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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.