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Induktive Belastung von symmetrischen Fernmeldeleitungen, insbesondere
von verdrillten Kabeldoppelleitungen, für die Mehrfachträgerfrequenzübertragung
mit Frequenzen über 50 kHz, vorzugsweise über 100 kHz, und Mantel'kernspule hierfür
Zur punktförmigen induktiven Belastung von symmetrischen Fernmeldeleitungen, insbesondere
von verdrillten Kabeldoppelleitungen, ist es allgemein üblich, als Belastungsspulen
bzw. Pup-inspulen Ringkernspulen zu verwenden, bei denen die Spulenwicklungen auf
einem ringförmigen Massekern aufgebracht sind. Es ist zwar auch schon bekanntgeworden,
an Stelle der Ringkernspulen Mantelkernspulen zu verwenden, bei denen die Spulenwicklungen
vom Kernmaterial mantelartig umschlossen sind. Trotz zahlreicher Vorschläge über
die konstruktive Ausbildung der Mantelkernspulen haben sich diese für die induktive
Belastung von Fernmeldeleitungen nicht eingeführt. Dies hat in erster Linie seinen
Grund darin, daß sich mit den Mantelkernspulen selbst bei noch so großen Abmessungen
nicht so große wirksame Permeabilitätswerte wie bei den Ringkernspulenerzeugen lassen
und daß die Mantelkernspulen störende magnetische Streufelder erzeugen,, die bei
den Ringkernspulen vermieden werden können. Um die störenden Beeinflussungen durch
diese Streufelder zu vermeiden, könnte man an eine ausreichende Abschirmung jeder
einzelnen Mantelkernspule durch Einschließung der Spule in ein Metallgehäuse denken,
doch hat man bisher feststellen. müssen, daß dann infolge der Wirbelstrombildun,g
in dem Metallgehäuse eine so starke Vergrößerung des Wirkwiderstandes eintritt,
daß
sich unter sonst gleichen Verhältnissen (gleiche Kernmaterialien und gleiche Abmessungen)
bei den Mantelkernspulen größere Wirkwiderstandswerte ergeben, als bei den üblichen.
Ringkernspulen. Ferner ergibt sich als Rückwirkung des abschirmenden Metallgehäuses
eine merkliche Abhängigkeit der Induktivität von der Frequenz. Hinzu kommt, daß
bei Verwendung der sonst bei Pupinspulen, gebräuchlichen Abschirmgehäuse die magnetischen
Streufelder außerhalb des Abschirmgehäuses noch so groß sind, daß infolge der hierdurch
entstehenden NTebensprechstörungen die bei Viererleitungen häufig angewendete gleichzeitige
Stamm- und Phantompupinisierung nicht möglich ist. Daher wurde die Verwendung von
Mantelkernspulen nur noch für einadrige Fernmeldeseekabel und für koaxiale Kabel
näher erwogen, bei denen die Streufelder der Mantelkernspulen keine Störungen des
Fernmeldebetriebes verursachen können und bei denen der Einbau der Mantelkernspulen
in das Kabel durch Ausbildung der Spulen mit verhältnismäßig großer Länge den Vorteil
einer nur unmerklichen Vergrößerung des Kabeldurchmessers an der Spuleneinbaustelle
hätte.
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Die Erfindung sieht die Anwendung besonders ausgebildeter Manbelkernspulen
für die induktive Belastung von symmetrischen. Fernmeldeleitungen., insbesondere
von verdrillten Kabeldoppelleitungen, für die Mehrfachträgerfrequenzübertragung
mit Frequenzen über 5o kHz, vorzugsweise über roo kHz vor. Der Erfindung liegen
dabei im wesentlichen die folgenden besonderen Überlegungen und Erkenntnisse zugrunde.
