DE150854C

DE150854C - Telephone line with self-induction coils switched on to equalize the capacity in the outgoing and return lines

Info

Publication number: DE150854C
Application number: DE1902150854D
Authority: DE
Inventors: Michael I. Pupin
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1903-02-06
Filing date: 1902-07-31
Publication date: 1904-04-25
Also published as: US761995A

Description

bei iici (ιeilen όί&ί&ϊιi'ain Ib. at iici (ιeilen όί & ί &ϊιi'ain Ib.

ifif

i/itIVstfvfiXiflci / itIVstfvfiXiflc

KAISERLICHESIMPERIAL

PATENTAMT,PATENT OFFICE,

Die vorliegende Erfindung betrifft eineThe present invention relates to a

besondere Anordnung und Ausbildung der Selbstinduktionsspulen an telephonischen Wellenleitern von der in der amerikanischen Patentschrift 652230 beschriebenen Art.special arrangement and design of the self-induction coils on telephone Waveguides of the type described in US Pat. No. 652230.

Es ist in jener Patentschrift nachgewiesen, daß man durch Einschalten von Selbstinduktionsspulen, deren gegenseitige Entfernung kleiner ist als die Länge der übertragenen Wellen, die Dämpfung solcher Leiter verringern kann. Auch ist es bekannt, daß man diese Spulen mit oder ohne Eisenkerne ausführen kann. Wenn kein Eisenkern zur Anwendung kam, so mußte man Spulen gebrauchen, die für eine gegebene Induktanz einen verhältnismäßig großen Raum einnehmen. Solche Spulen eignen sich nicht für alle Leiter. Verwendet man aber Spulen, welche Eisenkerne besitzen, dann werden Energieverluste eingeführt, welche mit der Schwingungszahl rasch anwachsen und eine Verzerrung" der Sprache verursachen. Nun ist es bekannt, daß diese Verluste dadurch verringert werden können, daß man die Zerteilung des Eisenkernes bis auf einen genügenden Grad erhöht und die Amperewindungszahl auf einen so kleinen Wert herabdrückt, daß die Hysteresisverluste auf den erwünschten Grad verringert werden.It is shown in that patent that by switching on self-induction coils, whose mutual distance is smaller than the length of the transmitted waves, reduce the attenuation of such conductors can. It is also known that these coils can be made with or without iron cores can. If no iron core was used, then one had to use coils, which take up a relatively large space for a given inductance. Such coils are not suitable for all leaders. But if you use coils that have iron cores, then Introduced energy losses, which increase rapidly with the number of vibrations and a Cause distortion "of the language. Now it is known that these losses thereby can be reduced by splitting the iron core down to a sufficient one Degrees increased and the ampere-turns decreased to such a small value that the hysteresis losses on can be decreased to the desired level.

Es ist dies bei Spulen mit offenen Eisenkernen sehr leicht möglich. Wenn man aber aus Gründen, die später erörtert werden sollen, Spulen mit geschlossenen Eisenkernen anwenden will, dann wird die durch eine gegebene Amperewindungszahl erzeugte Magnetisierung viel größer, und entsprechend ergeben sich viel größere Energieverluste im Eisenkern. Um bei solchen Spulen die Energieverluste im Eisenkerne auf den gewünschten Grad zu verringern, muß für eine gegebene Induktanz die Zerteilung des Eisenkernes viel feiner sein als bei Spulen mit offenen Eisenkernen, und die Amperewindungszahl muß auch wesentlich kleiner angenommen werden.This is very easy to do with coils with open iron cores. But if you can closed iron core coils for reasons to be discussed later wants to apply, then the magnetization produced by a given number of ampere-turns will be much larger, and accordingly there are much greater energy losses in the iron core. In order to use the To reduce energy losses in the iron core to the desired level is a must for one Given inductance, the division of the iron core can be much finer than with coils with open iron cores, and the number of ampere-turns must also be assumed to be considerably smaller will.

Der Erfinder hat gezeigt, daß man theoretisch diese Zerteilung so weit treiben und die Amperewindungszahl bis zu einem solchen Maße verringern kann, daß die Widerstandserhöhung einer Spule von gegebener Induktanz verschwindend klein wird im Verhältnis zum Widerstände der Leitung. Aber eine so ausgeführte Spule wird sich in vielen praktischen Fällen als unwirtschaftlich erweisen, obwohl sie vom theoretischen Standpunkte aus als ideal angesehen werden muß.The inventor has shown that theoretically one can drive this division so far and can decrease the ampere-turns to such an extent that the resistance increases of a coil of a given inductance becomes vanishingly small in relation to the resistance of the line. But one like that executed coil will prove to be uneconomical in many practical cases, although it must be considered ideal from a theoretical point of view.

Gemäß vorliegender Erfindung ist es möglich, allen bei der Übertragung von Fernsprechströmen bestehenden Bedingungen gerecht zu werden und eine Selbstinduktionsspule zu schaffen, die bei richtiger Einschaltung in Kabel und andere Wellenleiter in allen Fällen zu einem guten Ergebnis führt.According to the present invention it is possible to meet all existing conditions in the transmission of telephone currents and a self-induction coil to create, which when properly switched into cables and other waveguides in leads to a good result in all cases.

