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Geräuscharme Funkentstördrossel
Die Erfindung betrifft eine geräuscharme Funkentstördrossel mit einem geschlossenen Kern, insbe- sondere zur Funkentstörung von Halbleiterschaltungen.
Zur Begrenzung leitungsgebundener hochfrequenter Störenergien werden Funkentstördrosseln im all- gemeinen als Längsglieder dort eingesetzt, wo Kondensatoren allein keinen ausreichend störungsarmen
Funkempfang sicherstellen. Derartige Drosseln sind insbesondere erforderlich zur Entstörung von Halb- leiterschaltungen, welche in bezug auf Funkstörungen einen kleinen Innenwiderstand aufweisen. Bei- spielsweise werden sie benötigt in mit Thyristoren arbeitenden Helligkeitsreglern.
Solche Drosseln sollen a) die notwendige Entstörung bei möglichst geringem Aufwand an Siebmittel bewirken, b) die eigentliche Funktion der Schaltung nicht nachteilig beeinflussen, also z. B. nach Ablauf des Schaltvorganges für den Laststrom keinen nennenswerten ohmschen und induktiven Widerstand mehr darstellen, c) den Halbleiter gegen zu hohe Spannungsspitzen und zu steilen Anstieg des Einschaltstromes schützen, d) kleine Abmessungen haben, e) streuarm und geräuscharm sein.
Diesen Anforderungen insgesamt genügen die bisher bekanntgewordenen Funkentstördrosseln nur in unbefriedigender Weise. So besitzen die zum Stand der Technik gehörenden Funkentstördrosseln mit einem Stabkern aus Dynamoblech nicht die erwünschte hohe effektive Induktivität sowie den zu erstrebenden niedrigen Gleichstromwiderstand. Die ebenfalls vorbekannten Funkentstördrosseln mit einem Massekern in Ringform haben demgegenüber bei gleich grosser Nennstrombelastbarkeit zwar einen günstigeren Gleichstromwiderstand, weisen aber keine höhere effektive Induktivität auf. Beide Drosselausführungen besitzen ausserdem keine ausreichende Eigendämpfung zur Verminderung der Eigenschwingungen des aus der Drossel und einem Kondensator aufgebauten Entstörkreises.
Ferner ist aus der deutschen Patentschrift Nr. 620591 ein Magnetkern, insbesondere für Fernsprechringübertrager bekanntgeworden, dessen innerer Kern aus einem gewickelten Band einer Nickel-Eisen- - Legierung und dessen äusserer Kern aus aufeinander geschichteten Blechringscheiben einer Eisen-Sili- zium-Legierung besteht.
Dass diese speziell für Fernsprechringübertrager vorgesehenen Drosseln auch zur Funkentstörung insbesondere von Halbleiterschaltungen geeignet sein könnten, lässt sich der genannten deutschen Patentschriftwederdirektnochandeutungsweise entnehmen, ebensowenig ist etwas darüber gesagt, ob Drosseln
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der bekannten Art in genügend geräuscharmer Ausführung herzustellen sind.
Gegenüber diesen Ausführungen zeichnet sich eine nicht zum Stand der Technik gehörende Ring- kern-Funkentstördrossel (deutsche Offenlegungsschrift Nr. 1804835) durch eine hohe Induktivität bei geringer Windungszahl und durch günstige Dämpfungseigenschaften aus. Der Ringkern dieses Entstörelements ist aus zwei Bandringkernen zusammengesetzt, wobei der eine Bandringkern aus 0, 1 bis 0, 5 mm dickem Band einer Eisen-Silizium-Legierung mit 2 bis 4% Silizium und der andere Bandringkern aus 0, 025 bis 0,2 mm dickem Band einer Eisen-Nickel-Legierung mit 35 bis 65% Nickel besteht.
