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Verfahren zur Erzielung konstanter Wechselstrompermeabilität im Bereiche
schwacher Wechselstromfelder Für eine Reihe von Zwecken, namentlich des Fernmeldewesens,
werden magnetische Materialien mit hoher, aber zugleich mindestens im Bereich kleiner
magnetischer Feldstärken konstanter Permeabilität benötigt, insbesondere, um induktive
Belastungen @erzeugen zu können, die von Stromstärke und Frequenz möglichst wenig
abhängig sind.
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Magnetische Legierungen, die diesen Anforderungen genügen, sind in
größerer Zahl bekanntgeworde4; sie bestehen vorwiegend in kobalthaltigen Nickel-Eisen-Legierungen
oder entstehen aus hochmagnetischen Legierungen, die wesentlich Nickel und Eisenenthalten,
aber im Bereich sehwacher magnetischer Felder eine stark ,ansteigende Permeabilität
aufweisen, durch Zusatz geringer Mengen von Legierungsbestandteilen und eine geeignete
Wärmebehandlung, die vergütungsartige Erscheinungen hervorrufen.
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Diese beiden Kategorien von Legierungen sind fast sämtlich teuer infolge
des Preises der Legierungsbestandteile und infolge der ihnen gemeinsamen schwierigen
Verarbeitbarkeit.
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Nachstehend wird ein Verfahren beschrieben, um in hochmagnetischen
Metallen oder Legierungen, die an sich im Bereich schwacher magnetischer Felder
einen Anstieg, insbesondere einen starken Anstieg der Bermeabilität, aufweisen,
-- eine konstante Wechselstrompermeabilität im Bereiche schwacher Wechselstromfelder
zu erzielen, die von Stromstärke und Frequenz in sehr geringem Maße abhängig ist.
Zugleich erlaubt das vorliegende Verfahren, die Permeabilität im Betrieb, in gewissen
Grenzen willkürlich zu beeinflussen. Dies wird gemäß der Erfindung erreicht durch
Überlagerung eines konstanten Magnetfieldes, das stärker ist als diejenige Feldstärke,
bei der der betreffende magnetische Werkstoff seine Maximalp,ermeabilität besitzt
und das mit dem Wechselstromfeld einen Winkel bildet, der kleiner als 9o° ist. Das
Wesen der Erfindung sei an Hand der Abbildungen an zwei t3Tpischen Legierungen erläutert.
Fig. i steilt die Verhältnisse an einer Legierung dar, die 48% Nickel, 5 i % Eisen
und i % Mangan enthält, Fig. 2 an einer Legierung aus 76 % Nickel, 16 % Eisen,
5 % Kupfer, z % Chrom und i % Mangan. Als Abszissen sind magnetische Feldstärken
in örstedt, als Ordinaten die zugehörigen Permeabilitäten aufgetragen.
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Kurve I :stellt jeweils die Permeabilität in Abhängigkeit von reiner
Wechselstrommagnetisierung dar; bei gegen Null konvergierender Magnetisierung betragen
die Anfangspermeabilitäten 380o bzw. i2ooo; die Permeabilität steigt jedoch bereits
bei etwa o,i örstedt auf--9oöo bzw. 55000 an.
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Gibt man den Werkstoffen jedoch eine Gleichstromvormagnetisierung
(oder meiner etwas anderen Ausdrucksweise, überlagert
man eine konstante
Gleichstrommagnetisierung), derart, daß das durch die Gleichstrommagnetisierung
erzeugte Feld und das :Wechselstrorrgeld miteinander einen Winkel bilden, der kleiner
als go° ist, so wird die dem Wechselstrom 'entsprechende Anfangspermeabilität erniedrigt,
namentlich aber der relative Anstieg der Permeabilität im Bleireich kleiner Wechselstromfelder
stark herabgedrückt, bis er- schließlich ganz verschwindet. Besonders vorteilhaft
ist @es, wenn das .überlagerte konstante Magnetfeld und das Wechselstromfeld parallel
oder annähernd parallel zueinander liegen. .
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In den beiden Abbildungen sind unter den Kurven II, III, IV, V die
Wechselstrommagnetisierungen entsprechend den als Ahszissen aufgetragenem Wechselstromfeldern
dargestellt, wenn * eine Gleichstrommagnetisierung entsprechend einer Feldstärke
von 0,i bzw. 0,2 bzw. 0,3 bzw. o,5 Örstedt überlagert wird. Man erkennt, daß mit
steigender Gleichstrommagnetisierung die Wechselstromanfan;gspermeabilitäten sinken,
so daß man durch passende Wahl der überlagerten Gleichstrommagnetisierung die absolute
Höhe der Wechselstrompermeabilität in ziemlich weiten Grenzen willkürlich. :einstellen
kann. Namentlich aber sieht man, daß der Axistieg der Wechselstrornpermeabilität
immer flacher wird, -so daß in Fig. i bei Gleichstromvormagnetisierung mit
0,2 bzw. 0,3 bzw. o,5 Örstedt Wechselstrompermeabilitäten von 3000 bzw. 22oo bzw.
i6oo erzielt werden, die bis etwa 0,15 örstedt praktisch konstant sind.
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In Fig. 2 wird bei 0,5 Örstedt Gleichstromvormagnetisierung
eine Wechselstromperrneabr7ität von etwa z6oo erhalten, die bis über o,2 Örstedt
konstant bleibt Wie aus den Kurven ersichtlich ist, muß zur Erzielung praktisch
konstanter Wechselstrompermeabilität die magnetische Feldstärke des überlagerten
Gleichstromes größer sein als diejenige Feldstärke, bei. der die maximale Wechselstrompermeabilität
auftritt, wenn kein Gleichstrom-Überlagert wird.
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An Stelle einer Gleichstrommagnetisierung kann natürlich ebensogut
-das Feld eines permanenten Magneten treten; auch das Erdfeld kann bereits in diesem
Sinn zusätzlich verwendet ' oder auch kompensiert werden.
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cAlan kann auf diesem Wege durch iYberlagerung einer konstanten Magrietisierung
z. B. Pupinspulen und Relais weitgehend unabhängig von Frequenz und Stromstärke
der Wechselstrom-Signal- bzw. Betriehsströme machen; auch für manche Typen- elektrischer
Meßinstrumente ist die beschriebene Methode anwendbar und nützlich. Ferner wird
es auf diesem Wege möglich, sog. kontinuierlich - belastete Telegraphenkabel, insbesondere
solche, deren magnetisches Belastungsmaterial eine .stark ansteigende P@ermeabilität
irr Bereich schwacher Felder aufweist, für Duplexbetrieb geeignet zu machen oder
sogar Fernsprechkabel für ungewöhnlich große Distanzen ohne Zwischenverstärkung
zu bauen und zu betreiben.
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Bei Kabeln, die bereits mit magnetischem Material mit geringem Anstieg
der Permeabilität im Bereich schwacher Felder belastet sind, bietet die beschriebene
Methode die Möglichkeit einer weiteren Verbesserung und einer Regulierungg der Höhe
der wirksamen Permeabilität.
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Es ist bereits früher im Zusammenhang mit verschiedenen Apparaten
vorgeschlagen worden, einen Gleichstrom und einen Wechselstrom zu überlagern. Bei
den bekannten Anordnungenhandelt essich jedoch nicht darum, eine . konstante Wechselstrompermeabilität
durch,die Überlagerung des Gleichstromfeldes zu erzielen. Es war schließlich auch
bekannt, ein Stück eines Kabels von einem Exide her von seinem Gleichstrom durchfließen
zu lassen. Über die Stärke dieses Gleichstromes ist nichts bekanntgeworden. Das
Verfahren nach der Erfindung ist gegenüber dieser bekannten Arbeitsweise dadurch
unterschieden, daß das Kabel in seiner ganzen Länge einem Gleichstromfeld ausgesetzt
sein soll, dessen Stärke größer ist als das Wechselstromfeld, bei dem der betreffende
Werkstoff seine Maximalpermeabilität besitzt.
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Auch in solchen Fällen, in denen vor Inbetriebnahme Spulen von Gleichstrom
durchflossen wurden, um sie unabhängig von dem Ein-Ruß -späterer stoßweise auftretender
Gleichstrombelastungen zu madhen, ist nichts darüber bekanntgeworden, wie etwa bei
gleichzeitiger überlagerung eines Gleichstromfeldes und eines Wechsielstromfeldes
die Wechselstrompermeabilität beein$ußt werden könnte. Zn manchen Fällen wurde sogar
ein Gleichstromfeld lediglich deshalb überlagert, um ein bereits vorhandenes Störfeld
zu kompensieren, d. h. also zu vermeiden, daß dem We@chselstromfeld irgendein Gleichstromfeld
überlagert wäre.