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Bei der Übertragung höherer Frequenzen (über 2o kHz) kommen für die
punktförmige Belastung von Fernmeldeleitungen bevorzugt Spulen mit verhältnismäßig
kleiner Induktivität in Frage. Ferner müssen die in den Spulenkernen hervorgerufenen
Wirbelstromverluste, Nachwirkungsverluste und Hystereseverluste sehr klein gehalten
werden. Aus diesem Grunde ist es schon bekanntgeworden, bei leicht pupinisierten
Hochfrequenzleitungen zur Übertragung von Hoch.frequenzströmen mit Frequenzen höher
als 2o kHz für die als Ringkernspulen ausgeführten Pupinspulen. (Massekerne, Pulverkerne)
mit einer Permeabilität von weniger als io zu verwenden und dabei das Isolierstoffv
olumen. der Kerne größer als ein Drittel, vorzugsweise größer als die Hälfte des
gesamten Kernvolumens zu machen.
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Die im Rahmen. der Erfindung durchgeführten Untersuchungen führten
zunächst allgemein zu dem Ergebnis, daß die Mantelkernspulen ein ganz anderes Verhalten
in Abhängigkeit von, der Frequenz aufweisen, als die für die Pupinisierung von Fernmeldeleitungen
verwendeten. Ringke@rnspulen. Vor allem wurde die überraschende Erkenntnis gewonnen,
daß der Wirkwiderstand, der für die induktive Belastung von Fernmeldeleitungen eine
entscheidende Rolle spielt, mit höher werdender Frequenz bei den Mantelkernspulen
wesentlich weniger ansteigt, als bei den Ringkernspulen. Dies geht aus den in der
Fig. i der Zeichnung wiedergegebenen Ergebnissen hervor, dien teils durch Messungen,
teils durch, Berechnungen gewonnen wurden. Auf der Abszissenachse ist die Frequenz
in kHz, auf der Ordinatenachse das Verhältnis des Wirkwiderstandes des Rw zur Induktivität
L in. Ohm/Henry aufgetragen. Bei dem Vergleich wurden Spulen mit gleicher Induktivität,
gleichen Abmessungen des Abschirmgehäuses und annähernd gleichen Hysteresefaktoren
zugrunde gelegt. Die Kurve a zeigt die Frequenzabhängigkeit des Wirkwiderstandes
einer Mantelkernspule mit einem Massekern, dessen Ringkernpermeabilität 15 beträgt
und dessen. Wicklung in zwei getrennten Wicklungsräumen b@-,v. Wicklungskammern
untergebracht ist. An der Kurve cv ist zu entnehmen., daß der Wirkwiderstand von
der Frequenz o bis zur Frequenz i 5o kHz um etwa go% ansteigt. Bildet man dagegen
in bekannter Weise die Spule unter Verwendung des gleichen Kernwerkstoffes als Ringkeruspule
aus, beider die Wicklung ebenfalls auf zwei Wicklungskammern. verteilt ist, so erhält
man die Kurve b. In diesem Fall ergibt sich ein Anstieg des Wirkwiderstandes bis
zur Frequenz i50 kHz von etwa 2500/a. Will man auch bei Ringkernspulen einem wesentlich
kleineren Anstieg des Wirkwiderstandes mit der Frequenz erreichen, so verwendet
man. bevorzugt Massekerne, die nichtleitend ausgebildet sind und ein dielektrisch
hochwertiges Kerngefüge aufweisen. Derartige mit großem Isolier- und Bindemittelan.teil
aufgebaute Massekerne haben für den Fall der Verwendung des in solchen Fällen üblichen
hysteresearmen Karbonyleisenpulvers eine Ringkernpermeabilität von etwa 7. Die Kurve
c der Fig. i zeigt den Wirkwiderstandsverlauf einer Ringkernspule, die mit den gleichen
Abmessungen und der gleichen In.duktivität wie die Ringkernspule gemäß der Kurve
b ausgeführt ist, aber einen nichtleitenden Massekern mit einer Permeabilität von
7 enthält. Der Hysteresefaktor des Massekernwerkstoffes beträgt in diesem Fall o,o.2
Ohm/A - kHz, bei der Ringkernspule gemäß der Kurve b =o,oz8 Ohm/A-kHz. Unter Inkaufnahme
eines erhöhten Wirkwiderstandes ergibt sich gemäß der Kurve c ein Anstieg des Wirkwiderstandes
im Frequenzbereich von o bis i50 kHz von etwa iio%. Selbstverständlich läßt sich
der Anstieg des Wirkwiderstandes bei den Ringkernspulen durch andere an sich bekannte
Maßnahmen noch weiter herabsetzen, z. B. durch Verteilung der Wicklung auf vier
oder mehr Wicklungskammern., ferner durch Herstellung des als Litze ausgeführten
Leiters aus dünneren Einzeldrähten. Bei dem vorgenommenen Vergleich ist auch zu
berücksichtigen, daß bei der Mantelkernspule (Kurve a.) die Spulenwicklungsträger
aus dem verlustarmen Polystyrol hergestellt sind, während die Ringkerne in üblicher
Weise mit Faserstoffband-wicklungen isoliert wurden. Durch eine oberflächliche Isolierung
der Ringkerne mit verlustarmen Isolierstoffen, wie Polystyrol od. dgl., könnte man
noch eine etwas geringere Frequenzabhängigkeit des Wirkwiderstandes erreichen, doch
wäre dieser Gewinn nur gering, weil die Oberflächenisolierung der Ringkerne verhältnismäßig
dünn
gehalten wird. Eine dickere Ausführung der Oberflächenisolierung der Ringkerne:
würde eine unerwünschte Vergrößerung der Spulen zur Folge haben. Auf jeden Fall
bleibt die Tatsache, daß die Frequenzabhängigkeit des Wirkwiderstandes, insbesondere
im Bereich hoher Frequenzen, bei den Mantelkernspulen kleiner als bei den üblichen
Ringkernspulen ist, überraschend.
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Gemäß dem als bekannt angegebenen. Vorschlag sollen für die induktive
Belastung von Hochfrequenzleitungen zwecks Erzielung kleiner Verluste die hysteresearm
ausgebildeten Massekerne eine möglichst kleine Ringkernpermeabilität aufweisen,
d. h. kleiner als io. Dabei zeigt sich, daß es zur Herabsetzung des Wirkwiderstandes
bei hohen Frequenzen ferner erforderlich ist, auch die dielektrischen Kernverluste
niedrig zu halten. Um dies zu erreichen, ist neben einer möglichst kleinen Ringkernpermeabilität
entweder eine leitende Ausbildung des Massekerns anzustreben, um dadurch die dielektrischen
Kernverluste auszuschalten, oder eine nichtleitende Ausbildung des Massekerns unter
Benutzung eines dielektrischen hochwertigen Kerngefüges mit hohem Isolierstoffanteil.
Unter Verwendung des in solchen Fällen z. B. in Betracht kommenden hysteresearmen
Karbonyleisenpulv ers erhält man bei leitender Ausbildung des Massekerns eine Ringkernpermeabilität
von etwa 14 und darüber und bei nichtleitender Ausbildung des Kerns eine Permeabilität
von etwa 7 und darunter. Die zwischen diesen Permeabilitätswerten liegenden halbleitenden
Massekerne sind für Ringkernspulen zur induktiven Belastung von Hochfrequenzle:itungen
nicht brauchbar. Dies geht aus der Kurve, d der Fig. i hervor, die die Frequenzabhängigkeit
des Wirkwiderstandes einer Ringkernspule zeigt, deren Massekern eine Permeabilität
von 12 aufweist, die aber sonst in gleicher Weise wie die- Ringkernspulen gemäß
der Kurven b und d bemessen ist. Eine derartige Ringkernspule ist bei hohen Frequenzen
völlig unbrauchbar. Allgemein ergibt sich also bei den Ringkernspulen eine große
Abhängigkeit der dielektrischen Verluste von der Leitfähigkeit des Massekerns. Im
Gegensatz zu den Ringkernspulen können Mantelkernspulen mit wesentlich kleinerer
Wicklungskapazität ausgeführt werden., und zwar durch Wahl eines vergrößerten Abstandes
der Wicklung vom Kern und durch Herstellung des Wicklungsträgers aus Isolierstoffen
mit kleiner Dielektrizitätskonstante, so daß sich bei den Mantelkernspulen die dielektrisch
schlechten Eigenschaften eines Halbleiterkerns auf die gesamten dielektrischen Verluste
bei weitem nicht so ungünstig auswirken, wie hei den Ringkernspulen. Für die Mantelkernspulen
sind also bei Verwendung des üblichen Karbonyleisenpulvers auch Massekerne mit Permeabilitätswerten
im Bereich zwischen 7 und 14 verwendbar. Dadurch kann man bei den Mantelkernspulen
ohne Beschränkung den in der Permeabilität geeignetsten Kernstoff wählen, mit dem
sich bei vorgegebenen Spulenabmessungen die bezüglich Wirkwiderstand und Hysterese
günstigsten Spuleneigenschaften ergeben, so daß keine Eigenschaft auf Kosten der
anderen (kleiner Wirkwiderstand auf Kosten. der Hysteresearmut oder umgekehrt) erzwungen
werden muß.
