DE646692C - Spule, insbesondere UEbertrager - Google Patents

Description

^r _t Ind. Elgendom
19 JUL 1937

AUSGEGEBEN AM 22. JUNI 1937

Die Erfindung bezieht sich auf Spulen, vorzugsweise Übertrager, wie sie in Fernsprechkreisen verwendet werden, und macht es sich zur Aufgabe, die Wirksamkeit von Spulen und Übertragern zu verbessern, und zwar über einen weiten Amplitudenbereich; insbesondere sollen Übertrager billiger Konstruktion vorgesehen werden, welche mit hohem Wirkungsgrad sowohl Sprachströme

10. geringer Intensität und niederfrequente Signalströme hoher Intensität übertragen.

Es ist seit langem bekannt, Spulen oder Transformatoren mit einem Mantelkern aus C- und I-förmigen Blechen aufzubauen. Eine Eigentümlichkeit dieser Konstruktion ist, daß ein schmaler Luftspalt zwischen den beiden verschiedenartig aufgebauten Teilen vorhanden ist. Die Konstruktion ist besonders vorteilhaft, da sie eine rasche und billige Herstellung von Transformatoren gewährleistet. ' Die verschieden gestalteten Bleche des Kernes werden meist durch Messingteile oder anderes billigeres Material zusammengehalten.

Zu den Vorzügen der einfachen Fabrikation solcher Spulen oder Übertrager übt der Luftspalt eine wichtige Funktion für die Stabilisierung der Induktion für die Spulen im Betrieb mit Sprachfrequenzen aus.

Für Übertragerspulenpaare, die Bleche aus Siliziumstahl oder Eisen-Nickel-Legierungen verwenden und die vorzugsweise bei Zweiwegeverstärkern verwendet werden, spielt diese Tatsache eine besonders große Rolle für die Aufrechterhaltung einer hohen Verstärkung der Sprachströme. Dies ist darauf zurückzuführen, daß bei zu kleinem oder überhaupt keinem Luftspalt das Bestreben für eine oder beide Spulen, welche ein Paar bilden, besteht, daß nach einer heftigen Magnetisiefung (beispielsweise durch niederfrequente Signalströme) diese nicht wieder den ursprünglichen Wert annehmen, sondern eine geänderte Impedanz bewahren. Diese Umstände vermindern das ursprünglich vornandene Induktivitätsgleichgewicht. Ein kleiner Luftspalt bewirkt nun eine Erhöhung der Stabilität, führt aber auch zu einem bedeutend höheren magnetischen Widerstand auch noch für die hohe Feldstärke der 16- oder 20 Hz-. Ruf ströme. Nun ist aber für die Wirksamkeit der Übertragung eine hohe Impedanz von . maßgebender Bedeutung. Diese Impedanz ist für die kleinen Frequenzen kleiner als für die großen, auch abgesehen von dem Einfluß der Feldstärke auf die Permebilität. Wenn nun. durch den Luftspalt die Induktivität herabgesetzt wird, so ist die damit bedingte Verschlechterung in der Wirksamkeit für die Rufströme von besonders einschneidender Bedeutung. Es ist aus diesem Grunde wünschenswert, daß eine Übertragerspule. für

diesen Zweck mit einem Kern ausgerüstet wird, der bei Strömen von 16 oder 20 Hz und hoher Wechselstromsättigung des Kernes einen Luftspalt besitzt, der so klein wie mög-S Hch ist.

Nach der Erfindung wird bei Spulen, vorzugsweise Übertragern, die einen mit einem Luftspalt versehenen Kern besitzen, der Luftspalt von einem Material derartiger Bemessung und Zusammensetzung überbrückt, daß bei kleinen Feldstärken der magnetische Widerstand im magnetischen Kreis des Kernes im wesentlichen nur durch den Luftspalt bestimmt und bei großen Feldstärken durch das Überbrückungsmaterial wesentlich verkleinert wird. Auf diese Weise wird erreicht, daß der Luftspalt für die Rufströme, die eine wesentlich größere Feldstärke im Kern erzeugen als die Sprechströme, überbrückt ist. Für die Sprechströme ist der Luftspalt dagegen wirksam.

Es ist bekannt, bei elektrischen Übertragern die einzelnen Bleche des Kernes so anzuordnen, daß Überlappungen an den Stoßstellen der Kernbleche auftreten. Hier sind zwar die einzelnen Luftspalte auch durch ein magnetisches Material überbrückt, jedoch ist dieses nicht so ausgebildet, daß es bei kleinen Feldstärken einen großen magnetischen Widerstand und bei großen Feldstärken einen kleinen magnetischen Widerstand besitzt. Es können daher bei der bekannten Anordnung die durch die Erfindung erzielten Wirkungen nicht auftreten.

