DE644489C - Drossel mit Mittelabgriff - Google Patents

Description

In der Fernmeldetechnik besteht vielfach das Bedürfnis nach elektrischen Dreipolen, insbesondere für Meßzwecke zur Bildung des Viererkreises (Viererabschluß).
Zur Messung der Mitsprechdämpfung von Teilen eines Leitungssystems benutzte man ursprünglich die betriebsmäßigen Ringüber" trager. Die Messungen waren durch die eigene Mitsprechdämp"fung der Ringübertrager von 10 Neper begrenzt. Da die Anforderungen stiegen und weitere Verbesserungen an den Spulen nicht möglich erschienen, ging man dazu über, Viererabschlüsse aus phasenfreien Präzisionswiderständen zu bauen. Um die letzten Differenzen der Beträge und Phasen des zum Abschluß erforderlichen Widerstandspaares zu beseitigen, wurden dann besondere Ausgleichsorgane zugefügt, die es gestatteten, im Augenblick des Abgleichs die Mitsprechdämpfung bis auf 14 Neper zu bringen. Die Mitsprechdämpfung unterschritt aber innerhalb der notwendigen Temperaturgrenze von 10 bis 30⁰ die damals erforderliche Grenze von 12¹^₂ Neper, auch wenn der

Abgleich bei günstigster mittlerer Temperatur erfolgt war. Das Absinken der Mitsprechdämpfung war auf Änderungen des Betrages der Widerstände zurückzuführen, während die Phasendifferenz genügend konstant blieb.

Es mußte daher von jedem Widerstand der Gang des Widerstandsbetrages mit der Temperatur bestimmt werden, und es konnten nur Widerstände gleicher Charakteristik gepaart werden. Trotzdem war die Mitsprechdämpfung nicht über genügend lange Zeit beständig, und es gelang auf keine Weise, die in der Größenordnung io~^ß inzwischen erforderlich gewordene zeitliche Konstanz der Unsymmetriekomponente zu erreichen entsprechend einer Mitsprechdämpfung von 13 Neper. Die erreichbare Grenze blieb 12 Neper.

Der an sich naheliegende Weg, die Abgleichorgane von außen bedienbar zu machen und die erforderliche·Mitsprechdämpfung jeweils vor der Messung durch erneuten Abgleich herzustellen, ist vielleicht im Laboratorium, aber nicht im Streckendienst möglich. Auf der Strecke hat man einerseits nicht das für einen solchen Feinabgleich genügend geschulte Personal, andererseits ist die Gefahr zu groß, daß bei einer Verstellung Fehlmessungen entstehen, ohne daß die Fehler als solche auffallen.

Nach der Erfindung wird ein Dreipol vorgesehen, dessen Symmetrie eine Mitsprechdämpfung über 13 Neper für genügend lange Zeit garantieren läßt, der nicht nur als Viererabschluß besonders wertvoll ist, sondern

*) Von dem Patentsucher ist als der Erfinder angegeben worden:

Dr.-Ing. Adolf Wirk in Berlin-Spandau.

auch in anderen Fällen, in denen eine hoch- lasteten Widerstand sich ergebenden Scheingradige Symmetrie gefordert wird. Dieser Widerstandes maßgebend. Es genügte in allen Dreipol wird erfindungsgemäß durch eine._w Fällen ein Verhältnis des Drosselscheinwider-Drossel mit einem Abgriff, der möglicfefsJyif Standes 4wL zum belasteten Widerstand Z vollkommen die elektrische Mitte treffen s$$y·.'. iyon höchstens io, wozu Permeabilitäten von dadurch gebildet, daß die Unsymmetrie it dt&>s S? der Größenordnung 2000 genügten.

Drossel, folgend aus der Form

as

wobei α die Differenz der reellen Widerstandsglieder, b die Differenz der imaginären Widerstandsglieder und iß den Scheinwider- !5 stand der Drossel darstellt, dadurch möglichst klein gemacht wird, daß nicht nur die Differenz im Zähler in an sich bekannter Weise möglichst klein gehalten wird durch Aufbau der Wicklungsteile der Drossel in Form einer mechanischen Einheit verwebter oder verdrallter Drähte, sondern darüber hinaus gleichzeitig der Nenner 5\> durch Verwendung eines Magnetikums mit einer Permeabilität über 5000, insbesondere über 10 000, so groß gewählt wird, daß die durch die zeitliche Inkonstanz hervorgerufene Vergrößerung des Zählerausdruckes unschädlich gemacht wird durch den entsprechend großen Nenner S5>.

Es ist an sich bekannt. Drosseln mit Symmetriemitte so zu wickeln, daß die magnetische Streuung zwischen den Wickelhälften möglichst klein wird. Dies kann dadurch erreicht werden, daß die beiden Leiter der ³^ Wicklungsteile so weit, wie aus Gründen der Isolation und der kapazitiven Verkettung irgendwie zulässig ist, einander genähert werden. Zu diesem Zwecke werden beide Leiter z. B. miteinander verdrallt und/oder verwebt und verklöppelt, oder sie werden als isolierte Einzeldrähte einer Hochfrequenzlitze ausgebildet. Die Differenz der Induktivitäten und Widerstände wird damit so klein, daß für alle bisher aufgetretenen Anwendungsfälle genügende Symmetrie erhalten werden konnte. Um auch geringe Differenzen der Kapazitäten zu erhalten, besteht nur die Möglichkeit, beide Leiter möglichst symmetrisch zu ihrer Umgebung anzuordnen und damit entsprechende Symmetrie ihrer Verkettung mit der Umgebung zu erzielen. Bei Anwendung dieser Maßnahme, nämlich in der Anordnung der Leiterteile, erzielt man bereits so kleine Streuungen, daß die Permeabilität, deren Größe an sich die Verkleinerung des Streukoeffizienten bekanntermaßen unterstützt, nicht besonders hoch gewählt zu werden brauchte. Für die Permeabilitäten waren vielmehr bisher nur die Gesichtspunkte (ähnlich wie für die Übertrager) der Stabilität bzw. der Ungestörtheit des zusammen mit dem be-Die Erfindung geht dabei von der neuen Erkenntnis aus, daß dagegen die durch Differenzen der Ohmschen Leitungswiderstände hervorgerufene Unsymmetrie bestehen bleibt, auch wenn die magnetische Streuung beliebig klein ist, hingegen unterdrückt wird, wenn die Permeabilität und damit der Leerlaufwiderstand extrem hochgetrieben wird. Dies soll an Hand der Fig. 1 bis 4 näher erläutert werden. ·

Die symmetrische Drossel ASB nach Fig. 1 kann nach bekannten Gesetzen in die Sternschaltung Fig. 2 umgeformt werden, die nur noch unverkettete Scheinwiderstände enthält. In Fig. ι ist die Spule dargestellt, bestehend aus den beiden Wicklungen AS und BS mit den Induktivitäten L₁ und L₂ und den Ohmschen Widerständen r_t, r₂. Die Ersatzwiderstände in Sternschaltung nach Fig. 2 sind mit 5R₁, 5R₂, 5R₃ bezeichnet mit den Werten

9ϊι = r_t + j ω L₁ + ; ω Μ,

5R₂ = r, + j ω L, + / ω M,

5R₃ = — j _ω M.

Die Unsymmetrie ist gegeben durch den Ausdruck

5R₁-Si₂

*· 1 4

5R₁+5R,

Man erhält also

It=-

■i—'i +Ja)(L₁- L₂) a + jb

, r_a + j ω (L₁ +L₂ + ₂M) 5B '

Der Ausdruck im Nenner ist nämlich genau der (Leerlauf-) Scheinwiderstand 2B an den Klemmen AB, so daß bei verschwindend kleiner Streuung (L₁ = L₂ = L = M) folgt:

r,

r, — r,

ⁿ ' ""So""~~ 4 j(o L ·

Das gleiche Ergebnis ist auch noch auf anderem Wege abzuleiten, der gleichzeitig die praktische Bedeutung zeigt.

Bei der Anschaltung einer symmetrischen Drossel ist eine gewisse Differenz Δ r in den Zuleitungswiderständen unvermeidlich. Damit entsteht Fig. 3 mit dem Vektordiagramm Fig. 4.

Der Scheinwiderstand B' S ist 5R₁ = Δ r + —,

der Scheinwiderstand A S ist 5R₂ = — . so daß bei einer im übrigen idealen Drossel durch

Ö4448Ö

die Differenz der Reihenwiderstände Δ r eine Unsymmetrie

^tt~

5ΐ.₂ _ Ar ^

St₁+H₄ '" Ar + n ~ SEB

auftritt.

Es ist dies ebenfalls das Verhältnis der Spannung zwischen^der greifbaren (S) und der idealen elektrischen Mitte (M) der Drossel zur

ίο halben angelegten Spannung. In jedem Falle bleibt also unabhängig von der Streuung die gleiche restliche Unsymmetrie. Praktisch ist dabei eine Ohmsche Differenz Δ r von beachtlicher Größe durchaus unvermeidbar. An sich wird man restliche Differenzen der Induktivitäten, Kapazitäten und Ohmschen Widerstände, soweit erforderlich, in bekannter Weise durch zusätzliche Elemente ausgleichen.