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Bei den durchgeführten Untersuchungen wurden aber noch weitere wichtige
Erkenntnisse hinsichtlich der Brauchbarkeit der Mantelkernspulen zur induktiven
Belastung von symmetrischen Hochfrequenzleitungen gewonnen. Während bisher der bekannte
starke Abfall der Induktivität einer abgeschirmten Mantelke.rnspule infolge der
Rückwirkung des Abschirmgehäuses als starker Nachteil der Mantelkernspulen empfunden
wurde, ergaben die bei höherem Frequenzen durchgeführten Messungen, daß ein stärkerer
Abfall der Induktivität nur im unteren Frequenzbereich (etwa unter io kHz) eintritt,
daß aber die Induktivität bei höheren Frequenzen nahezu freque.nzunabhängig ist.
Dies zeigt z. B. die Fig. 2, in der auf der Ordinatenachse das Verhältnis
d LIL aufgetragen ist. Die gestrichelte Linie a gilt für eine Mantelkernspule
ohne Abschirmgehäuse. Die Induktivität ist frequenzunabhängig. Wird die Mantelkernspule
in ein Abschirmgehäuse eingeschlossen, so ergibt sich die Kurve b, die oberhalb
io kHz einen nahezu frequenzunatr hängigen Verlauf der Induktivität hat. Weiter
wurde festgestellt, wie dies aus der Fig. 3 hervorgeht, daß der in bezug auf die
Nebensprechdämpfung maßgebende Kopplungsfaktor K zwischen zwei abgeschirmten Mantelkernspulen
bei höheren Frequenzen sehr kleine Werte annimmt und sich somit im Bereich hoher
Frequenzen große Nebensprechdämpfungswerte ergeben. In der Fig. 3 zeigt die gestrichelte
Linie a den Kopplungsfaktor K
zwischen zwei ungeschirmten Mantelkernspulen
und die Kurve b den Kopplungsfaktor zwischen zwei Mantelkernspulen, die einzeln
in ein Gehäuse aus Aluminiumblech eingeschlossen sind.
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Auf Grund dieser Erkenntnis und Überlegungen werden zur induktiven
Belastung von symmetrischen Fernmeldeleitungen, insbesondere von verdrillten Kabeldoppelleitungen,
für die Mehrfachträgerfrequenzübertragung mit Frequenzen über 5o kHz vorzugsweise
über ioo kHz, mittels in Abständen eingeschalteter, einzeln in ein Abschirmgehäuse
eingeschlossener Pupinspulen. erfindungsgemäß die Pup,inspulen als Mantelkernspulen
mit Massekern ausgebildet. Dabei ist es im Gegensatz zu dem bekannten Vorschlag
der Pupinisierung von Hochfrequenzleitungen nicht erforderlich, bei den Masse:kernen
eine: Ringkernpermeabilität kleiner als io, d. h. möglichst kleine Permeabilitä.tswerte
anzustreben, sondern es können, wie auseinandergesetzt, die Massekerne der Mantelkernspulen.
auch höhere Permeabilitäten aufweisen. Auf jeden Fall wird man den erfindungsgemäß
für die Hochfrequenzpupinisierung verwendeten Massekernen keine, kleinere Ringkernpermeabilität
als 5 geben. Vorzugsweise erhalten die Massekerne der Mantelkernspulen eineRingkernpermeabilität
größer als io.
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Die wesentlichen Vorteile der Mantelkernspulen gegenüber den Ringkernspulen
für die Pupinisierung von Hochfrequenzleitungen, nämlich die geringere Frequenzabhängigkeit
des Wirkwiderstandes
und der Induktivität im Bereich hoher Frequenzen,
die geringere Abhängigkeit der dielektrischen Verluste von der Leitfähigkeit des
Messekerns und ferner der Vorteil der Verminderung des Kopplungsfaktors zwischen
zwei benachbarten abgeschirmten Mantelkernspulen, wurden bereits hervorgehoben.
Darüber hinaus ergeben sich aber durch die erfindungsgemäß vorgesehene Verwendung
und Ausbildung der Mantelkernspulenweitere erhebliche Vorteile sowohl in wirtschaftlicher
als auch in technischer Hinsicht. Während beispielsweise die Spulenwicklungen bei
den Ringkern spulen mittels Spezialwickelmaschinen unmittelbar auf den Kern aufgebracht
werden müssen, ist es bei den Mantelkernspulen möglich, die Spulen.wicklungen unter
Verwendung besonderer Wicklungsträger für sich herzustellen und im Anschluß daran
auf den allgemeinen zylindrisch ausgeführten inneren Kernteil aufzubringen, so da,ß
die Herstellung der Man,telkernspule:n schon aus diesem Grunde wesentlich wirtschaftlicher
ist als die Herstellung der Ringkernspulen. Sehr erheblich ist auch die Einsparung
an Material für die Spulenwicklungen. Vergleichende Untersuchungen haben gezeigt,
daß durch die Verwendung von Mantelkernspulen an Stelle der Ringkernspulen der Aufwand
an Kupfermaterial für die Wicklungen. auf mindestens die Hälfte und sogar auf den
vierten. Teil herabgesetzt werden kann. Ferner sind bei den Mantellernspulen wesentlich
kleinere Kapazitäten zwischen den Spulenwicklungen und kleinere Eigenkapazitäten
erreichbar.
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Mit Rücksicht auf die hohen. Frequenzen, für die die Mantelkernspulen
verwendet werden sollen, und mit Rücksicht auf die besonderen durch die Fernmeldeübertragung
sich ergebenden Anforderungen können der weiteren Erfindung gemäß an den Mantelkernspulen
noch die folgenden 'Maßnahmen einzeln oder kombiniert getroffen, werden.
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Besonders wichtig ist es, die durch die magnetischen Streufelder in
dem Abschirmgehäuse verursachten Verluste möglichst klein zu halten. Zu diesem Zweck
kann ein großes Verhältnis zwischen der Größe des Abschirmgehäuses und der Spulengröße
angestrebt werden, derart, daß der Abstand der Außenfläche der Spule von der Innenfläche
des Abschirm.gehäu.ses über das sonst übliche Maß vergrößert wird. Eine erhebliche
Herabsetzung der Wirbelstromverluste in dem Abschirmgehäuse wird erreicht, wenn
der Abstand zwischen der Spule und dem Abschirmgehäuse mehr als 5 mm beträgt. Ferner
ist es vorteilhaft, das Abschirmgehäuse in der Weise auszubilden, daß bei großer
--#-bscliirmwirkung die Wirbelstromverluste bei hohen Frequenzen klein gehalten
«-erden. Diesbezügliche Maßnahmen. bestehen in. der Herstellung des Alischirmgehäuses
aus möglichst dünnen, aber gut leitenden Nfetallblechen, vorzugsweise aus Kupfer,
gegebenenfalls aus Aluminium. In bevorzugter Weise kann das Abschirmgehäuse aus
mehreren dünnen, voneinander isolierten, gut leitenden Metallschichten hergestellt
werden. Um hierbei eine Addierung der Schirmwirkungen der einzelnen Schirmschichten
zu erreichen, wird ein genügender Abstand zwischen den Schirmschichten angestrebt.
