CH397074A - Low stray field choke for high currents - Google Patents

Low stray field choke for high currents

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CH397074A
CH397074A CH915061A CH915061A CH397074A CH 397074 A CH397074 A CH 397074A CH 915061 A CH915061 A CH 915061A CH 915061 A CH915061 A CH 915061A CH 397074 A CH397074 A CH 397074A
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current conductor
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CH915061A
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Kaiserswerth Hans-Peter
Ortloff Manfred
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Siemens Ag
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F37/00Fixed inductances not covered by group H01F17/00

Description

  

   <Desc/Clms Page number 1> 
    Streufeldarme   Drossel für hohe Stromstärken Die Erfindung betrifft Drosseln für hohe Stromstärken, insbesondere von mehr als 100 A, die sich durch eine besondere    Streufeldarmut   auszeichnen. 



  Es ist bereits bekannt, die    Streufeld'armut   bei Drosseln dadurch zu    verbessern,      dass   man dieselben in    Ringkernform   ausbildet. Es ist auch schon vorgeschlagen worden, die magnetischen Streufelder solcher    Ringkerndrossela   durch einen besonders kompensierenden Aufbau, unter Umständen    mit   Teilabschirmungen und dergleichen, zu verkleinern.

      In   jedem Fall ist es jedoch bei diesen    Drosseln   notwendig, die    Spulenwicklung   und den Kern sehr gleichmässig und    symmetrisch      auszuführen.   Für    nied-      rige   Stromstärken lässt sich diese Forderung gut erfüllen, weil die    Spulendrähte   dünn sind und sich der    Kernoberfläche   anschmiegen. Bei dicken Wickeldrähten, wie sie für höhere Stromstärken, z. B. 100 A oder mehr,    notwendig   sind, ist dagegen die Formbarkeit schlecht. Die notwendige Gleichmässigkeit im Wicklungsaufbau lässt sich daher äusserst schwer erreichen.

   Das Verhältnis Nutzvolumen zu    totem   Raum ist bei grossen    streufeldarm   aufgebauten Ring    kerndrosseln   besonders ungünstig. Die    Drosseln,   haben ausserdem einen beachtlich grossen Raumbedarf. 



  Es ist bekannt, dass sich die    Induktivität   von Leitungen erhöhen lässt,    wenn   der    Leiter      mit   einem    magnetisierbaren   Material umhüllt wird.    Eine   solche Ausbildung besteht in der technischen    Umkehr   der    Ringkerndrosseln   und durch    Ausnützung   der magnetisch belasteten Leitung. Praktisch ausgenützt hat man dieses jedoch nur bei hohen    Frequenzen,   z. B. mehreren MHz, wenn die mit tragbaren Leiterlängen erreichbaren    Induktivitäten   nur    niedrig      sind,   jedoch    in   dem betrachteten Frequenzbereich, z. B.

   UKW, bereits    ausreichend   hohe Scheinwiderstände ergeben. Diese    magnetisch      belasteten   Leitungen haben ein    verhältnismässig   grosses äusseres Streufeld. Aufgabe der Erfindung ist es, diesen Schwierigkeiten aus dem Wege zu gehen und durch einen    einfachen   Aufbau eine möglichst hohe    Induktivität   zu erreichen und die    Streufeldstärke   von Drosseln hoher Stromstärke    bedeutend   zu vermindern. Solche    Drosseln   sollen sich insbesondere gut für die Verwendung in    amagnetischen      Funk-Entstörgeräten      eignen.   



  Die    Erfindung   bei einer    streufeldarmen   Drossel für hohe Stromstärken, insbesondere über 100 A, die aus mehreren mit    magnetisierbarem   Werkstoff um    mantelten      Strom'leherelementen   zusammengesetzt ist, besteht darin, dass die Drossel    eine   gerade Anzahl von    derartigen      Stromleiterelementen      enthält,   die derart in Form eines Spaltes über- und nebeneinander angeordnet .sind, dass sich ihre magnetischen Streufelder    ausserhalb      der   Anordnung nahezu aufheben,

   wobei die    Stromrichtung   benachbarter Stromleiterelemente    innerhalb   einer aus vier    Stromleiterelemen-      ten   zusammengesetzten Gruppe    jeweils   entgegengesetzt verläuft. 