Die Erfindung macht es zur Voraussetzung, daß die Spulen in bekannter Weise auf einen geschlossenen Eisenkern gewickelt werden, um so eine gegebene Induktanz mit möglichst kleinen Spulen zu erreichen.The invention makes it a prerequisite that the coils in a known manner on a closed iron core are wound so as to have a given inductance with as possible to achieve small coils.

Ein weiteres Erfordernis besteht darin, daß die Windungen solenoidal auf den geschlossenenAnother requirement is that the windings be solenoidal on the closed

Eisenkern aufgewickelt werden, um auf diese Weise gegenseitige Induktionsstörungen zwischen den Spulen von benachbarten Wellenleitern zu verhindern, was an und für sich nicht mehr neu ist.Iron core are wound up in order to avoid mutual induction disturbances between the coils of neighboring waveguides to prevent what in and of itself is no longer new.

In Fig. ι und 2 der beiliegenden Zeichnung ist eine Anordnung gegeben, welche unter gewissen Umständen die Eigenschaften einer solenoidalen Wickelung besitzt. Fig. 1 stellt die Vorderansicht der Spule und Fig. 2 die Seitenansicht derselben dar. f ist der ringförmige Eisenkern, welcher aus voneinander isolierten Eisenblechplatten von bestimmter Dicke aufgebaut ist. Eisendraht kann zu diesem Zwecke ebensogut gebraucht werden. k i und h g sind zwei gleiche Spulen, von denen eine zur Hinleitung und die andere zur Rückleitung gehört. Die Windungen einer jeden Spule sind gleichmäßig über je eine Hälfte des Ringes verteilt; die beiden Spulen zusammen bilden eine solenoidale Wickelung; sie werden daher, in eine symmetrische Wellenleitung eingeschaltet, kein äußeres magnetisches Feld erzeugen.In Fig. 1 and 2 of the accompanying drawings, an arrangement is given which, under certain circumstances, has the properties of a solenoidal winding. Fig. 1 shows the front view of the coil and Fig. 2 shows the side view of the same. F is the ring-shaped iron core which is composed of sheet iron plates insulated from one another and of a certain thickness. Iron wire can be used for this purpose as well. ki and hg are two identical coils, one of which belongs to the forward line and the other to the return line. The turns of each coil are evenly distributed over one half of the ring; the two coils together form a solenoidal winding; therefore, when switched into a symmetrical waveguide, they will not generate an external magnetic field.

Andere Wege, welche zu demselben Ziele führen, sind in den Fig. 3 und 4 der beiliegenden Zeichnung gegeben. In Fig. 3 ist jede der beiden Spulen Im und no in vier gleiche Teile geteilt, welche in Reihe geschaltet sind, und die verschiedenen Teile der beiden Spulen sind in abwechselnder Reihenfolge auf dem Eisenringe verteilt. Die Anordnung, welche in Fig. 4 dargestellt ist, unterscheidet sich von der in Fig. 3 grundsätzlich nur dadurch, daß die verschiedenen Teile einer jeden der beiden Spulen ρ q und r 5 parallel miteinander verbunden sind. Um dieselbe Induktanz und denselben Widerstand in diesen beiden verschiedenen An-Ordnungen zu erhalten, muß, wie leicht einzusehen , in der durch Fig". 4 dargestellten Anordnung ein jeder der parallel geschalteten Spulenteile viermal so viel Windungen und sechzehnmal so viel Widerstand haben wie die Spulenteile der Anordnung, welche in Fig. 3 dargestellt ist. In diesen Anordnungen ist jede Spule für sich annähernd solenoidal gewickelt, und zwar ist diese Annäherung" desto größer, je größer die Anzahl der Teile ist, in welche die Spulen geteilt sind.Other ways leading to the same goal are given in Figures 3 and 4 of the accompanying drawings. In Fig. 3, each of the two coils Im and no is divided into four equal parts which are connected in series, and the different parts of the two coils are distributed in an alternating order on the iron rings. The arrangement shown in FIG. 4 differs from that in FIG. 3 only in that the various parts of each of the two coils ρ q and r 5 are connected to one another in parallel. In order to obtain the same inductance and resistance in these two different arrangements, as can easily be seen, in the arrangement illustrated by FIG. 4, each of the parallel-connected coil parts must have four times as many turns and sixteen times as much resistance as the coil parts the arrangement shown in Fig. 3. In these arrangements, each coil is individually wound approximately solenoidally, namely, the greater the number of parts into which the coils are divided, the greater the approximation.