Gewisse wärmebehandelte Legierungen, welche Kobalt und Eisen enthalten, sind besonders für die Überbrückung des Luftspaltes geeignet, da sie einen höheren magnetischen Widerstand bei kleinen Feldstärken besitzen und einen kleineren magnetischen Widerstand bei hohen Feldstärken. Eine geringe Menge von Vanadium wird im allgemeinen diesen Legierungen zugesetzt, um die Bearbeitung zu erleichtern. Platten aus solchen Legierungen werden vorzugsweise dazu benutzt, um den Luftspalt zu überbrücken und können gleichzeitig dazu dienen, die Bleche zusammenzuhalten. Bei einem Kern derartiger Konstruktion wird der Fluß der 16- oder 20 Hz-Ströme in weitem Ausmaße durch die Überbrückungsplatten, die einen geringen magnetischen Widerstand unter diesen Bedingungen aufweisen, gehen. Über den Luftspalt werden nur wenige Kraftlinien verlaufen. Eine Folge hiervon ist, daß die wirksame Impedanz der Spulen für tiefe Frequenzen vergrößert wird, wodurch sich ein verbesserter Übertragungswirkungsgrad ergibt. Für die Sprachströme geringer Intensität ist 6a jedoch der magnetische Widerstand der Überbrückungsplatten höher als der des Luftspaltes, so daß nur ein geringer Teil des magnetischen Flusses durch die überbrückungsplatten geht. Der Nebenschluß, den diese Platten bilden, hat daher geringen Einfluß auf die Permeabilität und Stabilität des Kernes für die Sprachströme.

Die Erfindung ist an den Fig. 1 und 2 erläutert.

Die Fig. 1 stellt einen Übertrager mit einer Primärwicklung und einer Sekundärwicklung schaubildlich dar. Der Mantelkern besteht aus I- und C-förmig gestalteten Blechen.

Fig. 2 zeigt Kurven, um die verwendeten Werte der gegenseitigen Induktivität bei verschiedenen Platten nach Fig. 1 erkennen zu lassen.

Nach Fig. 1 besteht der Kern aus einem I-förmigen Glied 5 und zwei C-förmigen Gliedern 6. Jedes dieser Glieder ist vorzugsweise aus einer Mehrzahl von Blechen hergestellt, welche parallel angeordnet sind. Jedes Glied 6,6 ist an einer Seite des Gliedes 5 so angeschlossen, daß zwischen den Armen und dem Glied 5 ein Luftspalt entsteht. Die Länge der Luftspalte wird derart bemessen, daß die Stabilität der Induktivität der Spule für Sprachströme gewährleistet ist. Der Luftspalt kann verschiedeneBemessungen besitzen. Als vorteilhaft hat sich ein solcher von etwa 0,025 mm ergeben. Die Primärwicklung 1 und Sekundärwicklung 2 der Spule sind vorzugsweise über das Glied 5 gewickelt.

Obwohl andere magnetische Legierungen als die angegebenen verwendet werden können, sind solche mit hoher Permeabilität bei tiefen und hohen Feldstärken besonders geeignet, insbesondere für die Herstellung der Glieder 5 und 6.

Wärmebehandelte Silizium-Eisen-Legierungen mit 3,5 bis 4,5 Silizium, Rest vorwiegend Eisen, und wärmebehandelte Legierungen mit 44 bis 46% Nickel, Rest vorwiegend Eisen, besitzen beide die Eigenschaften, welche für diesen Zweck günstig sind. Die Nickel-Eisen-Legierungen können dadurch wärmebehandelt werden, daß sie in einem Behälter, der die Oxydation verhindert, bei einer Temperatur zwischen 1 050 und 1100⁰C während ι Stunde erwärmt werden. Der Behälter wird darauf einer langsamen Kühlung, die nicht 4° pro Minute überschreitet, unterworfen. Die Silizium-Eisen-Legierung wird während 1 Stunde bei 760 bis 830° geglüht und dann mit einer Geschwindigkeit gekühlt, die nicht über io° pro Minute in dem Bereiche bis zu 500⁰ C herunter liegt.

Zwischen den Armen des Gliedes 6, 6 sind, um die Luftspalte zwischen diesen und dem Glied 5 zu überbrücken, Streifen 8 oder Stan- iao gen oder ähnliche Mittel angebracht, die aus einem Material bestehen, das gegenüber dem

Luftspalt einen geringeren magnetischen Widerstand für hohe Flußdichten und einen höheren magnetischen Widerstand für kleine Flußdichten besitzt. Die Streifen oder ande-S ren Uberbrückungsmittel können in geeigneter Weise angebracht werden, beispielsweise durch Verschrauben oder Nieten.

