Selbstinduktionsspulen-Anordnung zur Belastung duplizierbarei# Viereradern von Fernsprechkabeln nach dem Pupinsystem. In dem Schweiz.
Patent Nr. 83196 ist eine Anordnung von Selbstinduktionsspulen für duplizierbare Fernsprechdoppelleitungen beschrieben, durch die es möglich sein soll, mit demselben Spulenpaar zugleich zwei Stammleitungen und die aus diesen gebildete Duplexleitung mit Selbstinduktion zu belasten, ohne dass die Spulen Induktionsstörungen zwischen benachbarten Leitungen verursachen. Die Ausführung solcher Spulen hat aber ge zeigt, dass tatsächlich Streufelder entstehen, die, obzwar schwach,
doch nicht schwach genug sind gegenüber der grossen Induktions- enipfindlichkeit der in Betracht kommenden Stromkreise. Es handelt sich dabei uni stürende Streufelder zweierlei Art;
uni innere Streu felder, die innerhalb des Spulenpaares ver laufen und daherInduktionsstöi-iingeci zwisclieii den beiden Stammleitungen bezw. zwischen diesen und der Duplexleitung verursachen, und um äussere Streufelder, die in Nachbar spulenpaare übertreten und dadurch benach barte Leitungen stören. In Fig. 1 ist der Bezeichnungsweise wegen ein solches Spiilenpaar dargestellt, das zur Belastung einer aus zwei Stammleitungen gebildeten Viererader dient.
Spule 1 belastet die Staininleitung a, b, Spule die Stamm leitung c, d. Durch das in der Duplex schaltung in den beiden in \Virldichkeit aufeinanderliegenden Spulen entstehende ge meinsame Feld wird die Duplexleitung a, <I>b,</I> c, d belastet.
Die Spulen sind bekanntlich so angeschlossen, dass je eine um die Hälfte eines ringförmigen Eisenkerns gelegte Wielz- lung in einen Zweig einer Stammleitung eingeschaltet ist, derart, dass der Eisenkern von den in den Zweigen der Stammleitung in untgegengesetztei# Richtung fliessenden Strömen ohne Pole magnetisiert wird, während durch die in den Zweigen der Stammleitungen je gleichgerichteten Ströme der Duplex schaltung an den Stossstellen 1,
S der Wick lungen Pole erzeugt werden. Dadurch, dass die beiden Spulen so aufeinandergelegtSind, dass ungleichnamige Pole aufeinanderliegen, tritt das Duplexfeld vor) einer Spule zur andern über. Es verläuft in jeder Spule von Pol stelle zu Polstelle, indem es sich in zwei gleich starken Teilen auf die Spulenhälften verteilt. Die dadurch in den Wicklungshälften der Stammleitungen induzierten Spannungen sind bei genauer Abgleichung der Wicklungen gleich und so gerichtet, dass sie sich für die Stammleitungen aufheben.
Diese bleiben da her von dem Duplexfeld unbeeinflusst. Für das Duplexfeld liegt der weitaus grösste Teil des magnetischen Widerstandes in den Über gangsstrecken von einer zur andern Spule. Z'm dein Duplexfelde die erforderliche Stärke zu geben, werden daher nach einem bekanrrtenVor- schlage (deutsch. Patent '?88342) diese Cber- gängedurchentsprechend dimensionierte eiserne Stege überbrückt.
Damit diese Stege angebracht werden können, dürfen die Eisenkerne da, wo sie durch die Stege verbunden werden sollen, nichtvonderWicklungbedeektsein. DieWick- lungshälften müssen daher verkürzt werdet).
