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Spule zur Belastung von Telephonstromkreisen gemäss dem Pupinschen System.
Die Erfindung bezieht sich auf Spulen für belastete Telephonlinien und insbesondere auf belastete Doppelsprechstromkreise. Sie bezweckt die Aufrechterhaltung konstanter oder nahezu konstanter Charakteristiken der Linienleiter unter veränderlichen, in der Praxis auftretenden Bedingungen, wodurch die Stromkreise nicht allein jene Eignung erlangen, die es ermöglicht, verstärkende Wiedergabeapparate an diese Stromkreise anzulegen, sondern sich auch in befriedigender Weise für überlagerten Telegraphenbetrieb eignen.
Bisher war es mit Schwierigkeiten verbunden, Verstärkungsapparate bei belasteten Telephon-Sendestromkreisen zu benutzen, insbesondere bei Doppelsprechstromkreisen mit Freileitungen. Da die Linienleiter in diesem Falle der Einwirkung von Licht-oder Kraftleitungen ausgesetzt sind, so sind die benutzten Belastungsspulen erheblichen Änderungen in der Induktanz für Telephonströme ausgesetzt, wodurch das sogenannte Tönen oder Singen" der Wiedergabeapparate auftritt. Eine weitere Schwierigkeit ergab sich bisher durch das Auftreten vorübergehender Änderungen im Widerstand der Belastungsspulen, wenn den Telephonströmen Telegraphenströme überlagert wurden, wodurch schwerwiegende Beeinträchtigung oder Störung der telephonischen Übertragung eintreten.
Es wurde gefunden, dass die obgenannten Änderungen in der Induktanz durch starken remanenten Magnetismus in den Kernen der Belastungsspulen entstehen, welcher sich von Zeit zu Zeit ändert und die Wicklungsinduktanzen für seine Magnetisierungskräfte, wie sie durch Telephonströme erzeugt werden, in veränderlichem Masse beeinflusst. Es ergibt sich hieraus im allgemeinen eine beständige Änderung oder Unregelmässigkeit, die die Anwendung der verstärkenden Wiedergabeapparate und der Telegraphenapparate bei belasteten Linien erheblich einschränkt. Für ein einwandfreies und wirksames Arbeiten der Wiedergabeapparate oder für Simultan-Telegraphenbetrieb ist es aber notwendig, die Liniencharakteristiken konstant oder nahezu konstant zu erhalten.
Ferner ist es in Systemen belasteter Doppelsprechstromkreise notwendig, dass eine möglichst vollkommene elektromagnetische und elektrostatische Ausbalancierung in den Belastungsspulen vorhanden ist, wie sie durch die Anordnung nach dem amerik. Patent Nr. 980921 (Campbell & Shaw) erzielt werden kann. Eine solche Ausbalancierung kann aber bei Belastungsspulen, die nach den amerik.
Patenten Nr. 652230 und 652231 (Pupin) hergestellt sind, nicht erzielt werden, nicht allein weil die Wicklungen dieser Spulen nicht richtig verteilt sind, um die notwendige Ausbalancierung in den Stammstromkreisen zu erlangen, sondern auch weil ein Luftspalt in dem Kern, wie er gemäss den Pupinschen Patenten vorgesehen ist, selbst dann, wenn die Wicklungen auf dem Kern gemäss dem genannten Patent von Campbell & Shaw verteilt sind, unausgeglichene Zustände hervorrufen würde, der ein erhebliches Übersprechen zwischen den Stromkreisen zur Folge hätte.
Es sind Belastungsspulen mit geteiltem Kern und eingeschalteten nicht magnetischen Zwischenräumen für belastete Sprechkreise bekannt geworden. Diese Anordnung wird gemäss vorliegender Erfindung in der Weise benutzt, dass die Trennfugen mit Rücksicht auf die Verminderung des remanenten Magnetismus bemessen werden, so dass die vorerwähnten Schwierigkeiten in weitgehendstem Masse beseitigt und die Aufrechterhaltung konstanter
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elektrischer Eigenschaften der Leitungen auch unter veränderlichen Bedingungen gewährleistet wird. Hierdurch wird, wie nachstehend ausführlich dargelegt ist, die günstigste Wirkung der
Luftspalte erzielt.
Bei Belastungsspulen für Doppelsprechstromkreise können die nicht magnetischen Spalten den Kern in Abschnitte teilen, die den Wicklungsabschnitten entsprechen, die in die vier Leiter eines zu belastenden Dopp. elsprechstromkreises einzuschalten sind. Die Zahl der Kernabschnitte kann aber auch kleiner sein als die Zahl von Wicklungsabschnitten. Bei Belastungsspulen ist es von Vorteil, mindestens zwei der Abschnitte des geteilten Spulenkernes durch einen Leiter aus nicht magnetischem Material elektrisch leitend zu verbinden, da durch diese Einrichtung die Admittanzen zwischen den verschiedenen Linienwicklungen ausgeglichen werden.
Fig. I der Zeichnung veranschaulicht einen Teil der Spule im Schnitt und Fig. 2 zeigt die in den Spalt zwischen den Kernabschnitten eingesetzte, mit nicht magetischen, jedoch elektrisch leitenden Stiften versehene Isolierplatt ein perspektivischer Darstellung. Fig. 3 veranschaulicht eine Schaltungsanordnung für eine Belastungsspule mit zwei Kernabschnitten und acht
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Die dargestellte Belastungsspule, auf welcher die Wicklungsabschnitte angeordnet sind, besitzt einen ringförmigen Kern 96, der durch Spalte in Kernabschnitte geteilt ist. Die Spalte können durch nicht magnetisches Material, beispielsweise durch eine Isolierplatte 103 ausgefüllt sein.
Bei Anordnung von Luftspalten in den Kernen von Belastungsspulen werden Ent- magnetisierungspole geschaffen, die den remanenten Magnetismus in dem Eisenkern, falls in die Linienwicklungen Starkstrom gelangt, verringern.
Bei der telephonischen Übertragung wird durch Kombination von Verstärkungsapparaten mit'Belastungsspulen, die unterbrochene oder mit Luftspalten versehene Kerne besitzen, ein ganz erheblicher Gewinn erzielt und eine wesentliche Verbesserung in der Qualität der telephonischen Übertragung für den Fall gesichert, als telegraphischer Betrieb auf mit solchen Spulen belasteten Telephonlinien erfolgt.
Bei Telephonliniensystemen mit Doppelsprechstromkreis sind für die Belastungsspule des letzteren gewöhnlich vier Paare oder Sätze von Wicklungen erforderlich, von denen je einer für eine der vier Linienleiter des Systems bestimmt ist, wobei jede Linienwicklung die äussere Teilwicklung des einen Kernquadranten in Reihe mit der inneren Teilwicklung des gegenüberliegenden Kernquadranten enthält. Wird der Kern dieser Belastungsspulen
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mit Bezug auf die Wicklung völlig symmetrischer, unterbrochener Kern gebildet, dessen Viertelabschnitte den vier Wicklungsabschnitten entsprechen. Diese Symmetrie trägt dazu bei, die Admittanzen zwischen den verschiedenen Kernwicklungen auszugleichen und hierdurch das Übersprechen zwischen den verschiedenen Stromkreisen des Systems zu verhindern.
Durch die Luftspalte in den Belastungsspulen wird bezweckt, dass die elektrischen Konstanten der Spule für Telephonbetriebsbedingungen nicht wesentlich durch irgendeine Magnetisierung geändert werden, die sich auf dem Kern durch die Telephonströme selbst überlagert. Diese Luftspalte erteilen dem magnetischen Stromkreis nicht allein magnetischen Widerstand, sondern auch die Eigenschaft der Selbstentmagnetisierung, wodurch erzielt wird, dass der remanente Magnetismus vollständig beseitigt wird, wenn der überlagerte Magnetismus verschwindet.
Diese Wirkungen hängen von dem Verhältnis der Länge der Luftspalte zu der des Eisenstromkreises ab und werden in dem Masse grösser, als die Länge des Spaltes grösser wird. Da eine Vergrösserung des Entmagnetisierungsfaktors auch eine Verringerung der effektiven Permeabilität des Kernes und daher sowohl eine Vermehrung der Kupfermenge zur Erlangung der gleichen Induktanz als auch eine Erhöhung der Grösse und Kosten des Eisengehäuses zur Folge hat, so stellt sich als vorteilhafteste Länge der Spalte jene dar, die eine Entmagnetisierung ergibt, die gerade ausreicht, dass sich durch den unter praktischem Verhältnis auftretenden überlagerten Magnetismus die elektrischen Konstanten der Spule nur um einen zulässigen Betrag ändern.
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grosse und schwerfällige Spule und ein ebensolches Gehäuse zur Folge, wobei man einen grossen Betrag an der Leistung einbüsst, hingegen nur einen geringen Gewinn an Konstanz erzielt.
Es ist bekannt, dass es einen Sättigungswert des remanenten Magnetismus eines Kernes mit geschlossenem Kreis gibt, der bei einer magnetisierenden Kraft erreicht wird, die den Kern bis zu einem gerade oberhalb des Kniees der Magnetisierungskurve liegenden Punkt zu magnetisieren vermag und dass eine weitere Vergrösserung der magnetisierenden
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Kraft keine erhebliche Vergrösserung des remanenten Magnetismus mit sich bringt. Für einen Kern mit Luftspalten gibt es ebenfalls einen Sättigungswert des remanenten Magnetismus, dieser Werte ist aber, wegen der selbstentmaghetisierenden Eigenschaften des Stromkreises, stets kleiner als für den geschlossenen Kern und kann durch Änderung der Dimensionen des Luftspaltes bis auf irgendein gewünschtes Mass verringert werden.
Das Maximum des remanenten Magnetismus, das in einem magnetischen Stromkreis mit Luftspalten vorhanden sein kann, kann aus der Hysteresisschleife des Materials selbst bestimmt werden, vorausgesetzt, dass bei der Aufstellung dei Schleife die magnetisierende Kraft genügend hoch gewählt worden ist, damit der remanente Magnetismus seinen Sättigungswert erreiche.
Die richtigen Dimensionen des Luftspaltes werden am besten in jedem einzelnen Falle direkt experimentell bestimmt. Dies kann dadurch geschehen, dass man die ganze Reihe der Änderung in der effektiven Permeabilität des ganzen magnetischen Kreises für verschiedene Längen der Luftspalte mit Bezug* auf die von den Telephonströmen herrührenden kleinen Kräfte beobachtet, nachdem die Spule einer Anzahl Zyklen von starker Magnetisierung, wie sie in der Praxis vorkommen, unterworfen wurde. Aus diesen Beobachtungen wird als richtiger Luftspalt jener gewählt, für welchen die gesamte Änderung der Permeabilität den Grenzwert, der durch die Betriebserfordernisse der Telephonlinie vorgeschrieben ist, nicht übersteigt.
Das gleiche Verfahren kann benutzt werden, um den geeignetsten Spalt für Fälle zu bestimmen, bei denen der effektive Widerstand der Spulen begrenzt ist, wie dies bei gleichzeitiger Benutzung der Linienleiter für Telephonund Telegraphenbetrieb der Fall ist.
Sobald in die Belastungsspulen starke Fremdströme gelangen, so bewirken die Entmagnetisierungspole zufolge der mehrfachen Luftspalte in verlässlicher Weise, dass die Liniencharakteristiken praktisch konstant erhalten werden und ein praktisch vollkommener Ausgleich zwischen den verschiedenen Teilen der Stromkreise und deren Liniennetzen aufrecht erhalten wird. Es ist daher möglich, sehr kräftige, auf den maximalen Verstärkungsgrad eingestellte Verstärker zu benutzen und einen zufriedenstellenden Telephonbetrieb unter den strengsten Bedingungen eines Simultan-Telegraphenbetriebés zu unterhalten.
