DE1416167A1 - Elektrisches Filter - Google Patents

Description

Dr. Expl.

Edward Bellamy McMillan, Perkins Row, Topsfield/

Massachusetts, USA ELEKTRISCHES FILTER

Dies· Erfindung betrifft Filter,die die Übertragung elektrischer Leistung gewünschter Frequenzen erlauben,während sie die übertragung von Leistung ungewünechter Frequenzen unterdrücken.

Spezieller gesagt bezieht eich diese Erfindung auf einfache und billige Hilfsmittel,die die Übertragung elektrischer Leistung der normalen Frequenzen erlauben,während sie die Leistung höherer Frequenzen,wie etwa diese der Radio-vnd Mikrowellenbänder, unterdrücken.

Diese Erfindung bezieht sich,noch spezieller,auf eine Anordnung,sowie eine Methode zur Herstellung dieser Anordnung, bei der Serien-Induktivität und Kurzschlusskapazittt in einer kompakten Anordnung mit elektrischen Verlusten kombiniert sein können,ohne die Verwendung von konzentrierten Scheinwiderständen und ohne,dass man unerwünschte Marina und Miniaa erhält,die gewöhnlich das Leistungs-Abschwächungsverhalten von Kreisen »it konzentrierten Schaltelenenten charakterisieren, wenn nan ihr Verhalten über der Frequenzskala darstellt·

Hs gibt viele Gelegenheiten bei denen es notwendig oder

wünschenswert ist eines Kreis elektrische Leistung luzu-

von führen,ohne dass die gewünschte Leistung twe» Storleistung

*~ unerwünschter Frequenzen begleitet ist. lin Beispiel dieser

° Erfordernisse 1st ein abgeschirrter Raun,in welchen empfindo liehe elektrische Messungen gemacht werden sollen und wo

Φ der Ausschluss der Einwirkung irgendwelcher elektromagnetischer

- Streustrahlung praktisch wesentlich ist.Während es relativ einfach 1st,durch leitfähige Abschirmungen,die feile der Zimmerwände sind,elektromagnetische Energie,die sieh frei

ausbreitet, fernzuhalten,so ist es oft noch notwendig, Leistung relativ niedriger Frequenz in den Raun einzuführen uii die Messinstrumente zu betreiben.Schwierigkeiten sind oft dadurch aufgetreten,dass die Versorgungsleitungen In den Raue nicht nur Leistung der gewünschten Frequenzen einlassen,sondern ebenso wesentliche Beträge von Leistung gewisser hoher Frequenzen,die fernzuhalten der gense Sinn des abgeschirmten Raunes ist.

Die Schwierigkeiten,denen »an bei dem Versuch begepnet_y gewünschte Leiftrng in einen »tgeschirmten Bereich einzulassen und Leistung höherer Frequenzen auszuschliessen, haben die Entwicklung einer Anzahl von verschiedenen Filterkonfigurationen angeregt,welche oft in die Wfinde des abgeschirmten Bereiches installiert wurden.Die meisten dieser herkemailichen Filter bestanden aus sogenannten pi-Schaltungsanordnungen von Induktivitäten und Kapazitäten.und es wurde versucht,durch eine grosse Zahl solcher pi-Sektionen die unerwünschten Komponenten abzuschwächen und dennoch die gewünschten Komponenten durchzulassen.Verschiedene verwickelte Verbindungen und Kombinationen von pi-JCreisen sind erdacht worden,um das Frequenzverbalten von Filtern dieses lyps zu verbessern. Solche Filter waren Jedoch sehr komplex und teuer und waren in ihren AbschwSchungsverhalten als Funktion der Frequenz charakterisiert durch schaffe Maxima und Minima. Diese Maxima und Minima wiederholen sich periodisch und ■achten es oft unmöglich,den erforderlichen Grad von Abschwlchung fiber ein hinreichend weites Frequenzband zu erreich* Zudem waren die ausgeführten Verbindungen der benutzten Komponenten sehr umfangreich und schwer zu beherrschen,da der

Ausfall irgend einer Komponente das Filter nutzlos sachte

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IfIDtD/

und fliese schwer zu lokalisieren war,ohne die ganze Anordnung auseinanderzunehmen.Weiterhin haben Filter dieses herkömmlichen Typs nicht die hohe Qualität in ihre» Verhalten erreicht die notwendig ist,um einige sehr schwierige Typen von Messungen durchzufuhren. Auch, sind sie nicht hinreichend einfach und verlässlich,um ihre Benutzung fcei einigen Anwendungen zu erlauben,bei denen Filter in grosser Zahl verwendet werden müssen und Verlässlichkeit yon extremer Wichtigkeit ist.Ein Beispiel dieser letztgenannten Kategorie ist der Filtertyp welcher notwendig ist,um Streu-Radiofrequea«- leistung von Kontrollrelais fernzuhalten,welche durch die Radiofrequenzleistung irrtümlich bzw· fehlerhaft in Betrieb gesetzt werden könnten.