Dies ist eine der Ursachen für die oben- e ihriten inneren Störungsfelder. Dadurch rw.
nämlich, dass die Wicklungsbälften nicht mehr anstossend gewickelt sind, ist die Bewicklung der Spulenkerne keine kontinuierliche mehr, sondern sie ist aufgelöst in zwei voneinander getrennte Solenoide mit halbkreisförmiger Achse. Diese Solenoide magnetisieren zwar den Eisenkern bei Benützung der Stamm leitungen nach wie vor pollos, sie selbst bilden aber, wenn auch nur sehr schwache Pole,
von denen aus rings um den M'icklungsurnfang magnetische Streulinien in der Luft verlaufen, wie in Fig. 2 für eine Ebene durch die Linie s angedeutet ist. Sind zwei derartige Spulen, wie in vorliegendem Falle die beiden durch Stege verbundenen Spulen, dicht benachbart, so treten diese Streulinien in die Wicklungs- hälften der benachbarten Spule ein und in duzieren in diesen elektromotorische Kräfte. die so gerichtet sind, dass sie sich in der Stammleitung addieren und daher Ober sprechen zwischen den beiden Stammleitungen) verursachen.
Eine zweite Ursache innerer Störungsfelder ergibt sich aus Folgenden) : Wenn die mag- netischen Widerstände der Kernhälften einer Spule und die von den Wicklungshälften er zeugten magnetomotorischen Kräfte je unter sich genau gleich sind, tritt, wenn die Spule von Stammleitungsströmen durchflossen wird, durch die Stege kein magnetisches Feld in die andere Spule über. Praktisch ist aber vollkommene Gleichheit nicht zu erreichen.
Zunächst, weil eine Abgleichung auf Bruch teile einer Windung (die meistens erforderlich wäre) nicht möglich ist, und dann, weil die Ströme in den beiden Zweigen der Stamm leitung infolge der kleinen Kapazitätsunter schiede der einzelnen Adern nicht genau gleich stark sind. Tatsächlich sendet daher die eine Stammleitung ein Streufeld durch die Stege in die Spule der andern Stammleitung. Dieses Streufeld verteilt sich auf die Hälften dieser Spulen entsprechend den magnetischen Wider ständen ihrer Kernhälften und induziert in deren Wicklungen elektromotorische Kräfte, die in beiden Zweigen der Stammleitung dieser Spule gleiche Richtung haben.
Da sie unter sich annähernd gleich sind, heben sie sich somit zwar in ihrer Wirkung auf die Stammleitung auf, erzeugen dagegen einen Strom in der Duplexleitung. Durch die Stege entsteht daher Mitsprechen der Duplexleitung aus den Stammleitungen.
Um diese Störungsfelder unschädlich zu machen, kann ihre Vernichtung durch Wirbel strombildung in eisernen oder allgemein metallenen Schutzhüllen nicht in Betracht kommen. weil auch die Störungsfelder von den Nutzströmen erzeugt werden und daher durch die Wirbelströme der wirksame Wider- stand der Spulen erhöht würde. Im Falle des zweiten Störungsfeldes würde eine solche Abschirmung ohne eine Beeinträchtigung dis Duplexfeldes auch kaum möglich sein.
Die Entstehung der Störungsfelder zu verhindern, ist gleichfalls unmöglich. Durch die Erfindung- soll erreicht werden, dass die Störungsfelder, ohne dafä dadurch die nutzbaren Felder be einträchtigt werden, wirbelstromfrei so ab gelenkt werden; dass sie in die zu schützende Spule nicht oder nur in verschwindendem Masse eintreten.
Nach der Erfindung wird dies erreicht durch die nachfolgend beschriebene und in Fig. 3 durch ein Ausführungsbeispiel veran schaulichte neue Anordnung. Bei ihr sind die beiden Spulen in gleicher Weise wie oben beschrieben, zueinander orientiert. Sie sind aber durch die Stege nicht mehr direkt mit einander verbunden, sondern befinden sieh beiderseits einer ringförmigen Scheibe Z aus unterteiltem Eisen und stehen nun mit dieser durch Stege in magnetischer Verbindung.
Durch diese Anordnung wird zunächst an den nutzbaren Feldern nichts geändert. Für die Stammleitungen ist dies ohne weiteres klar. In der Duplexschaltung stehen sich die Spulen an den Stegstellen mit Polen gleicher Stärke aber ungleichen Vorzeichens gegen über. Für sich allein würde daher jede Spule <B>ein</B> Feld in der Seheibe erzeugen, das, von Stegstelle zu Stegstelle in zwei Teilen durch die Scheibenhälften verlaufend, dem der andern Spule gleich, aber entgegengerichtet wäre. Tatsächlich entstellt daher kein derartiges Feld.