Fig. 5 der beiliegenden Zeichnung gibt eine schematische Darstellung eines Wellenleiters, welcher mit Induktanzspulen belastet ist, von denen je zwei, entsprechend den gegebenen Erörterungen, auf denselben Eisenkern gewickelt sind. Der obere Teil dieser Figur stellt den an die Aufgabestation sich, anschließenden Teil des Wellenleiters dar, und der untere Teil entspricht dem an die Empfangsstation sich anschließenden Teil. Die punktierten Teile der Zeichnung beziehen sich auf den übrigen Teil des Welleuleiters, welcher der Einfachheit halber in der Zeichnung nicht dargestellt ist. Die Spulen abcd sind die aus zwei Wickelungen ab und c d bestehenden Induktanzspulen, von denen eine in die Hinleitung und die andere in die Rücklcilung eingeschaltet ist. Diese Schaltung ist an sich bekannt und ist, wie Fig. 5 zeigt, so beschaffen, daß der Strom, welcher in einem beliebigen Zeitpunkte in der Hinleitung fließt, den Eisenkern in demselben Sinne magnetisiert wie der in demselben Zeitpunkte in der Rückleitung fließende Strom. Nur in diesem , Falle vergrößert die gegenseitige Induktanz der auf denselben Eisenkern gewickelten Spulen die Selbstinduktion derselben. Ersetzt man daher die Spule abcd der Fig. 5 durch die in Fig. 1 und 2 dargestellte Spule, dann fallen die Enden g h i k der Reihe nach auf die Enden abcd. Verwendet man aber an Stelle der Spule abcd der Fig. 5 die in Fig. 3 dargestellte Spule, so fallen die Enden / m η ο der Reihe nach auf die Enden abcd. Ersetzt man endlich die Anordnung nach Fig. 5 durch die in Fig. 4 dargestellte Spule, so fallen die Enden rspq der Reihe nach auf die Enden abcd. 5 of the accompanying drawings gives a schematic representation of a waveguide which is loaded with inductance coils, two of which, in accordance with the discussions given, are wound on the same iron core. The upper part of this figure represents the part of the waveguide that adjoins the loading station, and the lower part corresponds to the part adjoining the receiving station. The dotted parts of the drawing relate to the remaining part of the wave guide, which is not shown in the drawing for the sake of simplicity. The coils abcd are the inductance coils consisting of two windings ab and cd , one of which is connected to the feed line and the other to the return line. This circuit is known per se and, as FIG. 5 shows, is such that the current which flows in the forward line at any given point in time magnetizes the iron core in the same way as the current flowing in the return line at the same point in time. Only in this case does the mutual inductance of the coils wound on the same iron core increase their self-induction. If, therefore, the coil abcd of FIG. 5 is replaced by the coil shown in FIGS. 1 and 2, the ends ghik fall one after the other onto the ends abcd. If, however, the coil shown in FIG. 3 is used instead of the coil abcd in FIG. 5, the ends / m η ο fall one after the other on the ends abcd. If the arrangement according to FIG. 5 is finally replaced by the coil shown in FIG. 4, the ends rspq fall one after the other onto the ends abcd.

Um hierbei eine Unsymmetrie in der Stromverteilung auf beiden Zweigen der Leitung und das dadurch bedingte Übersprechen auf benachbarte Leitungen zu vermeiden, ist es erforderlich, daß die Spulen an einander entsprechenden Punkten der Hin- und Rückleitung- eingeschaltet werden und gleiche Windungszahlen sowie gleiche Beziehungen zum magnetischen Stromkreis des Eisenkernes haben.In order to achieve an asymmetry in the current distribution on both branches of the line and to avoid the resulting crosstalk to neighboring lines, it is required that the coils at corresponding points of the outgoing and return line are switched on and have the same number of turns and the same relationships to the magnetic circuit of the iron core to have.

Es ist an und für sich bekannt, in die Hin- und Rückleitung Selbstinduktionsspulen symmetrisch auf einen gemeinsamen, geschlossenen Eisenkern anzuordnen, und zwar derart, daß beide Spulen den Kern in demselben Sinne beeinflussen. Für die Erreichung der durch die vorliegende Erfindung beabsichtigten Wirkung ist jedoch nicht allein diese. Anordnung wesentlich, sondern sie muß vielmehr durch eine bestimmte Unterteilung des Eisenkernes unterstützt werden, um dadurch die Energieverluste durch Wirbelströme genügend zu verringern. Es wird sich zeigen, daß bei derartigen Spulen die Energieverluste in den Windungen sehr leicht viel kleiner gemacht werden können als die Verluste in dem Eisenkerne.It is known in and of itself to have self-induction coils in the forward and return lines to be arranged symmetrically on a common, closed iron core, in such a way that both coils have the core in the same Affect the senses. To achieve those intended by the present invention However, this is not the only effect. Arrangement is essential, but rather it must be through a certain subdivision of the iron core are supported to thereby reduce the energy losses due to eddy currents to decrease sufficiently. It will be seen that the energy losses in such coils in the turns can very easily be made much smaller than the losses in the iron core.

Es sollen daher die Energieverluste im Eisenkerne zuerst besprochen werden, welche bekanntlich eine Folge der Wirbelströme und der Hysteresis sind. In der Wechselstromtechnik sind empirische Formeln bekannt, nach denen man diese Verluste bei einem gegebenen Wechselstromapparat berechnenThe energy losses in the iron core should therefore first be discussed, which ones are known to be a consequence of eddy currents and hysteresis. In alternating current technology empirical formulas are known which can be used to calculate these losses for a given alternating current apparatus

kann, wenn man gewisse Konstanten, welche von der Bauart und den Abmessungen des Apparates abhängen, vorher durch Versuche bestimmt hat.can, if one has certain constants, which depend on the type and dimensions of the Depend on the apparatus, determined beforehand through experiments.

Nun beziehen sich einerseits die eben erwähnten, in der Wechselstromtechnik bekannten Formeln auf_v starke Magnetisierungen und sind auf die Aufgabe, welche durch vorliegende Erfindnng gelöst werden soll undNow, on the one hand refer to the above-mentioned, in the AC technique known formulas _v strong magnetization, and are the object of which is to be solved by the present Erfindnng and

ίο bei welcher es sich nur um schwache Magnetisierungen handelt, nicht anwendbar. Andererseits handelt es sich bei der Konstruktion der hier in Betracht kommenden Eisenkerne nicht um den absoluten. Betrag des Energie-Verlustes wie bei den gewöhnlichen Wechselstromapparaten, sondern es kommt nur darauf an, wieviel von dem ganzen in dem belasteten Leiter stattfindenden Energieverluste auf die Leitung und wieviel auf die Eisenkerne entfällt. In ihrer ganzen Allgemeinheit kann diese Frage nicht beantwortet werden, selbst bei den Eisenkernen von möglichst einfacher Bauart, welche hier in Betracht kommen. Wenn es sich aber um schwache Mag'netisierungen handelt, welche bei zAveckmäßig belasteten Fernsprechleitungen zur Anwendung kommen, dann kann man in gewissen Fällen, welche jetzt erörtert werden sollen, die eben erwähnte Frage mit mathematischer Genauigkeit beantworten.ίο which are only weak magnetizations acts, not applicable. On the other hand, it concerns the construction of the iron cores under consideration here not the absolute. Amount of energy loss as with ordinary AC devices, it only depends on how much of the total energy losses occurring in the loaded conductor are due to the Line and how much is accounted for by the iron cores. In all its generality can this question cannot be answered, even with the iron cores of the simplest possible Type, which come into consideration here. But when it comes to weak magnetizations acts which are used for telephone lines subject to excessive loads come, then in certain cases, which are now to be discussed, answer the question just mentioned with mathematical accuracy.

Die Energieverluste in den leitenden Teilen des magnetischen Feldes einer Spule, in welcher durch einen sinusoidalen Wechselstrom ein stationäres magnetisches Feld unterhalten wird, äußern sich durch eine Widerstandserhöhung der Spule. Sie ist eine wirkliche physikalische Größe, welche in einer AVheats tone'sehen Brücke gemessen werden kann und vielfach schon gemessen worden ist.The energy losses in the conductive parts of the magnetic field of a coil in which maintain a stationary magnetic field by means of a sinusoidal alternating current are expressed by an increase in the resistance of the coil. She is a real one physical quantity which can be measured in an AVheats tone bridge and has already been measured many times.

Der ganze Energieverlust in einer zweckmäßig belasteten Leitung verteilt sich daher zwischen der Leitung und den Eisenkernen der Spulen im Verhältnis des Widerstandes der Leitung zu der Widerstandserhöhung infolge der Energieverluste in den Eisenkernen. Die mathematische Beziehung dieser Widerstandserhöhung zur Windungszahl, der Zerteilung des Eisenkernes und seinen geometrischen Abmessungen, der Stärke des magnetisierenden Stromes und seiner Schwingungszahl ist noch unbekannt. In der amerikanischen Patentschrift 652230 ist auf S. 6 und 7 ein besonderer Fall angegeben, in welchem diese Widerstandserhöhung im Verhältnis zum Widerstände der Leitung so klein ist, daß sie vernachlässigt werden kann. Hier handelt es sich aber um Widerstandserhöhungen von derselben Größenordnung wie der Widerstand der Leitung, wobei das Verhältnis derselben in bezug auf die kürzeste Welle, welche über den Leiter fortgepflanzt werden soll, irgend einen erwünschten, zwischen bestimmten Grenzen liegenden Wert annehmen kann. Diese Grenzen sind einerseits von physikalischen und physiologischen, andererseits aber auch von rein wirtschaftlichen Bedingungen abhängig, welche bei Belastung von Fernsprechleitungen in Betracht kommen, und sind vom Erfinder durch eine Reihe von Versuchen festgestellt worden, deren Ergebnisse kurz erörtert werden sollen. Das Ziel, welches diese Erfindung sich vorsetzt, ist daher ganz verschieden von dem Ziele, welches in den oben angegebenen Stellen der amerikanischen Patentschrift verfolgt wurde.The entire loss of energy in an appropriately loaded line is therefore distributed between the line and the iron cores of the coils in the ratio of the resistance the conduction to the increase in resistance due to the energy losses in the iron cores. The mathematical relationship of this increase in resistance to the number of turns, the division the iron core and its geometric dimensions, the strength of the magnetizing Stromes and its frequency is still unknown. In the American patent specification 652230 is on p. 6 and 7 indicates a special case in which this increase in resistance in proportion to the resistance of the line is so small that it can be neglected. here but it is an increase in resistance of the same order of magnitude as that Resistance of the line, the ratio of which with respect to the shortest wave, which is to be propagated over the ladder, any desired, between certain Can assume value lying within limits. These limits are on the one hand physical and physiological, on the other hand but also dependent on purely economic conditions, which come into consideration when telephone lines are loaded, and have been established by the inventor through a series of experiments, the results of which should be discussed briefly. The aim which this invention aims at is therefore quite different from the goal which is stated in the passages given above in the American patent was prosecuted.

