DE455568C - Leiter fuer lange Telegraphenkabel mit einer Umhuellung aus Elementen der magnetischen Gruppe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft die Ausbildung eines Leiters für lange Telegraphenkabel. Bei Signalleitungen treten bekannterweise Ladeströme auf, welche die Signalgebung ungünstig beeinflussen. Um diese Ladeströme auszugleichen, führt man induktive Ströme ein, d. h. man belastet die Leitungen mit solchen induktiven Strömen. Bei Telephonleitungen ist eine derartige Belastung bekannt, während bei telegraphischen Leitungen eine solche Belastung noch nicht angewendet wurde.

Um die Ladeströme bei langen telegraphischen Leitungen unschädlich zu machen, ist eine besonders hohe Permeabilität des Belastungsmaterials nötig. Um eine derartige Permeabilität zu erhalten, wird der Leiter mit einer Umhüllung aus Elementen der magnetischen Gruppe versehen. Gemäß der Erfindung enthält diese Umhüllung Nickel in einer Menge von S S Prozent oder mehr, und der so umhüllte Leiter wird durch einen Hitzeprozeß und daran unmittelbar anschließenden Kühlprozeß, bei dem er in gerader Lage aus dem Ofen gezogen wird, in einen solchen Zustand gebracht, daß seine Permeabilität bei äußerst niedrigen magnetischen Kräften ein Vielfaches derjenigen von Eisen allein ist. Auf diese Weise erhält man bei hoher Telegraphiergeschwindigkeit die gleichen Abmessungen des Kabels wie bei einem unbelasteten Leiter. Das Material besitzt hohen 0hmschen Widerstand, unterdrückt die Wirbelströme und zeigt geringe Hysteresisvcrluste.

Die Abb. 1 und 2 der Zeichnung erläutern die Erfindung.

Abb. 3 zeigt einen Schnitt durch einen Ofen, der zur Durchführung des Hitzeprozesses dient, dem der belastete Leiter unterzogen wird.

Abb. 4 zeigt eine Schaltung für ein gemäß der Erfindung ausgebildetes Telegraphenkabel.

Es hat sich herausgestellt, daß sich vermittels des erfindungsgemäß ausgebildeten Kabels telegraphische Signale mit Geschwindigkeiten übersenden lassen, die ein Vielfaches darstellen der bisher bei nicht induktiv belasteten. Kabeln _ möglichen Geschwindigkeit oder sogar ein Vielfaches der Geschwindig-

keiten, welche bei tinunterbrochen induktiv belasteten Kabeln der bisher bekannten Art möglich waren. Der Grund hierfür liegt in dem Umstand, daß, obwohl die Permeabilität der Umhüllung bei hohen magnetisiexenden Kräften nicht größer sein mag als diejenige des Eisens, trotzdem bei den niedrigen magnetisierenden Kräften, wie sie in einem Tielegraphenkabel in Frage kommen, eine PermeiQ abilität sich ergibt, die viel höher ist als diejenige des Eisens. Bei der gewöhnlichen Signalisierung über ein ozeanisches Kabel können die ankommenden Ströme auf io Mikroampere oder sogar noch weiter heruntergehen; dies entspricht einer außerordentlich geringen magnetisierenden Kraft. An der Sendestation, wo die volle Wirkung der 50-Voltspannung zur Geltung kommt, ergibt sich sogar eine magnetisierende Kraft von nur ungefähr 0,2 elektromagnetischen Einheiten. Es liegt also die hohe Permeabilität der Umhüllung innerhalb des Bereiches von magnetisierenden Kräften, wie sie bei Signalisierung in einem langen Unterseeleiter vorkommen. as Es wurde oben schon erwähnt, daß eine Umhüllung mit Induktananaterial, so wertvoll sie auch für telephonische Leiter ist, bei telegraphischen Leitern noch niemals vorteilhaft gefunden wurde. Um die Frage einer solchen ununterbrochenen Umhüllung in vollkommener Weise zu behandeln, ist es nötig, eine Vergleichsbasis herzustellen für umhüllte und nichtumhüllte Leiter, im folgenden bezeichnet als (induktiv) belastete und nichtbelastete Leiter. Es könnte angenommen werden, daß ein richtiger Vergleich sich ergibt, wenn man einen nichtbelasteten Leiter einem gleich starken Leiter gegenüberstellt, um welchen das Induktanzmaterial rund herumgewickelt ist. Jedoch bringt die Hinzufügung des Induktanzmaterials die Notwendigkeit mit sich, mehr Isolationsmaterial aufzuwenden, und so wird das Kabel teurer. Es kann auch sein, daß, wenn man an Stelle des Induktionsmaterials Kupfer hinzufügen würde, die Empfangsströme sogar größer sein, würden als bei dem belasteten Leiter. Eine bessere Vergleichsbasis ergibt sich daher, wenn man dem Leiter mit dem Induktanzmaterial durchweg denselben Durchmesser gibt wie dem nichtbelasteten Leiter, d. h. das Induktanzmaterial soll an Stelle der äußeren Lage des Kupferleiters treten. Wenn unter diesen Umständen der belastete Leiter keine Vorteile mit sich bringt, so ist es besser, das Kupfer nicht durch Induktanzmaterial zu ersetzen.

Dementsprechend tritt die Frage auf: Welches sind die Bedingungen, unter denen es vorteilhaft erscheint, einen verschwindend dünnen äußeren Mantel des Leiters durch Induktanzmaterial zu ersetzen. Die Frage nach der günstigsten Dicke dieses Induktanzmaterials ist hierbei auf später verschoben, im Augenblick soll die Bedingung untersucht werden, ob die günstigste Dicke Null sein oder einen Wert haben soll, der größer ist als Null.

In einem- Falle, wo, wie hier, die Signalgeschwindigkeit durch Dämpfung und durch Interferenz begrenzt ist, kann die Frage der größten Signalgeschwindigkeit in passender Weise an einem stetigen Wechselstrom erläutert werden. Dies ist insofern möglich, weil für irgendein System und für irgendeine Signalgeschwindigkeit eine bestimmte Frequenz eingehalten werden muß, sofern deutliche Signale erhalten werden sollen. Wenn eine Serie von gleichen, wechselnd positiven und negativen Impulsen mit dieser Geschwindigkeit übertragen wird, so werden die Impulse annähernd als sinusförmiger Wechselstrom empfangen, da die höheren Frequenzkomponenten durch, das Kabel abgedämpft wurden. Die Dämpfung der Impulsserie ist dieselbe wie die Dämpfung eines stetigen Wechselstromes, der eine Frequenz hat gleich der Half te der Impulszahl pro Sekunde; und wenn das Signal aus einer unregelmäßigen Kombination von Impulsen besteht, kann die Dämpfung des Signals im ganzen bestimmt werden durch die Dämpfung eines stetigen Wechselstromes von einer Frequenz gleich der Hälfte derjenigen höchsten Impulsfrequenz, welche für deutliche Signalgebung nötig ist.

Es sei nunmehr eine Formel abgeleitet, aus welcher sich die Beziehung ergibt, die erfüllt sein muß in bezug auf Permeabilität und andere Faktoren, um den Ersatz des Leitungsmaterials durch Induktanzmaterial günstig erscheinen zu lassen.

Die Dämpfung α pro Längeneinheit für einen Strom mit der Frequenz λ bei einem ununterbrochen belasteten Leiter mit einem Widerstand/? pro Längeneinheit, einer Ka- 10g pazität /C und einer Induktanz L ist gegeben durch die bekannte Formel

4^n*L²—-<znnL).

Hierbei ist angenommen, daß die Streu- no ung vernachlässigbar ist, eine Annahme, die in vorliegendem Falle durchaus zulässig ist. Da wir die Wirkung einer verschwindend dünnen äußeren Lage von Induktanzmaterial betrachten, ist der Wert von L äußerst gering, und der Ausdruck 4'X²A²Zj² wird so klein im Vergleich zu H², daß er vernachlässigt werden kann, so daß die obige Formel folgendermaßen aussieht:

a, — y-ic η K (R — 2 π η L) . Bei einem durchweg konstanten Radius r

sehen wir, daß, wenn wir eine Lage von Induktanzmaterial mit der Dicket verwenden, nicht nur der Wert von L anwächst, sondern daß auch der Querschnitt des Leiters sich verringert und infolgedessen ein Anwachsen von R eintritt. Um den Wert α zu verringern, müssen wir den Ausdruck 2iztiL mehr anwachsen lassen als den Ausdruck/?. Nehmen wir also die Ableitungen dieser Ausdrücke ίο in bezug auf t, so ergibt sich folgende Formel, die wir mit Ungleichheitsformel bezeichnen wollen:

Wenn der spezifische Widerstand des Leiters ρ ist, so ist der Widerstand des Leiters pro Längeneinheit gegeben durch

R =

Hieraus ergibt sich

dt π [r — t)³'

Da es sich um eine verschwindend dünne Lage von Induktanzmaterial handelt, reduziert sich die obige Gleichung auf

dt

_R —

Um einen Ausdruck für die Induktanz infolge der Lage von Induktanzmaterial zu erhalten, führen wir zunächst den bekannten Ausdruck ein, wonach

TT

Zl

Dieser Ausdruck gibt die magnetische FeIdstärke// bei einer radialen Entfernung/· von der Achse des Leiters und bei einem Strom /. Nehmen wir an, daß die Permeabilität des Leitungsmaterials μ ist, so ist die Kraftliniendichte Z? gegeben durch den Ausdruck 45

und die Kraftlinienzahl pro Längeneinheit des Leiters ist

φ =

zl μί

Da aber

■Ζ μί Y

so ist infolgedessen

— L -²^ Setzen wir dies in die obige, mit Ungleichheitsformel bezeichnete Gleichung ein, so ergibt sich

2 p 2 μ

oder

Nun ist der Ausdruck -^ der Widerstand R

Kr¹

pro Längeneinheit des nichtbelasteten Leiters, infolgedessen kann die Ungleichheitsformel geschrieben werden

μη> —. 2 π

Wenn die Werte für die Permeabilität μ, für die Frequenz λ und für den Widerstand/? dieser Ungleichheitsformel genügen, dann ist eine Gewähr dafür gegeben, daß der Ersatz einer verschwindend dünnen äußeren Lage von Leitungsmaterial durch eine gleiche Lage von Induktanzmaterial die Dämpfung des Stromes vermindert. Wenn jedoch die drei Parameter der Formel nicht genügen, dann ist es besser, das Leitungsmaterial an der Stelle zu lassen, welche durch das Induktanzmaterial ausgefüllt werden würde. Mit anderen Worten: Für ein Induktanzmaterial, welches in bezug auf die Verringerung der Dämpfung irgendeinen Vorteil bringen soll, ist es wesentlich, daß das Produkt aus Frequenz mal Permeabilität größer ist als ein bestimmter Betrag, der proportional ist dem Widerstand pro Längeneinheit des Leiters.