Die Scheibe wird nur an den Steg stellen von dein Duplexfeld durchsetzt, ohne aber einen magnetischen Nebenschluss für dieses zu bilden. Das Duplexfeld fliesst somit nach wie vor ausschliesslich durch die beiden Spulen. Dies ist von Bedeutung, da die l.,emeinsairr- keit des Duplexfeldes für beide Spulen die (gewähr ist,
dali auch bei verschiedenem Altern der beidem Spulenkerne die Selbstin- duktionsbelastung der Duplexzweige merklich gleich bleibt.
Während somit die Scheibe für die Nutz felder keine rlriderung bedingt, ist dies anders bei den Störungsfeldern. Die bisherige Bahn der von den Wicklungspolen ausgehenden Luftstreulinien wird nun, bevor sie die Wick lungen der anderen Spulen erreicht, von der Scheibe Z durchschnitten, die einen Weg weit ;geringeren magnetischen Widerstandes dar bietet als die Luft.
Auf ihre ist das ma gnetische Potentialgefälle des Streufeldes so gering, dafä <B>nur</B> ein verschwindender Teil des Feldes von ihm abzweigt und in die andere Spule eintritt.
Ebenso findet das andere innere Störungsfeld, das bisher durch die Stege von der einen zur andern Spule über trat, nun über die Scheibenhälften einen Aus gleiehsweg weit geringeren magnetischen Widerstandes als durch die hinter der Scheibe liegende Spule, wo das Stegepaar dieser Spule finit seinen vier StoIJ)stellen den grössten Teil des Widerstandes bildet. An diesem Aus gleich durch die Seheibe ist das Streufeld im Gegensatz zum Duplexfeld nicht durch eine Gegenwirkung der andern Spule gehindert,
da es nur durch die störende Spule allein erregt wird.
Damit die beschriebene Schutzwirkung eintritt, mufi die Scheibe den Spulenquer- schnitt in der Höhenrichtung nach aussen und innen genügend überragen, um den bisher zwischen den beiden Spulen verlaufenden Teil des Luftstreufeldes abzufangen; ausserdem muss sie durch entsprechende Dicke genügend kleinen magnetischen Widerstand bieten.
In Fig. 3 sind Spulen, die von der Erfinderin ausgeführt wurden. in richtigen AIafäverhält- nissen dargestellt, die beispielsweise für ein Spulenpaar genügen, durch das die Stamm leitungen mit 0,16 Henry und die Duplex leitung mit 0,05 Henry belastet werden. Die Scheibe ist. dabei aus gleichem Material wie die Spulenkerne hergestellt.
Damit die in die Scheibe abgelenkten Stiirungsfelder praktisch wirbelstroinfrei sind, muh die Scheibe in solchem Grade unterteilt sein; dah der wirksame Widerstand der Spulen in beiden Schaltungen keine merkliche Zu- nahme durch das Vorhandensein der Scheibe aufweist.
Die Unterteilung kann in einer für den Zusammenbau der Spulen besonders geeigneten Weise dadurch erreicht werden, dal; die Scheibe. wie in Fig. 3 für Schnitt angedeutet: ans dünnem Eisenband unter Verwendung eines klebenden Lackes aufgewickelt ist. -W'oeres und inneres Ende des Bandes sind durch Verlöten oder Vernieten mit der Scheibe befestigt. Es können aber natürlich auch andere Formen der L uterteilung, wie z. B.
Aufwickeln aus dünnem Draht, zur An wendung kommen. Die zu Beginn der Beschreibung der bis her bekannten Spulenanordnung als störende Streufelder zweiter Art hervorgehobenen, sind die äusseren Störungsfelder.
Sie entstehen durch die in der Duplex schaltung auftretenden magnetischen Pole. Dadurch, dass die beider: Spulen mit ungleich- namigen Polen aufeinandergelegt und an den Polstellen durch eiserne Stege verbunden sind, soll zwar durch die gegenseitige Aufsaugung der beiden Spulenfelder das entstehende Duple x- feld vollständig in dem so gebildeten ge schlossenen Eisenpfad verlaufen.
Tatsächlich entstehen aber, wie Versuche gezeigt haben, doch Streulinien in der Luft, die noch in recht beträchtlicher Entfernung von dein Spulenpaar lnduktionsstürungen in anderen Spulenpaaren desselben Kastens verursachen. Der Verlauf dieser Streufelder ist in F ix. 3 durch Linien . angedeutet. Sie sind haupt sächlich auf die durch die Längsachse der Spulenstege gelegt zrr denkende Ebene (die Zeichenebene des Schnittes in Fig. 3) und deren Nachbarschaft symmetrisch konzentriert.
Da auch diese Streufelder vom Nutzstrom erzeugt werden; so kommen; um sie unschäd lich zu machen, die gleichen Gesichtspunkte in Betracht, wie bei den innern Streufeldern. Auch sie müssen, ohne dass dadurch das Duplexfeld merklich beeinflusst wird, wirbel- stronifrei so abgelenkt werden, dass sie in benachbarte Spulenpaare nicht oder nicht merklich eintreten.
Fig. 4 zeigt eine hiefür geeignete An ordnung. Sie ist gekennzeichnet durch einen Rahmen geringen magnetischen Widerstandes aas unterteiltem Eisen, der das Spulenpaar in Richtung der Streufeldebene und syln- metriseh zu dieser unter Einhaltung eines Luftzwrschenraunres urngrbt und von solcher Höhe ist; dass er die Polstellen der Spulen überdeckt.
Der Rahmen nimmt, da er die auf;erhalb seines Umfangs gelegenen Teile der bisherigen Streufeldbalrnen durch Strecken weit geringeren magnetischen Widerstandes ersetzt, diese Teile der Streufelder in sich auf und bringt sie auf diesen Strecken mit so kleinen magnetischem Potentialgefälle zum Ausgleich, dass nur eine verschwindende An zahl Streulinien von ihrn nach aussen abzweigt.
Dazu muss er; wie erwähnt, die Polstellen dar Spulen in genügender Breite überdecken und durch entsprechenden Querschnitt genügend kleinen magnetischen Widerstand besitzen.
Andererseits muss der magnetische Gesamt widerstand der Streufeldbahnen möglichst gross gehalten werden; damit der Streufluss trotz der Verkleinerung des Widerstandes in den Schutzstrecken nicht allzu merklich verstärkt wird; zunächst wegen des geforderten kleinen magnetischen Potentialgefälles im Schutz rahmen und ferner, weil die Streufelder, auch wenn sie ausserhalb des Rahmens beseitigt sind, noch dadurch nachteilig sind, dass sie Teile des Duplexfeldes bilden,<B>die nicht durch</B> beide Spulen gemeinsam fliessen.
Da der magnetische Gesamtwiderstand irn weseilt- liehen durch die Luftstrecken gebildet wird, die innerhalb des Rahmens zwischen diesem und den Spulenpolen liegen, darf daher der, Rahmen die Spulenpole nicht dicht, sondern mir unter Einhaltung eines genügenden Luft zwischenraumes umschliessen.
Geeignete Mass verhältnisse ergeben sich beispielsweise aus Fig. 4, in der für das Spulenpaar der Fig. 3 ein von der Erfindung ausgeführter Rahmen dargestellt ist.
Die L nterteilu g des Rahmens muss von solchem Grade sein, dass der wirksame Wider stand des Spulenpaares in Duplexschaltung keine in Betracht kommende Zunahme auf weist. Eine vorteilhafte Herstellungsweise des Rahmens besteht erfindungsgemäss darin, dass der Rahmen aus dünnem Eisendraht unter Verwendung eines klebenden Lackes aufgewickelt und dann, solange er noch weich ist, in die in Fis. 4 gezeichnete Forrn ge presst wird.