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Kombinationsspule zur Belastung von Fernmeldeleitungen mit Phantombetrieb
Zur Belastung von Fernsprechleitungen mit Phantombetrieb hat man bereits Kombinationsspulen
vorgeschlagen, bei denen die zur Belastung der Phantomkreise erforderliche Induktivität
durch die Streuflüsse der Stammspulen erhalten wird. Bekanntlich werden z. B. die
zwei Stammspulen einer Viererleitung so ausgebildet, daß die beiden Wicklungshälften
jeder Spule geometrisch getrennt auf je einer Hälfte des ringförmigen Magnetkerns
sitzen und so geschaltet sind, daß der Kern in Stammschaltung pollos magnetisiert
wird. In Phantomschaltung entstehen dann an den Stellen, wo die beiden Wicklungen
zusammenstoßen, Pole; die beiden Stammspulen der Viererleitung werden nun so angeordnet,
daß-entgegengesetzte Pole Übereinanderliegen. Zur Verbesserung der Wirkung werden
die betreffenden Polstellen durch Stege aus magnetischem Material verbunden.
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Für die Störungsfreiheit aller Sprechkreise untereinander werden sehr
hohe Anforderungen an die Symmetrie der Wicklungen innerhalb der Kombinationsspule
gestellt, die einen außerordentlich genauen Abgleich notwendig machen. Damit jedoch
ein dauernd störungsfreier Betrieb sichergestellt ist, ist es weiterhin erforderlich,
daß bei Belastung nur einer Ader einer Stammleitung mit Gleichstrom der Abgleich
dadurch nicht beeinträchtigt wird. Diese Forderung wird von keiner der bekannten
Kombinationsspulen erfüllt. Um diese Bedingung zu erfüllen, werden erfindungsgemäß
die zu jeder Ader gehörigen Wicklungen so über den Kern verteilt, daß der Streufluß
dieser Einzeladerwindungen verringert wird. Die Verringerung wird so weit getrieben,
daß bei Belastung einer Einzelader alle Kernteile von nahezu dem gleichen magnetischen
Fluß durchsetzt werden und die entstehende Unsymmetrie unterhalb der jeweils zulässigen
Grenze bleibt.
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Abb. Z zeigt eine beispielsweise Ausführungsform. Die Wicklungen jeder
Stammspule sitzen auf einem ringförmigen Magnetkern a, und zwar sind-sie auf die
vier Sektoren des Kernes b, c, d, e verteilt. Diese Sektorwicklungen sind
so geschaltet, daß je zwei gegenüberliegende die Wicklungen einer Halbseite bilden
und der Kern selbst in Stammschaltung pollos magnetisiert wird. In Abb. z ist der
Strom- und Kraftlinienverlauf in Stammschaltung durch ausgezogene Pfeile angedeutet.
In Phantomschal tung, d. h. wenn der Strom in beiden Drähten in einer Richtung fließt,
wird in einer Halbseite die Feldrichtung umgekehrt. In der Abb. z ist dieser Fall
durch gestrichelte Pfeile angegeben. Es ist ersichtlich, daß an den Stellen, wo
die Wicklungen zusammenstoßen, Pole entstehen. Zwei solcher Spulen werden z. B.
durch Stege f in der Weise vereinigt, daß die in Viererschaltung entstehenden Pole
entgegengesetzten Vorzeichens übereinanderliegen (Abb. a).
Durch
die Unterteilung der Halbseiten wird erreicht, daß der Streufluß, der bei Halbseitenbelastung
auftritt, stark verringert wird, da die Pole verhältnismäßig nahe zusammenliegen,
und somit der Kraftfluß zum überwiegenden Teil auch durch den die Wicklungen der
anderen zur selben Stammleitung gehörigen Ader tragenden Kernteil hindurchgeht.
Damit wird eine annähernd gleichmäßige Beanspruchung des Kernmaterials an allen
Stellen sichergestellt, und die durch den Gleichstrom hervorgerufene Änderung der
Permeabilität kann keine schädlichen Unsymmetrien der Halbseiten mehr hervorrufen.
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Da bei einer derartigen Spule infolge der Verkettung der drei Kreise
der Abgleich der restlichen Kopplungen Schwierigkeiten macht, wird es u. U. zweckmäßig
sein, die beiden Stammspulen zu trennen, so daß sie den Viererfluß nicht mehr gemeinsam
haben. Der Streufluß, der die Viererinduktivität hervorruft, verläuft dann im Innern
jeder Einzelspule durch Stege aus magnetischem Material, die in der Weise angeordnet
sind, daß sie ungleiche Pole verbinden. Abb.3 zeigt eine beispielsweise Ausführungsform
mit kranzförmigem Steg; der Strom- und Kraftlinienverlauf ist wieder durch ausgezogene
Pfeile für die Stammschaltung und durch gestrichelte Pfeile für die Viererschaltung
erläutert.
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Durch die Unterteilung der Halbseiten wird erreicht, daß der Streufluß,
der bei Halbseitenbelastung auftritt, stark verringert wird. Der magnetische Kraftfluß
durchsetzt alle Kernteile in annähernd gleicher Stärke, und die Symmetrie der Halbseiten
bleibt erhalten. Die Wirkung einer solchen Wicklungsunterteilung ist in den Abb.
4 und 5 näher erläutert. Bei einem ringförmig geschlossenen magnetischen Kern mit
nur einer Wicklung ist der relative Streufluß (Verhältnis der sich im Kern zu den
sich außerhalb schließenden Kraftlinien) nicht von der Bewicklungsart unabhängig,
sondern ändert sich in hohem Maße mit der bewickelten Oberfläche. Abb.4 zeigt die
experimentellen Ergebnisse. Bei 12,5 ° /o bewickelter Ringoberfläche (Bewickl4ngswinkel=
45°) ist der Streufluß gleich dem Kernfluß, bei 50 °/o bewickelter Oberfläche (18o°)
beträgt er nur noch 300/0 vom Kernfluß und verschwindet praktisch vollständig bei
voll bewickeltem Ring. Die Abb. 5 zeigt den Streufluß bei zwei Sektoren in Abhängigkeit
von der Anordnung der Sektoren auf dem Ring. Die beiden verwendeten Sektoren sind
untereinander gleich und bedecken jeder 1 /i2 des Ringumfanges. Aus der Abbildung
ergibt sich, daß der Streufluß bei nebeneinanderliegenden Sektoren mehr als doppelt
so groß ist wie bei diametral liegenden Sektoren, obgleich die gesamte bewickelte
Oberfläche in beiden Fällen die gleiche ist. Sind nun die Wicklungen einer Einzelader
wie in den angeführten Beispielen (Abb. i bis 3) diametral auf den Ringkernen angeordnet,
so ergibt sich hieraus, daß bei Einzeladerbelastung alle Kernteile von nahezu dem
gleichen magnetischen Fluß durchsetzt werden, d. h. nahezu gleichmäßig beansprucht
werden, und daß die Spule nach der Belastung keine unzulässige Unsymmetrie der Halbseiten
zeigen wird. Die auf den ringförmigen Teilen des Kerns sitzenden Wicklungsabschnitte
der beiden Zweige einer Stammleitung sind also so über den Kern zu verteilen, daß
bei Belastung nur eines - Zweiges auf dem Kern ungleiche Pole mit voreinander kürzeren
Abständen als dem halben Umfange entstehen.