Während nun der Ausgleich der Induktivitäten und Kapazitäten von Bestand ist, gilt das nicht innerhalb eines erforderlichen Temperaturintervalls für die Differenz der Ohmschen Widerstände infolge der unvermeidbaren Abweichungen der Temperaturkoeffizienten. Dieser die Konstanz der Unsymmetrie beschränkende Einfluß wird aber erfindungsgemäß durch eine 'entsprechende Vergrößerung des Nennergliedes kompensiert, d. h. durch Wahl entsprechend hoher Permeabilität. So wird ein Kernmaterial mit einer wirksamen Permeabilität über 5000, insbesondere über 10 000, verwendet. Als magnetische Materialien kommen vor allem Eisen-Nickel-Kupfer-Legierungen in wärmebehandelter Form in Frage, insbesondere in der Zusammensetzung:

7o°/₀ Nickel, 13% Eisen, 17% Kupfer, 70% Nickel, 10% Eisen, 17% Kupfer, 3°/₀ Molybdän, ₀ Eisen, 14% Kupfer, 3% Molybdän,

deren Permeabilität bei niedriger Feldstärke über ι ο 000 beträgt.

Je nach Wärmebehandlung und insbesondere langsamer Kühlung nach hohem Glühen der letztgenannten Legierungen lassen sich auch Permeabilitäten über 15 000, sogar über 20000 betriebsmäßig erzielen.

Im folgenden seien einige Ausführungsbeispiele nach der Erfindung behandelt.

Die Spulen sind insbesondere zur Messung der Symmetrien geeignet, insbesondere für die Messung der Nebensprechdämpfung von Leitungen.

Fig. 5 zeigt eine symmetrische Drossel in der Schaltungsart betriebsmäßiger Stammleitungsübertrager (Viererabschluß); in die Stämme I und II eines Vierers sind die Drosseln 5 eingeschaltet und Stammbelastungswiderstände Z_sf. Weitere Widerstände Z_v zur Anpassung des Viererwellenwiderstandes sind ebenfalls vorgesehen. Der Vorteil der symmetrischen Spulen nach der Erfindung für den Viererabschluß ist die überragende Konstanz gegenüber Temperaturschwankungen, um derentwillen man große Schwierigkeiten bei den bisher üblichen Ohmschen Widerständen hatte.

Fig. 6 zeigt ein weiteres Anwendungsbeispiel der symmetrischen Spule als Ersatz für Hilfsbrücken nach Wagner. Ist eineBrückenschaltung an sich symmetrisch aufgebaut, d. h. bestehen die Vergleichszweige aus zwei einander gleichen Widerständen, deren Verbindungspunkt dann in erster Annäherung Erdpotential führt, so ist ein besonderer Hilfszweig nach Wagner häufig trotzdem erforderlich, um Änderungen der Erdableitungen, die beim Einschalten des Meßobjektes auftreten, in jedem Falle auszugleichen.

Benutzt man an Stelle des Hilfszweiges eine Drossel nach der Erfindung, so wird ein besonders zu bedienender Hilfszweig überflüssig, da die Symmetrieeigenschaften der Drosseln ausreichen, um das Erdpotential des Nullzweiges zwangsläufig aufrechtzuerhalten.

Eine weitere Anwendung ergibt sich aus Fig. 7. Die dort gezeigte Brücke besteht aus einem zu messenden Kondensator C_x (zwischen Punkt E und B) und dem Meßkondensator C_n (zwischen Punkt A und E). Die Vergleichszweige sollen dem Betrage nach einander gleich sein, gleichzeitig aber eine Nachbildung der Phasendifferenz zwischen C_n und C_x gestatten. Würde man in üblicher Weise zwei Widerstände benutzen mit einem Kondensator, der einem der Widerstände parallel geschaltet ist, dann wäre der Regelbereich der Phase auf ein schmales Frequenzband beschränkt. Andernfalls müßten beide Widerstände der Vergleichszweige entsprechend dem Frequenzbereich umgeschaltet werden, wobei es schwierig wäre, die Symmetrie der Widerstandspaare aufrechtzuerhalten. Statt des genannten Widerstandspaares wird nach Fig. 7 eine symmetrische Drossel nach der Erfindung verwandt, in der Weise, daß an ihrem Symmetriepunkt (S) ein einzelner veränderlicher Widerstand W anschließt, dessen zweiter Anschlußpunkt D erst den Viereckpunkt der Brücke A, B, D, E bildet. Zwischen A und D wird der Drehkondensator c zur Kompensation der Phase geschaltet. Das Gebilde A, B, D, S ist gleichwertig einem Dreieck A, B, D. Die Seiten^/) und BD

haben dabei die Größen r + 2 W, wenn r wieder der Gleichstromwiderstand je einer Wicklungshälfte ist.

Durch die Ausführung einer symmetrischen Drossel nach der Erfindung gelingt es dabei gleichzeitig, das Verhältnis ihres unbelasteten Scheinwiderstandes zum Kupferwiderstand der Wicklung sehr groß zu machen, so daß bei vorgegebenem Wert für den unbelasteten

ίο Scheinwiderstand ein extrem kleiner Ohmscher Widerstand erreicht werden kann. Dies hat zur Folge, daß innerhalb eines weiten Bereiches der Widerstand r vernachlässigt werden kann gegen den Schaltwiderstand W.

'5 Es ist daher die Beziehung r + 2 W ~ 2 W mit großer Genauigkeit erfüllt. Dabei sind die beiden Widerstände 2 W auf den Zweigen AD und BD einander gleich mit der Symmetrie der Drossel selbst. Die Anordnung kann also, wie in Fig. y bereits ausgeführt, z. B. als Kapazitätsmeßbrücke (Vergleichsnormal C_n gleich Objekt C_x) in der Weise benutzt \verden, daß der Fehlwinkel d von C_x in üblicher Weise in der Brücke ausge-

^a5 glichen und gemessen wird durch den Winkel φ « ω· C' 2 W und nun der Widerstand W umgekehrt proportional der Frequenz verändert wird [W₁₃), so daß der Ausdruck für φ dann frequenzunabhängig ist und entsprechend der Winkel selbst am Organ c geeicht werden kann.

Durch die Spulen nach der Erfindung ist man in die Lage versetzt, auch für betriebsmäßig symmetrisch auftretende Teile, deren Symmetrie durch die zeitliche Konstanz beschränkt ist, eine bedeutende Gütesteigerung zu erzielen. Beispielsweise kann bei Verwendung von Spulen nach der Erfindung in Nachrichtensystemen über Leitungen die Möglichkeit einer Viererausnutzung gegeben sein, sofern auch die übrigen Teile der Übertragungssysteme in ihrer Symmetrie etwa die gleiche Konstanz aufweisen. So lassen sich Leitungen gegenüber einem umgebenden Schirm mit einer derartigen Konstanz symmetrieren, daß ein Viererbetrieb auch mit Trägerstrom, insbesondere derselben Frequenz wie der Stämme, möglich ist.

Claims (6)

1. Patentansprüche:

   i. Drossel mit Mittelabgriff und konstant bleibender Symmetrie der beiden Wicklungshälften, dadurch gekennzeichnet, daß die Unsymmetrie U der Drossel, folgend aus der Form SS

   U =

   SB

   wobei ο die Differenz der reellen Widerstandsglieder, b die Differenz der imaginären Widerstandsglieder der Wicklungshälften und 5ß den Scheinwiderstand der Drossel darstellt, dadurch möglichst klein gemacht ist, daß nicht nur die Summe der Differenzglieder im Zähler möglichst klein gehalten ist durch den an sich bekannten Aufbau der Wicklungshälften der Drossel in Form einer mechanischen Einheit verwebter oder verdrallter Drähte, " sondern darüber hinaus gleichzeitig der Nenner 2ß durch Verwendung eines Kernmaterials mit einer Permeabilität von über 5000, insbesondere über 10 000, so groß gewählt ist, daß die durch die zeitliche Inkonstanz hervorgerufene Vergrößerung des Zählerausdruckes unschädlich gemacht ist durch den entsprechend großen Nenner 2B.
2. 2. Drossel nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Verwendung von Eisen-Nickel-Kupfer-Legierungen, gegebenenfalls mit Molybdänzusatz als Magnetikum der Drossel.
3. 3. Drossel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung etwa 70% Nickel, 10 bis i3°/₀ Eisen, Rest Kupfer, gegebenenfalls mit etwa 3% Molybdän enthält und durch eine Wärmebehandlung eine Permeabilität von über ι ο 000 besitzt.
4. 4. Die Verwendung von Drosseln nach einem der Ansprüche 1 bis 3 als Viererabschluß, insbesondere für Meßzwecke.
5. 5. Die Verwendung von Drosseln nach einem der Ansprüche 1 bis 3 als Ersatz einer Hilfsbrücke in an sich symmetrischen Schaltungen, insbesondere Brückenschaltungen oder Leitungen.
6. 6. Die Verwendung von Drosseln nach einem der Ansprüche 1 bis 3 in der Weise, daß durch Verändern eines an den Symmetriepunkt der Drossel angeschlossenen Scheinwiderstandes die Größe der auf den Dreieckseiten wirksamen Scheinwiderstände verändert werden kann ohne Einbüße an Symmetrie.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen