DE443204C - Selbstinduktionsspule mit innerem Kern und aeusserem Mantel - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Selbstinduktionsspule zur Pupinisierung von Leitungen mit innerem Eisenkern und äußerem Eisenmantel. Eine solche Spule kann beispielsweise in einer zur Pupinisierung von Doppelleitungsschleifen geeigneten Ausführungsform dadurch hergestellt werden, daß man auf einen kreuzförmigen Eisenkern die Wicklungen für Hin- und Rückleitung mit gekreuzten Windungsebenen anordnet und über das Ganze einen zylindrischen Mantel schiebt. Wie sich herausgestellt hat, haben solche Spulen zwar einzeln für sich ganz gute elektrische Eigenschaften, aber der gedrängte Zusatnmenbau vieler solcher Spulen in einem Kasten, wie die Praxis ihn erfordert, hat sich als schwierig erwiesen, da sich die Spulen gegenseitig beeinflussen. Die Erkenntnis der Ursachen dieser unliebsamen Erscheinung

ao hat die Mittel zu ihrer Beseitigung an die Hand gegeben, welche den Inhalt der Erfindung bilden.

Der Grundgedanke der Erfindung soll im einzelnen näher an Hand der Zeichnung erläutert werden, welche eine Ausführungsform einer Mantelspule mit Kern beispielsweise in. Abb. I₃ 2 und 3 im Querschnitt, in Draufsicht und im Längsschnitt zeigt, während Abb. 4 das magnetische Kraftlinienbild veranschaulicht.

In der Zeichnung bedeutet 1 den z. B. kreuzförmigen Kern und 2 den äußeren Eisenmantel. Die Wicklungen 11 und 12 liegen in den zylindersektorförmigen Zwischenräumen 3 und 4 zwischen Kern und Mantel, und zwar mit gekreuzten Wicklungsebenen, d. h. die eine Wicklung in den Sektoren 3, die andere in den beiden Sektoren 4, wie die Abb. 2 und 3 näher erkennen lassen.

Wenn man durch eine solche Kreuzwicklung einen elektrischen Strom leitet, so bildet sich, falls die Drahtwicklung nur von Luft umgeben ist, d. h. nach Entfernung des eisernen Kerns 2 und des Mantels 1, in einem mittleren Querschnitt ein magnetisches Kraftlinienfeld gemäß Abb. 4 aus, in welcher 11' und 12' schematisch den Querschnitt der einen Hälfte der Wicklung und 2' den zur Aufnahme des Eisenkreuzes 1 dienenden inneren Hohlraum des Mantels kennzeichnet, während e die Spannungslinien und k die Kraftröhren sind. Es sei bemerkt, daß im zweiten Arm des Kreuzes 1 infolge der besonderen Symmetrieeigenschaften der Kreuzwicklung nur dann ein magnetisches Feld herrscht, w-enn der Richtungssinn des elektrischen Stromes in dem einen Teil der Wicklung sich umkehrt, was bei der Pupinisierung kombinierter Leitungssysteme mittels solcher Spulen für den Strom in der Phantomschleife gegenüber dem Strom in der Stammschleife der Fall ist. Berücksichtigt man nur die Wirkung einer Stromrichtung, so erhält man ein Kraftbild entsprechend der Abb. 4.

Wie aus Abb. 4 ersichtlich, herrscht in den Kernteilen ein bedeutend stärkerer resultierender magnetischer Vektor als in der äuße-

ren Umgebung der Wicklung. Dies kommt daher, weil die magnetomotorischen Vektoren der vier Drahtbündel in den Sektoren 3 und 4 (vgl. Abb. i) sich im Innenraum der Spule summieren, in der äußeren Umgebung der Spule dagegen subtrahieren und demzufolge der Kraftfluß im Innern des Kerns zusammengedrängt wird, sich außerhalb aber frei ausbreiten kann. Die erste Kraftröhre k außerhalb der Wicklung / im Punkte 5 hat beispielsweise etwa den gleichen Querschnitt wie die z. B. acht Kraftröhren im Innenraum 6 der Wicklung.

Würde man nun für Kern und Mantel Eisenkörper von gleicher Permeabilität verwenden und dem Mantel etwa eine Gestalt entsprechend der Kraftröhre mit dem Maximalquerschnitt 5 geben, so ist aus der Abb. 4 unmittelbar zu folgern, daß dieser äußere «ο Mantel nur etwa ein Viertel sämtlicher aus dem Kern ausströmenden Linien in sich aufnehmen würde. Eine derartige Spule wäre völlig unbrauchbar, da sie infolge dieser Streuung sehr große elektrische Verluste hätte und die Spulen sich in einer sehr weiten Entfernung voneinander noch unter sich beeinflussen würden.

Aus der Ahb. 1 ist ersichtlich, daß die Bauform einer solchen Kreuzspule aus sich heraus einen Luftspalt am Zusammenstoßpunkt vom Mantel und inneren Kern bedingt. Diese Lufträume haben nun, wie nachträgliche Untersuchungen ergeben haben, in erheblichem Maße die an Hand der Abb. 4 soeben dargelegten Streufiüsse der Spule herabgemindert, aber da sie mehr eine bauliche Zufallsmaßnahme waren, nicht völlig beseitigt. Nach der Erfindung hat man nun folgendermaßen zu verfahren, um die erwähnten Störungen gänzlich zu beheben, wobei für die Kraftflüsse im Kern und Mantel die Besonderheit zu berücksichtigen ist, daß der Kraftnuß zu beiden Seiten der Spule um die Wicklung herumfließt, der gesamte aus dem Kern heraustretende Fluß sich also in zwei Teile teilt.