  Die    magnetischen   Momente der    einzelnen   Elemente heben sich nach der    Erfindung      in   ihrer Gesamtheit ausserhalb der Drossel weitgehend auf. Es ist    vorteilhaft,   den gegenseitigen Abstand der    Strom-      leiterelemente   und die    Eigenkapazität   der Anordnung    möglichst   gering zu halten. Die    Entstörwirkung   ist dann    verhältnismässig      breitbandig   und reicht vom Langwellen- bis zum UKW-Bereich. 



     Im      einzelnen   ist die    erfindungsgemässe   Drossel zweckmässig aus geometrisch gleichartigen Stromleiterelementen folgenden Prinzips aufgebaut: Auf ein stromführendes Leiterstück sind Ringkerne oder ein langer    Zylinderkern   aus magnetischem Werkstoff, z. B.    Karbonyleisen,      Ferrit   oder dergleichen, geschoben. Diese    Teile   bilden ein Stromleiterelement.

   Durch die Serienschaltung mehrerer der- 

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    artiger      Stromleiterelemente   lässt sich eine hohe konzentrische    Induktivität   herstellen, weil die    Induktivi-      tät   des Leiters jeweils entsprechend der    Ringkern      permeabilität   der magnetischen Kerne heraufgesetzt wird. Diese Drossel ist im Prinzip eine    Ringkern-      drossel   mit nur einer Windung. 



  Derartige    Stromleiterelemente   können übereinander und nebeneinander angeordnet werden. Eine gute    Streufeldarmut   ausserhalb der    Drosselanordnung   wird dann erreicht, wenn die Drossel aus vier, acht oder einer grösseren durch vier teilbaren    Anzahl   von    Stromleiterelementen   besteht. Die elektrische Verbindung der    Stromleiterbolzen   bzw.    -stäbe      wird   zweckmässig derart vorgenommen, dass die benachbarten    Stromleiterelemente   innerhalb einer Vierergruppe entgegengesetzte Stromrichtung haben. 



  Beim Aufbau der erfindungsgemässen Drosseln unterscheidet man Drosseln für eine und für mehrere zu entstörende Leitungen. 



  Drosseln, die als selbständige Bauelemente für die    Schaltung   einer Leitung verwendet werden, können nach der oben angegebenen Anordnung, also in einer durch vier teilbaren Anzahl von Stromleiterelementen stapelförmig angeordnet und mit in benachbarten    Stromleiterelementen   jeweils entgegengesetzt verlaufender Stromrichtung aufgebaut werden. 



  Bei Mehrfachdrosseln unterscheidet man zwei    Ausführungen:   Einmal Drosseln für zwei und mehr    Leitungen,   die von ungleichem Strom    durchflossen   werden, und zum anderen    Zweifachdrosseln,   die von je einem Strom gleicher Stärke durchflossen werden. 



  Drosseln    der   ersten Ausführung, also mit ungleich grossen Arbeitsströmen, werden    zweckmässigerweise   aus Einfachdrosseln    zusammengestellt.   Dieses Verfahren ist auch bei den anderen    Zweifachdrosseln   anwendbar. Bei der    Zusammenschaltung   mehrerer Einfachdrosseln zu einer Bauform für mehrere Leitungen ist es    vorteilhaft,   wenn die nicht zu gleichen Drosseln gehörendem, aber    nebeneinanderliegenden      Stromleiterelemente   in gleicher Stromrichtung durchflossen werden. Es    wird   dadurch    vermieden,   dass sich die magnetischen Restmomente der Drosseln im Nahfeld verstärken. 



  Die gleiche    vorteilhafte      Anordnung   lässt sich auch bei einzelnen    Drosseln   durchführen, die eine Mehrzahl von vier    Stromleiterelementen      (Vierergruppe)   haben. Bei diesen werden jeweils die    benachbarten,   aus vier Elementen bestehenden    Gruppen   so in den    Stromflug      eingeschaltet,   dass die neben dem nächsten Drosselteil (Vierergruppe)    liegenden      StronFleiterele-      mente   gleiche    Stromrichtung   aufweisen. 