Nehmen wir an, daß der Widerstand R festliegt, so bringt die obige Ungleichheitsformel zum Ausdruck, daß ein Induktanzmaterial mit bestimmter Permeabilität in hohem Maße für Telephonfrequenzen vorteilhaft ist, aber keinen Vorteil bietet für telegraphische Frequenzen. Da das Produkt aus μ · ti größer sein muß als ein bestimmter Betrag, und da die Frequenz« fürTelephonie verhältnismäßig hoch ist, braucht die Permeabilität μ nicht hoch sein. Aber wenn ti niedrig ist, wie bei Telegraphie, dann muß μ hoch sein, um das Produkt μ ti genügend groß zu machen. Die Ungleichheitsformel bringt auch zum Ausdruck, daß für gegebene Werte von μ und η eine Verringerung des Widerstandes R die Verhältnisse so ändern kann, daß sie für die Hinzufügung von Induktanzmaterial sprechen.

Es sei nun ein praktisches Beispiel gewählt, und zwar sei ein Kabel zugrundegelegt mit einem Widerstand von 1,80 Ohm pro Knoten. Dies entspricht einem Widerstand eines Kupferleiters von 300 kg pro Knoten. Führen wir die Division mit 2s durch, so lautet die Un-

45S-5Ö8

gieichheitsformel beim Übergang auf elektromagnetische Einheiten

μ η > 1540.

Die Permeabilität, welche in diesem Zusammenhang zu betrachten ist, ist die Anfangspermeabilität, d. h. die Permeabilität, welche bei sehr geringen magnetisiersnden Kräften erhalten wird. Dies ist, wie bereits ausgeführt wurde, darauf zurückzuführen, daß die magnetische Feldstärke unmittelbar außerhalb des Leiters im höchsten Falle nur ungefähr o,2 elektromagnetische Einheiten beträgt und sich sehr rasch am Empfangsende des Kabels auf einen Wert von ungefähr 10 ~ 5 verringert. Bei derartigen geringen magnetisierenden Kräften ist die Permeabilität des magnetischen Kreises, wenn Eisen verwendet wird, ungefähr 150. Wir sehen also, daß,

ao um der Ungleichheitsformel zu genügen, ti mindestens einen Wert von 10 Perioden pro Sekunde haben muß. Wenn die Signalfreiquenz geringer ist als 10 Perioden pro Sekunde, dann hegt bei Hinzufügung einer ununterbrochenen induktiven Belastung keine Verbesserung in bezug auf Dämpfung vor. Anderseits ergibt sich, daß, wenn auch die Formel durch Vergrößerung von η offensichtlich erfüllt werden kann, bei höheren Frequenzen die Dämpfung um so viel größer wird, daß die Signalgebung nicht mehr verständlich ist. Die Kurve in Abb. 1 der Zeichnung bringt zum Ausdruck, wie der Empfangsstrom bei einem luchtbelasteten Kabel plötzlich abfällt mit wachsender Frequenz. Es handelt sich hierbei um ein etwas idealisiertes Kabel, Bei dieser Abbildung stellen die Ordinaten den Empfangsstrom in Mikroampere dar, während die Abszissen die Frequenz in Perioden pro Sekunde wiedergeben.

Es mag etwas widersprechend klingen, aber eine induktive Belastung würde bei diesem Kabel für Telephonie vorteilhaft sein, jedoch würde, wie die Abb. 1 zeigt, bei der hohen Frequenz der Empfangsstrom viel zu gering sein, und ein Indiehöheschieben infolge der Belastung würde in genügender Weise nicht stattfinden.

Es sei bemerkt, daß für einen FaU, bei welchem die unter Betrachtung stehende Formel günstige Werte für induktive Belastung ergibt, die beste Dicke des Induktanzmateriais sehr gering sein würde, und zwar "geringer, als nötig ist, um das Material aufzulegen!.

Denn dieses muß mindestens V10 inm Dicke haben. Dementsprechend wird man die Ungleichheitsformel dadurch der Praxis mehr anpassen, daß man sagt

2 TT

Hierbei ist δ ein Zuwachs, der von den Umständen abhängt, unter welchen die Tatsache eine RoUe spielt, daß wir mit einer Läge von Induktanzmaterial von einer nurverschwindend dünnen Schicht nicht arbeiten können.

Ein weiterer Faktor, der den Ausdruck ο anwachsen läßt und der dazu beiträgt, selbst für verhältnismäßig kurze Kabel Eisen als Induktanzmaterial -unverwendbar zu machen, besteht darin, daß ein Material von einiger Dicke der Sitz für Wirbelströme wird, welche veranlassen, daß der Wechselstromwiderstand des Kabels im Vergleich zum Gleichstromwiderstand bedeutend anwächst.

Ein weiterer Faktor, welcher dazu beiträgt, daß Eisen auch für kurze Kabel keine Verwendung als Induktanzmaterial finden darf, ist die Schwierigkeit eines Ausgleiches für Gegensprechen. Um bei einem Kabel gleichzeitig in beiden Richtungen arbeiten zu können, ist es notwendig, an jedem Ende des Kabels eine künstliche Leitung vorzusehen, mit einer Impedanz gleich derjenigen des Kabels über den in Frage kommenden Frequenzbereich. Um Signalgeschwindigkeiten zu ermögEchen, wie sie auf langen Kabeln üblich sind, ist ein sehr genauer Ausgleich zwischen der künstlichen Leitung und dem Kabel notwendig. Ein Ausgleich mit einer Genauigkeit von 1:10 000 ist häufig nötig für gewöhnliche nicht induktiv belastete Kabel, und es ist eine sehr schwierige Sache, einen solchen Ausgleich zu erreichen. Die Aufgabe, ein ununterbrochen belastetes Kabel auszugleichen, ist nun viel schwieriger als die Aufgabe, 'ein nichtbelastetes Kabel auszugleichen, und zwar infolge des Umstandes, daß die Impedanz selbst für eine einzige Frequenz nicht konstant bleibt, sondern sich mit der Amplitude des Sendestromes ändert "infolge Änderung der Permeabilität des Induktanzmateriais entsprechend der Änderung der magnetischen Feldstärke. Überdies wird das Problem des Ausgleiches mit wachsenden Signalgeschwindigkeiten immer schwieriger.

NatürHch kann diese Schwierigkeit, ein induktiv belastetes Kabel, beispielsweise von 1600 km oder darüber, auf welchem mit hohen Geschwindigkeiten gearbeitet wird, auszugleichen, vermieden. werden, indem man nur in einer Richtung arbeitet; aber um in diesem FaJIe durch das ununterbrochen belastete Kabel einen Vorteil in bezug auf Aufnahmefähigkeit gegenüber dem gewöhnlichen Kabel zu erreichen, ist es notwendig, daß die Signalgeschwindigkeit beim belasteten Kabel mehr als zweimal so groß ist als diejenige beim nichtbelasteten Kabel, das nur in einer Richtung betrieben wird. So war im FaUe des . -^: Äusführungsbeispieles .die normale Signalge^

schwindigkeit bei Signalgebungen nur in einer Richtung über ein nichtbelastetes Kabel io Perioden pro Sekunde. Beim Gegensprechen jedoch war die gesamte Aufnahmefähigkeit äquivalent der Signalgeschwindigkeit von 20 Perioden pro Sekunde in nur einer Richtung. Wenn nun als Induktanzmaterial Eisen hinzugefügt würde, so würde dies ein wirksames Gegensprechen verhindern, und infolgedessen, um richtig zu vergleichen, müßte das induktiv belastete Kabel eine Signalgeschwindigkeit bei Signalgebung in nur einer Richtung von 20 Perioden pro Sekunde haben. Die Kurve der Abb. 1 zeigt, warum dies nicht in Frage kommt.

In einem mit induktivem Band umwickelten Kabel ist die Induktanz pro Knoten

^d— *

Hierbei ist d der Durchmesser des Leiters und der Umwicklung und t die Dicke des Bandes. In diesem Kabel ist, wenn es sich um einen Kupferleiter handelt und wenn das Induktanzmaterial 78I/2 Prozent Nickel und 211/3 Prozent Eisen enthält, der Widerstand pro Knoten (wobei Wirbelstromverluste im Band berücksichtigt sind):

Λ

6-10*

d— t

Hierbei sind d und / in etwa ¹Z₄₀ mm ausge:- drückt. Setzen wir diese Werte für/, und^ in die Formel ein, welche für die Dämpfung« bereits gegeben wurde, so ergibt sich die Dämpfung in dem belasteten Kabel.

In Abb. 2 sind Vergleichsresultate gezeigt auf Grund der oben aufgestellten Formel. In dieser Abbildung stellen die Ordinaten die Signalgeschwindigkeit in Frequenzwerten dar, und die Abszissen entsprechen den Permeabilitäten bei geringen magnetisierenden Kräften ausgedrückt in C.G.S.-Einheiten. Die Kurven der Abb. 2 zeigen, wie die höchste erreichbare Frequenz von Signalimpulsen mit der Permeabilität des verwendeten Induktanz materials sich ändert. Es sind drei Fälle dargestellt, für welche die Leiterdurchmesser 3,8 mm, 4,5 mm und 5 mm angenommen sind.

Die Kapazitäten der drei Kabel sind angenommen mit je 0,4 Mikrofarad pro Knoten. Für alle drei Fälle ist eine Länge von 2000 Knoten angenommen. Dies entspricht ungefähr einem transatlantischen Kabel, welches Europa und Nordamerika verbindet. Die Erfindung soll nicht angewendet werden für kurze Kabel, wie sie beispielsweise England und den Kontinent, Cuba mit den Vereinigten Staaten usw. verbindet. Die Länge von 2000 Knoten ist als Beispiel angegeben und soll keine Grenze darstellen. ·

In den Kurven der Abb. 2 ist eine Sendespannung von 50 Volt angenommen. Ferner ist angenommen, daß der Empfangsstrom ungefähr 10 Mikroampere ist. Für die Dicke des Induktanzmaterials ist in jedem Falle die günstigste gewählt worden, d.h. diejenige Dicke, welche den größten Empfangsstrom, mit anderen Worten die geringste Dämpfung ergibt. Diese Dicken sind an einigen Punkten des Diagramms in Klammern beigefügt. Sie ändern sich von Punkt zu Punkt bei jeder Kurve. Es sei bemerkt, daß für geringe Werte der Permeabilität alle Kurven im wesentlichen horizontal verlaufen und dadurch angeben, daß die Signalgeschwindigkeit unabhängig von der Permeabilität ist. Denn für niedrige Werte der Permeabilität ist die günstigste Dicke des Induktanzmaterials Null, und da die Signalgeschwindigkeit ganz unabhängig von der Lage von Induktanzmaterial ist, wenn die Dicke gleich Null ist, so verlaufen die Kurven in horizontalen geraden Linien.

Diese Kurven berücksichtigen die Wirbelstromverluste im magnetischen Material, aber sie setzen nicht in Rechnung die Streuung bzw. den Widerstand auf dem Rückwege, Faktoren, welche ganz vernachlässigbar sind bei niedrigen Frequenzen, jedoch bei höheren Frequenzen Bedeutung haben. Die Wirkung dieser Verluste würde darin bestehen, daß die Ordinaten der Kurven sich verkürzen.

Es sei bemerkt, daß, je geringer der Durchmesser des Leiters ist, um so größer die Permeabilität wird, welche notwendig ist, um irgendeinen Vorteil aus der induktiven Belastung zu haben. ■■ . Damit die Signalgeschwindigkeit beim belasteten Kabel zweimal so groß sein kann als diejenige des nichtbelasteten Kabels, was, wie auseinandergesetzt wurde, notwendig ist, wenn auf Gegensprechen verzichtet wird, ist es erforderlich, um das belastete Kabel einigermaßen zu rechtfertigen, bei einem Leiter von 5 mm Durchmesser dem magnetisehen Material eine Permeabilität von ungefähr 310 zu geben. Bei einem Leiter von 4,5 mm bzw. 3,8 mm sind Permeabilitäten von ungefähr 600 bzw. 1350 nötig. Man sieht also, daß Eisen mit einer ungefähren Permeabilität von 150 ganz unbrauchbar für Belastung von derartig bemessenen Kabeln ist, und daß anderseits ein Material mit einer Permeabilität, die ein Vielfaches derjenigen des Eisens darstellt, zu einer wesentlich erhöhten Signalgeschwindigkeit führt.

Siliciumstahl zeigt magnetische Qualitäten, die in verschiedener Hinsicht diejenigen des Eisens übertreffen; aber seine Verwendung ist begrenzt wegen der Brüchigkeit und der Schwierigkeit seiner Bearbeitung. Die hauptsächlichen Konkurrenten von Eisen, nämlich

Nickel und Kobalt, stehen bezüglich ihrer Permeabilität bei niedrigen, magnetisierenden Kräften, wie sie bei Telegraphie in Frage kommen, weit unterhalb des Eisens. Auf gleicher Stufe mit Nickel und Kobalt steht in dieser Hinsicht Heuslers Legierung, bestehend aus Aluminium, Mangan und Kupfer. Mit Ausnahme von Aluminium stehen alle diese Metalle bezüglich ihrer Atomgewichte und bezüglich ihrer Atomzahlen nahe beisammen. In vorliegender Beschreibung werden die fünf Elemente Mangan, Eisen, Nickel, Kobalt und Kupfer, deren Atomzahlen 25, 26, 27, 28 und 29 sind, als zugehörig zu der magnetisehen Gruppe von Elementen gerechnet.

Es hat sich herausgestellt, daß durch Schmelzen von Nickel und Eisen in richtigen Verhältnissen und dadurch, daß man diese Legierung einem Hitzeprozeß und einer mechanischen Behandlung unterzieht, ein magnetisches Material entsteht, das eine viel größere Permeabilität bei niedrigen magnetisierenden Kräften hat als Eisen. Wenn man diese beiden Elemente im Verhältnis von ³S 7 8V₂ Prozent Nickel und 21V2 Prozent Eisen zusammensetzt und einem entsprechenden Hitzeverfahren unterzieht und nachfolgend einer mechanischen Behandlung, so entsteht ein Material von außerordentlich hoher Permeabilität bei niedrigen magnetisierenden Kräften. Legt man das Material in Form eines Spiialstreifens auf einen Leiter, derart, daß die Ecken des Bandes eng aneinander anschließen, so ergibt sich eine Permeabilität von 2000 oder darüber. Betrachtet man die Kurven der Abb. 2, so sieht man sofort, daß bei derartig hohen Permeabilitäten, eine außerordentliche Signalgeschwindigkeit zu erreichen ist, während Eisen, wenn es in der gleichen Weise benutzt wird, keinerlei Vorteile bietet. Eine Permeabilität von 2000 oder darüber kann also durch die Benutzung einer Nickel-Eisen-Legierung als Induktanzmaterial erreicht werden. Doch ist es nicht immer zweckmäßig, ein Material von der höchstmöglichen Permeabilität zu verwenden, insbesondere dann nicht, wenn es sich um Kabel geringer Länge handelt, welche mit verhältnismäßig hoher Sägnalfrequenz betrieben werden und für welche dementsprechend die Wechselstromverluste beachtliche Konsequenzen haben. Diese Verluste rühren her von Ursachen, unter welchen die dielektrische Streuung, die Wirbelströme im Induktanzmaterial und die Hysteresis bzw. der Widerstand für den Rückstrom außerhalb des Kabelkemes zu nennen sind. Von diesen Faktoren sind nur die Wirbelströme und die Hysteresis abhängig von dem Induktanzmaterial. Eine der Eigenschaften der Nickel-Eisen-Legierung ist neben der hohen Permeabilität bei niedrigen magnetisierenden· Kräften die bemerkenswerte niedrige Hysteresis, und dies ist einer der wesentlichsten Vorteile. Einer der wichtigsten. Wechselstromverluste ist bei einem ununterbrochenen; induktiv belasteten ozeanischen Telegraphenkabel zurückzuführen auf Wirbelströme. Diese Verluste wachsen mit der Leitfähigkeit und dem Quadrat der Permeabilität des Induktanzmaterials und mit dem Quadrat der Frequenz. Sie sind auch abhängig von den Abmessungen des Bandes. Um die Wirbelstromverluste zu vermindern, kann es zweckmäßig sein, ein Material zu benutzen, das einen höheren spezifischen Widerstand hat als die speziell erwähnte Nickel-Eisen-Legierung, selbst wenn dieser höhere Widerstand auf Kosten einer niedrigeren Permeabilität erhalten wird. Ein derartiges Material mit höherem spezifischen Widerstand kann dadurch erhalten werden, daß man etwas Chrom der Nickel-Eisen-Legierung hinzufügt. Es ist auch wichtig, die Wirbelstromverluste bei Bemessung der Dicke des Induktanzmaterials zu berücksichtigen und eine solche Dicke zu verwenden, daß die höchstmögliche Frequenz bei genügender Stromamplitude erhalten wird. Es kann, ferner vorteilhaft sein, die Wirbelstromverluste dadurch zu vermindern, daß man das Induktanzmaterial in der richtigen Dicke in Form von zwei oder mehr Lagen auflegt, die voneinander durch ein Oxydhäutchen oder durch eine andere Isolation, getrennt sind.

Als Verhältnis der Bestandteile Nickel und Eisen wurde oben 78¹^ Prozent und 21V2 P^ro~ ⁹^ zent angegeben. Dieses Verhältnis kann bedeutende Abänderungen erfahren, wenn Nickel und Eisen die einzigen Bestandteile sind. Wenn es sich noch um andere Bestandteile handelt, so kommt dieses angegebene Zahlenverhältnis nicht in Frage. Wenn Nickel und Eisen die einzigen Bestandteile sind, gibt dieses Verhältnis, wie sich herausgestellt hat, die größte Permeabilität für niedrige magnetisierende Kräfte.

Andere Bestandteile als Nickel und Eisen können für verschiedene Zwecke Verwendung finden, also nicht nur für hohe Permeabilität, sondern auch beispielsweise um den spezifischen Widerstand zu erhöhen (z. B. Hinzufiigung von'Chrom), oder um die mechanische Bearbeitung des Materials zu erleichtern, beispielsweise, um dasselbe mehr hämmerbar zu machen. Eine sorgfältig hergestellte Legierung von 55 Prozent Nickel, 34 Prozent Eisen, 11 Prozent Chrom wurde einem Hitzeprozeß unterzogen und dann geprüft. Es ergab sich eine Permeabilität viel höher als bei Eisen und ebenso ein höherer Widerstand. Dieser Widerstand war auch höher als derjenige der Nickel-Eisen-Legierung im Verhältnis 78V2 Prozent Nickel und 21V2 Prozent Eisen.

Bei Herstellung eines Unterseetelegraphenleiters gemäß der Erfindung nimmt man einen Kupferleiter mit einer verhältnismäßig glatten Oberfläche. Der Grund hierfür ist der, daß die Lage des Induktanzmaterials in bezug auf den Leiter keine Änderung erfährt, wenn das Kabel versenkt wird und dabei in der Tiefe des Ozeans viel größeren. Drücken ausgesetzt ist. Bekanntlich ist es zweckmäßig, Leiter zu

ίο verwenden, die zwecks größerer Biegsamkeit aus mehreren Litzen bestehen. Hierdurch wird eine Unterbrechung des elektrischen Stromes bei einem Bruch im Leiter nicht so leicht eintreten, wie wenn es sich um einen einzigen massiven Leiter handeln würde. Der Leiter besteht vorzugsweise aus einem Zentraldraht, der von einer Anzahl spiralig gewundener flacher Kupferbänder umgeben ist, welche eine glatte zylindrische Außenform geben.

Die Abmessungen des Induktanzmaterials hängen von Faktoren ab, die je nach dem Fall, für welchen das Kabel benutzt werden soll, sich ändern. Für einen Leiter von 300 kg pro Knoten und von einer Länge von 2000 Knoten wird man, um höchste Signalgeschwindigkeit anwenden zu können, eine Nickel-Eisen-Legierung von ungefähr o, j 5 mm Dicke wählen. Diese Legierung kann man in Form eines Bandes von ungefähr 3 mm Breite auflegen. Dieses Band ' wird spiralförmig sorgfältig geschlossen um den Leiter gewickelt, der einen Durchmesser von 4,05 mm hat.

Die hohen Permeabilitäten, welche oben beschrieben wurden, werden nicht nur dadurch erhalten, daß man die Legierung in der beschriebenen Weise anwendet. Um die höchste Permeabilität und demzufolge die größte Induktanz zu erreichen, ist es nötig, den Leiter einem besonderen Hitzeverfahren zu unterziehen. Zu diesem Zwecke wird der Leiter durch einen in der Abb. 3 dargestellten Ofen gezogen, in welchem eine Temperatur von ungefähr 875⁰C herrscht. Es handelt sich hierbei um einen Muffelofen, bei welchem die Heizkörper 1 zwischen einer feuerfesten Tonmuffe 2 und der feuerfesten Ziegelwand 3 gelagert sind. Die Eisenröhre 4 besitzt ein Futter aus Kupfer 5 mit einem lichten Durchmesser von etwas über 13 mm. Die Eisenröhre, welche quer durch den Ofen hindurchläuft, steht beiderseits um 200 mm vor. Die Weglänge durch den Ofen ist ungefähr 600 mm, und die Geschwindigkeit, mit weleher der Leiter durchgezogen wird, ist ungefähr 0,46 m pro Minute. Wenn der Leiter den Ofen und das vorstehende Ende der Röhre 4, 5 verläßt, kühlt er in der Luft ab. Außerhalb der Röhre 4, 5 herrscht eine ungefähre Zimmertemperatur, d. h. annähernd 20⁰ C. Unter Zugrundelegung der oben angegebenen Abmessungen ergibt sich auf diese Weise eine richtige Geschwindigkeit für die Abkühlung. Es ist notwendig, den Leiter in einem geradegerichteten Zustande aus dem Ofen herauszuziehen. Ein Umbiegen bei diesem Zustande des Leiters kann die hohe Permeabilität sehr beeinträchtigen. Auch das nachfolgende Aufwickeln des Kabels soll mit großem Radius erfolgen, und zwar nicht weniger als 600 mm. Die Beanspruchungen, welche beim Aufwikkeln und Abrollen des Kabels auf geringeren Radius eintreten, können die Permeabilität wesentlich beeinträchtigen.

Es ist klar, daß die Geschwindigkeit und die Temperatur beim Hitzeprozeß Änderungen erfahren kann, z. B. dann, wenn es sich um ein Kabel mit anderem Durchmesser handelt, als hier angenommen wurde. Es hat sich herausgestellt, daß die Spannung des Bandes zweckmäßig entsprechend der Ofentemperatur reguliert wird. In manchen Fällen ist es zweckmäßig, den Hitzeprozeß zu wiederholen, und zwar mehrere Male, um die Spannungen in der Legierung vollständig zu beseitigen und die höchste Permeabilität herbeizuführen. Eine solche Wiederholung des Hitzeprozesses ist insbesondere dann zu empfehlen, wenn es sich um einen massiven Leiter handelt und nicht um einen aus Litzen bestehenden.

Der nackte, mit Induktanzmaterial umschlossene Leiter wird mit Isolationsmaterial, z. B. der Chatterton-Mischung, derart belegt, daß alle Zwischenräume vollständig mit dieser Masse ausgefüllt werden und eine Lage dieser Masse auf der Außenseite des Bandes anhaftet und eine gute Verbindung mit der dann aufgebrachten Guttaperchaisolation herstellt. Die Isolationsmasse sollte so sein, daß sie auch in kaltem Zustand unter Druck fließt. Es hat sich herausgestellt, daß eine verhältnismäßig weiche Mischung nach Chattertoin für diesen Zweck besonders geeignet ist. Die Füllung aller Zwischenräume mit einer Chatterton-Mischung dient dazu, daß nach Versenkung des Kabels der auf diesem lastende Druck nicht in der Lage ist, das Induktanzband zu deformieren. Dies würde leicht eintreten, wenn kleine Lücken am äußeren Umfang des Leiters sich befänden. Auf diese Weise ist gewährleistet, daß der große Druck, welchem das Kabel in der Ozeantiefe ausgesetzt ist, sich gleichförmig auf das Band verteilt und keine Verzerrung· bewirkt. Dies ist von Bedeutung, weil eine Deformation des Bandes magnetischen Materials die Permeabilität ernsthaft beeinträchtigt. Die Güttaperchaisolation wird dem Leiter in der bei submarinen Kabeln üblichen Weise hinzugefügt. iao

Es ist üblich, ein langes ozeanisches Kabel in eine Anzahl von miteinander verbundenen

Abschnitten einzuteilen. " Wenn. diese Ab schnitte in ihren Impedanzen, sich unterscheiden, so ist es zweckmäßig, eine Verbindung in der Weise vorzunehmen, daß eine Abstufung der Impedanzen von Abschnitt zu Abschnitt stattfindet. Soll an den beiden Enden des Kabels annähernd gleiche Impedanz vorliegen, so kann dies dadurch erreicht werden, daß man die Kabelabschnitte in zwei ίο Gruppen einteilt, derart, daß die Impedanzen schrittweise von jedem Ende des Kabels bis ungefähr zur Mitte anwachsen. Wenn auch eine Gleichförmigkeit der Impedanz wünschenswert ist, insbesondere wegen des Ausgleiches durch eine künstliche Leitung, sofern es sich um Gegensprechen handelt, so sind anderseits geringe Änderungen der Impedanz von Abschnitt zu Abschnitt nicht schädlich, und zwar deswegen, weil die WeI-lenlängen beim telegraphischen Betrieb ziemlich groß sind im Verhältnis zur Länge der im allgemeinen üblichen Kahelabschnitte.

Um die Vorteile der hier beschriebenen Umhüllung mit magnetischem Material in vollem Umfange zu erhalten, sind beim Betriebe gewisse Vorsichtsmaßnahmen zweckmäßig. Besonders sollten Mittel vorgesehen werden, um eine Verzerrung soweit wie möglieh zu verhindern. Wenn auch verschiedene Fachleute ein solches stark umhüUtes Kabel bei gewissen Signalgeschwindigkeiten als im wesentlichen verzerrungslos bezeichnen, so hat sich doch herausgestellt, daß bei allen Signalgeschwindigkeiten infolge der Wechselstromverluste im Induktanzmaterial eine Verzerrung eintritt, und es hat sich auch herausgestellt, daß neue Arten von Verzerrungen möglich sind, welche bei nicht induktiv belasteten Kabeln nicht vorkommen. Die hauptsächlichen Arten von Verzerrungen, welchen ein belastetes Kabel dieser Art unterworfen ist, sind zurückzuführen auf die ungleiche Dämpfung und Phasenverschiebung der Frequenzkomponenten der Signale und auf die Oberwellen, welche infolge magnetischer Besonderheiten des Induktanzmaterials auftreten. Eine andere Art von Verzerrung kann entstehen durch magnetische Hysteresis im Induktanzmaterial. Aber bei dem magnetischen Material, wie es bei vorliegender Erfindung verwendet wird, ist eine derartige Verzerrung wegen der sehr niedrigen Hysteresis nicht bedeutend.

Die Verzerrung infolge ungleicher Dämpfung und Phasenverschiebung der verschiedenen Frequenzkomponenten des Signals ist ähnlich derjenigen, welche durch das nichtbelastete Kabel hervorgerufen wird, jedoch geringer. Diese Verzerrung kann vermindert werden durch eine künstliche Leitung an den Kabelenden, .welche' die Amplitude der Fi>equenzkomponenten vermindert, derart, eläß alle Frequenzen unterhalb .der Maximälfrequenz durch die Kombination von Kabel und künstlicher Leitung in gleicher Weise gedämpft werden. Durch richtige Bemessung der künstlichen Leitung kann ferner die richtige Phasenbeziehung wiederhergestellt werden. '

In Abb. 4 ist eine Schaltung dargestellt für ein nach den oben beschriebenen Grundsätzen hergestelltes Kabel 6. Das Kabel führt über den Sendeapparat 7 bzw. Kondensator 8 zur Erde. Am'Empfangsende ist das Kabel über zwei parallele Verzweigungen mit der Erde verbunden. In der 'einen Verzweigung liegt eine große Induktanz 9 in Reihe mit einem einstellbaren Widerstand 10. In der anderen Verzweigung liegen der Kondensatorn und der einstellbare Widerstand 12. Diese letztgenannte Kombination befindet sich in Reihe mit der Spule 13 und dem einstellbaren Widerstand 14. Die Elemente 8, 9,10, 11, 12, 13 und 14 liegen in dem die Verzerrung korrigierenden Apparat. Die Induktanz 13 und der Widerstand 14 sind durch ein Potentiometer 15 nebengeschlossen. Die Kontakte des letzteren gehören zum Gitterkreis der Verstärkerröhre 16. Im Anodenkreis der Röhre liegt der Registrierapparat 17. Der letztere kann ein Bandoszillogxaph sein, welcher photographisch auf lichtempfindlichem Papier aufzeichnet. Der sonst übliche Heberschreiber, der für nicht induktiv belastete Kabel benutzt wird, arbeitet für die hohe Signalgeschwindigkeit, welche bei vorliegender Erfindung erzielt wird, zu langsam.

Es kann vorteilhaft sein, an den Enden des Kabels die bekannten Vielfachdrucktelegraphen in Vereinigung mit einem Vibrationsrelais der Gulstad-Type oder der synchronen Type zu benutzen.

In manchen Fällen ist es vorteilhaft, ein System zu benutzen, bei welchem sinoidale Ströme einer bestimmten Frequenz durch Signalimpulse niedrigerer Frequenz gesteuert werden. Ein solches System bietet gegenüber dem üblichen System für nicht induktiv belastete Kabel keinen Vorteil. Es mag jedoch vorteilhaft sein, wenn es sich um ununterbrochen belastete Kabel handelt, und zwar deswegen, weil die Dämpfung nicht so rasch mit der Frequenz anwächst, als wie dies beim nichfbelasteten Kabel der Fall ist.

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Leiter für lange Telegraphenkabel mit einer Umhüllung aus .Elementen der magnetischen Gruppe, dadurch gekennzeich-

   net, daß die Umhüllung Nickel in einer Menge von 55 Prozent oder mehr enthält, und daß der so umhüllte Leiter durch einen Hitzeprozeß und daran unmittelbar anschliefienden Kühlprozeß, bei dem er in gerader Lage aus dem Ofen gezogen wird, in einen solchen Zustand gebracht ist, daß seine Permeabilität bei äußerst niedrigen magnetischen Kräften ein Vielfaches derjenigen von Eisen allein ist.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.