Es soll nun die Schaltungsanordnung gemäss Fig. 3 beschrieben werden.
Der Kern einer Belastungsspule für Doppelsprechstromkreise ist hier, wie ersichtlich, in zwei Abschnitte 71 und 72 durch Luftspalten 73 und'74 geteilt. Acht Wicklungsabschnitte 75 bis 82 sind in jenen Stellungen veranschaulicht, die sie im allgemeinen bezüglich der Kernabschnitte einnehmen. Jeder der vier Linienleiter 83 bis 86 enthält einen äusseren Wicklungsabschnitt, beispielsweise 75, auf einem Kernquadranten in Reihe mit einem inneren Wicklungsabschnitt 76 auf dem gegenüberliegenden Kernquadranten.
Die Linienleiter 83 und 84 bilden einen der Stammstromkreise, der sich zwischen den Telephonstationen 87 und 88 erstreckt ; ebenso bilden die Leiter 85 und 86 einen anderen zwischen den Stationen 89 und 90 sich erstreckenden Stammstromkreis, und diese vier Leiter zusammen bilden den dritten oder Doppelsprechstromkreis, der sich zwischen den Stationen 91 und 92 erstreckt. Die beiden Kernabschnitte sind durch einen oder mehrere nicht magnetisch leitende Stifte 93 elektrisch leitend verbunden. Wenn der durch diese Stifte führende Weg vom Abschnitt 71 zum Abschnitt 72 nicht vorhanden wäre, so würde ein Weg für das Übersprechen zwischen den Stammstromkreisen 83, 84 und den Stammstromkreisen 85 und 86 wegen der zufolge der grossen Nähe der inneren Wicklungen 78, 81 bzw.
76 bis 79 und der betreffenden Kernabschnitte 71 und 72 vorhandenen Kapazität und somit ein mangelnder Ausgleichszustand bestehen, der daraus resultiert, dass der Kern in eine geringere Anzahl von Abschnitten geteilt ist als der Zahl von Wicklungsabschnitten entspricht.
Zur Erklärung dieser Ausgleichsströmung sei angenommen, dass ein telephonisches
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finden : Von Leitung 83 durch die Aussenwicklung 75 zur Innenwicklung 76, von da zum Kernabschnitt 72 zur Innenwicklung 81, parallel durch die Wicklungen 94 und 95 der Wiedergabespule zur Leitung 85, von da durch die Innenwicklung 79, den Kernabschnitt 71 und die Innenwicklung 78 zu der auf der anderen Seite liegenden Leitung 84 des Ursprungsstromkreises.
Durch elektrische Verbindung der Kernabschnitte 71 und 72 wird dieser Umgehungsweg für das Übersprechen kurz geschlossen, so dass sich als einzige Wirkung ein geringer, zu vernachlässigender Nebenschluss der in irgendeinem der Seitenstromkreise
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Trotzdem die Erfindung insbesondere für Doppelsprechstromkreise Anwendung findet, bei denen die Zahl der Kernspalten geringer ist als die Zahl der Wicklungsabschnitte, kann sie auch bei anderen Arten von Belastungsspulen oder auch bei Spulen für andere Zwecke
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verwendet werden, bei denen die Anordnung nicht magnetischer Spalten im Kern oder die Verbindung gesonderter Kernabschnitte durch elektrische Leiter von Vorteil ist.
PATENT-ANSPRüCHE : i. Spule zur Belastung von Telephonstromkreisen gemäss dem Pupinschen System, wobei die Wicklungen von einem zusammenhängenden Kern aus magnetischem Material getragen werden, der eine Anzahl nicht magnetischer Spalten enthält, dadurch gekennzeichnet, dass-das Verhältnis der Gesamtlänge der nicht magnetischen Spalte zur Gesamtlänge des Kernes derart bemessen ist, dass bei verschiedener Abstufung des remanenten Magnetismus die Anfangsdurchlässigkeit des magnetischen Kernes für Telephonströme nicht wesentlich sich verändert.