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Mehrfachanordnung von aus Schalen-oder Topfkernspulen bestehenden
abgeschirmten Pupinspulen Die Erfindung bezieht sich auf eine Mehrfachanordnung
von aus Schalen- oder Topfkernspulen bestehenden abgeschirmten Pupinspulen, bei
denen die Abschirmung mit dem Kern in Berührung steht und diese nicht mit Erde leitend
verbunden ist.
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Es ist bekannt, daß in den für die Aufnahme von Pupinspulen von Fernmeldekabeln
bestimmten Kästen und Muffen od. dgl. kapazitive und magnetische Kopplungen auftreten,
die von den Spulen und Spulenkörpern herrühren. Aus der Zeit der Ringspulentechnik
stammt daher die Forderung, die Pupinspulen in allseits geschlossene Schirmgehäuse
einzubauen und diese Gehäuse zu erden. Die geerdeten Gehäuse wirken als statische
und magnetische Schirme.
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Bei der Ausführung der Pupinspulen als Ringkernspulen kam der statischen
Schirmung eine besondere Bedeutung zu. Die Wicklung der Spulen besaß nämlich eine
große Kapazität zu den Schirmen. Wegen der exzentrischen Lage der Spulen in den
Spulenabschirmgehäusen konnten die Teilkapazitäten der verschiedenen Wicklungsteile
zum metallischen Schirm verschieden groll sein, so daß die unterschiedlichen Werte
der Teilkapazitäten das Nebensprechen ungünstig beeinflußt haben. Schon aus diesem
Grund ist die Erdung der Abscbirmgehäuse eines jeden Spulenkörpers notwendig.
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Es ist schon bekannt, bei der Pupinisierung der Leitungen von Fernmeldekabeln
einzelne Pupinspulen bzw. Pupinspulengruppen mit von Erde isolierten Metallkappen
zu versehen. Dieser Fall tritt dann ein, wenn die Spulen in Leitungen eingeschaltet
werden, die einen besonderen Schirm aufweisen. Die Spulenabschirmungen können dann
mit den statischen Schirmen des betreffenden Vierers verbunden werden, z B. bei
Rundfunkleitungen. Um die in Metallkappen eingeschlossenen Spulen für einen solchen
Fall geeignet zu machen, hat man die Metallkappen mit einem Isoliermantel umgeben
und diesen Mantel mit besonderen Verbindungsorganen versehen, um die isolierten
Metallkappen mit den anderen, nichtisolierten Metallkappen mechanisch verbinden
zu können. Die Anordnung der Spulen in den Spulenkappen ist jedoch bei der bekannten
Ausführungsform die gleiche wie bei Anordnungen mit geerdeten Spulenabschirmungen
geblieben, d. h., die Spannungsfestigkeit zwischen der Spule und den Spulenkappen
wird auch bei den einzelnen gegen Erde isoliert eingebauten Spulenanordnungen gefordert,
weil auch diese nicht geerdeten Spulenanordnungen im Verband der in geerdeten Metallkappen
eingeschlossenen Pupinspulen eingebaut sind. Die Adergruppen, die in einem Kabel
untergebracht sind, sollen gegen den Kabelmantel eine Spannungsfestigkeit von z.
B. 2000 Volt aufweisen. Diese Forderung muß natürlich auch durch alle Schaltmittel,
die in jede einzelne Ader eingeschaltet sind, erfüllt werden. Da nun aus Kopplungsgründen,
insbesondere aus Gründen der Streuung der Magnetfelder und der kapazitiven Kopplungen
über die Spuleneinheiten, eine gute Abschirmung jeder einzelnen Spule gefordert
werden muß, ist es notwendig, jede Abschirmung jeder Spule zu erden, d. h. auf das
gleiche Potential des Kabelmantels zu bringen. Damit muß aber für die Spulen die
gleiche Spannungsfestigkeit wie für die Kabeladern gefordert werden, d. h., die
Spannungsfestigkeit zwischen den Wicklungen und den Schaltleitungen einerseits und
den geerdeten Abschirmgehäusen andererseits muß sehr hoch, z. B. um 2000 Volt gewählt
werden. Diese Spannungsfestigkeit bedingt ziemlich kräftige Isoliereinlagen zwischen
Spulen und Abschirmgehäusen, so daß der für eine Spule bzw. für einen Spulensatz
beanspruchte Raum sehr groß wird. Zu beachten ist hierbei, daß man zur Erzielung
einer hohen Spannungsfestigkeit eines Kabels nur die Isolation zwischen dem gesamten
Aderbündel und dem Kabelmantel entsprechend kräftig auszulegen hat. In Spulenmuffen
dagegen muß jede Ader und jede Spule einzeln spannungsfest eingebaut werden. Die
bisher getroffenen Maßnahmen erfordern daher viel Aufwand, weil der für die Aufnahme
der Spulen notwendige Raum auch feuchtigkeitsdicht, vielfach auch gasdruckdicht,
abgeschlossen werden muß.
