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Induktives Ausgleichselement für Fernmeldeleitungen Bei der Übertragung
von Fernmeldeströmen hoher Frequenz über Fernmeldeleitungen, insbesondere von Trägerfrequenzströmen
über unbelastete Fernmeldekabelleitungen, treten bekanntlich zwischen den parallel
verlaufenden Fernmeldeleitungen auch induktive bzw. magnetische Kopplungen auf,
die zu unerwünschten Nah- und Fernnebensprechstörungen führen. Die Wirkungen der
magnetischen Kopplungen sind deshalb schwierig zu beseitigen, weil die Kopplungen
meistens komplex sind, d. h. nicht nur eine rein induktive Komponente, sondern.
auch eine zur induktiven Komponente phasenverschobene Widerstandskomponente aufweisen.
Zum Ausgleich komplexer magnetischer Kopplungen ist ein Ausgleichselement mit zwei
hintereinandergeschalteten Differentialübertragern mit gegenseitig gewickelten Primärspulen
und gleichsinnig gewickelten Sekundärspulen bekanntgeworden, wobei in dem einen
Übertrager zur Einstellung des Realbetrages der Gegeninduktivität bzw. der induktiven
Komponente ein Massekern und in dem anderen Übertrager zur Einstellung des Imaginärteiles
der Gegeninduktivität bzw. der Widerstandskomponente ein Metallkern bzw. eine Kurzschlußwicklung
je für sich verstellbar angebracht sind. Ein derartiges Ausgleichselement hat zwar
den Vorteil, daß beide Kopplungskomponenten getrennt voneinander eingestellt werden
können. Es hat sich aber gezeigt, daß die von diesem bekannten Ausgleichselement
erzeugten Kopplungen von den Symmetrie- und Scheinwiderstandsverhältnissen der auszugleichenden
Leitungen
gegen Erde abhängig sind. Sind daher die bereits ausgeglichenen
Leitungen nachträglichen Änderungen hinsichtlich ihrer Scheinwiderstandsverhältnisse
gegen Erde unterworfen, so würde dies in vielen Fällen wieder die Entstehung von
magnetischen Kopplungen zur Folge haben und unter Umständen eine Nachregulierung
der Ausgleichselemente erfordern. Es wurde ferner erkannt, daß die Ursache des Einflusses
der Scheinwiderstandsverhältnisse gegen Erde in erster Linie in der noch verhältnismäßig
großen Gegeninduktivität zwischen zwei zu verschiedenen Leitungen gehörigen Wicklungsteilen
des Ausgleichselementes zu erblicken ist.
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Zur Vermeidung dieser Nachteile wird erfindungsgemäß das induktive
Ausgleichselement aus mindestens zwei Drehübertragern, die einen Aufbau wie Drehvariometer
aufweisen, gebildet, von denen der eine die induktive Komponente und der andere
unabhängig hiervon die Widerstandskomponente der komplexen Kopplung bzw. Unsymmetrie
erzeugt. Dabei werden vorteilhaft die in die eine Leitung, z. B. in die störende
Leitung eingeschalteten Wicklungen der beiden.Drehübertrager auf die Statoren und
die in die andere Leitung, z. B. in die gestörte Leitung eingeschalteten Wicklungen
der beiden Drehübertrager auf -die Rotoren aufgebracht.
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Das in dieser Weise ausgebildete induktive Ausgleichselement hat in
erster Linie den Vorteil, daß sowohl die Induktivität der einzelnen Wicklungen als
auch die Gegeninduktivität zwischen den Wicklungsteilen verschiedener Leitungen
auf sehr kleine Werte herabgesetzt werden können. Hierdurch wird nicht nur der störende
Einfluß der Scheinwiderstandsverhältnisse der Leitungen gegen Erde, sondern auch
eine störende zusätzliche induktive Belastung der Leitungen durch die in Reihe zu
den Leitungen liegenden Wicklungen des Ausgleichselementes vermieden. Ferner kann
die durch das induktive Ausgleichselement erzeugte kapazitive Kopplung sehr klein
gehalten werden, so daß zusätzliche Abschirmmaßnahrrien wie bei den bekannten magnetischen
Ausgleichselementen nicht erforderlich sind. Der Drehübertrager wird dabei derart
ausgebildet, daß eine möglichst enge Kopplung zwischen Stator- und Rotorwicklungsteilen
entsteht. Zweckmäßig läuft die Rotorwicklung innerhalb der Statorwicklung.
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Die Erfindung wird im folgenden zunächst an Hand der Fig. z erläutert,
die das Schaltungsprinzip des neuen Ausgleichselementes zeigt. Es sind
a und b die beiden Adern der einen Stammleitung und c und d die beiden
Adern der anderen Stammleitung eines Vierers. Zwischen den beiden Stammleitungen
sei eine komplexe magnetische Kopplung vorhanden, die durch das erfindungsgemäß
ausgebildete Ausgleichselement ausgeglichen werden soll. Das Ausgleichselement besteht
aus den beiden in Reihe zu den Stammleitungen geschalteten Drehübertragern
D' und .D". Der Drehübertrager D' umfaßt die in der Stammleitung a-b
liegenden Wicklungen Lä und L,', die beide auf dem Stator des Drehübertragers aufgebracht
sind. Andererseits sind die für die Stammleitung c-d vorgesehenen Wicklungen L,'
und La' auf dem Rotor angeordnet. In entsprechender Weise liegen die Wicklungen
La"
und Lb" der Stammleitung a-b auf dem Stator und die Wicklungen L," und
L," der Stammleitung c-d auf dem Rotor des Drehübertragers D". Durch eine derartige
Aufteilung der Übertragerwicklungen wird eine gleichmäßige Belastung der Leitungen
durch die Wicklungen erreicht. Aus der angegebenen Wicklungsverteilung erkennt man,
daß sämtliche Wicklungen der Stammleitung a-b als Statorwicklüngen und sämtliche
Wicklungen der Stammleitung c-d als Rotorwicklungen ausgebildet sind. Selbstverständlich
können umgekehrt sämtliche Wicklungen der Stammleitung a-b auf den Rotoren und sämtliche
Wicklungen der Stammleitung c-d auf den Statoren angeordnet sein. Mit Hilfe der
beiden Drehübertrager werden die Kopplungskomponenten von einer Stammleitung auf
die ändere unmittelbar übertragen, und zwar beide Komponenten unabhängig voneinander.
Beispielsweise wird der Drehübertrager D' zur Erzeugung der induktiven Komponente
und der Drehübertrager D" zur Erzeugung der Widerstandskomponente benutzt. Stehen
die zueinander gehörigen Stator- und Rotorwicklungen, z. B. die Wicklungen Ld und
L,' senkrecht aufeinander, so ist die Kopplung gleich Null, bei parallel verlaufenden
Wicklungsflächen jedoch ein Maximum, und zwar j e nach dem Wicklungssinn in positiver
oder negativer Richtung. Bei einer Drehung -des Rotors von o bis 18o° wird also
die Kopplung kontinuierlich von einem negativen Maximum durch Null bis zu einem
positiven Maximum geändert.
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Damit z. B. mit dem Drehübertrager D" eine Widerstandskomponente erzeugt
werden kann, ist es erforderlich, daß die mit diesem Drehübertrager erzeugte Komponente
gegenüber der mit dem Drehübertrager D' erzeugten induktiven Komponente eine Phasendrehung
aufweist. Dies läßt sich durch die zusätzliche Anordnung von Widerständen zu den
Wicklungen des Drehübertragers D" erreichen. Beispielsweise kann der einen Statorwicklung
eine Reihenschaltung von Induktivität und Ohmschen Widerstand parallel gelegt werden.
Eine weitere Möglichkeit besteht darin, den Rotorkern mit einer Kurzschluß- i wicklung
aus leitendem Material, wie Kupfer und/oder Eisen, zu versehen. Als am wirksamsten
hat sich aber die Herstellung des Rotorkernes aus einem massiven Metall, vorzugsweise
aus Eisen, gezeigt, wobei der Ganz- bzw. Vollmetallkern als eine Kurzschlußwick-
j lung aufzufassen ist. Zum Unterschied hiervon wird vorteilhaft der Rotorkern des
Drehübertragers D' zur Erzeugung der induktiven Komponente als Massekern ausgebildet.
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In den Fig. 2 bis 5 ist eine besonders zweckmäßige Ausführungsform
eines induktiven Ausgleichselementes gemäß der Erfindung dargestellt, bei dem beide
Drehübertrager zu einer Konstruktionseinheit zusammengefaßt sind und alle Statorwicklungen
von dem gleichen Tragkörper aufgenommen werden. Ferner ist es ein wesentliches Merkmal
des in den Fig. 2 bis 5 dargestellten Ausgleichselementes, daß der Rotorkern des
Drehübertragers zur Erzeugung der induktiven Komponente als Massekern und der Rotorkern
des Drehübertragers zur Erzeugung der Widerstandskomponente als massiver Metallkern
ausgebildet ist.
Die Fig. 2 zeigt einen Längsschnitt durch das Element,
die Fig. 3 eine Seitenansicht des gegenüber der Fig. 2 um die Längsachse um go°
gedrehten Elementes, die Fig. q. einen Querschnitt an der Stelle A-B und die Fig.
5 einen Querschnitt an der Stelle C-D. Zum besseren Verständnis sind die einzelnen
Wicklungen mit den gleichen Bezugszeichen wie in dem Schaltungsbild gemäß der Fig.
i versehen. - Mit dem an der Endplatte io befestigten U-förmigen Träger ii sind
die zylindrischen Ringe 12 und 13 vorzugsweise in einem Stück verbunden, die die
Statorwicklungen Lä und L,' sowie L"" und L b" tragen. Auf der in der Endplatte
io mittels des Drehknopfes 1q. drehbaren Hohlachse 15 sitzt der als Massekern ausgebildete
Rotorkern 16 mit den Rotorwicklungen L,' und Ld . Der zweite als massiver
Eisenkern ausgebildete Rotorkern 17 mit den Wicklungen L," und La" sitzt
auf der Achse 18, die im linken Teil innerhalb der Hohlachse 15 und am rechten Ende
in dem U-förmigen Träger ii drehbar gelagert ist und mittels des Drehknopfes ig
gedreht werden kann.
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Wie aus den Figuren hervorgeht, liegen bei jedem Drehübertrager die
zueinander gehörigen Wicklungen, z. B. die WicklungenLä undL,',ineinandergeschachtelt
und bei maximaler Kopplung in der gleichen Ebene, so daß sich ein sehr großer Kopplungsfaktor
ergibt. Dies hat den Vorteil, daß zur Erzielung der gewünschten Kopplung die Induktivität
der einzelnen Wicklungen verhältnismäßig klein gehalten werden kann. Beispielsweise
beträgt bei der in den Fig. 2 bis 5 dargestellten Ausführung die Induktivität der
Wicklung je Stammleitung nur etwa 2,4,uH gegenüber 8 bis g,uH bei der bekannten
Ausführung mit Differentialübertrager. Zur Erzeugung dieser kleinen Induktivität
genügt es, jede einzelne Wicklung aus 3 bis q. Windungen zu bilden. In der in den
Fig. 2 bis 5 dargestellten Stellung der Rotoren liegen die zueinander gehörigen
Wicklungen in einer Ebene parallel zueinander, so daß sich in dieser Stellung eine
maximale Kopplung ergibt. Werden die Drehknöpfe um go° gedreht, so ergibt sich die
Kopplung Null. Auf diese Weise lassen sich beispielsweise bei einer Induktivität
je Stammleitung von nur 2,4,uH bis zu einer Frequenz von 6o kHz und darüber induktive
Kopplungskomponenten bis zu 32o nH und Widerstandskomponenten bis zu 22o nH und
beliebige Phasenwinkel zwischen den beiden Kopplungskomponenten einstellen. Die
kapazitive Kopplung zwischen zwei Stammleitungen beträgt dabei nur 6 pF, so daß
im allgemeinen von besonderen Abschirmmaßnahmen zwischen den Wicklungen abgesehen
werden kann.
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Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt.
Die einzelnen Teile des Ausgleichselementes lassen sich in beliebiger anderer Weise
fohnen, ohne vom Erfindungsgedanken abzuweichen. Es ist beispielsweise möglich,
die Drehknöpfe mit den Rotoren durch ein Untersetzungsgetriebe zu verbinden, um
die Rotoren feiner einstellen zu können. Den Drehknöpfen werden zweckmäßig Skalen
zugeordnet, auf denen die eingestellten Kopplungswerte direkt abgelesen werden können.
Der die Statorwicklungen und die Rotoren umfassende Teil der Ausgleichselemente
wird zweckmäßig in einen Metallbehälter eingeschlossen.