Tn Fie. ι sind Schrauben als Befestigungsmittel gezeigt. Eine Kobalt-Vanadium-Eisen-

to Legierung von 49,5 bis 50,50/0 Kobalt und Rest hauptsächlich Eisen, vorzugsweise mit i,75 bis 2,25°/o Vanadium, besitzt bei geeigneter Wärmebehandlung einen kleinen magnetischen Widerstand bei hohen Feldstärken und einen verhältnismäßig· großen magnetischen Widerstand bei niedrigen Feldstärken. Die Gegenwart des Vanadiums in der Legie-• rung dient der Verbesserung der Bearbeitbarkeit des Metalles. Di.e Wärmebehandlung besteht darin, daß die Legierung in einem Behälter, welcher sie· vor Oxydation und Oberflächenverschmutzung schützt, bei einer Temperatur von etwa iooo⁰ C während ι Stunde behandelt und darauf langsam gekühlt wird.

Die Uberbrückungsmittel können aber auch aus Stahlblechen bestehen, die die gewünschten Eigenschaften besitzen. In Fig. 2 zeigt die Kurve B eine typische Impedanz-Charakteristik einer Spule mit unterteiltem Mantelkern und Luftspalt bei verschiedenen, der Spule aufgedrückten Spannungen. Die Kurve A zeigt die Abhängigkeit der Impedanz von der Spannung für die gleiche Spule mit einer Kobalt-Vanadium-Eisen-Legierung als Befestigungs- bzw. Überbrückungsmaterial, während die Kurve C für Stahlbleche als Überbrückungsmaterial gilt. In dem Arbeitsbereich der Signalspannungen liegt die Impedanz der Spule mit Messinghaltestücken (Kurve B) bei einem Maximum von etwa ι 950 Ohm bei 33 Volt und verläuft bis zu einem Minimum von 1200 Ohm bei etwa 70 Volt. Im Gegensatz dazu wird bei Verwendung von Kobalt-Vanadium-Eisen-Legierungen (Kurvet) als Überbrückungsmaterial ein Maximum von 27500hm bei etwa 38VoIt und ein Minimum von 1 800 Ohm bei 70 Volt erreicht. Die gleiche Spule mit einer Stahlblechüberbrückung erreicht eine Maximal·· impedanz von 2 550 Ohm bei etwa 37 Volt und ein Minimum innerhalb des Arbeitsbereiches von ι 640 Ohm bei 70 Volt. Obwohl die Impedanz für die Spulen mit Vanadium-Kobalt-Eisen-Legierung bei höheren Signalspannungen gegenüber dem Kern mit Messingüberbrückung um mehr als 45% erhöht wird und bei der Spule mit Stahlblech um 30 %, wurde gefunden, daß die Spulen keine nennenswerte Differenz in der Stabilität für die Sprachströme ergeben.

Außer den genannten Legierungen können andere mit den angegebenen Eigenschaften sowohl für die Überbrückung als auch für den Kern selbst verwendet werden. Obwohl in dem Vorhergehenden eine Mantelkernspule beschrieben war mit aus Blechen bestehendem Kern, so ist die Erfindung doch nicht auf diese Kerntype beschränkt, sondern es können auch T- und U-förmige oder andere Kerne benutzt werden, welche einen Luftspalt besitzen, bei denen derselbe Effekt erzielt wird.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Spule, insbesondere Übertrager, mit einem mit Luftspalt versehenen Kern, dadurch gekennzeichnet, daß der Luftspalt von einem Material derartiger Bemessung und Zusammensetzung, insbesondere von der des übrigen Kernes verschiedener Zusammensetzung, überbrückt ist, daß bei kleinen Feldstärken der magnetische Widerstand im magnetischen Kreis des Kernes im wesentlichen nur durch den Luftspalt bestimmt ist, während er bei 85 · großen Feldstärken durch das Überbrückungsmaterial wesentlich verkleinert .ist.

2. Spule nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ihr Kern aus einem Material besteht, das für kleine und große Feldstärken eine hohe Permeabilität besitzt, während der Überbrückungsteil aus einem Material besteht, das bei kleinen Feldstärken großen magnetischen Widerstand und bei großen Feldstärken kleinen magnetischen Widerstand besitzt.

3. Spule nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ihr Kern aus Eisen-Nickel-Legierungen, insbesondere mit 40 bis 460/0 Nickel, besteht und daß für das Überbrückungsmaterial Eisen-Kobalt-Legierungen, insbesondere mit 49,5 bis 50,50/0 Kobalt und 1,75 bis 2,250/0 Vanadium, Rest Eisen, bestehen.

4. Spule nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern aus einer Eisen-Silizium-Legierung, vorzugsweise mit etwa 3,5 bis 4,5 % Silizium, besteht, während für die Überbrückung der Luftspalte Stahlblech verwendet ist.

5. Spule nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Überbrückungsmaterial gleichzeitig

" zum Zusammenhalten der die Luftspalte bildenden Kernteile dient.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen