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Krarupader mit bandförmig um den Kupferleiter herumgewickeltem magnetischen
material Bei der Herstellung von Krarupadern sind in elektromagnetischer Hinsicht
vor allem zwei Forderungen zu erfüllen. Erstens soll die durch die magnetische Bespinnung
des Kupferleiters erzielte Induktivität möglichst groß sein, zweitens sollen gleichzeitig
die Wirbelstromverluste niedrig gehalten werden. Die erste Forderung für sich würde
am besten erfüllt werden, wenn das magnetische Bespinnungsmaterial den Kupferleiter
in Form eines -geschlossenen Mantels umgibt (s. Abb. i), die zweite Forderung dagegen
verlangt eine möglichst weitgehende Unterteilung des magnetischen Materials, was
wiederum nur auf Kosten der Induktivität möglich ist.
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Bisher sind die Krarupadern so hergestellt worden, daß man Draht,
Litze oder Band aus magnetischem Material von geringer Stärke in einer oder mehreren
Lagen schraubenförmig auf den Leiter aufbrachte, wobei zwischen je zwei benachbarten
Windungen der Wicklung ein mehr oder minder breiter Luftzwischenraum gewahrt blieb
(Abb. 2).
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Gegenstand der Erfindung ist nun ein Verfahren zur Herstellung von
Krarupadern, durch das die beiden eingangs erwähnten Bedingungen, nämlich möglichst
hohe Induktivität bei kleinen Verlusten, vollkommener als bisher erfüllt werden.
Dies wird er@fin.-dungsgemäß dadurch erreicht, daß das magnetische Material als
sehr dünnes Band in Schraubenform um den Leiter herumgelegt wird, wobei die Steigung
auf jede Umdrehung geringer. ist als die Breite des Bandes, so daß eine überlappung
stattfindet. Einige Ausführungsbeispiele des Verfahrens sind in den Abb. 3 bis 8
dargestellt. In Abb. 3 ist der vollständige Leiter wiedergegeben, wobei
A den Kupferleiter, B das magnetische Material bedeutet, während in
Abb. q. dieselbe Krarupader im Querschnitt nur bis zur Mittellinie gezeichnet ist.
Die Abb.5 bis 8 zeigen ebenfalls im Querschnitt weitere Ausführungsmöglichkeiten.
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Zur Klarstellung des durch das Verfahren gemäß der Erfindung erzielten
technischen Fortschrittes gegenüber den bisher bekannt gewordenen Herstellungsverfahren
von Krarupadern, die sämtlich dadurch charakterisiert sind, daß magnetisches Band
bzw. Draht in mehreren getrennten Lagen auf den Kupferleiter aufgebracht wird, mögen
folgende Überlegungen dienen: Denkt man sich das magnetische Band eines der üblichen
Krarupleiter, wie er beispielsweise in Abb. i dargestellt ist, in eine Ebene abZewickeit,
so ergibt sich eine für die Selbstinduktion nutzbare Komponente
der
magnetischen Induktion senkrecht zur Leiterachse und eine unwirksame Komponente
in _Richtung der Leiterachse. Bezeichnet man erstere mit 21, letztere mit
231, so ist allgemein:
(siehe H. Busch »Das magnetische Feld von Krarupdrähten«, »Elektrische Nachrichtentechnik«
1925, Bd. II, Heft 9, S. 27o bis 272).
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Dabei bedeutet: .5 die senkrecht zur Leiterachse wirkende magnetische
Kraft, pur die wirksame Permeabilität in der Bandrichtung, #t,, die wirksame Permeabilität
senkrecht zur Bandrichtung, (p den Winkel zwischen Leiterachse und Bandrichtung.
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Der größte Betrag für die nutzbare Komponente der magnetischen Induktion
ergibt sich, wenn &,x=&,,, wird. In diesem Falle erhält man:
Nach der zitierten Arbeit von H. B u; s c h berechnen sich die Permeabilitäten I,x
und #t,, zu:
wobei b die Bandbreite des magnetischen Materials, #t1 seine Permeabilität, s die
Spaltbreite - zwischen den Wicklungswindungen, &,2 die Permeabilität des die
Spalten ausfüllenden Stoffes ist. Für Luftspalte wird ,.2 = i, und die Gleichungen
II I gehen über in:
Für s = 0 folgt hieraus
Dieser Fall, der hinsichtlich der Induktivität ein Optimum darstellt, wird praktisch,
wie bereits erwähnt, durch eine Krarupader gemäß Abb. i realisiert, wobei also der
Leiter von einem geschlossenen Zylinder aus magnetischem Material umgeben wird.
Wegen der hierbei auftretenden starken Wirbelströme kommt jedoch diese Anordnung
für die technische Ausführung nicht in Frage.
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Aus den Gleichungen IV Iäßt sich nun aber weiterhin ersehen, daß die
Bedingung V noch annäherungsweise erfüllt ist, wenn die Spaltbreite s sehr klein
gegenüber der Bandbreite b ist. Die Anordnung gemäß der Erfindung entspricht durchaus
diesen Verhältnissen, während bei der gewöhnlichen Krarupbewicklung in einer oder
mehreren Lagen diese Forderung keineswegs erfüllt wird. Bei diesen bisher üblichen
Bewicklungen ergibt sich vielmehr
(vgl. den genannten Aufsatz von H. B u s c h , Seite 272, rechte Spalte, Gleichungen
q.a und 9b).
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Daß die überlappung gemäß der Erfindung von wesentlicher Bedeutung
für die Anpassung an die aufgestellte Bedingung (entsprechend Gleichung V) ist,
geht aus der folgenden Betrachtung hervor: Würde man das Band wie in Abb. 3 statt
mit vierfacher übärlappung in vier getrennten Lagen ohne Überlappung verwenden,
so würde der Winkel cp so beträchtlich verkleinert, daß das 23" (s. Gleichung I)
stets schlechter wird. Wollte man andererseits ein Band von i/4 der Breite in vier
Lagen ohne Überlappung verwenden, so wäre der Winkel cp zwar der gleiche wie bei
der Abb. 2, die Permeabilitäten &,,, würden auch annähernd gleich sein, dagegen
ist die Permeabilität &,x bei überlappung stets größer als ohne überlappung.
Ohne überlappung sind die vier Lagen als getrennt anzusehen. Schreibt man in den
Gleichungen IV #tx in der Form
so erkennt man, daß sich die Permeabilität #tx in jeder Lage aus dem Verhältnis
bestimmt. Mit überlappung ist die vierfache Schicht als ein zusammenhängendes Ganzes
anzusehen, man erhält ein viermal so großes b, während unausgefüllte Spalten s nur
in 1/4 der Anzahl vorhanden und an jeder Stelle magnetisch überbrückt sind. Der
Quotient
kann also mit Hilfe der Überlappung wesentlich verkleinert werden, wodurch der Wert
von &,x vergrößert und damit die Wirkung der Anordnung bezüglich der Permeabilität
verbessert wird, ohne daß eine unzulässige Erhöhung der Wirbelstromverluste eintritt.
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Zur Ausführung des Verfahrens gemäß der Erfindung kann entweder ein
entsprechend
vorgeformtes Band verwendet werden, oder man bewickelt
den Kupferleiter mit dem glatten Band und läßt den Leiter unmittelbar hinter der
Bewicklungsstelle durch einen Nippel laufen, wobei zweckmäßig möglichst dünnes und
weiches Material verwendet wird. Um die Formbarkeit noch zu erhöhen, wird es ferner
unter Umständen nützlich sein, das Band in an sich bekannter Weise in stark erhitztem
Zustande um den Kupferleiter herumzulegen bzw. den bewickelten Leiter in stark erhitztem
Zustande durch den Nippel zu führen.
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Dieses Herstellungsverfahren hat auch rein fabrikatorisch besonders
gegenüber der Bewicklung mit gleichdünnem Band in mehreren getrennten Lagen noch
die Vorteile, daß infolge der größeren-Breite des Bandes die Gefahr des Reißens
vermindert wird und daß das Bewickeln in einem einzigen Arbeitsgang erfolgt. Die
Auswahl der besonderen Querschnittsform des Bandes und der Art der Überlassung,
wofür in den Abbildungen einige Ausführungsformen dargestellt sind, geschieht nach
den jeweils gestellten Anforderungen und den Eigenschaften des zur Verfügung stehenden
Belastungsmaterials.