Eine zweckmäßige Ausführung besteht beispielsweise darin, das Abschirmgehäuse aus
je einer inneren und äußeren gut leitenden Schirmschicht und einer zwischenliegenden
Schicht aus gehärteten Faserstoffen, wie Preßspan od. dgl., herzustellen, so daß
dem Abschirmgehäuse trotz Verwendung sehr dünner Schirmschichten gleichzeitig eine
ausreichende mechanische Festigkeit verliehen wird. Die einzelnen Schichten können
dabei durch gegenseitiges Verkleben oder durch besondere Einformungen, beispielsweise
in Form von Rillen, oder durch andere an sich bekannte Maßnahmen fest miteinander
verbunden werden. Die Stärke der gut leitenden Schirmschichten wird vorzugsweise
für eine mittlere oder für die höchste Übertragungsfrequenz in der Größenordnung
der Leitschichtdicke a des Materials bemessen. Eine Verminderung der Wirbelstrombildung
in dem Abschirmgehäuse kann auch dadurch erreicht werden, daß man das Abschirmgehäuse
bzw. eine die Spule umgebende sonstige metallische Schutzumhüllung quer zu den Wirbelstrombahnen
unterteilt, indem z. B. die Metallhülle aus gegenseitig isolierten und vorzugsweise
überlappt gewickelten Metallbändern gebildet wird. Ferner ist es möglich, die metallische
Abschirmliülle aus einzelnen ringförmigen und beweglich miteinander verbundenen
Gliedern herzustellen. Derartige Ausführungsformen führen zu einer biegsamen Ausgestaltung
der Abschirmhülle und können infolgedessen mit Vorteil bei Unterbringung mehrerer
in Reihe angeordneter Spulen in biegsamen Kabelmuffen angewendet werden.
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Die Fig. 4 zeigt eine zweckmäßige Ausführungsform einer abgeschirmten
Mantelliernspule zur induktiven Belastung symmetrischer Hochfrequenzleitungen. Die
im Schnitt dargestellte Mantelkernspule, besteht aus den beiden topfähnlichen Kernhälften
io und ii aus einem möglichst hochwertigen Massekernstoff. Die; Spulenwicklungen
12 und 13 sind einzeln auf die aus einem möglichst dielektrisch hochwertigen Isolierstoff
bestehenden Spulenwicklungsträger 14 aufgebracht.Die beidenSpulenwicklungen sind,
wie aus der Figur hervorgeht, so angeordnet, daß sie den inneren zylindrischen Kernteil
des Mantelkerns umschließen und auf diesem zylindrischen Teil nebeneinanderliegen.
Hierdurch und durch die Verwendung dielektrisch hochwertiger Spulenwicklungsträger
wird eine verhältnismäßig kleine Kapazität zwischen den Spule:nwicklungen und ferner
eine sehr kleine Eigenkapazität erreicht. Während beispielsweise die Kapazität zwischen
den beiden Spulenwicklungen (Betriebskapazität) und die Eigenkapazität einer 1,
2 niH Ringkernspule mit einer Zweikammerwicklung i5o pF und 2o pF betragen, ergeben
sich bei einer ebenfalls m.it Zweikammerwicklung ausgeführten Ma.ntelkernspule mit
gleichen äußeren Abmessungen und gleicher Induktivität eine Betriebskapazität von
nur 14pF und eine Eigenkapazität von 12 pF. Die in dieser Weise ausgebildete Mantelkernspule
ist nach der Fig. 4 in einem dünnwandigen
Abschirmgehäuse aus Kupfer,
Aluminium od. dgl. untergebracht, das in dem dargestellten Fall aus dem Becher 15
und dem Deckel 16 besteht. Zur Lagerung bzw. Halterung der Mantelkernspule innerhalb
des Abschirmgehäuses sind die entsprechend, geformten Isolierscheiben 17, 18 und
i9 vorgesehen, diel vorteilhaft aus einem Isolierstoff bestehen. Die zwischen den
Isolierstoffscheiben 17 und 18 angeordnete Feder 2o aus Messing od. dgl. dient dazu,
die Spule nach Aufbringung des Deckels 16 im Gehäuse erschütterungsfrei festzulegen.