Noch ein weiterer Einwand gegen die Filtertypen mit konzentrierten Sehaltelementen wie sie bis Jetzt von der Technik presSntiert werden ist die Tatsache,dass si« i.a. Kondensatoren sehr hoher Kapazität erfordern,die über die Leitung angeschlossen sind.Bei Leistungsleitungen für höhere Frequenzen können die Blindströme,die in solchen Parallelkondensatoren fHessen so hoch sein,dass di· Benutzung des Filter! untunlich wirä.Hohe Blindströme,die in die Filterkapazitäten fliessen,können zu hohen Leitungsverlusten und geringen Leistungsfaktoren führen und können es sogar aöglieh machen, f dass eine Leistnngsquelle nicht mehr in der Lage ist,die erforderliche gefilterte Leistung an den Verbraucher a« liefern, ο wegen der Verluste zwischen Quelle und Verbraucher.

% Dementsprechend ist es ein Ziel meiner Erfindung ein Filter herzustellen,welches seiner Natur nach einfach und verlässlich ist, und welches in der Lage ist,Leistung gewünschter Fre_k quenzkomponenten zu übertrage^,, während es Leistung anderer

in ein·» Maes· unterdrückt das ausreicht,um extrem strengen Forderungen zu genügen*

Ein anderes Ziel meiner Erfindung 1st ein Fieter sm schaffen,welches billig 1st,welches nicht die Verwendung konzentrierter Schaltelemente fordert und welches nicht das Frequen»vergalten nit den Maxima hat,welches gewöhnlich die Anordnungen charakterisiert,die konsentrierte Schaltelemente benutzen·

Is ist ein weiteres Ziel meiner Erfindung ein Filter «u schaffen welches kompakt ist und welches in grosser Zahl bei solchen Anwendungen benutzt werden kann,wo ein Ausfall unheilvoll sein könnte und wo häufige Wartung nicht möglich 1st.

Ein zusätzliches Ziel meiner Erfindung 1st es eine Methode xur Herstellung von Filtern anzugeben,die die in den vorstehenden Paragraphen beschriebenen Eigenschaften haben.

leh habe die oben angegebenen Ziele erreicht,ebenso wie andere Absichten,welche später ©##e»B±eh-fr ersichtlich werden, indem ich ein Filter entwickelte,welches im wesentlichen

v^lsollert au· einem ga fadenarttgen Leiter, einer darum! ange-.

ordneten leitfähigen Abschirmung und einem Kern vonjzlemlich feinem magnetischen Material besteht,welches sich zwischen dem h*±«fadenartigen Leiter und der leitenden Umhüllung be«

_ findet«Die gewünschte Leistung läuft durch den he**faden-ο artigen Leiter,wlhrend die Energie der ungewünseilten Fre- £J queatea entweder in dem magnetischen Material dlsslpiert oder vo» der 1 eitfähigen Umhüllung nach Erde abgeleitet wird· Der a*Aifftflenihnliehe Leite» selbst hat die Bigenrehaft einer Utmttivlttt und bildet zusammen mit der le it füllten Umhüllung «ine verteilte Kapasitat,während der X&m aus magnet!- schem Material zwischen dem kfe^htfffl^iifh^ii^^en Leiter und der

leitenden Umhüllung nicht nur die Induktivität des Innenleitere verstärkt,sondern auch die verteilte Kapazität zwischen dem h-rfrsfadenartigen Leiter und der leitenden Umhüllung verlustbehaftet werden liest.

FQr ein niheres VerstSndnis meiner Erfindung sollten die folgenden Paragraphen dieser Beschreibung beachtet werden und zwar Susannen mit den Figuren der Zeichnungen die folgende Bedeutung habenϊ

Figur 1 ist eine Ansicht einer einfachen Filterform genSss meiner Erfindung_/im Schnitt}

Figur 2 ist eine Darstellung des DÄnpfungsVerhaltens

for das Filter der Fig.l als Funktion der Frequenz;

Figur 3 ist eine Ansicht,teilweise im Schnitt, eines Filters,welches Bit gewissen einfachen Vor* richtungen zur Verbindung mit den begleitenden Schaltungen versehexiist,und

Figur 4 ist eine An sieht,teilweise im Schnitt,eines Filters entsprechend meiner Erfindung,bei den

^die spezielle Massnahmen getroffen wurden, ul) höchst

wirkungsvolle Dämpfung auf niedere Frequenzbereiche auszudehnen,
^f Bei Betrachtung der Figur 1 der Zeichnungen kann nan einen

CM &

o fc«*afadenartigen Leiter 11 erkennen,τοη dem ein Seil als <*> Wendel gewickelt 1st und der sich durch eine leitende

£J Röhre 12 erstreckt,welche als Gehiuse für das Filter dient.

φ Der Drahtleiter 11 und die leitende Röhre 12 sollen aus einen Material nit hoher Leitfähigkeit wie etwa Kupfer beetehe*.Unmittelbar an der Innenseite der leitenden Röhre

ι 12 in Figur 1 1st eine isolierende Schient IS zn sehen,

* int ~*Ije.

welche ·1η besonderes einzelteil sein kann oder einfach ein über«ng auf der inneren Oberfläche der leitenden Rühre 12. Bei de» in Figur 1 gezeigten Filter benutzte ich glinnerbedecktes Faserglae bei der Konstruktion der Isolierschicht 13. D«r Raum ιwischen den Windungen der Wendel des drahtf&rnigen Leiters 11 und zwischen dieses Leiter und der Isolierschicht 13 ist alt einem magnetischen Material 14 gefüllt,welches als Kern für die Wendel dient und weiterhin als verlustbehaftetes dielektrisches Material fflr den Kondensat or, der durch den draht förmigen Leiter 11 und die leitende Rohre 12 gebildet wird. In gewisses AusBass dient das magnetische Material 14 selbst als eine »Platte» eines Kondensators,von den die andere »Platte» die leitende R<5hr· 12 1st.

Das magnetische Material sag wünschenswerter Weise aus Ilsen sein,das in einen solchen Ausnass pulverisiert wurde, dass die Partikel ziemlich fein sind»Von den Eisenpartikeln des in Figur 1 gezeigten Filters sind 23* kleiner als 15 u i» Durchmesser,während der Rest grosser als 15^ in Durchneaser ist .Der Drehleiter 11 kann innerhalb der leitenden Röhre 12 und der Isolierschicht 13 durch einen Haken gehalten werden,während das nagnetische Material 14 eingefüllt wird un den leeren Raun auszufβΐlen.Wenn gewffnseht m nag das nagnetische Material in das Filter unter Vakuvn eingeführt werden,un den Betrag der eingeschlossenen Luftblasen avf ein Mlalnvm z« reduzieren.

IiB: intressanter Punkt bei der Konstruktion neines Filters ist,Aas· entweder der Drahtleiter 11 oder die leitende R6nre 12 in elektrischen Kontakt nit dem magnetischen

Material sein sollte.Obwohl es Möglich 1st durch einen 809803/02U

isolierenden Überzug auf den Drahtleiter 11 das Magnetische Material 14 in leitenden Kontakt ait der leitenden Röhre IS zu bringen₇ist es v» von einem elektrischen Standpunkt aus vorzusiehen,eine Isolierschicht 13 zwischen leitender Röhre 12 und magnetischen Material 14 zu benutzen und das magnetische Material 14 in innigen Kontakt(elektrischen) mit dem Drahtleiter 11 kommen zu lassen· Mit anderen Worten: da es nur nötig ist,dass entweder Drahtleiter 11 oder leitend· Röhre 12 vom magnetischen Material isoliert ist,1st es aus elektrischen SrwÄgungen wünschenswert,dass die Isolation eher an der leitenden Röhre 12 als an dem Drahtleiter 11 angebracht wird.

Ein weiterer interessierender Funkt bezüglich des-»ag*eWH» magnetischen Materials 14 ist die Tatsache,dass seine Leitfähigkeit eher endlich als Null sein muss,aber dass diese Leitfähigkeit viel geringer als die des Draht!niters Il sein muss. Es 1st klar,dass trotz der Möglichkeit JTfr elektrische Verluste im magnetischen Material 14 der grössere Teil des Leisti'ags-Strome« noch durch des Draht leiter 11 fliessen sollenstatt deren das magnetische Material 14· lea

fand, dass das Verhältnis 100 zu 1 zwischen der Leitfähigkeit des Drahtleiterβ 11 und der des magneti*ohen Materials 14 in kompakten Zustand eine gute Relation ist. natürlich

: begrenze ich mich nicht auf Leitfähigkeiten mit diesem Ver- ;f hiltnis.

ο Obgleich der Drahtleiter 11 als WendeIkonfiguration innerco halb der leitenden Röhre 18 beschrieben wurde 1st es eia-

co sichtig,dass die Steigung der Wendel so gross werden kam«,

° dass der Drahtleiter sich der Konfiguration einer gerafei Linie nfhert.Is würde in der Tat möglieh sein ei» Filter zn bauen,in welchem der Drahtleiter 11 auf seine ganze Ltage

einiger ader Dreht let·Bs let Jedoch klar,dass ich bei Anwendung der Wendelkonfiguration in der Lag· bin,di· Serieninduktivität des Drehtleiters 11 zu vergrossern.Soweit di· effektiv· Filterwirkung davon abhingt sowohl «la· vernünftig hoheCSerlen induktivität als auch Parallelkapailfcat zu haben, siehe Ich die Verwendung der Wendelfor« Bit einer beträch-1ichen Anzahl von Windungen de« Drahtleiters 11 vor.

Noch ein anderer interessanter Punkt beruht auf der Tatsache, dass Jeder Zuwachs der Wendel des Drahtleiters 11 denselben Abstand von nächsten Punkt der leitenden Rohre 12 hat und dass daher jeder Zuwachs gegebener Länge des Drahtleiters 11 beiflglich der leitenden Röhre 12 eine Kapaiitlt besitzt, die vergleichbar 1st Bit Mit Jede· anderen Stück des Drahtleiters 11 von gleicher Länge.Obgleich es offensichtlich 1st, dass einige feiletüoke des Drahtleiters 11 näher an den Enden der leitenden Rühre 18 sind als andere und dadurch etwas versehledene Kapazitätjbesitzen,so 1st es doch wahr,dass die Änderung der Kapazität entlang der Wendel durch eine wenig veränderliche Verteilung gekennzeichnet let anstatt durch einem hohen Grad von Biskontinuität,welche notwendigerweise die Kreise alt konzentrierten Schaltelementen kennzeichnet· Is gibt folglieh keinen Grund, scharfe Spitzen la Frequenzverita·]

zu erwarten und Versuche zeigen,dass es offensichtlich keine solche Spitzen in wirklichen Fre~ «r- quensverhalten gibt »Solches Verhalten steht in scharfem Gegen- ° sati zu desjenigen der herkoanlichen Filter welche auf de« V*rkt sind,αad es ist weitgehend der Benutzung des Kernes öS _| aus Magnetische» Material nlt nissiger Leitfähigkeit zuzu- φ Bchrelbea.

Is 1st klar,dass bein Filter der Figur 1 eine Anzahl von Variationen Möglich sind,ohne von Wesentlichen dieser Ir-

findung abzuweichen.Zum Beispiel könnte man anstatt der Fiberglas-Isolationssehicht 13 einen Film aus Lack oder plastischem Material verwenden,d*s auf die innere Oberfläche der leitenden Rohre IS gesprüht oder gestrichen wird. Weiterhin wäre es möglich, einen isolierenden Oberzug auf der Aussenfläehe einer De11anordnung,bestehend aus dem Drahtleiter 11 und dem magnetischen Material 14 ,anzubringen und anschliessend die leitende Rohre IS als aufgesprühten oder aufgestrichenen Überzug zu realisieren.Irgend eine Methode muss angewandt werden,um die mechanische Stabil!tit des magnetischen Materials aufrecht zu halten,bis die isolierte leitende Rühre 12 um das magnetische Material angebracht 1st. Gin !feg,eine solche Konstruktion auszuführen besteht darin, einen inneren Kern aus magnetischem Material zu formen,wie etwajgepulvertes Bisen in zylindrischer Form, es so zu sintern,dass es seine Form behält während man die Windungen- des Drahtleiters aufwickelt.Wenn gewünscht kann der innere Kern in einem Behälter mit wemdelförmigen Vertiefungen auf der Innenseite geformt und gesintert werden, wobei der innere Kern mit einer gerillten Oberfläche versehen wird,die zur Aufnahme der Windungen des Drahtleiters 11 geeignet ist. Nachdem diese Windungen auf den inneren Kern aufgebracht sind kann diese Teilanordnung innerhalb der isolierten leitenden Rohre gelagert werden,während der Rest des magnetischen Materials 14 an Ort und Stelle gebracht wird,wobei der Kern vervollständigt wird und die Räume zwischen den Windungen der Wendel und zwischen der Wendel und der *·*> isolierten inneren Oberfläche der leitenden Röhr· ausgefüllt werden.

Is ist klar_vdass es wünschenswert sein «ag einig· ÖÜ9803/02U ., '

mechanische Mittel· iur Verhinderung der Beschldigung des Magnetischen Materials zu benutzen,wie etwa Gummistopfen an den Bhden des Filters Kit Löchern in den Mitten für die Durchführung der Drähte des Drahtleiters 11· line andere konstruktive Ma-ssn-akee Variation,die zur Vergrässerung der Kapazität zwischen Drahtleiter 11 und leitender Röhre 12 dient,besteht darin, die innere Oberfläche der leitenden Röhre IS »1t fendelvertiefungen zu versehen, die den Leiter 11 aufnehmen.

Spezifische räumliche Dimensionen des Filters der Figur 1 sind folgende; die leitende Rohre 18 ist eine 12,5.Cm lange Kupferrähre mit» äusserem Durchmesser von 1,5 cn; Drahtleiter 11 ist aus Kupferdrafit von 1,63 mm Durchmesser gebildet und zu einer Wendel mit 24 Windungen auf die Länge der 12,5 ca langen leitenden Rühre aufgewickelt. Das Magnetische Material ist gewöhnliches pulverisiertes Klsen,das die Bezeichnung No.5-P38-δ trägt und welches billig und auf den Markt leicht erhältlich ist. Diese Dimensionen geben dem Filter aäherungswelse eine Induktivität von 4 microhenry und näherungsweise eine verteilte Kapazität von-»ft- 800 mieromicro- Farad. Diese Parameter sind, obwohl typisch, in keiner Weise in einem begrenzenden Sinn in verstehen. Klarerweise kann man die Induktivität des Filters durch Verkleinerung der Steigung der Wendel vergrosÜh während die verteilte Kapatität dadurch vergrössert werden kann,dass man den äusseren Durchmesser der Wendel dem inneren Durchmesser der leitenden Röhre annähert. Obgleich die in dieser Darstellung beschriebenen Filter gerade sind in ihrem ganzen Aufbau ist es klar,dass Filter entsprechend ■einer Erfindung nicht immer gerade sein müssen und in der

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Tat müssen sie auch unter gewissen Umständen anders als gerade sein.Ein möglicher Fall,ein Filter anders als gerade zu Bachen wurde eintreten,wenn ein sehr langes Filter benötigt wird,der Platz tür seine Unterbringung aber begrenzt ist. In diesen Fall könnte es vorteilhaft sein,das ganze Filter spulenformig aufzuwickeln· Die Anwendung von flexiblen Drahtleitern und leitenden Röhren wurde die Herstellung von Filtern mit anderer als gerader Fora erleichtern,ebenso ihre Handhabung.

Gehen wir zur Figur 2 der Zeichnungen über· Dort ist eine Darstellung eines Teils des Dämpfungsverhalte&e des Filter« der Figur 1 angegeben. Die Darstellung zeigt,in Abhängigkeit von der Frequenz,welcher Abschwächung die Leistung«-Komponenten beim passleren des Filters unterliegen,wobei die Eingang si ei st ung an den Drahtleiter 11 angdtectü ossen ist und angenommen wird,dass die leitende Röhre 12 mittel« einer Klammer oder Ähnlicher Verbindung geerdet i«t.Man wird bemerken, dass die Abschwichung mit einem ziemlich niederen Wert beginnt und als Funktion der Frequenz bie zu einem Punkt,der

mit kommerziellen Messgeräten nicht mehr »«»«technisch Μα

ginglich ist, scharf an st «Igt. Daher 1st es mlcht möglich gewesen, Df mpfungswerte fflr Lelstungskomponeaten höherer Frequenz zu zeigen.Nichtsdestoweniger ist es mit Sicherheit möglich festzustellen,dass die Dämpfung für dies· höheren Frequenzem jenseits 120 dezibel liegt umd Aas« es keine Re«onanzpunkte gibt,wenn die Dämpfung injoberen Frequeizberelch unterhalb dieses Wertes kommt« Die« ist ein· wichtige Tateaea« im Hinblick auf die A*förderung»,die für einig« Filter aufgestellt wurden und die verlamgen,daee el· L«iet«aj«kc*po-

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neiiten »it Frequenzen von 800 MHz und höher auf mindestens 120 dezibel abschwächen. WShrend das Verhalten der Filter für Frequenzen von SOO MHs und höher völlig zufriedenstellend let,werden spezielle Konstruktionsgesichtspunkte bei der Optlnellsierung des Verhaltene bei Frequenzen von 100 MHs oder weniger wichtig. Ub den Bereich zufriedenstellender Abschwichung auf sehr geringe Frequenzen auszudehnen,könne* Kondensatoren zwischen den Drahtleiter 11 und die leitende Röhre 12 an einen oder beiden Enden gelegt werden.Sine solche Konstruktion ist in Figur 4 illustriert und wird in späteren Paragraphen dieser Beschreibung erörtert. Es 1st jedoch wichtig sich zu vergegenwfirtigen,dass ohne die Benutzung dieser Hilfskondensatoren extrem bedeutungsvolle Dämpfungsforderungen erfüllt werden können und zwar für LeistungskoBiponenten im Mikrowellenbereich und den ganzen Bereich abwSrts durch das UHF-Band bis zu« VHF-Band.Noch bemerkenswertexjlst die Tatsache, dass dieses Breitbandverhalten durch relativ einfache Schaltelemente erzielt wird/ wobei keine komplizierten Verbindungen von Induktivitäten und Kondensatoren benutzt werden· Wenn man sich entschllesst diese Hilfskondensatoren zn verwenden,dann kann maa zufriedenstellende ÄbechwÄchung bei Frequenzen von weniger als IMHz erreichen.

Figur ? zeigt ein Filter,das in seiner Anordnung dem von

Figur 1 ziemlich Ihnlleh let,aber gewisse Vorrichtungen best

*"■ sitzt,vm das Filter leicht in einen elektrischen Kreis ein- ^ schalten iu können. Indem gleiche Bezugszahlen für Ähnliche

ο Komponenten in Figur 1 und 3, verwendet werden ersieht maa, . cn dass das magnetische Material 14 in Figur 3 durch Gammi-• *> scheiben an seinem Platz gehalten wird und dass die entsprechenden Enden des Drahtleiters 11 an Durchffftrnisgsijfolatoren 23 und 24 angeschlossensind. Mas sieht _fc!ass die leitende „-.-...,,

Röhre 12 an eine Scheibe 25 gelötet ist,welche in die Wand eines abgeschirmten Raumes ,in dem empfindliche Messungen gemacht werden sollen,montiert werden kann.Die Anordnung in Figur 3 repräsentiert ein gebautes Exemplar,bei welchem das magnetische Material 14 zu einem 12,5 cm langen Körper geformt wurde und das fertig montierte Teil in der leitenden Röhre 12 ein 20 cm langer Zylinder ist.Drahtleiter 11 besitzt 35 Drahtwindungen und trägt zu dem Filter eine Induktivität von ungefähr 26 micro-Henry bei. Die verteilte Kapazität beträgt in dieser besonderen Realisierung ungefähr 3000 micromicro-Farad.Obgleich in den bis jetzt beschriebenen Realisierungen gewöhnliches pulverisiertes Eisen als magnetisches Material 14 benutzt wird, wurden die verschiedensten Experimente ausgeführt um festzustellen,«» ob andsres magnetisches Material dem pulverisierten Elsen hinreichend überlegen ist, um die Unkosten bei Anwendung solchen Materials zu rechtfertigen. Es wurden zum Beispiel verschiedene Ferrit-Materialien getestet,um die Induktivität des Filters maximal zu machen und verschiedene Partikelgrössen wurden versucht,um die Relation zwischen spezifischen Widerstand und Permeabilität des magnetischen Materials optimal zu machen.Ein Elsen-carbonyl genanntes Material wurde getsstet.und es wurden sogar Versuche gemacht mit einer Mischung von Elsen und Barium-Titanat als magnetisches Material um die dielek- <- trieche Konstante des Materials maximal zu machen und damit

^ die verteilte Kapazität des Filters.Obgleich durch die Vero wendung dieser Materialien einige kleinere Verbesserungen ge«

σ> macht wurden,so machten sich diese Verbesserungen doch voro

nehmlieh im höheren Frequenzbereich der Filtereharakteristlk bemerkbar,wo die Filterckarakteristik,fee»Y%e4]:t-»»elt- der normalen Filter schon völlig zufriedenstellend war.

hat die Verwendung anderer Materialien ale Elsen manchmal das Verhalten der Filter im unteren Frequenzbereich, wo das Verhalten kritischer ist,ungünstig beeinflusst. Daher begünstige ich gegenwlrtig die Verwendung von gewöhnlichen pulverisierten Eisen als magnetisches Material in Hinsicht auf die Tatsache,dass gewöhnliches pulverisiertes Eisen das beste Verhalten bei niederen Frequenzen zu geben scheint und ebenso bei hohen Frequenzen ein völlig zufriedenstellendes Verhalten* Ein weiteres Verfahren, welches versucht wurde,ist die Verwendung von Barium-Titanat in For» eines Überzuges zwischen dem magnetischen Kater IaI undjder leitenden Rühre.Dieser B Gebrauch von Barium-Tltanat stützt sich auf die Annahme» ,dass die hohe Dielektrizitätskonstante des Barium-Titanats die verteilte Kapazität des Filters hinreichend vergrossern wird,um sein Verhalten zu verbessern. Es ergab sich wiederum,dass die einfacheren Anordnungen ohne Verwendung des Barium-Titan« sehr zufriedenstellendes Verhalten llefernjund dass angeaesseneXKapazitet ohne Verwendung dieses dielektrischen erreicht werden kann. Die verteilte Kapazität kann vergrössert werden,indem man die innere Oberfläche der lei-

vßtwa

tenden Rühre IS speziell formt,wie)durch die WendelVertiefungen 27.

In der Figur 4 der Zeichnungen ist eine kommerzielle Filteranordnung entsprechend meiner Erfindung gezeigt, wobei Hllfskondensatoren 31 und 32 an den entsprechenden Enden des Filters benutzt werden,um das Niederfrequenzverhalten xu verbessern· Das Filter der Figur 4 ist für die Fortleitung von mindestens 30 Ampere Leistungsstvoe durcn α·* Drahtleiter 11 konstruiert und gibt gutes DÄmpfungs-

verhalten für alle Frequenzen oberhalb 1 MHz. Auch wenn diese Hilfskondensfttoren verwendet werden um das Niederfrequenz verhalten der Filter entsprechend meiner Erfindung zuve verbessern ,so ist die Kapazität dieser Hilfskondensatoren nur ein kleiner Bruchteil der Kapazität,die bei den herkömmlichen Filtern benoetigt wird.

Eine Methode,ein Filter wie in Figur 4 aufzubauen umfasst folgende Schrittes

das
1: Führe e&e Enden des Drahtleiters 11 durch ein Loch

in einer Gummischeibe 554»

2. Verbinde das Ende des Drahtleiters 11 n±t dem Kondensator 31 durch die Schraubenvorrichtung 35,

3. Setze den Drahtleiter 11,die Guannissheibs 34 und den Kondensator 31 in die leitende R$hr® IS und löte an einem Ende der leitenden Röhre fest.

4. Bringe etwas Wachs in die leitende Röhr© IS und heize die Anordnung um die Gumaischeibe 34 &n der inneren Oberfläche der leitenden Rohre su befestigen.

5. Fülle die leitende Röhre 12 bis zu einem gewflnechten Punkt mit magnetischem Material 14 feuf - etwa pulverisierte EiBeimischung,bezeichnet mit 1-91-f von Mc Millan Laboratory,Incorporated,Ipswich,Massachusetts ErwSrme wieder die Anordnung um das magnetische Material) mechanisch zu stabilisieren. Di« B-911 Mischung enthält folgende« Bestandteil·:

524,2 Gewichtsteile Ancor 1025 Eisenpulver wie es von Hoeganaes Sponge Iron Corp.,Biverton, New Jersey produziert wird.

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51 Gewichtsteile lpon 628 epoxy Harz,wie es von der Shell Cheaical Company hergestellt wird.