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Es ist auch bereits bekannt, den Abstand zwischen dem Abschirmgehäuse
und dem magnetischen Kern
einer Pupinspule möglichst groß zu halten,
um die Wirbelstrombildung in dem Abschirmgehäuse auf ein erträgliches Maß herabzusetzen.
Es ist weiter bekannt, in dem Abschirmgehäuse rohrförmige Durchführungen vorzusehen,
in denen Schaltadern verlegt werden können. Bei einer besonderen Ausführungsform
von Pupinspulen dient die rohrförmige Durchführung gleichzeitig zur Halterung der
mit einer Bohrung versehenen Mantelkernspule. Bei solchen Anordnungen ist natürlich
die Forderung nach einer hohen Spannungsfestigkeit zwischen Abschirmgehäuse und
Spulenwicklung nicht ohne besonderen Aufwand zu erfüllen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den hohen Aufwand, der bei
den bekannten Spulenanordnungen getrieben werden muß, herabzusetzen. Insbesondere
soll der Raumbedarf für eine Mehrfachanordnung von abgeschirmten Pupinspulen wesentlich
gemindert werden.
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Bei der neuen Anordnung sind erfindungsgemäß die metallischen Kappen
von zu einem Vierer gehörenden Pupinspulen untereinander leitend verbunden und alle
Spulen bzw. metallischen Kappen gegenüber Erde isoliert aufgebaut. Durch diese Anordnung
wird erreicht, daß die Spulen, elektrostatisch gesehen, praktisch als zum Innern
der Kabelseele gehörig angesehen werden können. Die Spule selbst wird somit als
Bestandteil der Kabeladern betrachtet; der die Wicklung umschließende Spulenkern
und seine Abschirmung wird wie die Kabelader selbst potentiallos gehalten. Der Spulenkasten
übernimmt die Funktion des Kabelmantels, während die Kerne der Spulen als statische
Folienhüllen von Vierern oder Paaren angesehen werden können, die potentiallos bleiben.
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In Kabelanlagen treten bekanntlich zwei Arten von kapazitiven Kopplungen
auf. Die erste Art kann man als eine Viereckkopplung bezeichnen, die direkt in die
Kopplung zwischen Fernmeldeleitungen eingeht. Bei der zweiten Art wirkt die sogenannte
Sternkapazität z B. eines Sternvierers auf die Kopplung ein. Die Größe der durch
die Sternkapazität bewirkten Kopplung ist aber gering; denn es wirken sich hier
nur die Erdkopplungen aus. Bei Benutzung von Schalenkernspulen sind aber unmittelbare
kapazitive Kopplungen in Form von Viereckkopplungen nicht mehr möglich, weil die
Schalenkernspulen keine kapazitiven Umsymmetrien mehr aufweisen, die die Symmetrie
der abgeglichenen Kabelfelder wieder stören könnten. Bei der Kleinheit der heutigen
Pupinspulen sind aber auch die Sternteilkapazitäten nur noch relativ gering und
damit natürlich auch ihre Differenz, so daß die Potentiallage des magnetischen Kerns
frei bleiben darf. Diese Überlegungen ermöglichen es, von der bisherigen Forderung
einer statischen Erdung der Schirmkappen abzuweichen. Die Schirmkappen, die an den
Spulen angeordnet sind, bewirken dann im wesentlichen eine magnetische Schirmung
und können unmittelbar mit dem magnetischen Kern verbunden sein. Damit wird ein
kontinuierlicher Aufbau des Cybertragungsweges längs einer Kabelstrecke erreicht,
weil an Stellen, an denen die Pupinspulen eingeschaltet sind, praktisch die gleichen
Verhältnisse wie im Kabel selbst geschaffen sind, d. h., auch die Pupinspulen bzw.
deren Abschirmungen sind nicht geerdet und besitzen keinen statischen Schirm, ebensowenig
wie jeder einzelne Vierer in einem Kabel.