  Bei Zwei- oder Mehrfachdrosseln ist auch eine    Verschachtelung   der    Stromleiterelementenpaare   zur besseren gegenseitigen magnetischen    Streufeldkom-      pensation   zweckmässig. Hierbei ist ebenfalls zu beachten, dass die aus jeweils mindestens einer Vierergruppe bestehenden Drosselteile so neben der fremden Gruppe angeordnet sind, dass die dann nebeneinanderliegenden    Stromleiterelemente      in   gleicher Richtung vom Strom    durchflossen      werden.   Da geringe Ursymmetrien im mechanischen Aufbau und damit in den elektrischen Eigenschaften der erfindungsgemässen Drossel bei der Fertigung auftreten können, wird in weiterer Ausbildung der Erfindung vorgeschlagen,

   Justier- und    Verstelleinrich-      tungen   anzubringen, durch die der Abstand der einzelnen    Stromleiterelemente   korrigiert 'bzw. verstellt    werden   kann. 



  Eine zusätzliche Verringerung    des   äusseren magnetischen Streufeldes kann gegebenenfalls durch Ab- schirmbleche vorgenommen werden. 



  Diese durch einen derartigen Aufbau erzielten Eigenschaften müssen auch im Betrieb bei starken mechanischen Belastungen erhalten bleiben. So ist es    in      weiterer      Ausbildung      der      Erfindung   vorteilhaft, die Gesamtanordnung nach ihrem Zusammenbau in mechanisch stabile Massen, z. B. Kunstharz,    Araldit   oder auch    magnetisierbare   isolierende Werkstoffe, einzubetten oder mit diesen zu umgiessen. 



  In den    Fig.   1-5    sind,   Beispiele der Erfindung dargestellt. 



     Fig.l   zeigt die Vorderansicht einer    streufeld-      armen   Drosselanordnung.    la-ld   sind die stromleitenden    Bolzen,   wobei die Stromrichtung dieser    Balzen   in den Diagonalen, also z. B. la und    1c   bzw.    lb   und    1d,   gleich, aber in benachbarten Stromleiterelementen, also z. B.    1a   und    1b   bzw.    1a   und    1d   bzw.    1c   und    1b   bzw.    1e   und    1d,   entgegengesetzt gerichtet ist.

   Mit 4 sind die    Stromleiteranschlusselemente   und mit 6 das    Verbindungsstück   zwischen den    benach-      barten      Stromleiterbolzen      lb   und    1e   bezeichnet. Die isolierende Platte 2 hält die    Bolzen   in gleichem Abstand. 



  In    Fig.   2 ist im Schnitt die in    Fig.   1 gezeigte    streufeldarme,   aus vier    Stromleiterelementen   bestehende Drosselanordnung dargestellt. Mit la und 1b    sind   stromleitende    Bolzen      bezeichnet.   Diese    Bolzen   werden durch isolierende Scheiben 2 in entsprechendem Abstand gehalten. Die Bolzen sind durch    ma-      gnetisierbares   Material 3, z. B.    Karbonyleisen,   umgeben.

   Die    Stromzuführung,   zu der    Drosselanord-      nung   geschieht durch ein winkelig gebogenes Stromanschlussstück 4, und    die   elektrische Kontaktgabe zwischen den dargestellten    Stromleiterbolzen      wird   durch    ein   elektrisch leitendes Verbindungsblech 5 vorgenommen. Die Stromrichtung im    Bolzen      1b   ist entgegengesetzt der Stromrichtung des    Bolzens   la. Der    Bolzen   1 & ist über das Verbindungsstück 6    Fait   dem nicht dargestellten weiteren Stromleiterelement    elektrisch   kontaktiert. 



  In    Fig.   3 ist schematisch    der   Stromverlauf    einer      Drosselanordnung   angegeben, die sich aus einer aus acht    Stromleiterelementen   zusammengesetzten Anordnung aufbaut. Die stark angezogenen Verbindungslinien zwischen den einzelnen Stromleitern la bis    Ih   stellen die an der Vorderseite sichtbaren elektrisch    leitenden   Verbindungsstücke und die unterbrochen ausgezogenen Linien    stellen   die    nicht   sichtbaren auf der Hinterseite angebrachten Verbindungsstücke zwischen den    Stromleiterbolzen   dar.

   

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    Fig.   4 zeigt eine    Zweifachdrossel   in gleicher schematischer Darstellung mit Vierergruppen zur Entstörung von zwei zum gleichen Stromkreis gehörenden Leitungen. Die zu der einen Drossel gehörenden    Stromleiterelemente   sind mit    la-Ih,   die zur anderen Drossel gehörenden mit    1'a-1'h   bezeichnet. Die nebeneinanderliegenden    Stromleiterelemente,   die nicht zur gleichen Drossel gehören, haben gleiche Stromrichtung. Der Strom    fliesst   in    ld   und 1'a, in    lc   und 1'b, in    1d   und 1'h sowie in 1    f   und 1'g, jeweils auf das Paar bezogen, in gleicher Richtung. 



  In    Fig.5   ist ein Teilschnitt einer Drosselanordnung mit einer    Justiervorrichtung      dargestellt.   Dabei ist ein    Stromleiterbolzen      1b   fest in    den;      Bohrungen   zweier isolierender Distanzstücke 2a und 2b festgelegt. Der    Stromleiterbolzen   la dagegen    wird!   in einem    Verstellorgan   7 gehaltert, mit dem der Abstand A zwischen den beiden    Stromleiterbolzen   la und    1b   variiert werden kann.



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    The invention relates to chokes for high currents, in particular of more than 100 A, which are characterized by a particular low stray field.



  It is already known to improve the lack of stray fields in chokes by designing them in the form of a toroidal core. It has also been proposed to reduce the magnetic stray fields of such toroidal core chokes by means of a particularly compensating structure, possibly with partial shields and the like.

      In any case, however, it is necessary for these chokes to make the coil winding and the core very uniform and symmetrical. This requirement can be met well for low currents because the coil wires are thin and cling to the core surface. With thick winding wires, as they are for higher currents, z. B. 100 A or more are necessary, on the other hand, moldability is poor. The necessary uniformity in the winding structure is therefore extremely difficult to achieve.

   The ratio of usable volume to dead space is particularly unfavorable in the case of large ring-core chokes with a low stray field. The chokes also have a considerably large space requirement.



  It is known that the inductance of lines can be increased if the conductor is covered with a magnetizable material. Such a training consists in the technical reversal of the toroidal core chokes and by utilizing the magnetically loaded line. In practice, however, this has only been used at high frequencies, e.g. B. several MHz, if the achievable inductances with portable conductor lengths are only low, but in the frequency range under consideration, z. B.

   VHF, there are already sufficiently high impedances. These magnetically loaded lines have a relatively large external stray field. The object of the invention is to avoid these difficulties and to achieve the highest possible inductance by means of a simple structure and to significantly reduce the stray field strength of chokes with high current strength. Such chokes should be particularly suitable for use in non-magnetic radio interference suppression devices.



  The invention with a low-stray field choke for high currents, in particular over 100 A, which is composed of several Strom'leherelemente sheathed with magnetizable material, consists in that the choke contains an even number of such current conductor elements, which are in the form of a gap - and are arranged next to each other so that their magnetic stray fields almost cancel each other outside the arrangement,

   wherein the current direction of adjacent current conductor elements within a group composed of four current conductor elements runs in opposite directions.



  According to the invention, the magnetic moments of the individual elements are largely canceled out in their entirety outside the throttle. It is advantageous to keep the mutual distance between the current conductor elements and the inherent capacitance of the arrangement as low as possible. The interference suppression effect is then relatively broadband and ranges from the long-wave to the VHF range.



     In detail, the throttle according to the invention is expediently constructed from geometrically identical current conductor elements following the principle: On a current-carrying conductor piece are toroidal cores or a long cylinder core made of magnetic material, e.g. B. carbonyl iron, ferrite or the like pushed. These parts form a conductor element.

   By connecting several of these

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    Like conductor elements, a high concentric inductance can be produced because the inductance of the conductor is increased in accordance with the toroidal core permeability of the magnetic cores. In principle, this choke is a toroidal core choke with only one turn.



  Such current conductor elements can be arranged one above the other and next to one another. A good low stray field outside the throttle arrangement is achieved if the throttle consists of four, eight or a greater number of current conductor elements that can be divided by four. The electrical connection of the conductor bolts or rods is expediently carried out in such a way that the adjacent conductor elements within a group of four have opposite current directions.



  In the construction of the chokes according to the invention, a distinction is made between chokes for one and for several lines to be suppressed.



  Chokes, which are used as independent components for switching a line, can be arranged in a stack according to the above arrangement, i.e. in a number of conductor elements divisible by four and constructed with the current direction running in opposite directions in adjacent conductor elements.



  There are two types of multiple chokes: one type of choke for two or more lines through which an unequal current flows, and the other two-way chokes, each of which has a current of the same strength.



  Chokes of the first design, that is to say with working currents of different sizes, are expediently made up of single chokes. This procedure can also be used for the other double chokes. When interconnecting several single chokes to form a design for several lines, it is advantageous if the current conductor elements that do not belong to the same chokes but are adjacent to one another are flowed through in the same current direction. This prevents the residual magnetic torques of the chokes from increasing in the near field.



  The same advantageous arrangement can also be implemented with individual chokes that have a plurality of four conductor elements (group of four). In each of these, the neighboring groups consisting of four elements are switched into the current flow in such a way that the current conductor elements lying next to the next throttle part (group of four) have the same current direction.



  In the case of double or multiple chokes, it is also advisable to nest the pairs of current conductor elements for better mutual magnetic stray field compensation. It should also be noted that the throttle parts, each consisting of at least one group of four, are arranged next to the other group in such a way that the current then flows through the current conductor elements that are next to one another in the same direction. Since slight initial symmetries in the mechanical structure and thus in the electrical properties of the choke according to the invention can occur during manufacture, it is proposed in a further embodiment of the invention

   To attach adjusting and adjusting devices by means of which the distance between the individual conductor elements is corrected 'or can be adjusted.



  An additional reduction in the external magnetic stray field can be made using shielding plates.



  These properties achieved by such a structure must also be retained during operation under heavy mechanical loads. So it is advantageous in a further embodiment of the invention, the overall arrangement after its assembly in mechanically stable masses, for. B. synthetic resin, araldite or magnetizable insulating materials to be embedded or encapsulated with these.



  Examples of the invention are shown in FIGS. 1-5.



     Fig.l shows the front view of a low stray field throttle arrangement. la-ld are the current-conducting bolts, the current direction of these bolts in the diagonals, so z. B. la and 1c or lb and 1d, the same, but in adjacent conductor elements, so z. B. 1a and 1b or 1a and 1d or 1c and 1b or 1e and 1d, is directed in opposite directions.

   4 denotes the conductor connection elements and 6 denotes the connecting piece between the adjacent conductor bolts 1b and 1e. The insulating plate 2 keeps the bolts equally spaced.



  In Fig. 2, the low stray field shown in Fig. 1, consisting of four current conductor elements throttle arrangement is shown in section. With la and 1b are electrically conductive bolts. These bolts are held at an appropriate distance by insulating washers 2. The bolts are made of magnetizable material 3, for. B. carbonyl iron surrounded.

   The power supply to the throttle arrangement takes place through an angled power connection piece 4, and the electrical contact between the current conductor bolts shown is made by an electrically conductive connecting plate 5. The direction of current in the bolt 1b is opposite to the direction of current in the bolt la. The bolt 1 & is electrically contacted via the connecting piece 6 Fait to the further current conductor element, not shown.



  In Fig. 3 the current course of a throttle arrangement is shown schematically, which is made up of an arrangement composed of eight current conductor elements. The strongly drawn connecting lines between the individual conductors la to Ih represent the electrically conductive connecting pieces visible on the front side and the broken lines represent the connecting pieces between the electrical conductor bolts that are not visible on the rear side.