Selbs.tinduktionsspulen, in welchen die Widerstandserhöhung infolge der Energieverluste im Eisenkerne so klein ist, daß sie für alle in Betracht kommenden Schwingungszahlen vernachlässigt werden kann, sind technisch vollkommen; denn eine mit solchen Spulen zweckmäßig belastete Fernsprechleitung wird dieselbe Dämpfungskonstante für alle in der Sprache vorkommenden wichtigen Töne haben. Dadurch wird die Verzerrung der Sprache bei ihrer Übertragung über den Wellenleiter verhindert; neue Widerstandserhöhungen infolge des Energieverlustes in den Eisenkernen steigen mit der Schwingungszahl rasch an. Nun ist es aber bekannt, daß einerseits diese Verzerrung schon durch die Fernsprechapparate auf den Endstationen verursacht wird und daß andererseits das Verständnis der Sprache durch einen gewissen Grad von Verzerrung nicht leidet.Selbs.tinduktionsspulen, in which the resistance increase due to the energy losses is so small in the iron core that it is neglected for all the possible frequencies are technically perfect; because a telephone line suitably loaded with such coils becomes the same Have attenuation constant for all important tones occurring in speech. Through this the distortion of speech as it is transmitted over the waveguide is prevented; new increases in resistance due to the loss of energy in the iron cores increase rapidly with the number of vibrations. But now it is known that on the one hand this distortion is caused by the telephone sets on the end stations and that, on the other hand, the understanding of the language is caused by a certain degree of distortion does not suffer.

Die Benutzung dieses Umstandes liegt der vorliegenden Erfindung zugrunde. Einerseits sind die idealen Spulen, deren Eisenkerne unmerklich kleine Energieverluste aufweisen, zu kostspielig, andererseits verursachen die weniger kostspieligen Spulen eine zu große Verzerrung der Sprache. Der Erfinder hat aber durch Versuche festgestellt, daß zwischen diesen beiden äußersten Fällen ein Intervall besteht, innerhalb dessen die Spulen allen praktischen Anforderungen genügen. Diese Bedingung hierfür ist folgende: Die Widerstandserhöhung der Spulen infolge der Energieverluste in den Eisenkernen darf bei Belastung von Fernsprechleitungen für eine Schwingungszahl von 1500 Perioden in der Sekunde nicht größer als der wahre Widerstand des belasteten Wellenleiters und nicht kleiner als der zehnte Teil des letzteren sein. Ob man sich dabei der ersteren hohen Grenze oder der letzteren niedrigen Grenze nähern soll, wird von der Größe des Widerstandes der Leitung vor der Belastung abhängen, wie unten näher erörtert werden soll. Im Widerstände des Wellenleiters ist der wahre Widerstand der Spulen einbegriffen. Der wahre Widerstand der Spulen muß und kann, wieThe present invention is based on the use of this fact. On the one hand are the ideal coils, the iron cores of which show imperceptibly small energy losses, too expensive, on the other hand the less expensive coils cause too large one Distortion of the language. However, the inventor has found through experiments that between In these two extreme cases there is an interval within which the coils meet all practical requirements. This condition is as follows: The An increase in the resistance of the coils as a result of the energy losses in the iron cores may be Loading of telephone lines for a frequency of 1500 cycles in the Second no greater than the true resistance of the loaded waveguide and not be smaller than the tenth part of the latter. Whether you are doing the former high limit or should approach the latter lower limit, depends on the magnitude of the resistance line prior to loading, as will be discussed in more detail below. In the resistances of the waveguide includes the true resistance of the coils. The real resistance of the coils must and can, how

sich weiter unten zeigen wird, immer kleiner ausfallen als der Widerstand des Leiters vor der Einschaltung der Spulen.will be shown below, will always be smaller than the resistance of the conductor in front the activation of the coils.