Alsnachteilig hat sich bei dieser Funkentstördrossel erwiesen, dass sie im Betrieb ein mitunter stö- rendesBrummgeräuscherzeugtund demzufolge für jene Anwendungen nicht geeignet ist, für die nur geräuscharme Bauelemente zulässig sind.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, unter Vermeidung aufwendiger Schalldämmvorrichtungen eine raumsparende Funkentstördrossel mit hoher Induktivität bei geringer Windungszahl zur Verfügung zu stellen, die sehr geräuscharm ist und sich insbesondere für die Funkentstörung von Halbleiterschaltungen eignet, in denen Schaltvorgänge Ursache der Funkstörung sind.
Die Erfindung geht aus von einer Funkentstördrossel mit einem geschlossenen Kern aus Bändern oder Kernblechen aus zwei verschiedenen weichmagnetischen metallischen Werkstoffen, von denen der eine Werkstoff eine Legierung aus Eisen mit Silizium oder Aluminium und der andere Werkstoff eine Nickel- - Eisen-Legierung ist, und besteht darin, dass der aus Eisen unter Zusatz von Silizium oder Aluminium
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Es hat sich bei dem erfindungsgemässen Drosselkern als günstig erwiesen, für den auf der Basis von Nickel-Eisen gebildeten Werkstoff eine Nickel-Eisen-Legierung zu verwenden, deren Zusammensetzung innerhalb eines Bereiches im Mehrstoffsystem Nickel- (Eisen + Mangan + Molybdän + Chrom) -Kupfer liegt, der gemäss Fig.
3 begrenzt ist von dem Polygonzug
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wobei der Mangan-Gehalt 0 bis 1%, der Molybdän-Gehalt 0 bis 2% und der Chrom-Gehalt 0 bis 1, 510 beträgt, mit der Massgabe, dass der Molybdän-Gehalt und der mit 4/3 multiplizierte Chrom-Gehalt insgesamt unter 2% liegt.
Besonders bevorzugt ist eine Legierungszusammensetzung, die innerhalb eines Bereiches im Mehrstoff system Nickel- (Eisen + Mangan + Molybdän + Chrom) -Kupfer liegt, der begrenzt ist von dem Polygonzug
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Nach einer andern Ausführungsform der Erfindung ist der Drosselkern aus zwei Bandringkernen zusammengesetzt, wobei der eine dieser beiden Bandringkerne aus Eisen mit 0 bis 1, 81o Silizium oder Aluminium und der andere dieser beiden Bandringkerne aus einer Nickel-Eisen-Legierung mit 75 bis 8210 Nickel, 0 bis 51o Kupfer, 0 bis 1, 8% Molybdän oder Chrom, Rest Eisen besteht.
Zur Herstellung eines Drosselkernes nach der Erfindung können Bänder aus den beiden verschiedenen weichmagnetischen Werkstoffen gemeinsam zu einem geschlossenen Kern, etwa in Ring-, Oval- oder Rechteckform gewickelt und dann z. B. allseitig mit einem Kunststoffüberzug versehen werden. Man kann die Bänder aus den beiden Werkstoffen aber auch getrennt zu je einem Kern wickeln, diese dann zusammenfügen und gemeinsam mit einer Isolierschicht umgeben.
Ein erfindungsgemässer Drosselkern lässt sich ferner herstellen, indem Kernbleche aus den beiden Werkstoffen aufeinandergestapelt und isoliert werden.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben : Fig. 1 zeigt einen aus den Bandringkernen --1 und 2-- bestehenden Drosselkern im Aufriss und Fig. 2 zeigt einen Querschnitt durch den aus den Bandringkernen --1 und 2-- bestehenden Drosselkern, der von einer isolierenden Schicht --3-- umhüllt und mit einer Wicklung --4-- versehen ist.
Die Anordnung der Bandringkerne zu einem Doppelringkörper ist nicht auf die in den Zeichnungen dargestellte Form beschränkt. Es können beide Kerne auch aufeinandergesetzt und isolierend fixiert werden.
Zur Herstellung einer erfindungsgemässen Funkentstördrossel wurde ein Bandringkern-l-aus 0, 2 mm dickem und 10 mm breitem Eisen-Band mit einem Bandringkern -- 2-- aus 0, 1 mm dickem und 10 mm breitem Band einer Nickel-Eisen-Molybdän-Legierung mit leo Eisen und Ilo Molybdän zusammengefügt. Der äussere Bandringkern --1-- hatte einen Aussendurchmesser von 35 mm und einen Innendurchmesser von 25 mm ; der innere Bandringkern --2-- hatte einen Aussendurchmesser von 25 mm und einen Innendurchmesser von 20 mm. Der zusammengesetzte Doppelringkörper wurde kriechstromfest iso- liert, hiebei gleichzeitig verfestigt und dann für einen Nennstrom von Ieff = 4 A mit 0, 8 mm dickem Kupferlackdraht bewickelt.
Die Zahl der Windungen betrug 110, der Aussendurchmesser der einbau- fertigenFunkentstördrossel 38 mm. Sie besass bei einer Frequenz von 150 kHz eine effektive Induktivi- tät von 2 mH und hatte einen Gleichstromwiderstand von 170 mus. Hinsichtlich der effektiven Induktivität erbrachte die erfindungsgemässe Ausführung damit trotz geringen Raumbedarfs und niedriger Windungszahl erheblich günstigere Werte als die vorbekannten Stabkern-und Massekern-Funkentstördrosseln gleicher Belastbarkeit, und sie hatte einen kleineren Gleichstromwiderstand als die entsprechenden Stabkerndrosseln.
In entsprechender Weise wurde eine Reihe weiterer Drosselkerne gleicher Abmessung hergestellt, für deren Kern --1-- ein 0, 1 bzw. 0, 2 bzw. 0, 3 mm dickes Band der in der Tabelle I unter den Nummern 2 bis 8 genannten Werkstoffe verwendet wurde, und deren Kern --2-- jeweils aus 0, 1 mm dickem Nik- kel-Eisen-Molybdän-Band bestand
Tabelle I :
Werkstoffkombination im Drosselkern
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<tb>
<tb> Drossel <SEP> Legierung <SEP> für <SEP> Banddicke <SEP> Legierung <SEP> für <SEP> Banddicke
<tb> Nr. <SEP> Kern <SEP> 1 <SEP> (mm) <SEP> Kern <SEP> 2 <SEP> (mm) <SEP>
<tb> 1 <SEP> Fe <SEP> 0, <SEP> 2 <SEP> Ni <SEP> + <SEP> 18% <SEP> Fe <SEP> + <SEP> 1% <SEP> Mo <SEP> 0,1
<tb> 2 <SEP> Fe <SEP> 0, <SEP> 1 <SEP> Ni <SEP> + <SEP> 18 <SEP> Fe <SEP> +l% <SEP> Mo <SEP> 0, <SEP> 1 <SEP>
<tb> 3 <SEP> Fe <SEP> + <SEP> 1% <SEP> Al <SEP> 0,3 <SEP> Ni <SEP> + <SEP> 18% <SEP> Fe <SEP> + <SEP> 1% <SEP> Mo <SEP> 0,1
<tb> 4 <SEP> Fe <SEP> + <SEP> 3% <SEP> Al <SEP> 0,3 <SEP> Ni <SEP> + <SEP> 18% <SEP> Fe <SEP> + <SEP> 1% <SEP> Mo <SEP> 0,1
<tb> 5 <SEP> Fe <SEP> + <SEP> 5% <SEP> Al <SEP> 0,3 <SEP> Ni <SEP> + <SEP> 18% <SEP> Fe <SEP> + <SEP> 1% <SEP> Mo <SEP> 0,1
<tb> 6 <SEP> Fe+lloSi <SEP> 0,
<SEP> 3 <SEP> Ni+18 <SEP> Fe+l% <SEP> Mo <SEP> 0, <SEP> 1 <SEP>
<tb> 7 <SEP> Fe <SEP> + <SEP> 3% <SEP> Si <SEP> 0,3 <SEP> Ni <SEP> + <SEP> 18% <SEP> Fe <SEP> + <SEP> 1% <SEP> Mo <SEP> 0,1
<tb> 8 <SEP> Fe <SEP> 0, <SEP> 2 <SEP> Ni+17, <SEP> 9% <SEP> Fe+ <SEP> 0, <SEP> 1 <SEP>
<tb> 1,5% <SEP> Mo <SEP> + <SEP> 0,5% <SEP> Mn
<tb>
EinO, 2mm dickes Eisen-Band und ein 0, 1 mm dickes Nickel-Eisen-Molybdän-Band mit 18% Eisen, 1% Molybdän und 0,5go Mangan wurden ausserdem gemeinsam zu einem Drosselkern gewickelt, dessen [nnendurchmesser 20 mm und dessen Aussendurchmesser 35 mm betrug. Er wurde allseitig mit einem Kunststoffüberzug versehen und gleichfalls mit 0, 8 mm dickem Kupferlackdraht bespult.
Die Entstörwirkung aller vorgenannten Funkentstördrosseln wurde in Verbindung mit einer Querkapazität von 0, 15 fla in einer Phasenanschnittschaltung bei einer Belastung von 4 A untersucht. Es zeigte sich, dass bei einer Frequenz von 150 kHz die Störspannung von etwa 800 mV jeweils auf rund 2 mV verringert und die Eigenschwingung des LC-Kreises durch die Drossel allein genügend gedämpft vurde.
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Die einzelnen Funkentstördrosseln erzeugten aber unter gleicher Belastung verschieden starke Geräusche. Zur Untersuchung des Schalldruckpegels wurden die in der vorgenannten Phasenanschnitts-Regelschaltung betriebenen Drosseln in eine Geräuschmessbox (Ausführung nach : VDI-Berichte, 88, [1965], S. 103 bis 106) eingelegt, in der der abgestrahlte Schall durch ein Kondensatormikrophongemessen wurde. Die frequenzabhängige Bewertung des Schalldruckes erfolgte nach der Bewertungskurve A gemäss DIN 45 633. Die Messergebnisse sind in der Tabelle II zusammengefasst und den jeweiligen Legierungkennwerten gegenübergestellt. DieseTabelle enthält unter der Nummer 9 auch die Werte für eine Drossel hoher effektiver Induktivität nach der deutschen Offenlegungsschrift Nr. 1804835.
In der Tabelle II sind für eine Reihe von Funkentstördrosseln mit verschiedenen Legierungskombinationen die Werte der durch Messungen ermittelten Schalldruckpegel angegeben worden. Die Funkentstördrosseln mit den Nummern 1, 2, 3, 6 und 8 besitzen einen Aufbau mit der erfindungsgemässen Legierungskombination. Sie zeichnen sich durch einen sehr niedrigen Schalldruckpegel aus. Er liegt mit maximal 30 dB (A) (Dezibel nach der Bewertungskurve A) so niedrig, dass er selbst in ruhigen Räumen nicht stört. Speziell ist die in der Tabelle II unter der laufenden Nummer 1 genannte Funkentstördrossel um mehr als 15 dB leiser als die unter Nummer 9 zum Vergleich erwähnte Drossel mit einer in der deutschen Offenlegungsschrift Nr. 1804 835 genannten Legierungskombination.
Die unter den Nummern 4,5 und 7 angegebenen Drosseln fallen zufolge ihrer Legierungskombination nicht unter das Schutzbegehren.
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Tabelle H : Legierungskennwerte und Ergebnisse der Schalldruckmessungen
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<tb>
<tb> Werkstoff <SEP> 1 <SEP> Werkstoff <SEP> 2
<tb> Funk- <SEP> Zusammen- <SEP> Sättigungs- <SEP> spez. <SEP> Wider- <SEP> Band- <SEP> Zusammen- <SEP> S132ttigungs- <SEP> spez. <SEP> Wider- <SEP> Band- <SEP> Schallentstör- <SEP> setzung <SEP> induktion <SEP> stand <SEP> dicke <SEP> Setzung <SEP> magneto-stand <SEP> dicke <SEP> druckpegel
<tb> drossel <SEP> (Gauss) <SEP> Q <SEP> mm <SEP> (mm) <SEP> striktion <SEP> n <SEP> 2 <SEP> (mm) <SEP> (dB <SEP> A)
<tb> Nr. <SEP> m <SEP> m
<tb> 1 <SEP> Fe <SEP> 21500 <SEP> 0,11 <SEP> 0.2 <SEP> Ni <SEP> + <SEP> 18% <SEP> Fe <SEP> + <SEP> 1% <SEP> Mo <SEP> 0,5. <SEP> 10-6 <SEP> 0,25 <SEP> 0,1 <SEP> 24
<tb> 2 <SEP> Fe <SEP> 21500 <SEP> 0,11 <SEP> 0,1 <SEP> Ni <SEP> + <SEP> 18% <SEP> Fe <SEP> + <SEP> 1% <SEP> Mo <SEP> 0,5.
<SEP> 10-6 <SEP> 0,25 <SEP> 0,1 <SEP> 26
<tb> 3 <SEP> Fe+1% <SEP> Al <SEP> 20700 <SEP> 0,2 <SEP> 0,3 <SEP> Ni <SEP> + <SEP> 18% <SEP> Fe <SEP> + <SEP> 1% <SEP> Mo <SEP> 0,5. <SEP> 10-6 <SEP> 0,25 <SEP> 0,1 <SEP> 28
<tb> 4 <SEP> Fe+3% <SEP> Al <SEP> 19700 <SEP> 0,4 <SEP> 0,3 <SEP> Ni <SEP> + <SEP> 18% <SEP> Fe <SEP> + <SEP> 1% <SEP> Mo <SEP> 0,5. <SEP> 10-6 <SEP> 0,25 <SEP> 0,1 <SEP> 32
<tb> 5 <SEP> Fe+5% <SEP> Al <SEP> 18600 <SEP> 0,6 <SEP> 0,3 <SEP> Ni <SEP> + <SEP> 18% <SEP> Fe <SEP> + <SEP> 1% <SEP> Mo <SEP> 0,5. <SEP> 10-6 <SEP> 0,25 <SEP> 0,1 <SEP> 40
<tb> 6 <SEP> Fe <SEP> +l <SEP> Si <SEP> 21300 <SEP> 0,22 <SEP> 0,3 <SEP> Ni <SEP> + <SEP> 18% <SEP> Fe <SEP> + <SEP> 1% <SEP> Mo <SEP> 0,5. <SEP> 10-6 <SEP> 0,25 <SEP> 0,1 <SEP> 29
<tb> 7 <SEP> Fe+3% <SEP> Si <SEP> 20300 <SEP> 0,4 <SEP> 0,3 <SEP> Ni <SEP> + <SEP> 18% <SEP> Fe <SEP> + <SEP> 1% <SEP> Mo <SEP> 0,5.
<SEP> 10-6 <SEP> 0,25 <SEP> 0,1 <SEP> 40
<tb> 8 <SEP> Fe <SEP> 21500 <SEP> 0,11 <SEP> 0,2 <SEP> Ni <SEP> + <SEP> 17.5% <SEP> Fe+ <SEP> 0,5. <SEP> 10-6 <SEP> 0,30 <SEP> 0,1 <SEP> 27
<tb> 1, <SEP> 51o <SEP> Mo <SEP> + <SEP> 0, <SEP> 51o <SEP> Mn)
<tb> 9 <SEP> Fe+3%Si <SEP> 20300 <SEP> 0,4 <SEP> 0,3 <SEP> Ni+64% <SEP> Fe <SEP> 2,2. <SEP> 10-5 <SEP> 0,75 <SEP> 0,05 <SEP> 41
<tb>
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wobei der Mangan-Gehalt 0 bis lolo, der Molybdän-Gehalt 0 bis 2% und der Chrom-Gehalt 0 bis 1, 510 beträgt, mit der Massgabe, dass der Molybdän-Gehalt und der mit 4/3 multiplizierte Chrom-Gehalt insgesamt unter 20/0 liegt.