   

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    Fig. 4 shows a double throttle in the same schematic representation with groups of four for interference suppression of two lines belonging to the same circuit. The current conductor elements belonging to one choke are labeled la-Ih, those belonging to the other choke are denoted by 1'a-1'h. The current conductor elements lying next to one another, which do not belong to the same choke, have the same current direction. The current flows in ld and 1'a, in lc and 1'b, in 1d and 1'h and in 1f and 1'g, each related to the pair, in the same direction.



  FIG. 5 shows a partial section of a throttle arrangement with an adjusting device. A current conductor bolt 1b is fixed in the; Set holes in two insulating spacers 2a and 2b. The current conductor bolt la, however, is! held in an adjusting element 7, with which the distance A between the two current conductor bolts la and 1b can be varied.

 

Claims (1)

PATENTANSPRUCH Streufeldarme Drossel für hohe Stromstärken aus mehreren mit magnetisierbarem Werkstoff ummantelten Stromleiferelementen, dadurch gekennzeichnet, dass die Drossel eine gerade Anzahl von derartigen Stromleiterelementen besitzt, die derart in Form eines Stapels übereinander und nebeneinander angeordnet sind, dass sich die magnetischen Feldvektoren ausserhalb der Drossel weitgehend aufheben, wobei die Stromrichtung benachbarter Stromleiterelemente innerhalb einer aus vier Stromleiterelementen zusammengesetzten Gruppe jeweils entgegengesetzt verläuft. UNTERANSPRÜCHE 1. PATENT CLAIM Low stray field choke for high currents made of several current conductor elements sheathed with magnetizable material, characterized in that the choke has an even number of such current conductor elements, which are arranged in the form of a stack one above the other and next to one another that the magnetic field vectors outside the choke largely cancel each other out , the current direction of adjacent current conductor elements within a group composed of four current conductor elements running in opposite directions. SUBCLAIMS 1. Streufeldarme Drossel nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass sämtliche von benachbarten Stromleiterelementen gebildete Stromschleifer gleiche geometrische Grösse aufweisen und vom gleichen Betriebsstrom -durchflossen sind. 2. Streufeldarme Drossel nach Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sämtliche Stromleiter- elemente zu einem kompakten Block vergossen sind. 3. Low stray field choke according to patent claim, characterized in that all current wipers formed by adjacent current conductor elements have the same geometric size and have the same operating current flowing through them. 2. Low stray field choke according to dependent claim 1, characterized in that all current conductor elements are cast into a compact block. 3. Streufeldarme Drossel nach Unteranspruch 2, dadurch gekennzeichnet, d'ass der Verguss aus Kunststoff oder Araldit besteht. 4. Streufeldarme Drossel nach Unteranspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Verguss aus einem magnetisierbaren und isolierend-en Material besteht. 5. Streufeldarme Drossel nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass zur Korrektur mechanischer und elektrischer Unsymmetrien, d. h. zum magnetischen Abgleich, Verstellvorrichtungen, z. Low stray field choke according to dependent claim 2, characterized in that the potting consists of plastic or araldite. 4. Low stray field choke according to dependent claim 2, characterized in that the potting consists of a magnetizable and insulating material. 5. Low stray field choke according to claim, characterized in that to correct mechanical and electrical asymmetries, d. H. for magnetic adjustment, adjustment devices, e.g. B. Verstellschrauben, vorhanden sind, mit deren Hilfe die Abstände zwischen den einzelnen Stromleiterelementen variiert werden können. 6. Streufeldarme Drossel nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass zwei aus Stromleiter- elementen aufgebaute Drosseln senkrecht aufeinander angeordnet sind. 7. Streufeldarme Drossel nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, d@ass drei aus Stromleiter- elementen aufgebaute Drosseln senkrecht aufeinander angeordnet sind. B. adjusting screws are available, with the help of which the distances between the individual conductor elements can be varied. 6. Low stray field choke according to claim, characterized in that two chokes constructed from current conductor elements are arranged perpendicular to one another. 7. Low stray field choke according to claim, characterized in that three chokes constructed from current conductor elements are arranged perpendicular to one another.
CH915061A 1960-09-29 1961-08-04 Low stray field choke for high currents CH397074A (en)

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