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Die Nichterdung der Abschirmung bei der neuen Anordnung ist, wie bereits
ausgeführt, ohne nachteilige Wirkung auf die Übertragungswege, da in Schalen- oder
Topfkernspulen die Kapazitäten zwischen den Windungen und den Kernen wesentlich
geringer als bei den Ringkernspulen sind und die Teilkapazitäten der einzelnen Wicklungsabschnitte
innerhalb einer kleinen Toleranz gleichgehalten werden können. Diese Gleichheit
der Spuleneigenschaften wird noch durch die Wahl der symmetrischen Lage der Wicklungen
im Kern und durch einen verschachtelten Wicklungsaufbau unterstützt. Solche Wicklungsaufbauten
ergeben magnetisch symmetrische Spulen und damit eine leichte Abschirmmöglichkeit,
von der bei der Anordnung nach der Erfindung Gebrauch gemacht werden kann. Infolge
des Wegfalls der Erdung der Schirmung der Pupinspulen braucht aber die Spannungsfestigkeit
zwischen den Wicklungen bzw. den Anschlußleitungen und den Kernen bzw. Schirmungen
der Kerne nur mehr 500 Volt zu betragen, eine Forderung die leicht zu erfüllen ist.
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Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Fig. 1 bis 3 näher erläutert.
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Die Fig. 1 zeigt im Schnitt einen Schalenkern 1 mit gescherter Stoffpermeabilität,
die Stammwicklungen 2 und 3 und die Metallkappen 4; die metallischen Kappen sorgen
für die magnetische Schirmung der Spulen. Wie aus der Figur ersichtlich, wird bei
der Anordnung nach der Erfindung der isolierte Einbau der Spulenkerne in geschlossene
Abschirmkappen aufgegeben. Als Abschirmung dienen nur noch unmittelbar mit den Kernen
in Berührung stehende Kappen.
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Die abgeschirmte Spule oder mehrere, z. B. die zu einem Vierersatz
gehörigen Spulen, können in einer nicht dargestellten Hülle aus Isolierstoff untergebracht
werden. Zur besseren Raumausnutzung kann man diese Hüllen in bekannter Weise achteckförmig
ausbilden. Man kann ferner die gesamten oder einen Teil der im Spulenkasten anzuordnenden
Spulen mit ihren Abschirmungen auf einer Isolierstoffplatte befestigen, die dann
im Spulenkasten angebracht werden kann.
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Die sich bei Weglassung der Erdung der Kappen einstellenden Verhältnisse
seien nachfolgend am Vierer betrachtet. Bei der in Fig.2 dargestellten Anordnung
werden die Kerne der drei Spulen eines Vierersatzes über die Schirmkappen leitend
miteinander verbunden, so daß die Kapazitäten Wicklung/Kern-Kappe zu den Leitern
a, b, c, d des Vierers in der Anordnung als vierstrahliger Stern auftreten.
Die Differenzen der Kapazitäten gegen die Kerne werden dann in der kapazitiven Mitsprechkopplung
im halben Betrage miterfaßt und gehen ebenso in die Mitsprechdämpfung ein.
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Wie in Fig. 3 gezeigt, stellt sich zwischen benachbarten Viererspulensätzen
eine Kapazität ein, die zwischen den Sternmittelpunkten der Vierer liegt. Ihre Größe
kann z. B. etwa 100 pF betragen. Durch die jeweils geringen Differenzen der Einzelkapazitäten
ist ein Eingehen in die Nebenvierer-übersprechkopplungen nicht möglich, da diese
durch Seitenteilkapazitäten hervorgerufen werden, dagegen Sternkapazitäten erst
in zweiter Ordnung in Übersprechkopplungen eingehen.
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Ferner kann sich auch in der Fremdbeeinflussung durch die freie Potentiallage
der miteinander verbundenen Kerne eines Viererspulensatzes wegen der Kleinheit und
Gleichheit der Kapazitätswerte keine Ausbildung von Störströmen ergeben.
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Bei Stammspulen kann es zweckmäßig sein, die Verhältnisse des Spulensatzes
nachzubilden, indem je zwei Spulen zusammengefaßt und ihre Kerne über die magnetischen
Schirmteller verbunden werden. Durch den so wiederum erhaltenen Viererstern kann
dann z. B. ein etwa bei der Montage auftretender Schluß Wicklung/Kern, der sich
auch bereits durch einen
höheren Erdkopplungswert zeigen würde,
mittels der Mitsprechkopplungsmessungen genau erfaßt werden.