DE1813643A1

DE1813643A1 - Geraeuscharme Funkentstoerdrossel

Info

Publication number: DE1813643A1
Application number: DE19681813643
Authority: DE
Inventors: Pfeiffer Dipl-Phys Friedrich; Hinz Dipl-Phys Gerhard
Original assignee: Vacuumschmelze GmbH and Co KG
Current assignee: Vacuumschmelze GmbH and Co KG
Priority date: 1968-12-10
Filing date: 1968-12-10
Publication date: 1970-06-11
Also published as: DE1813643B2; DE1813643C3

Description

Geräuscharme Funkentatördrossel Die Erfindung betrifit eine geräuscharme, raumsparende Sunkentstördrcssel hoher Entstörwirkung, die insbesondere für die Funkentstörung von Halbleiterschaltungen geeignet ist Zur Begrezung leitungsgebundener hochfrequenter Störenergien werden Funkentstördrosseln im allgemeinen als Längslieder dort eingesatzt, wo Kondensatoren allein keinen ausreichend störungsarmen Funkempfang sicherstellen. Derartige Drosseln sind insbesondere erforderlich ur Entstörung von Halbleiterschaltungen, welche in bezug auf Funktörungen einen kleinen Innenwiderstand aufweisen. Beispielsweise werden sie benötigt in mit Thyristoren arbeitenden Helligkeitsreglern Solche Drosseln sollen a) die notwendige Entstörung bei möglichst geringem Aufwand an Siebmitteln bewirken, die eigentliche Funktion der Schaltung nicht nachteilig beeinflussen, also z.B.
nach Ablauf des Schaltvorganges fur den Laststrom einen nennenserten ohmschen und induktiven Widerstand mehr darstellen, c) den Halbleiter gegen zu hohe Spannungsspitzen und zu steilen Anstieg des Einschaltstromes schützen, d) kleine Abmessungen haben, e) streuarm und geräuscharm sein.
Diesen Anforderungen insgesamt genügen die bisher bekannt gewordenen Funkentstördrosseln nur in unbefriedigender Weise. So besitzen die zum Stand der Technik gehörenden Funkentstördrosseln mit einem Stabkern aus Dynamoblech nicht die erwünschte hohe effektive Induktivität sowie den zu erstrebenden niedrigen Gleichstromwiderstand. Die ebenfalls vorbekannten Funkentstordrosseln rit einem Massekern in Ringform haben demgegenüber bei gleich großer Nennstrombelastbarkeit zwar einen günstigeren Gleichstromwiderstand, weisen aber keine höhere effektive Induktivität auf. Beide Drosselausführungen besitzen außerdem keine ausreichende Eigendümpfund zur Verminderung der Eigenschwingungen des aus der Drossel und einem Kondensator aufgebauten Entstörkreises.
Gegenüber aiesen Ausführungen zeichnet sich eine noch nicht zum Stand der Technik gehörende Ringkern-Funkentstördrossel (deutsche Patentanmeldung P 18 04 835.6 vom 240 10. 1968) durch eine hohe Induktivität bei geringer Windungszahl und durch günstige Dämpfungseigenschaften aus- Der Ringkern dieses Entstörelementes ist aus 2 Bandringkernen zusammengesetzt, wobei der eine Bandringkern aus 0, bis 0,5 mm dickem Band einer Eisen-Silizium-Legierung mit 2 bis 4 % Silizium und der andere Bandringkern aus 0,025 bis 0,2 mm dicken Band einer Eisen-Nickel-Legierung mit 35 bis 65 % Nickel besteht.
Als nachteilig hat sich bei dieser Funkentstördrossel erwiesen, daß sie im Betrieb ein mitunter störendes Brummgeräusch erzeugt und demzufolge für jene Anwendungen nicht geeignet ist, für die nur geräuscharme Bauelemente zulässig sind.
Der Erfindung liegt der die Aufgabe zugrunde, unter Vermeidung aufwendiger Soballdämmvorrichtungen eine raumsparende Funkentstördrossel mit hoher Induktivität bei geringer Windungsznhl zur Verfügung zu stellen, die sehr geräuscharm ist und sich insbesondere für die Funkentstörung von Halbleiterschaltungen eignet, in denen Schaltvorgänge Ursache der Funkstörung sind.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß eine Funkentstördrossel mit einem geschlossenen Kern vorgeschlaen, der Bänder oder Kernbleche aus zwei verschiedenen weichmagnetischen metallischen Werkstoffen enthält, wobei der eine Werkstoff eine Sättigungsinduktion größer als 20 000 Gauß sowie einen spezifischen Widerstand # mm² kleiner als 0,3 besitzt und das Band oder Kernm blech aus diesem Werkstoff 0,1 bis 0,5 mm dick ist und wobei der andere Werkstoff eine Sättigungsmagnetostriktion, absolut genommen, kleiner als 10-5, vornehmlich kleiner als 10-6, sowie einen spezifischen Widerstand # mm² kleiner als 0,4 besitzt und das Band oder Kernm blech aus diesem anderen Werkstoff 0,025 bis 0,2 mm dick ist.
Es hat sich. ale günstig erwiesen, für den erfindungsgemäßen Drosselkern als Werkstoff mit einer Sättigungsinduktin größer als 20 000 GauB Eisen mit 0 bis 1,8 % Aluminium oer Silizium und als Werkstoff mit einer Sältigungsmagnetostriktion kleiner als |10-5| eine Nickel-Eisen-Legierung zu verwenden. deren Zusammensetzung innerhalb @der in unmitterbarer Nähe eines Bereiches im Mehrstoff@veten Nickel-(Eisen-Mangan+Molybdän-Chrom-Kupfer liegt, der gemäß Figur 3 begrenzt ist von dem Polygenzug A (77 a; Ni; 23 ffi (Fe+Mn+Mo+Cr); 0 % Cu) -B (84 % Ni; 16 % (Fe+Mn+Mo+Cr); 0 % Cu) -C (80,6 % Ni; 14,4% (Fe+Mn+Mo+Cr); 5 % Cu) -D (74 % Ni; 21 % (Fe+Mn+Mo+Cr); 5 % Cu) -insbesondere voii dem Polygonzug E (79 % Ni; 21 % (Fe+Mn+Mo+Cr); 0 % Cu) -F (82 % Ni; 18 % (Fe+Mn+Mo+Cr); 0 % Cu) -G (78,6 % Ni; 16,4% (Fe+Mn+Mo+Cr); 5 % Cu) -H (75,6 % Ni; 19,4% (Fe+Mn+Mo+Cr); 5 % Cu) -rrobei der Mangan-Gehält 0 bis 1 %, der Molybdän-Gehalt 0 bis 2 % und der Chrom-Gehalt 0 bis 1,5 % beträgt mit der Maßgabe, daß der Molybdän-Gehalt und der mit 4/3 multiplizierte Chrom-Gehalt insgesamt 2 % nicht übersteigt.
Zur Herstellung eines Drosselkerns nach der Erfindung können Bänder aus den beiden verschiedenen weichmagnetischen Werkstoffen gemeinsam zu einem geschlossenen Kern, etwa in Ring-, Oval- oder Rechteckform gewickelt und dann z.B. allseitig mit einem Kunststoffüberzug versehen werden. Man kann die Bänder aus den beiden Werkstoffen aber auch betrennt zu je einem Kern wickeln, diese dann zusammenfügen und gemeinsam mit einer Isolierschicht umgeben. Ein erfindungsgemäßer.Drosselkern läßt sich ferner herstellen, indem Kernbleche aus den beiden Werkstoffen aufeinandergestapelt und isoliert werden Lin Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben: Figur 1 zeigt einen aus den Bandringkernen 1 und 2 bestehenden Drosselkern im Aufriss und Figur 2 zeigt einen Querschnitt durch den aus den Bandringkernen 1 und 2 bestehenden Drosselkern, der von einer isolierenden Schicht 3 umhüllt und mit einer Wicklung 4 versehen ist.
Zur Herstellung einer solchen erfindungsgemäßen Funkentstördrossel wurde ein Bandringkern 1 aus 0,2 mm dickem und 10 mn breitem Eisen-Band mit einem Bandringkern 2 aus 0,1 mm dickem und 10 mm breitem Band einer Nickel-Risen-Molybdän-Legierung mit 18 % Eisen und 1 % Molybdän zusammengefügt. Der äußere Bandringen 1 hatte einen Außendurchmesser von 35 m: und einen innendurchmesser von 25 m; er innere Banringkern 2 hatte einen Außendurchmesser von 25 mm und einen Innendurchmesser von 20 mn.
Der zusammengesetzte Doppelringkörper wurde kriechstromfest isoliert, hierbei gleichzeitig verfestigt und dann für einen Nennstrom von Ieff -- 4 Ä mit 0,8 mm dickem Kupferlackdraht bewickelt. Die Zahl der Windungen betrug 110, der Außendurchmesser der einbaufertigen Funkentstördrossel 38 mm. Sie besaß bei einer Frequenz von 150 kHz eine effektive Induktivität von 2 m und hatte einen Gleichstromwiderstand von 170 mQ Hinsichtlich der effektiven induktivität erbrachte die erfindungsgemäße Ausführung damit trotz geringen Rauubedarfs und niedriger Windungszahl erheblich günstigere Werte als die vorbekannte Stabkern- und Massekern-Funkentstördrosseln gleicher Belastbarkeit.
in entsprechender Weise wurde eine Reihe weiterer Drosselkerne gleicher Abmessung herbestellt, für deren Kern 1 ein 0,1 bzw. 0,2 bzw 0,3 mm aickes Band der in der Tabelle 1 unter den Nummern 2 bis 8 genannten Werkstoffe verwendet wurde und deren Kern 2 jeweils aus 0,1 mm dickem Nickel-Eisen-Molybdän-Band bestand.

Tabelle 1 Werkstoffkombination im Drosselkern

Drossel Legierung Banddick Legierung Banddicke

Nr. für Kern 1 (mm) für Kern 2 (mm)

1 Fe 0,2 | Ni+18%Fe+1%Mo 0,1

2. Fe 0,1 Ni+18%Fe+1%Mo 0,1

3 Fe+1%Al 0,3 Ni+18%Fe+1%Mo 0,1

4 Fe+3%Al 0,3 Ni+18%Fe+1%Mo 0,1

5 Fe+50,Al 0,3 Ni+18%Fe+1%Mo 0,1

6 Fe+1d,Si 0,3 Ni+18%Fe+1%Mo 0,1

7 Fe+3%Si 0,3 |Ni+18%Fe+1%Mo 0,1

8 Fe 0,2 Ni+17,5%Fe+ )

|1,5%Mo+0,5%Mn) 0,1

Ein 0,2 mm dickes Eisen-Band und ein 0,1 mm dickes Nickel-Eisen-Molybdän-Band mit 18 % Eisen, 1% Molybdän und 0,5 % Mangan wurden außerdem gemeinsam zu einem Drosselkern gewickelt, dessen Innendurchmesser 20 mm und dessen Außendurchmesser 35 mm betrug. Er wurde allseitig mit einem Kunststoffüberzug versehen und gleichfalls mit 0,8 mm dickem Kupferlackdraht bespult.

Die Entstörwirkung aller vorgensnnten Funkentstördrosseln wurde in Verbindung mit einer Querkapazität von 0,15 µF in einer Phaseanschnittsschaltung bei einer Belastung von 4 A untersucht. Es zeigte sich, daß bei einer Frequenz von ,50 kHz die Störspannung von etwa 800 mV jeweils auf rund 2 mV verringert und die Eigen-Schwingung des LC-Kreises durch die DrosLel allein genügend gedämpft wurde.
Die einzelnen Funkentstördrosseln erzeugten aber unter gleicher Belastung verschiedenen starke Geräusche. Zur Untersuchung des Schalldruckpegels wurdendie an der vorgenannten Phasenanschnitz-Regelschaltung betriebenen Drosseln in eine Geräuschmeßbox (Ausfhrung nach: VDI-Berichte, 88/1965, Seiten 103 bis 106) eingelegt, in der der abgestrahte Schall durch ein Kondensatormikrofon gemessen wurde. Die frequenzabhängige Bewertung des Schalldruckes erfolgte nach der Bewertungskurve A gemäß DIN 45 633. Die HeRergebnisse sind in der Tabelle 2 zusammengefaßt und den jeweiigen Legierungskennwerten gegenüberstellt. Diese Tabelle enthält unter der Nummer 9. auch die hatte fur eine Drossel hoher effektiver Induktivität nach der deutschen Patentanmeldung P 18 04 835.6.
Aus der Tabelle 2 iat zu ersehen, daß die angegebenen Tunkentstördrosseln mit erfindungsgemäßer Legierungskombination sich durch einen sehr niedrigen Schalldruckpegel auszeichnen.
Er liegt mit maximal 30 dB (A) (Dezibel nach der Bewertungskurve A) so niedrig, daß er selbst in ruhigen Räumen nicht stört. Speziell ist die in der Tabelle 2 unter der lauf enden Nummer 1 genannte Funkentstördrossel um mehr als 15 dB leicer als die unter Nummer 9 zum Vergleich erwähnte Drossel mit einer in der deutschen Patentanmeldung P 18 04 635.6 genannten Legierungskombination.

T a b e l l e 2 Legierungskennwerte und Ergebnisse der Schalldruckmessungen

Funk- W e r k s t o f f 1 W e r k s t o f f 2 Schall-

ent- druck-

stör- Zusammen- Sättigungs- spezif. Band- Zusammen- Sättig.- spezif. Band- pegel

drossel setzung induktion Widerstand dicke setzung magneto- Widerstand dicke (dB (A@)

Nr. (Gauß) (#. mm²) (mm) striktion (# mm²) (mm)

m m

1 Fe 21 500 0,11 0,2 Ni+18%Fe+1%Mo 0,5.10-6 0,25 0,1 24

2 Fe 21 500 0,11 0,1 Ni+18%Fe+1%Mo 0,5.10-6 0,25 0,1 26

3 Fe+1%Al 20 700 0,2 0,3 Ni+18%Fe+1%Mo 0,5.10-6 0,25 0,1 28

4 Fe+3%Al 199 700 0,4 0,3 Ni+18%Fe+1%Mo 0,5.10-6 0,25 0,1 32

5 Fe+5%Al 18 600 0,6 0,3 Ni+18%Fe+1%Mo 0,5.10-6 0,25 0,1 40

6 Fe+1%Si 21 300 0,22 0,3 Ni+18%Fe+1%Mo 0.5.10-6 0,25 0,1 29

7 Fe+3%Si 20 300 0,4 0,3 Ni+18%Fe+1%Mo 0,5.10-6 0,25 0,1 40

8 Fe 21 500 0,11 0,2 Ni+17,5%Fe+ )

0,5.10-6 0,30 0,1 27

1,5%Mo+0,5%Mn)

9 Fe+3%Si 20 300 0,4 0,3 Ni+64%Fe 2,2.10-5 0,75 0,05 41

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß eine raumsparende Funkentstördrossel mit hoher effektiver Induktivität bei geringer Windungszahl und mit günstigen Dämpfungseigenschaften zur Verfügung gestellt wird, die sehr geräuscharm ist. Infolge ihrer geringen Lautstärke lißt sie sich selbst in geräuscharm zu haltenden Räumen ohne zusätzliche Schalldäm vorrichtungen verwenden. Die erfindungsgemäße Drossel eignet sich vornehmlich für die Funkentstörung von Halbleiterschaltungen, in denen Schaltvorgänge Ursache der Funkstörung sind.

Claims

Patentansprüche

1. Geräuscharme Funkenstördrossel mit einem geschlossenen Kern, insbesondere zur Funkentstörung von Halbleiterschaltungen, dadurch gekennzeichnet, daß der Drosselkern Bänder oder Kernbleche aus zwei verschiedenen weichmagnetischen metallischen Werkstoffen enth;;lt, wobei der eine Werkstoff eine Sättigungsinduktion größer als 20 000 Gauß sowie einen spezifischen Wider-# mm² stand kleiner als 0,3 besitzt und das Band m oder Kernblech aus diesem Werkstoff 0,1 bis 0,5 mm dick ist und wobei der andere Werkstoff eine Sättigungsmagnetostriktion, absolut genommen, kleiner als 10-5, vornehmlich kleiner als 10-b sowie einen spezi-# mm² fischen Widerstand kleiner als 0,4 besitzt m und des Band oder Kernblech aus diesem anderen Werkstoff 0,025 bis 0,2 mm dick ist.

2. Geräuscharme Funkentstördrossel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkstoff mit einer Sättigungsinduktion größer als 20 000 Gauß und einem # mm² spezifischen Widerstand kleiner als 0,3 #isen m mit 0 bis 1,8 % Aluminium oder Silizium ist und daß der Werkstoff mit einer Sättigungsmagnetostriktion, absolut genommen, kleiner als 10-5 und einen spezifischen Widerstand kleiner als 0,4 #mm²/m eine Nickel-Eisen-Legierung ist, deren Zusammensetzung innerhalb oder in unmittelbarer Nähe eines Bereiches im Mehrstoffsystem Nickel-(Eisen+Mangan-Molybdän-Chrom)-Kupfer liegt, der geritß Figur 3 begrenzt ist von dem Polygonzug A (77 % Ni; 23 % (Fe+Mn+Mo+Cr); 0 % Cu) -B (84 % Ni; 16 % (Fe+Mn+Mo+Cr); 0 % Cu) -C (80,6% Ni; 4,4% (Fe+Mn+Mo+Cr); 5 % Cu) D (74 % Ni; 2@ % (Fe+Mn+Mo+Cr); 5 % Cu) A, insbesondere von dem Polygonzug E (79 % Ni; 2@ % (Fe+Mn+Mo+Cr); 0 % Cu) -F (82 % Ni; 18 % (Fe+Mn+Mo+Cr); 0 % Cu) -G (78,6% Ni; 16,7% (Fe+Mn+Mo+Cr); 5 % Cu) -H (75,6% Ni; 19,4% (Fe+Mn+Mo+Cr); 5 % Cu) - E, wobei der Mangan-Gehalt 0 bis 1 %, der Molybdän-Gehalt 0 bis 2 % und der Chrom-Gehalt 0 bis 1,5 % beträgt mit der Maßgabe, daß der Molybdän-Gehalt und der mit 4/3 multiplizierte Chrom-Gehalt insgesamt 2 % nicht übersteigt.

L e e r s e i t e