Die eben erwähnten physikalischen und wirtschaftlichen Erwägungen, welche bei der Ausführung der hier in Betracht kommenden Spulen in Rücksicht gezogen werden, sind nun deshalb notwendig, weil man bei den Spulen, welche den oben angeführten Be- -dingungen genügen sollen, Eisenkerne anwenden muß, welche geschlossene oder nahezu geschlossene magnetische Stromkreise bilden, über welche die Windungen solenoidal gewickelt sind. Bei solchen Spulen sind die einer gegebenen Induktanz und einer gegebenen Stromstärke entsprechenden Energieverluste im Eisenkerne viel größer als bei gewöhnlichen Spulen mit offenen Eisenkernen; daher ergeben sich die großen Herstellungskosten von solchen Spulen, wenn die Zerteilung des Eisenkerns so fein sein soll, daß die dadurch sich ergebenden Energieverluste vernachlässigt werden können. Nun muß aber noch erwähnt werden, daß diese Zerteilung des Eisenkerns auf die Energieverluste durch Hysteresis keinen Einfluß hat, und eben diese Verluste sind bei einer gegebenen Induktanz und Stromstärke bei den hier in Betracht kommenden Spulen größer als bei gewöhnlichen Spulen mit offenen Eisenkernen. Daher müßte man bei idealen Spulen der vorliegenden Konstruktion nicht nur eine sehr feine Zerteilung des Eisenkerns anwenden, sondern müßte auch noch, wie in der oben erwähnten amerikanischen Patentschrift 652230 auseinandergesetzt worden ist, die Anzahl der Windungen bedeutend beschränken. Dadurch würden auch die Herstellungskosten der Spulen, welche zur Belastung einer gegebenen Leitung notwendig sind, bedeutend erhöht.The physical and economic considerations just mentioned, which are involved in the Execution of the coils under consideration here are to be taken into account It is now necessary because iron cores are used in the coils which are supposed to satisfy the above-mentioned conditions must, which form closed or nearly closed magnetic circuits over which the windings solenoidal are wrapped. Such coils are those of a given inductance and a given one The energy losses corresponding to the current intensity in the iron core are much greater than in ordinary coils with open iron cores; therefore, the high manufacturing costs of such coils arise when the division of the iron core should be so fine that the resulting energy losses can be neglected. But now it must be mentioned that this division of the iron core has no influence on the energy losses due to hysteresis, and it is precisely these losses for a given inductance and current strength at the The coils in question here are larger than in the case of ordinary coils with open ones Iron cores. Therefore, one would not have to with ideal coils of the present construction only use a very fine division of the iron core, but would also have to as discussed in the above-mentioned US Pat. No. 652230 limit the number of turns significantly. This would also reduce manufacturing costs the coils necessary to load a given line is significantly increased.

Wenn man aber aus wirtschaftlichen Rücksichten die idealen Spulen aufgeben und zu Spulen übergehen will, welche keine zu vernachlässigende Energieverluste aufweisen, dann findet man in der Technik keine Anweisungen, die in jedem gegebenen Falle auf das gewünschte Ergebnis führen. Die notwendigen Anweisungen hat der Erfinder durch theoretische und experimentelle Untersuchungen festgestellt. Dieselben werden im folgenden in zwei Gesetze zusammengefaßt, und im Zusammenhange damit wird die praktische Anwendung auf die vorliegende Erfindung erörtert werden.But if you give up the ideal coils for economic reasons and to Wants to skip coils which have no negligible energy losses, then you will not find any instructions in the technology that refer to any given case lead to the desired result. The inventor obtained the necessary instructions through theoretical and experimental investigations established. These are in the following summarized into two laws, and in connection with this the practical one becomes Application to the present invention will be discussed.

In den Fig. 1 und 2 der beiliegenden Zeichnung sei der Eisenkern der Spule aus ringförmigen Platten aufgebaut, die voneinander gut isoliert sind. Es sei nunIn Figs. 1 and 2 of the accompanying drawings, the iron core of the coil is made of annular Plates built up that are well insulated from each other. It is now

a = äußerer Durchmesser der Platten,
b — innerer Durchmesser der Platten, a = outer diameter of the plates,
b - internal diameter of the plates,

! d = Dicke der Platten,! d = thickness of the panels,

η = Anzahl der Platten, η = number of plates,

μ = Permeabilität der Platten, μ = permeability of the plates,

σ = spezifischer Leitungswiderstand der Platten in C. G. S.--Einheiten, σ = specific line resistance of the panels in CGS units,

f = Schwingungszahl des magnetisierenden Wechselstromes, f = number of oscillations of the magnetizing alternating current,

s = Anzahl der Windungen, s = number of turns,

L — Induktanz der Spule, L - inductance of the coil,

R — Widerstandserhöhung infolge der Wirbelstromverluste. R - increase in resistance due to eddy current losses.

Dann erhalten wir für alle beim Fernsprechen in Betracht kommenden StromstärkenThen we receive currents for all relevant currents when telephoning

aa

10⁹L = 2 s'² nd log nat —10 ⁹ L = 2 s' ² nd log nat -

Die Größen μ und σ der benutzten Eisensorte müssen bekannt sein. Die besten Eisensorten, die in der Wechselstromtechnik jetzt gebraucht werden, geben bei den schwachen Magnetisierungen, welche hier in Betracht kommen, annäherndThe quantities μ and σ of the type of iron used must be known. The best types of iron that are now used in alternating current technology give an approximate result with the weak magnetizations that are being considered here

μ = ioo, σ = ι, 3 · ίο⁴ in C. G. S.-Einheiten. μ = ioo, σ = ι, 3 · ίο ⁴ in CGS units.