Will man einen Mantel von dem Querschnitt der Kraftröhre im Punkte 5 der Abb. 4 zulassen, so muß man, da, wie beispielsweise angenommen werden mag, hier ein etwa achtmal geringerer Kraftvektor herrscht als im Innenraum 6 der Spule, den magnetischen Widerstand des Mantels etwa viermal geringer machen, als der magnetische Widerstand des Kernes ist.

Für das hier behandelte Beispiel würde man dann der Spule zweckmäßig einen Mantel und einen Kern aus verschiedenen Materialien geben, und zwar einen Mantel mit etwa vierfach höherer Permeabilität. Der sich aus der Bauform ergebende Luftspalt zwischen Kern und Mantel kann dann bedeutend kleiner sein und gewissermaßen nur eine Feinkorrektur für die Anpassung der magnetischen Widerstände von Mantel und innerem Kreuzkern' an die daselbst herrschenden Vektoren bilden.

Bei einem großen Luftspalt und Verwendung von gleichem Material für Mantel und Kreuz kann man gleichfalls zu einem günstigen Resultat gelangen, wenn man den Mantelquerschnitt entsprechend an den Widerstand des Kreuzes zuzüglich Luftspalt anpaßt. In dieser Weise ist es, wie die Praxis gezeigt hat, gelungen, die den Spulen bei den ersten Ausführungen zunächst noch anhaftenden Mängel des Übersprechens zu beseitigen.

Aus diesen Ausführungen ist ersichtlich, daß nur die in den Zwischenräumen desKreuzes liegenden Teile jeder Drahtwindung Berücksichtigung gefunden haben, nicht aber die Verbindungsstücke jeder Drahtwindung, welche oben und unten über das Kreuz führen. Diese Drahtkappen sind eine weitere Ursache für die erwähnte Störung benachbarter Spulen. In Abb. 2 sind in der Draufsicht schematisch die oberen Drahtkappen der beiden sich kreuzenden Wicklungen 11 und 12 gezeichnet. Wie ersichtlich, wird durch diese Drahtkappen je nach dem Richtungssinn des elektrischen Stromes ein resultierender Magnetfluß in Richtung der in Abb. 2 eingetragenen Achsen 13-13 und 14-14 erzeugt. Dieser Kraftfluß tritt zwischen dem Kreuz und den Wicklungen aus dem Inneren der Spule heraus und kann, wie Abb. 3 zeigt, erfindungsgemäß durch - einen Fortsatz 15 des Mantels 2 an den beiden Mantelenden aufgefangen werden. Dieser z. B. ringförmige Fortsatz 15 muß jedoch ebenfalls in seiner magnetischen Aufnahmefähigkeit den Verhältnissen angepaßt werden, so daß dieKraftliniendichte in ihm, wenn er alle Streulinien der Drahtkappe aufnimmt, ebenso groß ist wie die Kraftliniendichte im Mantel. Ist dies nicht der Fall, so treten vom Kreuz und Mantel Kraftlinien in diesen Fortsatz über, was zu einer erheblichen Erhöhung des Verlustwiderstandes der Spule Anlaß gibt. Man kann die Abgleichung erleichtern, wenn man den Fortsatz von dem übrigen Mantel durch eine unmagnetische Zwischenschicht isoliert. Durch die Maßnahmen nach der Erfindung gelingt es, nicht nur die beschriebenen Einbauschwierigkeiten und Störungen völlig zu vermeiden, sondern es werden auch die elektrischen Eigenschaften der Spulen noch erheblich günstiger, hauptsächlich die Abhängigkeit der Verluste von Stromstärke und Frequenz. Der an Hand einer Kreuzkernspule dargelegte Erfindungsgedanke, die

Streulinien durch Anpassung des magnetischen Widerstandes von Mantel und Kern an die von der Wicklung in Luft erzeugten Kraftvektoren in den Mantel hineinzuziehen, kann natürlich auch bei Mantelspulen mit nicht kreuzförmigem Kern mit Vorteil Verwendung finden.

Claims (3)

1. Patentansprüche:

   ίο i. Selbstinduktionsspule mit innerem

   Kern und äußerem Mantel, insbesondere Kreuzkernspule, dadurch gekennzeichnet, daß für Kern und Mantel Körper aus ferromagnetischem Material zur Verwendung

   commen, deren magnetischer Widerstand dem von der Spulenwicklung an diesen Stellen in Luft erzeugten Kraftvektor proportional angepaßt ist, und zwar vorzugsweise durch Verwendung von Material verschiedener Permeabilität für Kern und Mantel.
2. 2. Spule nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel an beiden Enden ringförmige Fortsätze zur Aufnahme der von den Wicklungskapyen er- ag zeugten Kraftflüsse trägt.
3. 3. Spule nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Fortsätze vom Mantel durch unmagnetische Zwischenschichten getrennt sind.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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