43,6 Gewichtsteile RD-I butyl-glyeidal Ether,wie

er von Ciba Co.,Klmberton,Pennsylvania er«engt wird (Dieser dient als Verdünner)

8,6 Gewichtsteil· diaethylaminoethanol (Dieses dient als Hirter ,wean die Mischung beheizt wird)

6. Verbinde das leitende Glied 37 nit den Kondensator 32 alt Hilfe der Schraubvorrichtung 38.Verbinde das leitende Glied 57 an seine* anderen Ende mit des Verbindungsblock 39.

7« Wihrend der Dra^tleiter 11 leicht gestreckt wird,so d dass seine Buden ate der leitenden Rühre IS herausragea _{ befestige das fade des DraBtleiters 11 ■at e aa Verbindungsblook 39 und verlöte die Verbindung.

Ia der in Figur 4 geselgten Realisierung sind die Kondensatoren fflr βΟΟ V Gleichspannung ausgelegt,was eine hinreichende Isolation für die aelstea Lelstungsquellea ,bei denen ein Filter benötigt wird,1st. Der Dr»Stielter 11 uafasst eine 10 es laag Spile aus Kupferdraht voa 2,05 mm Durchmesser, der alt Ziaa fiberzogen 1st und zu einer Wendel alt 3 »ladungen pro ca aufgewickelt ist. Der Abstand zwischen Draht-.leiter 11 und leitender Röhre IS ist weniger als 5 aa. .

Vor Ae* finsetιen des Drahtleiters in die leitende Röhre wirft Ale innere Oberflieh· der leitenden R5hre 12 alt eiaea ungeffhr 75 mti dicken FIIb aus nichtleitenden Material lso-

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liert.In dem Filter der Fig· 4 !tat die leitest S8hr· 18 einen Iusseren Durchaesser von 1_?9 cn uml 1st ftf IS.»6 ea lang.Die Sfaaädieke der lei tea-lea Bdhz·· is^ Ix eiü*» Fall, in den die R6hre aus Stahl ist,0,6 am ie3 is eines FaIl₉In tea die RShre aus Meshing 1st,0,8 aa»

Die von mir bevorzugte Isolationsschicht ,die »isf ei

Qberfliehe der leitenden S5hre angebyaefet ist,1st Oberaug aus drei Lagei?,_svon denen Jeäe uaijefiSi? SS »f iet.ZnnSuhst lege ich eine Anfa^gasefeicifi ai;» polyvinyl butyral auf,dans folgea dieser Irsteshicht hinter« einander eine Schicht aas Fheaol-Hars -a*d eine aus polyvinyl öiityral«, Hftch der Anbringung J»3er eiazalnea äiirch ?aiaehei)ispähen oder bSreteo >»evor33»g· ich Sehl«iit ungefähr 20 Minuten bei uagafalns· 181 3?a xu beheizen» Diese besegleue&e Isolabio-iäSGlsi^Rt gibt angea&esenen Sohuti gegea F^tentialdiff^reasem von aindestens 1000 ¥olt bei 400 Hi.

Offensioh-mcti gibt es viele Mugliclikeltes fi? 61· benutzende Isolatioasachi&ht .Zu« Beieplel hab® io*\ de? teatschicht und svel folgende» laoli^rsehiuhtea ein· alt Al us« iai um pulver versetzte Schielst verwenSst lasanahm* let es abglich,die DSiepf^Ai ff!r »taige i'j erhöhe« ₉lb9A8o benutzte IeIi eia· Zviaelieitseltio&%_vdl· Bari UM-Tit*n*t e!itliielt_$«3t die D.Ul»lt^ri*itl:-:i*o«»*»ete der Isolationsschicht s% vergi?6as«!?a, Aa» a^f-a*»» ier fduhüeit siehe i@⁽i 9« J#ä^ah Tor ,eini vie beschrieben ₉se ^

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reichnnri sein «oXlt* k3os#a A»t«?ii«l aehipei·« «eiestr

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parallel t*atit»t werden.Noch weitergehend:venn es nicht ■dglich sela sollte ein Filter herzustellen,dessen Fre-

quensverlialt·» -e breit genug ist ,um eine extrem streng Anforderung zu erfüllen,so ist es möglich eine νοα Filtern lsi Serie si benutzen„von denen Jedes so konstruiert ist .„dftja es uagewflascht® Leistung in einen gegebenen FreQaeazbaad unterdrückt. Ia allgemeinen sollen fffr Jedes Freqiaeasbaad dia Dimensionen dee Filters Itlein sein In Vergleich stsr Wellenlänge der Leistungskoxponenten, die unterdrückt werden soilen.

Is wird eingesehen werden,dass ein einfaches Mittel geschaffes wurde um Fllterungsfisnktionen zu übernehmen, die früher cur dtsrah kompllsierte Anordnungen von Schaltelement ea erffillt- werden konnten und dass es diese Funktion in besserer Welse übernimmt als die äerkdmmllcfeen Anordnungen · Dft* 9fm pulverisierte Ilsen oder anderes magnetisches Material dient nicht nur als magnetischer Kern, sondern ftvcfe als Yerlustdielektrikumo Ftfr beste Resultate sollt· die Leitfähigkeit des magnetischen Uterialβ einen eidlleneB Wert cabea, aber weit unterhalb derjenigen der-Jemige· dee £«istuagsleltere liegen. Im Hinblick auf die Dichte der MagnetfeldlIniea in der Nfhe des Leistungsleiters tat ·· wflnschems^ert den Drahtleiter nicht vom magaet1sobem tfttterial ib Isolierern, sondern lieber das magmet1sehe Material vom Aassenleiter su isoliere»,an dess OberflIffce Al· mftgBetleeme Flueedichte mlcht so gross 1st. Bm wit4 eimsiolitig sei*,das« verschieden· Modifikationen melft·· itltvMi iarehgefflhrt werden k6mnen,irenB man diese Prisflpl·» mm«mnd«t nmä ve· wesentHohes »einer Irfiisdung ηlet^ Ämweioat. Mm wfre sogar möglich,Jedes Kmde de· Drafct-