Den zweckmäßigen Wert von L . kann man in jedem Falle aus den Regeln berechnen, welche in der oben erwähnten amerikanischen Patentschrift erörtert sind. Derselbe ist daher als gegeben zu betrachten. Aus demselben und aus dem wahren Widerstände der Spule, den man anzuwenden beabsichtigt, ergeben sich die zweckmäßigsten Werte von a, b und s und die Höhe (n-d) des Eisenkernes. Die Schwingungszahl f, welche hier in Betracht kommt, ist 1500 Perioden in der Sekunde. Die einzige Größe, welche noch bei der Berechnung von R zur Verfügung steht, ist daher die Dicke d der Platten. Von dieser Größe hängen die Kosten der Spule am meisten ab. Man kann nun in jedem beliebigen Falle, der hier in Betracht kommt, den Wert von d so wählen, daß R irgend einen erwünschten, in dem oben gegebenen Intervalle befindlichen Wert erhält. Bei der Belastung von Leitungen, welche einen großen Widerstand besitzen, wie z. B. Fernsprechkabel, wird man d so wählen, daß R sich so viel wie möglich dem niedrigen Grenzwerte nähert. Bei Wellenleitungen von niedrigem Widerstände, wie z. B. bei langen Freileitungen, kann sich R dem hohen Grenzwerte nähern. In beiden Fällen müssen aber noch andere Bedingungen berücksichtigt werden, welche jetzt erörtert werden sollen.The appropriate value of L. can be calculated in each case from the rules which are discussed in the above-mentioned American patent specification. The same is therefore to be regarded as given. The most suitable values of a, b and s and the height (nd) of the iron core result from the same and from the real resistance of the coil which one intends to use. The frequency f, which comes into consideration here, is 1500 periods per second. The only variable that is still available when calculating R is therefore the thickness d of the plates. The cost of the coil depends most on this size. In any case that comes into consideration here, one can choose the value of d so that R receives any desired value within the interval given above. When loading lines that have a high resistance, such as. B. telephone cable, one will choose d so that R approaches the low limit as much as possible. For waveguides of low resistance, such as. B. with long overhead lines, R can approach the high limit values. In both cases, however, other conditions must be taken into account, which will now be discussed.

Man hat in der Übereinstimmung mit Lord Rayleigh's Versuchen bisher angenommen, daß Energieverluste in unausgeglühtem Eisen infolge der Hysteresis nicht vorkommen, wenn die magnetisierende Kraft unterhalbIt has hitherto been assumed, in accordance with Lord Rayleigh's experiments, that energy losses in unannealed iron as a result of hysteresis do not occur, when the magnetizing force is below

ο,04 C. G. S.-Einheiten für den Zentimeter ist. Daraus hat man geschlossen, daß unterhalb dieser Grenze keine Widerstandserhöhungen durch Hysteresis verursacht werden. Der Erfinder hat festgestellt, daß diese Annahme unberechtigt ist und zu Ergebnissen führen kann, welche auf die Leitungsfähigkeit der hier in Betracht kommenden Spulen sehr nachteilig wirken. Nach einem vom Erfinderο, 04 C. G. S. units for the centimeter is. From this it was concluded that below this limit no increases in resistance caused by hysteresis. The inventor found that this assumption is unjustified and can lead to results which affect the management ability of the Coils in question here have a very detrimental effect. According to one from the inventor

ίο entdeckten Gesetze ist der durch Hysteresis bedingte Energieverlust während einer Periode einer sinusoidal verlaufenden Magnetisierung proportional der dritten Potenz der Amplitude der magnetischen Induktion, und zwar gilt dieses Gesetz bei den schwachen Magnetisierungen, die hier iiiBetrachtkommen. Der Energieverlust ist zwar sehr klein und kann durch die von Lord Rayleigh angewendeten experimentellen Verfahren nicht ermittelt werden. Aber trotzdem kann der dadurch verursachte Widerstand groß sein, besonders bei Spulen, welche wie die hier in Betracht kommenden geschlossene Eisenkerne und hohe Selbstinduktion besitzen. Es ergibt sich aus dem eben erwähnten Gesetze, daß bei einem gegebenen Eisenkerne die Widerstandserhöhung infolge der Hysteresis durch die folgende mathematische Formel dargestellt werden kann:ίο discovered laws is the one through hysteresis conditional energy loss during a period of sinusoidal magnetization proportional to the cube of the amplitude of the magnetic induction, and this law applies to the weak Magnetizations that are to be considered here. The energy loss is very small and cannot be determined by the experimental procedures used by Lord Rayleigh will. But even so, the resistance it creates can be great, especially in coils which, like the ones in question here, have closed iron cores and high self-induction. It results from the law just mentioned, that for a given iron core the increase in resistance due to the hysteresis can be represented by the following mathematical formula:

Ri = AsZCf.Ri = AsZCf.

