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Belastungsspule für nach Art des Pupinsystems belastete Sprechkreise.
Die Erfindung bezieht sich auf Belastungsspulen für Übertragungsleitungen, welche
nach Art des Pupinsystems belastet sind. Insbesondere ist die den Gegenstand der
Erfindung bildende Spule verwendbar für Doppelsprechstromsysteme, und zwar nicht
nur für den Doppelsprechstromkreis, sondern auch für die Stammleitungen.
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Der Zweck der Erfindung liegt darin, eine Spule vorzusehen, durch
welche Aufrechterhaltung von konstanten oder annähernd konstanten Eigenschaften
der Leitungen unter veränderlichen Bedingungen, wie sie im Betriebe vorkommen, gewährleistet
wird. Hierbei sollen die Leitungen zur Aufnahme verschiedener Apparate, wie verstärkender
Übertrager-, und Telegraphenapparate, geeignet sein.
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Bisher begegnete man Schwierigkeiten bei der Anwendung von verstärkenden
Übertragern in 'belasteten Leitungen, insbesondere bei Doppelsprechsystemen, bei
welchen Freidrahtleitungen verwendet wurden. Da die Leitungen dem Blitz oder anderen
kräftigen fremden Stromquellen ausgesetzt waren, waren die verfügbaren Belastungsspulen
bedeutenden Veränderungen unterworfen, und ztvar mit Bezug auf die Induktanz für
Sprechströme. Hierdurch wurde das sogenannte Singen der Wiederholer hervorgerufen.
Eine weitere, Schwierigkeit entstand aus vorübergehenden Veränderungen bezüglich
des induktiven Widerstandes der Belastungsspulen, wenn Telegraphenströme den Telephonströmen
überlagert wurden. In solchen Fällen wurde die telephonische Übermittlung wesentlich
beeinträchtigt.
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Man hat gefunden, daß die Veränderungen in der Induktanz, welche oben
erwähnt wurden, durch übermäßigen remanenten Magnetismus in den Kernen der Belastungsspulen
verursacht wurden. Dieser Magnetismus schwankt von Zeit zu Zeit und verändert bzw.
vermindert dadurch die Induktanz der Windungengegenübersehr geringen magnetisierenden
Kräften, wie sie durch Telephonströme hervorgerufen werden. Die Folge war für gewöhnlich
eine fortgesetzte Veränderung oder Unregelmäßigkeit, welche eine wesentliche Beschränkung
in der Anwendung von verstärkenden Übertragern und Telegraphenapparaten. an belasteten
Leitungen bewirkte. Für einen erfolgreichen Übertragungsbetrieb oder für Simultanbetrieb
ist es deshalb erforderlich, die Eigenschaften der Leitung konstant oder wenigstens
annähernd konstant zu erhalten.
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Ferner ist es bei belasteten Doppelsprechsvstemen erforderlich, daß
in den Belastungsspulen ein elektromagnetisches wie auch elektrostatisches Gleichgewicht
besteht, wie dies in dem amerikanischen Patent von Campbell Shaw Nr.98o9ar vorgesehen
ist. Ein
solches Gleichgewicht ist nicht möglich bei Belastungsspulen
nach Art der amerikanischen Pupinpatente Nr. 652230 und 65223i, weil ihre
Windungen nicht richtig verteilt sind, um das erforderliche Gleichgewicht in Döppelsprechstromkreisen
zu erzielen. Auch würde der Luftzwischenraum in dem Kerne der Pupinanordnung, Selbst
wenn auf letzterem die Windungen nach dein Campbell & Shaw-Patent verteilt wären,
doch noch den Gleichgewichtszustand stören, so daß starkes Übersprechen zwischen
den Stromkreisen entstände.
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Zur Behebung der erwähnten Schwierigkeiten wird nun eine Belastungsspule
vorgesehen, deren Wicklungen nach bekanntem Vorschlage von einem zweckmäßig in sich
zurücklaufenden (z. B. ringförmigen) Eisenkerne getragen Werden, in dem mehrere
nichtmagnetische Zwischenräume eingeschaltet sind, und zwar ist dabei erfindungsgemäß
das Verhältnis der gesamten Länge der nichtmagnetischen Zwischenräume zur gesamten
Kernlänge derart bemessen, daß bei den verschiedenen im Betriebe vorkommenden `Verton
des remanenten Kernmagnetismus die Schwankungen in der Durchlässigkeit des Magnetkernes
für die Telephmströme einen gewissen zulässigen Betrag nicht überschreiten.
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In der Zeichnung zeigt die Fig. i scheinatisch ein mit verstärkendem
Übertrager ausgestattetes Doppelspreclistromsystem, bei welchem gemäß der Erfindung
gebaute Belastungsspulen Verwendung finden, während die Fig. a den besonderen Aufbau
einer gemäß der Erfindung hergestellten Belastungsspule im Schnitt veranschaulicht.
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Die Doppelsprechbelastungsspule gemäß der Erfindung besteht aus acht
Windungen 30, 31, 3=', 33, 26, 27, 28, 29, welche auf einem ringförmigen
Kern 23 angeordnet sind. Dieser ist durch Luftzwischenräume 24. in vier Abschnitte
unterteilt, wobei, wie Fig. 2 erkennen läßt, zwischen den Kernabschnitten Isolationsstücke
4.2 angeordnet sind. Auf den Ring sind Wicklungstrennvorrichtungen aufgeschoben,
welche aus isolierendem Material bestehen und vier Wicklungsräume bilden. \ ach
dem Aufbringen der Wicklungen auf den Kern wird der ganze Aufbau durch Klammern
44, .45 zusammengehalten. Diese Klammern können aus Neusilber oder einem anderen
nicht magnetischen Material bestehen, das hohen Widerstand besitzt, so daß Verluste
durch magnetische Streuung vermieden werden. Der Kern kann in der Weise hergestellt
werden. daß zuerst aus seinen Eisendrähten ein ringförmiger Kern gebildet Wird,
auf welchen die Wicklungen und Wicklungstrennvorrichtungen aufgebracht werden. Hierauf
wird der Kern zwischen den Wickliingen durchgeschnitten, und die Isolationsstücke
4.2 wer-' den zwischen die Kernabschnitte gelegt. Dann werden die Klammern 44 und
4.5 herumgelegt. Wie aus Fig. i hervorgeht, ist jeder Kernabschnitt mit einer inneren
und einer äußeren Wicklung, z. B. 30 und 26, versehen. Die innere Wicklung
3o des einen Abschnittes ist mit der äußeren Wicklung 28 des gegenüber-. liegenden
- Abschnittes verbunden. Entsprechend steht 31 mit 29, 32 mit 26 und 33 mit 27 in
Verbindung. Die miteinander verbundenen inneren und äußeren '\;#'ickltingeit bilden
eine einzige Leitungswicklung, welche i in eine Leitung eingeschaltet ist.
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j Die Belastungsspule i i 'für die StammjStromkreise zeigt den gleichen
Aufbau wie die Spule für den Doppelsprechstromkreis, mir daß bei der erstgenannten
Spule der Kern durch die Lufträume 35, 36.in zwei Abschnitte 34 unterteilt ist.
Jeder Abschnitt ist mit in-' neren und äußeren Wicklungen 39, 37 bzw. t 40,38
versehen, wobei die inneren Wicklungen eines Abschnittes finit den äußeren Wick-'
Lungen des anderen Abschnittes verbunden sind.
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j Bei dem in Fig. i dargestellten System, bei welchem verstärkende
Übertrager zur Anwendung kommen, sind zwei Doppelsprech-Belastungsspulen i9 und
2o beiderseits des Übertragers und vier Stammstromkreisbelastungsspulen 11, 15 und
12, 16 vorgesehen.
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` Ferner sind dargestellt drei Übertragersätze, jeder mit zwei thermionischen
Verstärkern 13,
14., 21, 22, 17, 18, nämlich einen Übertragersatt für jeden
der Stammstromkreise und einen für den Doppelsprechstromkreis. Diese Übertrager
sind bekannter Art, ebenso bildet ihre Schaltung in den Stamm- bzw. Doppel-: sprechstromkreis
nicht einen Gegenstand der Erfindung. Es erübrigt sich also eine diesbezügliche
weitere Beschreibung. Jedoch sei darauf hingewiesen, daß,, um neutrale Punkte für
die Verbindung- der verstärkenden Strom-' kreise der Übertrager zu schaffen, künstliche
' Ausgleichleitungen 55 und 57 vorgesehen sind. .
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Selbstverständlich können die vorstehend beschriebenen Belastungsspulen
auch bei Systemen ohne verstärkende Übertrager zur An-Wendung kommen, sind aber
in Verbindung mit solchen Übertragern gezeigt, da sie vorzugsweise für solche Systeme
geeignet sind.
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Der hauptsächlichste Zweck der Lufträume ist, sicherzustellen, daß
die elektrischen Konstanten der Spule für Telephonbetrieb nicht wesentlich verändert
Werden durch irgend-. einen Grad der Magnetisierung,welcher dem Kern zusammen mit
dem durch die Telephoüströme selbst hervorgerufenen Magnetismus erteilt wird. Die
Lufträume geben dem manetischen Stromkreis nicht nur einen Wider-2
stand_gegen..die-Magnetisierung,.sondern
auch die Eigenschaft der Selbstentmagnetisierung, welche den zusätzlichen und störenden
remanenten 1Iagnetismus mehr oder weniger schnell zum Verschwinden bringt, sobald
die iiberlagerte magnetisierende Kraft entfernt wird.
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Diese Wirkungen hängen ab von dem Verhältnis zwischen den Lufträumen
und dem Eisenstromkreis und «-erden größer mit der Zunahme der Länge der Lufträume.
Da eine Zunahme der Entmagnetisierungsfaktoren auch eine Verminderung der effektiven
Durchlässigkeit des Kernes zur Folge hat, und infolgedessen eine Vergrößerung der
erforderlichen Kupfermenge zur Erzielung der gleichen Induktanz, wie auch eine Vergrößerung
der Größe und Kosten des Eisengehäuses, wird jene Luftraumlänge die günstigste sein,
welche eben eine genügende Entmagnetisierungswirkung gewährt, um zu sichern, daß
unter allen Bedingungen bei einer etwa überlagerten Magnetisierung die elektrischen
Konstanten nicht mehr schwanken, als um einen als nicht schädlich erkannten Betrag.
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llan hat gefunden, daß es einen Sattigungswert für den remanenten
Magnetismus eines geschlossenen Stromkreiskernes gibt. Dieser Wert wird erreicht,
«renn .eine magnetisierende Kraft angewendet wird, die genügend groß ist, um den
Kern bis zu einem Punkte zu magnetisieren, der eben -über dem Scheitelpunkt der
Kurve des induzierten Magnetismus liegt,und daß jede weitere Zunahme in der Magnetisierungskräft
den remanenten Magnetismus nicht wesentlich vergrößert.
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Für einen Kern mit Lufträumen gibt es einen ähnlichen Sättigungswert
für den remanenten Magnetismus, aber wegen der selbstmagnetisierenden Eigenschaften
des Stromkreises ist dieser Wert stets kleiner als für den geschlossenen Kern und
kann durch Veränderung der Verhältnisse der Lufträume in beliebiger Weise verringert
werden. Der höchste remanente Magnetismus, welcher in einem magnetischen Stromkreis
mit Lufträumen bestehen kann, kann aus der Hysteresisschleife für das Material selbst
gefunden werden, vorausgesetzt, daß bei der Bestimmung der Schleife die magnetisierende
Kraft genügend gesteigert wurde, um zu sichern, daß die remanente Magnetisierung
ihren Sättigungswert erreichte.
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Die Beziehung zwischen den -1v%"erhältnissen der Lufträume und ihrer
Entmagnetisierungswirkung ist durch die Gleichung
dargestellt, iit welcher bedeutet I-1 = die magnetisierende Kraft im- Eisen, H'-
die infolge der. Magnetisierung der Spulen aufgewendete Kraft, B die Kraftliniendichte
im Eisen., ja - die Anzahl der Lufträume, n L - die Gesamtlänge der Lufträume, L
- die mittlere Länge. des magnetischen Stromkreises im Eisen, .-1 - die Zunahme
des Querschnitts infolge des Ausstrahlens der magnetischen Linien -an den Lufträumen,
A :=den Querschnitt des Kraftlinienweges im Eisen.
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Die Formel
in welcher der Koeffizient von B für einen bestimmten Kern mit kleinen Lufträumen,
welcher sich für den Zweck eignet, im wesentlichen proportional zur Länge des Luftraumes
ist, stellt eine magnetische Größe dar, die entgegengesetzten Sinn hat als die angewendete
Kraft, mit dem Bestreben, das Eisen zu entmagnetisieren oder zu vermeiden, daß es
unter irgendeiner gegebenen Kraft die volle Magnetisierung erreicht.
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Die zweckmäßigsten Verhältnisse des Luftraumes werden am besten in
jedem Falle direkt durch Versuche gefunden. Dies kann man dadurch erreichen, daß
man für verschiedene Luftraumlängen die gesamte Veränderung der effektiven Durchlässigkeit
des ganzen magnetischen Stromkreises für die kleinen Kräfte aus den Telephonströmen
beobachtet, nachdem die Spule verschiedenen Vorgängen starker Magnetisierung unterworfen
wurde, wie sie in der Praxis vorkommen würden. Aus diesen Beobachtungen wird man
als den geeigneten Luftraum denjenigen wählen, für den die Gesamtschwankung einen
Grenzwert, etwa 8 Prozent, nicht überschreitet, welcher durch die Betriebserfordernisse
für Telephonleitungen bestimmt wird. Man kann ein ähnliches Verfahren befolgen,
um den geeignetesten Luftraum für die Fälle zu bestiminen. in denen die Veränderung
des effektiven Widerstandes der Spulen die Grenze zieht, wie z. B. bei gleichzeitiger
Benutzung der Leitungen für Telephon- und Telegraphenbetrieb.
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Wenn die Belastungsspulen starke fremde Ströme erhalten, so bleiben
dann mit Sicherheit unter Einwirkung der Entmagnetisierungsspule die Eigenschaften
der Leitung ziemlich konstant, ebenso bleibt <ein so gut wie vollständiges Gleichgewicht
zwischen den verschiedenen Teilen der Stromkreise und deren Leitungsnetzen erhalten.
Es ist deshalb möglich, 'sehr kräftige. Übertrager zti verwenden, _ welche auf ihren
höchsten Verstärkungsgrad
eingestellt sind, so daß sich ein zufriedenstellender
Telephonbetrieb unter den schwierigsten Bedingungen eines gleichzeitigen Telegraphenbetriebes
ermöglicht.