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letters nit des entsprechenden Ende derjLeiteaden Röhre zu verbinden und das Filter nur als Energie diseipierendee Element zu verwenden. Dementsprechend möchte ich,dass der Rahmen meiner Erfindung nur durch die angefügten Ansprüche gegeben ist·

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Claims (1)

1. Ansprüche«

   Anspruch 1.

   Sin elektrisches Filter,speziell geeignet zum Ausfiltern von Frequenzen hdher als 1 MHz,dadurch gekennzeichnet, dass ein Draht,der Strom niederer Frequenz fuhrt,seitlich von einer leitenden Hülle umgeben ist und ein Kern von magnetischem Material in Partikelform zwischen den Draht und die Umhüllung gebracht ist.

   Anspruch 2.

   Ein Filter entsprechend Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, dass der Draht in Fora einer Wendel angeordnet ist.

   Asspruch 3.

   Sin Filter entsprechend Anspruch S,dadurch gekennzeichnet,dass das magnetische Material den Baum zwischen den Windungen der Wendel und zwischen der Wendel und der Umhüllung substantiell ausfällt. Anspruch 4.

   Ein Filter entsprechend Anspruch 2 oder 3,dadurch

   ^f gekeinzeichnet,dass das magnetische Material Eisenpulver ist.
   Anspruch 6.

   o ist.

   Ein Filter entsprechend Ansprächen 3 oder 4, da-

   QO *

   durch gekennzeichnet,dass dl· Umhüllung geerdet ist.

   Ein Filter entsprechend irgend einem der Ansprache

   — ^ —

   2 bis 5 dadurch gekennzeichnet, dass das magnetische Material mit dem Draht in Kontakt stellt,aber vom der Umhüllung isoliert ist.

   Anspruch 7.

   Ein Filter entsprechend Anspruch β,dadurch gekenn-

   ,BQ/

   zeichnet,dass der Draht in einer auf der inneren Oberfliehe der leitenden Hülle vorgesehenen Rille gehalten wird, wobei eine dazwisehenbefindliehe Isolation den Kontakt zwischen Draht und Umhüllung verhindert·

   Anspruch 8.

   .Ein Filter entsprechend Anspruch S,dadurch gekennzeichnet, dass das Magnetische Material keinen leitenden Weg zwischen dem Draht und der Umhüllung darstellt und und dass ein Kondensator zwischen Draht und Umhüllung angeschlossen ist.

   Anspruch 9.

   Ei Filter entsprechend Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, dass die Leitfähigkeit genannte!? partikelfor»igen magnetischen Materials mindestens eine Grossenordnung kleiner ist als die des genannten Drahtes.

   Anspruch 10.

   Ein Filter entsprechend Anspruch β,dadurch gekennzeichnet, dass das magnetische Material von der Umhüllung durch einen dünnen Oberzug aus dielektrischen Material isoliere ist,der sich auf der inneren Oberfläche der Unhüllung befindet.

   809803/02U

   Anspruch 11.

   Bin Filter entsprechend Jedes der vorangegangenen Ansprüche,dadurch gekennzeichnet,dass seine Abmessungen klein sind gegen die Wellenlänge Jeder Frequenzkomponente, des Stroses,der den Draht passiert.

   Anspruch 18.

   Eine Methode zur Herstellung der Filter entsprechend Jedes der Ansprüche β bis 11,dadurch gekennzeichnet,dass ein zentraler Kern aus mahnet iicTie-m Material geformt wird, um diesen zentralen Kern ein Draht gewunden wird,weiterhin dass pulverisierte? magnetisches Material auf den übfang dieser Anordnung,bestehend aus dem Zentralkern und den Draht,angebracht wird ,die Sussere Oberfläche des genannten pulverisierten magnetischen Materials isoliert wird und dass eine leitende Hülle um das isolierende Material geschaffenwird.

   Anspruch 13.

   Eine Methode entsprechend Anspruch 12,dadurch gekennzeichnet, dass in den Kern eine wendelfSrmige Vertiefung eingebracht wird und der Draht in diese Vertiefung gewickelt wird.

   Anspruch 14.

   Ein· Methode entsprechend Anspruch IS oder 13,dadurch gekennzeichnet,dass die leitende Umhüllung zuerst auf ihrer laueren Oberfläche mit einer Isolation versehen wird und über die vorher gebildete Anordnung,bestehend aus Kern Draht und pulverisiertem magnetisches Material, angebracht wird.