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Kern für Selbstinduktionsspulen zur Selbstinduktionsbelastung von
Fernsprechleitungen. Bedeuten R, C und A Widerstand, Kapazität und Ableitung pro
Längeneinheit einer zur Verminderung ihrer spezifischen Dämpfung mit Selbstinduktionsspulen
belasteten Fernsprechleitung, ferner W und L wirksamen Widerstand
und Selbstinduktivität einer der im Abstands voneinander befindlichen Spulen, so
ist Lekanntlich die spezifische Dämpfung der Fernsprechleitung
Die durch Vergrößerung von L angestrebte Verkleinerung von ß wird also außer durch
den zweiten Summanden. der Formel auch dadurch beeinträchtigt, daß zugleich mit
der Erhöhung der Selbstinduktiv ität auf den Betrag
der Widerstand R um den Betrag yt- des wirksamen Spulenwiderstandes vers größert
wird. Der wirksame Widerstand der Spulen müßte deshalb möglichst klein sein. Da
aber bei den bisher zur Spulenherstellung verwendeten Eisensorten mit der Verkleinerung
von W das Gewicht der Spulen und damit die Kosten der Belastung ganz unverhältnismäßig
ansteigen, hat es sich als zweckmäßig erwiesen, die Spülen möglichst so zu bauen,
daß der Betrag von
je nach dem Werte von R to bis etwa 5o Prozent dieses Wertes nicht übersteigt, wobei
die obere, eigentlich zu hohe Grenze, die für Fernsprecbkabelleitungen von 3 mm
Leiterdurchmesser angewendet wurde, dadurch bedingt war, daß kleinere Werte von
W nur durch eine ganz unmäßige Vergrößerung des Spulengewichtes zu erreichen gewesen
wären. Die Möglichkeit, den wirksamen Spulenwiderstand pro Einheit der Selbstinduktivität
bei gleichem oder -sogar kleinerem Spulengewicht kleiner als bisher machen zu können,
ist daher besonders für Fernsprechleitungen kleinen Widerstandes von großer technischer
Bedeutung. Die vorliegende Erfindung gibt diese Möglichkeit.
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Der wirksame Widerstand der Spulen setzt sich zusammen aus dem Leitungswiderstand
der Spulenwickelung und aus einem Zuwachs, der auf die Hysterese- und Wirbelstromverluste
in dem Eisenkern zurückzuführen ist.
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Während es verhältnismäßig leicht gelingt, den Leitungswiderstand
durch entsprechenden Querschnitt des Bewickelungsdrahtes auf einen gewollten niedrigen
Wert zu bringen, wenn dabei auch zur Unterbringung der Wickelung die Größe und damit
das Gewicht der Spule zunehmen, stehen hinsichtlich des durch die Hysterese- und
Wirbelstromverluste bedingten Widerstandes der Erreichung des gleichen Zieles erhebliche
Schwierigkeiten entgegen, da hierzu die Auffindung eines geeigneten Eisenmaterials
mit genügend kleinen Verlustkonstanten erforderlich ist.
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Auch durch Verringerung der Permeabilität des Eisenmaterials wird
der Verlustwiderstand verkleinert; gleichzeitig muß dann aber, damit die Selbstinduktivität
der
Spule sich nicht ändert, entweder die Windungszahl der Bewickelung
und damit der Leitungswiderstand oder bei dessen Konstanthaltung -das , Spulenge@yicht
erhöht werden. Für die Permeabilität besteht daher ein günstigster Wert, bei dem
für gegebene Zeitkonstante Z -
das Spulengewicht ein Minimum wird. Eingehende Untersuchungen haben gezeigt, daß
dieses Optimum des Permeabilitätswertes bei kleinen Zeitkonstanten (etwa bis zu
o,025 Sekunden) ein nur wenig ausgeprägtes ist, mit wachsender Zeitkonstante aber
innerhalb eines zunehmend enger werdenden Bereiches liegt, dessen Grenzen für die
im praktischen Spulenbau vorkommenden Selbstinduktivitätswerte von etwa o,io bis
ö,2,5 Henry bis zu einer Zeitkonstanten von etwa 0,04 Sekunden ungefähr bei den
Werten 8o und 150, für höhere Werte der Zeitkonstanten bei etwa 8o und i
io liegen. Bei den sehr kleinen magnetischen Feldstärken in den Spulenkernen handelt
es sich dabei stets um die sogenannte Anfangspermeabilität des Materials.
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Die Versuche des Erfinders waren deshalb darauf gerichtet, ein Material
zu finden, das bei mögiichster Unterschreitung der bisher für die Verlustziffer
erhaltenen Werte gleichzeitig mit Anfangspermeabilitäten in den angegebenen Grenzen
hergestellt werden kann. Als Ergebnis dieser Versuche wurde ein Material gefunden,
das aus einer Legierung eines möglichst von Kohlenstoff und sonstigen Verunreinigungen
freien Eisens mit Nickel besteht.
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Eisen-Nickellegierungen sind an sich belcannt. Die als Nickelstähle
bekannten kohlenstoffhaltigen Legierungen weisen aber ganz erhebliche Hystereseverluste
auf. Durch Erniedrigung des Kohlenstoffgehaltes auf etwa o,og bis o,o6 Prozent besitzt
dagegen der Nickelzusatz, wie Versuche gezeigt haben, die Eigenschaft, die Hystereseverloste
des Eisens bedeutend herabzusetzen ohne gleichzeitig (wie dies z. B. bei den als
Transformator- und Dynamoblechen bekannten Eisen-Siliciumlegierungen der Fall ist)
die Anfangspermeabilität zu erhöhen. Diese kann vielmehr durch Erhöhung des Nickelzusatzes
beliebig herabgedrückt und daher innerhalb der oben angegebenen Grenzen geändert
werden. Da durch den Nickelzusatz auch die Leitfähigkeit des Eisens erheblich verschlechtert
wird, sinken auch die Wirbelstromverluste.
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Als Ausführungsbeispiel sei ein vom Erfinder hergestelltes Nickeleisen
erwähnt, das aus praktisch reinem Eisen mit ungefähr 8 Prozent Nickelzusatz besteht.
. Die Verlustziffer dieser Legierung ist kleiner als derjenigen von reinem Eisen.
Die Anfangspermeabilität beträgt ungefähr i35-Mit dieser Legierung hergestellte
Selbstinduktionsspulen, die bei 8oo Perioden und 0,5 Miniampere Belastungsstrom
eine Selbstinduktivität von 0,15 Henry und eine Zeitkonstante von 0,04 Sekunden
aufweisen, wiegen nur etwa 3,5 kg, während die bisher in der Technik angewandten
Selbstinduktionsspulen mit gleichen elektrischen Konstanten io,5 kg wiegen.
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Wie das Material zum Aufbau der Magnetisierungskerne unterteilt wird,
d. h. ob es in Scheiben-, Band-, Draht- oder Pulverforen zur Anwendung kommt, ist
für die Erfindung unwesentlich.