vierern oder Paaren angesehen werden können, die potentiallos bleiben.
In Kabelanlagen treten bekanntlich zwei Arten von kapazitiven Kopplungen auf. Die erste Art kann man als eine Viereckkopplung bezeichnen, die direkt in die Kopplung zwischen Fernmeldeleitungen eingeht. Bei der zweiten Art wirkt die sogenannte Sternkapazität z. B. eines Sternvierers auf die Kopplung ein. Die Grösse der durch die Sternkapazität bewirkten Kopplung ist aber sehr gering ; denn es wirken sich hier nur die Erdkopplungen aus. Bei Benutzung von Schalenkernspulen sind aber unmittelbare kapazitive Kopplungen in Form von Viereckkopplungen nicht mehr möglich, weil die Schalenkernspulen keine kapazitiven Unsymmetrien mehr aufweisen, die die Symmetrie der abgeglichenen Kabelfelder wieder stören könnten.
Bei der Kleinheit der heutigen Pupinspulen sind aber auch die Sternteilkapazitäten nur noch relativ gering und damit natürlich auch ihre Differenz, so dass die Potentiallage des magnetischen Kerns frei bleiben darf. Diese Überlegungen ermöglichen es, von der bisherigen Forderung einer statischen Erdung der Schirmkappen abzuweichen. Die Schirmkappen, die an den Spulen angeordnet sind, bewirken dann im wesentlichen eine magnetische Schirmung und können unmittelbar mit dem magnetischen Kern verbunden sein.
Damit wird ein kontinuierlicher Aufbau des Übertragungsweges längs einer Kabelstrecke erreicht, weil an Stellen, an denen die Pupinspulen eingeschaltet sind, praktisch die gleichen Verhältnisse wie im Kabel selbst geschaffen sind, d. h. auch die Pupinspulen bzw. deren Abschirmungen sind nicht geerdet und besitzen keinen statischen Schirm eben so wenig, wie jeder einzelne Vierer in einem Kabel.
Die Nichterdung der Abschirmung bei der Anordnung nach der Erfindung ist, wie bereits ausgeführt, ohne nachteilige Wirkung auf die Übertragungswege, da in Schalen- oder Topfkernspulen die Kapazitäten zwischen den Windungen und den Kernen wesentlich geringer als bei den Ringkernspulen sind und die Teilkapazitäten dsr einzelnen Wicklungsabschnitte innerhalb einer kleinen Toleranz gleich gehalten werden können. Diese Gleichheit der Spuleneigenschaften wird noch durch die Wahl der symmetrischen Lage der Wicklungen im Kern und durch einen verschachtelten Wicklungsaufbau unterstützt. Solche Wicklungsaufbauten ergeben magnetisch symmetrische Spulen und damit eine leichte Abschirmmöglichkeit, von der bei der Anordnung nach der Erfindung Gebrauch gemacht werden kann.
Infolge des Wegfalls der Erdung der Schirmung der Pupinspulen braucht aber die Spannungsfestigkeit zwischen den Wicklungen bzw. den Anschlussleitungen und den Kernen bzw. Schirmungen der Kerne nur mehr 500 Volt zu betragen, eine Forderung, die leicht zu erfüllen ist.
Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Fig. 1-3 näher erläutert.
Die Fig. 1 zeigt im Schnitt einen Schalenkern 1 mit gescherter Stoffpermeabilität, die Stammwicklungen 2 und 3 und die Metallkappen 4 ; die metallischen Kappen sorgen für die magnetische Schirmung der Spulen. Wie aus der Figur ersichtlich, wird bei der Anordnung nach der Erfindung der isolierte Einbau
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bar mit den Kernen in Berührung stehende Kappen.
Die abgeschirmte Spule oder mehrere, zum Beispiel die zu einem Vierersatz gehörigen Spulen, können in einer nicht dargestellten Hülle aus Isolierstoff untergebracht werden. Zur besseren Raumausnutzung kann man diese Hüllen in bekannter Weise achteckförmig ausbilden. Man kann ferner die gesamten oder einen Teil der im Spulenkasten anzuordnenden Spulen mit ihren Abschirmungen auf einer Isolierstoffplatte befestigen, die dann im Spulenkasten angebracht werden kann.
Die sich bei Weglassung der Erdung der Kappen einstellenden Verhältnisse seien nachfolgend am Vierer betrachtet. Bei der in Fig. 2 dargestellten Anordnung werden die Kerne der drei Spulen eines Vierersatzes über die Schirmkappen leitend miteinander verbunden, so dass die Kapazitäten Wicklung/Kern-Kappe zu den Leitern a, b, c, d des Vierers in der Anordnung als vierstrahliger Stern auftreten. Die Differenzen der Kapazitäten gegen die Kerne werden dann in der kapazitiven Mitsprechkopplung im halben Betrage miterfasst und gehen ebenso in die Mitsprechdämpfung ein.
Wie in Fig. 3 gezeigt, stellt sich zwischen benachbarten Viererspulensätzen eine Kapazität ein, die zwischen den Sternmittelpunkten der Vierer liegt. Ihre Grösse kann z. B. zirka 100 pF betragen. Durch die jeweils geringen Differenzen der Einzelkapazitäten ist ein Eingehen in die Nebenvierer-Übersprechkopplungen nicht möglich, da diese durch Seitenteilkapazitäten hervorgerufen werden, dagegen Sternkapazitäten erst in zweiter Ordnung in Übersprechkopplungen eingehen.
Ferner kann sich auch in der Fremdbeeinflussung durch die freie Potentiallage der miteinander verbundenen Kerne eines Viererspulensatzes wegen der Kleinheit und Gleichheit der Kapazitätswerte keine Aus-
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bildung von Störströmen ergeben. Bei Stammspulen kann es zweckmässig sein, die Verhältnisse des Spulensatzes nachzubilden, indem je zwei Spulen zusammengefasst und ihre Kerne über die magnetischen Schirmteller verbunden werden. Durch den so wiederum erhaltenen Viererstern kann dann z. B. ein etwa bei der Montage auftretender Schluss Wicklung/Kern, der sich auch bereits durch einen höheren Erdkopplungswert zeigen würde, mittels der Mitsprechkopplungsmessungen genau erfasst werden.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Mehrfachanordnung von aus Schalen- oder Topfkernspulen bestehenden abgeschirmten Pupinspulen, bei denen die Abschirmung der Einzelspulen mit dem Kern in Berührung steht und diese nicht mit Erde leitend verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die metallischen Kappen von zu einem Vierer gehörenden Pupinspulen untereinander leitend verbunden und alle Spulen gegenüber Erde isoliert aufgebaut sind.