DE3900946A1 - Magnetkern fuer einen schnittstellen-uebertrager - Google Patents
Magnetkern fuer einen schnittstellen-uebertragerInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen Magnetkern für einen Schnitt
stellen-Übertrager nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs
1. Ein solcher Schnittstellen-Übertrager findet Anwendung
bei der sogenannten S 0- Schnittstelle des ISDN-
Netzes als Übertrager an der Schnittstelle zwischen dem
Netzabschluß und den einzelnen Endgeräten.
ISDN ist ein neues, weltweites, digitales Kommunikations
system. Bei ISDN erfolgt die Verbindung zwischen einer
digitalen Ortsvermittlungsstelle und einem sogenannten
Netzabschluß über eine U k 0-Leitungsschnittstelle.
Die Entfernung zwischen der digitalen Ortsvermittlungs
stelle und einem Netzabschluß kann hierbei max. 8 km
betragen. An einen einzigen Netzabschluß können bis zu 8
Endgeräte angeschlossen werden. Bei den Endgeräten kann es
sich beispielsweise um Telefon, Bildschirmtelefon, Bild
schirmtext, Faksimile, Textfax, Arbeitsplatzstation u. a.
handeln. Die Endgeräte können wiederum bis zu 150 m vom
jeweiligen Netzabschluß entfernt sein. Die Schnittstelle
zwischen Netzabschluß und den Endgeräten wird als S 0-
Benutzerschnittstelle bezeichnet.
Die Anforderungen an eine solche S 0- Schnittstelle
sind in der internationalen Norm CCITT I.430 bzw. in der
Norm FTZ 1 TR 230 der Deutschen Bundespost festgelegt.
Diese Normen legen beispielsweise die Impedanz der Schnitt
stelle in Abhängigkeit von der Frequenz oder auch eine
sogen. Impulsmaske für die übertragenen digitalen Impulse
fest. Mit den sich aus diesen Normen ergebenden Anforde
rungen an die magnetischen und elektrischen Eigenschaften
von S 0 - Schnittstellenübertragern beschäftigt sich
beispielsweise die Firmenveröffentlichung PUBL 1101E von
H. Hemphill, Using Pulse Transformers for ISDN-Applications
der Schaffner Elektronik AG, Luterbach, Schweiz. In dieser
Veröffentlichung sind in den Fig. 2 und 3 auch die Anfor
derungen an die Impedanz und die Impulsübertragung nach den
postalischen Normen dargestellt. Ob ein digitaler Puls
innerhalb der vorgegebenen Impulsmaske übertragen werden
kann, hängt im wesentlichen von der Induktivität und den
Kapazitätswerten des Übertragers ab. Die Induktivität L des
Übertragers bestimmt im wesentlichen den Dachabfall des
übertragenen Impulses. Unter dem Dachabfall versteht man
die unerwünschte Abnahme der Spannung des übertragenden
Impulses während der Impulsdauer. Um die ISDN-Anforderungen
zu erfüllen, muß die Induktivität des Übertragers größer
als etwa 20 mH sein. Die Kapazitätswerte des Übertragers
wirken sich auf die Signalform des übertragenen Impulses
insbesondere beim Übergang vom High- in den Low-Zustand
aus. Hierbei sind möglichst niedrige Werte für die Koppel
kapazität erforderlich. Als Koppelkapazität wird die Kapa
zität zwischen zwei verschiedenen Wicklungen des Übertra
gers bezeichnet. Die Koppelkapazität ist u. a. abhängig von
der Zahl der aufgebrachten Windungen und auch von der An
ordnung der Wicklungen. Als Magnetkerne für einen S 0-
Schnittstellenübertrager werden in der obengenannten
Veröffentlichung beispielsweise sogen. RM6-Kerne angegeben.
Als Kernmaterial wird Ferrit genannt. Bei Verwendung von
Ferritkernen sind die Werte für die Permeabilität µ
und die Sättigungsinduktion Bs beschränkt. Typische Werte
hierfür sind µ=10 000, Bs=0,45 T (SIFERIT T38 der
Fa. SIEMENS).
Die Induktivität des Übertragers ist direkt proportional
zur Permeabilität des Kernwerkstoffes. Um mit den Werten
der Permeabilität und Sättigungsinduktion der Ferrite die
ISDN-Anforderungen hinsichtlich der Induktivität,
insbesondere auch bei einer Gleichstromvormagnetisierung
des Übertragers zu erfüllen, sind entweder ein vergleichs
weise großer magnetischer Kernquerschnitt oder hohe
Windungszahlen erforderlich. Ein größerer magnetischer
Kernquerschnitt bedeutet aber eine Vergrößerung des
Magnetkerns und somit eine Vergrößerung des Bauvolumens des
Übertragers. Erwünscht sind jedoch möglichst kleine
Komponenten. Eine höhere Windungszahl bedeutet zunächst
eine Erhöhung der Koppelkapazität und somit eine Ver
schlechterung des Übertragungsverhaltens. Um dies zu
vermeiden, sind komplizierte Wicklungsanordnungen mit
zwischen den Wicklungen liegenden Isolierschichten
erforderlich. Die Herstellung der Wicklung wird hierdurch
kompliziert und kostenaufwendig.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Magnetkern für einen
S 0-Schnittstellenübertrager anzugeben, der ein
möglichst kleines Bauvolumen aufweist und der mit einem
einfachen Wicklungsaufbau und geringer Windungszahl die
Herstellung eines S 0-Schnittstellenübertragers nach
den ISDN-Anforderungen erlaubt. Die ISDN-Anforderungen
sollen insbesondere auch bei einer Gleichstromvormagneti
sierung des Übertragers erfüllt werden.
Die Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des
Patentanspruchs 1 gelöst. Co-Basislegierungen weisen
sehr geringe Magnetostriktionswerte auf. Dies bedeutet, das
der Permeabilitätsabfall durch Spannungen im Material sehr
klein ist.
Mit den erfindungsgemäßen Magnetkernen können kompakte
Schnittstellenübertrager mit kleinen Abmessungen herge
stellt werden. Die Schnittstellenübertrager erfüllen auch
mit einem einfachen Wicklungsaufbau die in den Normen
festgelegten Anforderungen. Insbesondere erreichen die
Übertrager die geforderten Werte für die Induktivität auch
bei einer Vormagnetisierung, wie sie aufgrund einer unsym
metrischen Stromverteilung im ISDN-Netz zu erwarten ist.
Bei Co-Basislegierungen mit µ < 95 000 nimmt die
Permeabilität bei geringer Vormagnetisierung bereits stark
ab, so daß die geforderte Induktivität nur mit vergleichs
weise großem magnetischem Kernquerschnitt bzw. hoher Win
dungszahl erreicht wird. Ist die Permeabilität µ < 25 000,
so wird die geforderte Induktivität ebenfalls nur durch die
genannten Maßnahmen erreicht.
Als besonders vorteilhaft hat sich die Verwendung einer
Kobalt-Basislegierung erwiesen, die neben Kobalt im wesent
lichen Eisen und Mangan mit einem Gesamtanteil von 3 bis 8
Atom-% sowie Metalloide mit einem Anteil von 24 bis 29
Atom-% enthält. Amorphe Kobalt-Basis-Legierungen mit einem
Metalloidgehalt im Bereich von 5 bis etwa 35 Atom-% sind
beispielsweise aus der EP-PS 21 101 und der DE-OS 30 21 536
bekannt. Es hat sich jedoch gezeigt, daß Kobalt-Basis
legierungen mit einem Metalloidgehalt von weniger als
24 Atom-% bzw. von mehr als 29 Atom-% den Anforderungen an
die Anfangspermeabilität nicht genügen. Als Metalloide
kommen Bor, Silizium, Kohlenstoff und Phosphor in Frage.
Als vorteilhaft hat sich eine Kombination von Bor und
Silizium erwiesen, wobei das Bor teilweise durch
Kohlenstoff ersetzt werden kann. Durch den Zusatz von
Mangan erfüllen die erfindungsgemäßen Magnetkerne die
ISDN-Normen der S 0-Schnittstelle auch bei solchen
Vormagnetisierungen, wie sie in den Übertragern im Netz
abschluß erwartet werden. Weiterhin können die amorphen
Kobalt-Basislegierungen auch Nickel mit einem Anteil von
bis zu 15 Atom-% sowie eines oder mehrere der Elemente
Molybdän, Chrom oder Niob mit einem Anteil von bis zu 1
Atom-% enthalten. Magnetkerne mit den höchsten zulässigen
Werten für die Vormagnetisierung werden jedoch mit den
Kobalt-Eisen-Mangan-Metalloid Legierungen erzielt, wenn der
Mangan-Gehalt zumindest 0,5 Atom-% beträgt. In umfang
reichen Forschungs- und Erprobungsreihen wurde gefunden,
daß insbesondere solche Kobalt-Basislegierungen geeignete
Magnetkernwerkstoffe für ISDN-Schnittstellenübertrager
darstellen, bei denen der Metalloidgehalt in Abhängigkeit
von der Permeabilität µ, dem Eisengehalt a, dem
Mangangehalt b, dem Nickelgehalt c, dem Molybdän-Chrom-Niob-
Gehalt d sowie dem Bor- bzw. Kohlenstoffgehalt x gegeben
ist, durch:
18 + 1,4 * lg
A + B < z < 18 + 1,7 * lg A + B,
wobei
A = µ (1 + 0,25) (a + c)
B = 0,25 (a - b) - 0,2 c - d + 3,2 x ist.
A = µ (1 + 0,25) (a + c)
B = 0,25 (a - b) - 0,2 c - d + 3,2 x ist.
Mit den erfindungsgemäßen Magnetkernen können S 0-
Schnittstellenübertrager hergestellt werden mit einem
Eisenquerschnitt von weniger als 0,2 cm2 für die
Netzabschlußseite bzw. mit einem Eisenquerschnitt von
weniger als 0,1 cm2 für die Endgeräte-Seite.
Die Erfindung soll nun anhand der Figuren und Beispiele
näher erläutert werden. Es zeigen:
Fig. 1 die Schnittstellen und induktiven Bauelemente im
ISDN-Netz,
Fig. 2 den Zusammenhang zwischen Metalloid-Gehalt und
Anfangspermeabilität,
Fig. 3 den Zusammenhang zwischen der Feldstärke Ho, bei
der die Permeabilität auf 70% der Anfangs
permeabilität abgesunken ist, und der Anfangs
permeabilität,
Fig. 4 die Abhängigkeit der Induktivität von einer
Gleichstrom-Vorbelastung im Bereich von 0 bis 10 mA,
Fig. 5 die Abhängigkeit der Induktivität von einer Gleich
stromvorbelastung im Bereich von 0 bis 28 mA.
In Fig. 1 sind die Schnittstellen und induktiven Bauelemente
im ISDN-Netz dargestellt. Dies sind die sogen. U K 0-
Leitungsschnittstelle zwischen der digitalen Vermittlungs
stelle 1 und dem Netzabschluß 2 (NT: Network Terminaton)
sowie die S 0-Teilnehmerschnittstelle zwischen dem
Netzabschluß 2 und den Endgeräten 3 (TE = Terminal
Equipment). Zur Übertragung der Informationen zwischen der
digitalen Vermittlungsstelle 1 und dem Netzabschluß 2 werden
U K 0-Schnittstellenübertrager 4 eingesetzt. Die
Verarbeitung der digitalen Signale im Netzabschluß 2 erfolgt
durch elektronische Bauelemente 5. Der Netzabschluß enthält
weiterhin die NT-Schnittstellenübertrager 6 der S 0-
Schnittstelle. Die Übermittlung der digitalen Signale
zwischen dem Netzabschluß 2 und einem Endgerät 3 erfolgt über
die Sendeleitungen 7, 8 und die Empfangsleitungen 9, 10. Im
Endgerät 3 erfolgt die Umsetzung der Signale über die
TE-Schnittstellenübertrager 11 und die Weiterverarbeitung mit
elektronischen Bauelementen 12. Das Endgerät beinhaltet
ferner stromkompensierte Funkentstördrosseln 13.
Die erfindungsgemäßen Magnetkerne finden Anwendung in dem
NT-Schnittstellenübertrager 6 und dem TE-Schnittstellen
übertrager 11 der S 0-Schnittstelle. Die Stromversor
gung der Endgeräte erfolgt teilweise von der digitalen
Vermittlungsstelle über die S 0-Teilnehmerschnitt
stelle. Dies ist zum Beispiel dann der Fall, wenn es sich bei
dem Endgerät um einen Telefonapparat handelt. Die Fern
speisung der Endgeräte ist in der Fig. 1 nicht dargestellt.
Sie erfolgt über die Mittelanzapfung 14 der NT-Schnitt
stellenübertrager 6. Im nicht praxisgerechten Idealfall teilt
sich der Speisestrom zu gleichen Teilen auf die Sende
leitungen 7, 8 bzw. die Empfangsleitungen 9, 10 auf. In der
Praxis werden die verschiedenen Stromwege jedoch unterschied
liche Widerstände aufweisen. Als Ursachen hierfür kommen
beispielsweise unterschiedliche Wicklungswiderstände der
Übertrager sowie unterschiedliche Widerstände der
Steckkontakte der Leitungen bzw. auch der Anschlußschnur
eines Endgerätes in Betracht. Eine solche Unsymmetrie des
Stromes in den Sendeleitungen 7, 8 bzw. in den Empfangs
leitungen 9, 10 führt zu einer Vormagnetisierung in den
NT-Schnittstellenübertragern 6 bzw. den TE-Schnittstellen
übertragern 11 der S 0-Schnittstelle. Intensive
Untersuchungen und Berechnungen hierzu haben ergeben, daß im
TE-Schnittstellenübertrager 11 mit einem Vormagnetisierungs
strom von etwa 3 mA gerechnet werden muß. Der erwartete
maximale Vormagnetisierungsstrom im NT-Schnittstellenüber
trager 6 liegt dagegegen wesentlich höher, da an einen
Netzanschluß bis zu acht Endgeräte parallel angeschlossen
werden können. Es wird hierfür ein Vormagnetisierungsstrom
bis etwa 12 mA erwartet.
Um die in der Norm geforderte Übertragung eines digitalen
Impulses innerhalb der vorgegebenen Impulsmaske zu gewähr
leisten, muß der Übertrager auch bei den angegebenen Vor
magnetisierungsströmen eine Induktivität von mehr als 20 mH
aufweisen. Desweiteren sollte die Koppelkapazität gering
sein. Als obere Grenze hierfür sind etwa 100 pF anzusehen.
In den nachfolgenden Beispielen wurden die amorphen Magnet
kernmaterialien in Form von dünnen Bändern nach dem Schmelz
spin-Verfahren hergestellt. Dieses Verfahren ist hinreichend
bekannt und bildet nicht den Gegenstand dieser Erfindung. Aus
den amorphen Bändern wurden dann Ringbandkerne gewickelt. Die
Ringbandkerne wurden anschließend einer Wärmebehandlung im
Querfeld unterzogen, d. h. in einem Magnetfeld parallel zur
Rotations-Symmetrieachse der Ringbandkerne. Die Kerne wurden
hierzu auf eine Temperatur von etwa 420°C aufgeheizt und
anschließend mit einer Abkühlrate von 0,1 bis 3 K/min
abgekühlt. Die erfindungsgemäßen Magnetkerne weisen
Magnetostriktionswerte von kleiner 0,3 * 10-6 auf.
Dies bedeutet, daß der Permeabilitätsabfall durch Spannungen
im Material sehr gering ist.
Nach dem obenbeschriebenen Verfahren wurde ein Magnetkern mit
der Legierungszusammensetzung Co 68,2, Fe 4, Si 16,8, B 11,
hergestellt. Es wurden verschiedene Abkühlgeschwindigkeiten
mit 0,2, 0,4 und 1,0 K/min ausgewählt. In Tab. 1 sind die
Werte für die Sättigungsinduktion Bs, die Anfangspermeabi
lität µ, gemessen bei einer Frequenz von 20 kHz, sowie
die Magnetfeldstärke Ho, bei der die Permeabilität auf 70%
des Wertes der Anfangspermeabilität abgefallen ist,
aufgelistet. Die Magnetfeldstärke Ho gibt zusammen mit der
Anfangspermeabilität Aufschluß über die Eignung als
Übertragerwerkstoff bei vorliegender Vormagnetisierung.
Kleine Ho-Werte bedeuten eine Eignung nur bei kleiner
Vormagnetisierung.
Es zeigt sich, daß die Anfangspermeabilität mit zunehmender
Abkühlgeschwindigkeit zunimmt, während die Feldstärke Ho
entsprechend abnimmt. Um die Anforderungen der ISDN-Norm
hinsichtlich der Übertragung eines digitalen Impulses über
eine S 0-Schnittstelle zu erfüllen, wird aufgrund der
erwarteten Vormagnetisierung davon ausgegangen, daß Ho im
Falle des NT-Schnittstellenübertragers 6 nicht kleiner als
70 mA/cm und im Falle des TE-Schnittstellenübertragers 11
nicht kleiner als etwa 20 mA/cm sein darf. Die genannte
Legierung ist aufgrund ihrer Ho-Werte somit für beide
Schnittstellenübertrager geeignet.
In der Tab. I sind unter den Leg.-Nr. 2.1 bis 11.1
Legierungen aufgeführt, die neben Co, Fe und Metalloiden nun
zusätzlich Mangan enthalten. Die Magnetkerne mit den Nr. 2.1
bis 2.3 weisen Werte für die Anfangspermeabilität von über
95 000 auf und liegen somit außerhalb des beanspruchten
Schutzbereichs. Die entsprechenden Ho-Werte liegen deutlich
unter 20 mA/cm, so daß diese Magnetkerne für die genannten
Schnittstellenübertrager nicht geeignet sind. Die Magnetkerne
3.1 bis 10.3 weisen dagegen alle Werte der Anfangspermea
bilität innerhalb des Bereichs von 25 000 bis 95 000 auf.
Auch bei diesen Magnetkernen hat die Wärmebehandlung den
selben Einfluß auf die Permeabilität und auf Ho, wie bei den
Magnetkernen nach Beispiel 1. Der Wert für Ho bleibt jedoch
stets über 20 mA/cm, unabhängig von der Abkühlgeschwindigkeit
bei der Wärmebehandlung. Unter der Nr. 11.1 ist ein Magnet
kern aufgeführt, der eine Legierungszusammensetzung außerhalb
des beanspruchten Bereichs aufweist. Der Metalloidgehalt
beträgt bei diesem Beispiel 20 Atom-%. Der Wert für Ho ist
mit Ho=5060 zwar extrem hoch, jedoch ist die Anfangs
permeabilität mit µ=1000 zu gering, so daß mit diesem
Kern die Anforderungen an den genannten Schnittstellen
übertrager nur mit vergrößertem magnetischen Kernquerschnitt
bzw. erhöhter Windungszahl erfüllt werden können.
In Tab. II sind die Magnetwerte von Magnetkernen aus mangan
freien Legierungen aufgelistet. Die Legierungen enthalten
zusätzlich 1,5 Atom-% Molybdän. Ein Vergleich zeigt, daß
diese Magnetkerne kleinere Ho-Werte aufweisen als die
manganhaltigen Magnetkerne nach Beispiel 2. Die manganfreien
Magnetkerne mit einem Molybdänzusatz werden deshalb für
TE-Schnittstellenübertrager 11 vorteilhaft eingesetzt werden
können. Wie Magnetkern Nr. 14.1 zeigt, können durch eine
geeignete Wärmebehandlung allerdings auch so hohe Ho-Werte
erzielt werden, daß ein Einsatz dieser Magnetkerne im
NT-Schnittstellenübertrager 6 möglich ist.
In Fig. 2 ist der Zusammenhang zwischen dem Metalloidgehalt
und der Anfangspermeabilität graphisch dargestellt. Die durch
Rechtecke dargestellten Wertepaare beziehen sich auf eine
Legierung der Zusammensetzung Co Rest, Fe 3,2, Mn 1, (Si 0,6, B 0,4) z.
Die durch Sterne dargestellten Wertepaare beziehen sich auf
eine Legierung der Zusammensetzung
Co Rest, Fe 3,8, Mo 1,5, (Si 0,6, B 0,4) z.
Aus einer derartigen Auftragung können besonders vorteilhafte
Bereichsgrenzen für den Metalloidgehalt in Abhängigkeit vom
Gehalt an sonstigen Metall-Legierungskomponenten und von der
Anfangspermeabilität µ angegeben werden. Für einen
erfindungsgemäßen Magnetkern mit der Legierungszusammen
setzung Co Rest, Fe a, Mn b, Ni c, T d (Si 1-x (B, C) x) z)
wobei T zumindest eines der Elemente Molybdän, Chrom oder
Niob ist, sind die einzelnen Metall-Legierungsanteile
eines erfindungsgemäßen Magnetkerns gegeben durch:
3 < a + b < 8, c < 15, d < 1, 0,3 < x < 0,7.
Für den
zulässigen Metalloidgehalt der Magnetkerne ergibt sich:
18 + 1,4 * lg A + B < z < 18 + 1,7 * lg A + B
mit
A = µ (1 + 0,25 (a + c))
B = 0,25 (a - b) - 0,2 c - d + 3,2 x.
A = µ (1 + 0,25 (a + c))
B = 0,25 (a - b) - 0,2 c - d + 3,2 x.
In Fig. 3 ist der Zusammenhang zwischen Ho und der Anfangs
permeabilität für manganhaltige und manganfreie Magnetkerne
nach Beispiel 2 bzw. 3 graphisch dargestellt. Die Darstellung
zeigt, daß durch den Manganzusatz die Ho-Werte erhöht
werden. Insbesondere können mit den manganhaltigen Magnet
kernen Ho-Werte erreicht werden, die deutlich über denen
der manganfreien Magnetkerne liegen. Daher sind die mangan
haltigen Legierungen die bevorzugten Magnetkernwerkstoffe für
die beanspruchten Schnittstellenübertrager. Insbesondere für
Schnittstellenübertrager mit einer hohen Gleichstrom
vormagnetisierung sind somit die manganhaltigen Legierungen
als Magnetkernmaterialien vorzuziehen.
In weiteren umfangreichen Versuchsreihen wurden amorphe
Kobalt-Basislegierungen untersucht, die verschiedene
Kombinationen von Eisen-, Mangan-, Nickel- und Molybdän-
Zusätzen enthalten. Die Ergebnisse sind in Tab. 3 zusammen
gefaßt. Die Anfangspermeabilität wurde wiederum bei einer
Frequenz von 20 kHz gemessen. Wie die Ergebnisse zeigen,
können auch mit diesen Magnetkernen Permeabilitätswerte im
Bereich von 25 000 bis 95 000 erreicht werden. Hierzu ist
allerdings häufig eine relativ hohe Abkühlgeschwindigkeit bei
der Wärmebehandlung, die technisch schwieriger zu realisieren
ist, erforderlich. Die gleiche Wirkung wie Molybdän weisen
auch die Elemente Chrom oder Niob auf. Es können somit
geeignete Magnetkerne auch mit amorphen Kobalt-Basislegie
rungen hergestellt werden, die neben Kobalt, Eisen, Mangan
und Metalloiden, auch Nickel, Molybdän, Chrom oder Niob
enthalten. Bevorzugt werden jedoch solche Legierungen, die
frei sind von den letztgenannten Legierungselementen.
Mit Hilfe von Magnetkernen mit Legierungszusammensetzungen
nach den Beispielen 2 und 3 wurden fertige Übertrager her
gestellt. Die Übertrager hatten zwei Wicklungen mit gleicher
Windungszahl. Die fertigen Bauelemente wiesen die Ab
messungen 9,8×6,8×5 mm auf. Gemessen wurde die Indukti
vität der Übertrager ohne Gleichstromvormagnetisierung L (0)
und bei Vormagnetisierung mit einem Gleichstrom von
I=2,5 mA sowie die Koppelkapazität C. Die Ergebnisse sind
in Tab. 4 zusammengefaßt. Mit einem Magnetkern der Nr. 3.2
aus Beispiel 2 wurden bereits bei einer Gesamtwindungszahl
von 2 N=34 eine Induktivität von mehr als 20 mH auch bei
einer Gleichstromvorbelastung von 2,5 mA erreicht. Durch eine
Erhöhung der Windungszahl konnte der Induktivitätswert erhöht
werden; gleichzeitig erhöhte sich allerdings geringfügig die
Koppelkapazität.
Auch mit den Magnetkernen Nr. 5.3, 6.3 und 7.3 konnten aus
reichende Induktivitätswerte und geringe Koppelkapazitäts
werte erreicht werden. Die genannten Magnetkerne weisen
Permeabilitätswerte zwischen 67 000 und 86 000 auf. Die Ho-
Werte liegen im Bereich zwischen 26 und 45 mA/cm.
Weiterhin wurden Übertrager mit manganfreien Magnetkernen der
Nr. 12.1 aus Beispiel 3 hergestellt. Diese Magnetkerne weisen
einen Ho-Wert von lediglich 15 mA/cm auf. Aus diesem Grund
wurde der geforderte Induktivitätswert bei einer Gleichstrom
vorbelastung von 2,5 mA mit einer Gesamtwindungszahl von
2 N=34, 38 bzw. 42 nicht erreicht. Bei Übertragern mit
einer Gesamtwindungszahl von 2 N=46, 50 und 54 wurden die
Spezifikationen jedoch erfüllt. Diese Übertrager sind
aufgrund der höheren Windungszahlen jedoch aus wirtschaft
lichen Gründen ungünstiger.
In Fig. 4 ist die Abhängigkeit der Induktivität von der
Gleichstromvorbelastung für Übertrager mit Magnetkernen Nr.
3.2 und 12.1 graphisch dargestellt. Auf die Magnetkerne sind
jeweils 2×19 Windungen aufgebracht. Der Übertrager mit dem
manganhaltigen Magnetkern 3.2 zeigt eine deutlich höhere
Gleichstromvorbelastung als der Übertrager mit dem mangan
freien Kern Nr. 12.1. Der Übertrager mit dem manganhaltigen
Kern Nr. 3.2 erfüllt in der angegebenen Ausführungsform die
ISDN-Anforderungen bis zu einer Gleichstromvorbelastung von
etwa 5 mA. Er ist deshalb insbesondere als TE-Schnittstellen
übertrager 11 einsetzbar.
Mit den Magnetkernen Nr. 1.2, 7.1, 9.2, 10.2, 11.1 und 27.1
wurden Übertrager hergestellt. Die Übertrager wiesen wiederum
zwei Wicklungen gleicher Windungszahl auf. Die Abmessungen
des fertigen Bauelementes betrugen 14×7×6 mm. Gemessen
wurde die Induktivität L (0) ohne Vormagnetisierung sowie die
Induktivität mit einer Gleichstromvorbelastung von 12 mA und
die Koppelkapazität C. Die Messungen wurden bei einer
Frequenz von 20 kHz durchgeführt. Die Ergebnisse sind in
Tab. 5 zusammengefaßt.
Die Übertrager mit den Magnetkernen Nr. 1.2, 7.1, 9.2 und
10.2 wiesen bereits bei einer kleinen Gesamtwindungszahl von
beispielsweise 2 N=38 sehr gute Werte für die Induktivität
und die Koppelkapazität auf. Sie erfüllen damit die ISDN-
Anforderungen. Aufgrund ihrer hohen Gleichstromvorbelast
barkeit sind diese Übertrager insbesondere als NT-Schnitt
stellenübertrager 6 einsetzbar. Die Permeabilität der
beispielhaft verwendeten Kerne liegt zwischen 34 000 und
39 000. Die Ho-Werte liegen im Bereich zwischen 90 und
108 mA/cm. Aus dem Vergleich mit den Werten aus Beispiel 5
wird ersichtlich, daß für höhere Gleichstromvorbelastungen
Magnetkerne mit niedrigerer Anfangspermeabilität und höherem
Ho-Wert ausgewählt werden müssen. Dies wird auch aus den
ebenfalls in Tab. 5 aufgeführten Übertragern mit Magnetkern
Nr. 11.1 und 27.1 ersichtlich. Mit diesen nicht erfindungs
gemäßen Magnetkernen wurde die Anforderung an den Induk
tivitätswert erst bei einer Gesamtwindungszahl von 120 bzw.
200 erfüllt. Diese hohen Windungszahlen haben jedoch wiederum
sehr hohe Koppelkapazitäten zur Folge. Zur Verringerung der
Koppelkapazität wäre daher bei diesen Übertragern ein aufwen
diger und somit teurer Wicklungsaufbau zur Verringerung der
Koppelkapazität nötig, beispielsweise durch die Anbringung
von zwischen den Wicklungen liegenden Isolierschichten.
In Fig. 5 ist die Abhängigkeit der Induktivität von der
Gleichstromvorbelastung für zwei Übertrager mit den Magnet
kernen Nr. 9.2 bzw. 14.1 dargestellt. Der Übertrager enthielt
2×19 Windungen (2 N=38). Der Übertrager mit dem mangan
freien Kern Nr. 14.1 erfüllt die ISDN-Anforderungen an die
Induktivität bis zu einer Gleichstromvorbelastung von etwa
10 mA. Der Übertrager mit dem manganhaltigen Magnetkern Nr.
9.2 erfüllt dagegen die ISDN-Anforderungen hinsichtlich der
Induktivität bis zu einer Gleichstromvorbelastung von etwa
14 mA. Bei der vorgegebenen Baugröße und Windungszahl kann er
somit als NT-Schnittstellenübertrager 6 eingesetzt werden.
Fig. 5 verdeutlicht wiederum die Überlegenheit der mangan
haltigen Magnetkerne bei hoher Gleichstromvorbelastung.
Mit den erfindungsgemäßen Magnetkernen können somit sehr
kompakte Übertrager hergestellt werden, die die ISDN-Anfor
derungen erfüllen. Die geeigneten Magnetkerne für die unter
schiedlichen Gleichstromvorbelastungen können anhand der
gegebenen Beispiele leicht ausgewählt werden.
Claims (7)
1. Magnetkern für einen Schnittstellenübertrager, der zum
Einsatz bei einem digitalen Übertragungssystem eine
Induktivität L von mehr als 20 mH bei 20 kHz bei möglichst
geringer Koppelkapazität aufweist, dadurch gekennzeichnet,
daß als Magnetkernmaterial eine magnetostriktionsarme,
amorphe Co-Basislegierung mit einer Permeabilität von mehr
als 25 000 und weniger als 95 000 verwendet wird.
2. Magnetkern nach Patentanspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß die amorphe Co-Basislegierung neben Co im
wesentlichen Fe und Mn mit einem Gesamtanteil von 3 bis
8 Atom-% sowie Metalloide mit einem Anteil von 24 bis
29 Atom-% und wahlweise bis zu 15 Atom-% Ni sowie bis zu
1 Atom-% Mo, Cr und/oder Ni enthält.
3. Magnetkern nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß
die Co-Basislegierung die Zusammensetzung
Co Rest, Fe a, Mn b, Ni c, T d (Si 1-x, (B, C) x) z
aufweist, wobei T zumindest eines der Elemente Mo, Cr oder
Nb ist und wobei für die Legierungsanteile (in Atom-%)
folgende Beziehungen gelten:
3 < a + b < 8
c < 15
d < 1
0,3 < x < 0,718 + 1,4 * lg A + B < z < 18 + 1,7 * lg A + Bmit
A = µ (1 + 0,25 * (a + c))
B = 0,25 * (a - b) - 0,2 * c - d + 3,2 * xRest Co sowie Verunreinigungen. Dabei bedeutet µ die Anfangspermeabilität und lg A den Zehnerlogarithmus von A.
c < 15
d < 1
0,3 < x < 0,718 + 1,4 * lg A + B < z < 18 + 1,7 * lg A + Bmit
A = µ (1 + 0,25 * (a + c))
B = 0,25 * (a - b) - 0,2 * c - d + 3,2 * xRest Co sowie Verunreinigungen. Dabei bedeutet µ die Anfangspermeabilität und lg A den Zehnerlogarithmus von A.
4. Magnetkern nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch
einen Mn Anteil von mehr als 0,5 Atom-% (b < 0,5).
5. Magnetkern nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
daß das Magnetkernmaterial kein Ni enthält (c=0).
6. Magnetkern nach Anspruch 3 oder 5, dadurch gekenn
zeichnet, daß das Magnetkernmaterial kein Mo, Cr oder Nb
enthält (d=0).
7. Magnetkern nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die amorphe Co-Basislegierung einen Magnetostriktionswert
von weniger als 0.3 * 10-6 aufweist.
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