In dieser Formel ist A eine Konstante des Kerns (hier die Hysteresiskonstante genannt), welche experimentell bestimmt werden muß:In this formula, A is a constant of the nucleus (here called the hysteresis constant), which must be determined experimentally:

f ist die Schwingungszahl des tnagnetisierenden Stromes und C dessen Amplitude; s ist die Anzahl der Windungen. Da nun bei der Übertragung von Fernsprechströmen die Amplituden der Grundtöne beträchtlich größer sind als die der Obertöne, so folgt aus obiger Formel, daß R¹ mit der Schwingungszahl nur wenig sich ändern, also keine Verzerrung der Sprache verursachen wird. Die magnetische Permeabilität ändert sich nur wenig bei schwachen Magnetisierungen, so daß auch die sich daraus ergebende Verzerrung der Sprache bei telephonischer Übertragung selbst bei den stärksten Fernsprechströmen nicht zu befürchten ist, wenn die Spulen richtig berechnet sind. Der Erfinder hat festgestellt, daß man bei Strömen von beispielsweise 2 Milliampere und bei Spulen, welche auf einen symmetrischen Eisenkern solenoidal gewickelt sind, mit 150 Windungen für den Zentimeter der kürzesten magnetischen Kraft- f is the number of oscillations of the magnetizing current and C is its amplitude; s is the number of turns. Since the amplitudes of the fundamental tones are considerably larger than those of the overtones in the transmission of telephone currents, it follows from the above formula that R ^{1 changes} only slightly with the number of vibrations, i.e. it will not cause any distortion of the speech. The magnetic permeability changes only slightly in the case of weak magnetizations, so that the resulting distortion of the speech in telephonic transmission is not to be feared even with the strongest telephone currents, if the coils are calculated correctly. The inventor has found that with currents of, for example, 2 milliamperes and with coils which are wound solenoidally on a symmetrical iron core, 150 turns for the centimeter of the shortest magnetic force

. linie im allgemeinen eine Widerstandserhöhung infolge der Hysteresis erhält, welche nur ein Bruchteil derjenigen ist, welche infolge der Wirbelstromverluste entstehen, vorausgesetzt, daß die Zerteilung der oben gegebenen Formel entsprechend mit Bezug auf den Widerstand der Leitung zweckmäßig abgemessen ist. Je größer die Anzahl der Windungen für den Zentimeter der kürzesten magnetischen Kraftlinie ist, desto größer ist bei einer gegebenen Zerteilung dieser Bruchteil, aber desto kleiner wird der Eisenkern und die einer gegebenen Selbstinduktion ent- · sprechende Spule ausfallen. Wesentlich für die vorliegende Erfindung ist jedoch, daß die Summe der Widerstandserhöhungen infolge der Hysteresis und der Wirbelstromverluste in allen Fällen einen solchen Wert erhält, daß ihr Verhältnis zum wahren Widerstände der Leitung innerhalb der oben angeführten Grenzen liegt.. line generally receives an increase in resistance as a result of the hysteresis which is only a fraction of those that occur as a result of eddy current losses, provided that the division of the formula given above appropriately measured with reference to the resistance of the line is. The greater the number of turns for the centimeter of the shortest magnetic line of force, the greater is this fraction for a given division, but the smaller the iron core and that of a given self-induction becomes Talking coil fail. It is essential for the present invention, however, that the Sum of the increases in resistance due to the hysteresis and the eddy current losses in all cases is of such a value that its relation to the true resistance of the line is within the limits listed above.

Man kann bei der Anfertigung der in den Fig. I, 2, 3 und 4 dargestellten Eisenringe ebensogut Eisendraht wie Eisenblech gebrauchen. Alles, was bis jetzt mit Bezug auf das Eisenblech erörtert worden ist, gilt auch für den Eisendraht. Es muß aber berücksichtigt werden, daß in den oben gegebenen Formeln die Größen d und μ eine andere Bedeutung haben, d bedeutet beim Eisendraht den Durchmesser des Eisendrahtes, und μ ist beim Eisendraht um ungefähr 50 Prozent kleiner als beim Eisenblech. Das kommt daher, daß die Eisendrahtwindungen nicht einen vollkommen geschlossenen magnetischen Stromkreis bilden, so daß der magnetische Widerstand des Stromkreises größer ist. Auch ist zu beachten, daß der numerische Faktor ⁴/₃, der in der Formel für R erscheint, durch den Faktor '/., ersetzt werden muß.Iron wire as well as sheet iron can be used in the manufacture of the iron rings shown in FIGS. 1, 2, 3 and 4. Everything that has been discussed so far with regard to the iron sheet also applies to the iron wire. However, it must be taken into account that in the formulas given above, the quantities d and μ have a different meaning, d means the diameter of the iron wire for iron wire, and μ is about 50 percent smaller for iron wire than for sheet iron. This is because the iron wire windings do not form a completely closed magnetic circuit, so that the magnetic resistance of the circuit is greater. Also note that the numerical factor of ^_4/3, which appears in the formula for R, must be /., Is replaced by the factor '.

Claims

Patent claim:

Telephone line with to compensate "the capacitance in the outward and in the Return line switched on, symmetrically on common, closed iron cores arranged self-induction coils, characterized in that the iron cores for a given number of ampere-turns to the unit of length of the shortest magnetic line of force up to such a line That are divided into degrees for the wavelength of 1500 periods in the Second the total apparent resistance of the coils caused by eddy currents and hysteresis is less than that total true resistance of the conductor including the coils and greater than the tenth part of the latter.

1 sheet of drawings.