Um die Wirbelstrombildung in dem Abschirmgehäuse auf ein erträgliches Maß herabzusetzen,
wird der Abstand der Mantelkernspule von dem Abschirmgehäuse möglichst groß gehalten,
vorzugsweise größer als 5 mm. Die Schalt-bzw. Anschlußadern 21 zum Einschalten der
Mantelkernspule in die Fernmeldeleitung sind durch die im Deckel eingesetzte Durchführungsbuchse
22 nach innen geführt und dort mit den Wicklungsdrähten verbunden. Der Deckel 16
wird mit dem Becher 15 dicht verlötet. Die verbleibenden Hohlräume innerhalb des
Abschirmgehäuses werden mit einer möglichst unhygroskopischen Isoliermasse ausgegossen,
um den Eintritt von Feuchtigkeit bis, zur Spule zu vermeiden.
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Bei reihenweiser Anordnung mehrerer Spulen ist bekanntlich darauf
zu achten, daß zwischen einer Spule und den jeweils für die anderen Spulen benötigten
Schaltadern, keine störenden. Kopplungen bzw. Nebensprechstörungen auftreten. Bei
den Ringkernspulen, bei denen das Feld der Schaltadern und das Spulenfeld parallel
zu liegen kommen, ist es aus diesen Gründen im allgemeinen nicht möglich, die Schaltadern
durch das Wickelloch der Ringkernspulen hindurchzuführen. Vielmehr war man gezwungen,
die Schaltadern außen an den Spulen vorNizuführen. Bei den Mantelkernspulen dagegen,
bei denen das Feld. der Schaltadern und das Spulenfeld senkrecht zueinander liegen,
ergibt sich die Möglichkeit, die Schaltadern durch besondere Führungskanäle in dem
von dem Abschirmgehäuse umschlossenen Raum hindurchzuführen, beispielsweise durch
eine axiale Durchführung !im Absch,irmgehäuse und im Mantelkern. der Spule. Ferner
kann der angestrebte verhältnismäßig große Abstand zwischen der Mantelkernspule
und dem Abschirmgehäuse dazu ausgewertet werden, um die für die anderen Spulen benötigten
Schaltadern durch, den zwischen, der Spule und dem Abschirmgehäuse vorhandenen freiten
Raum hindurchzuführen.
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Die Fig. 5, 6 und 7 zeigen drei Ausführungsbeispiele der Hindurchführung
der Schaltadern durch die Mantelkernspule bzw. durch den, von dem Abschirmgehäuse
umschlossenen Raum. In allen dmei Figuren sind die Mantelkernspulen mit 23, das
Abschirmgehäuse mit 15, die zur Spule gehörigen Schaltadern mit 21 und die für die
anderen Spulen benötigten Schaltadern mit 25 bezeichnet. Gemäß der Fig. 5 ist das
Abschirmgehäuse ringartig ausgebildet, so daß in der Mitte ein Führungsrohr 25 für
die Schaltadern 24 entsteht. Dieses Führungsrohr 25 dient gleichzeitig zur Halterung
der mit einer axialen Bohrung ausgeführten Mantelkernspule. Die Fig. 6 sieht die
Anordnung besonderer Führungskanäle zwischen dem äußeren Umfang der Mantelkernspule
und dem inneren Umfang des Abschirmgehäuses zum Hindurchführen der Schaltadern vor.
Zur Abschirmung der Schaltadern dienen als Führungskanäle die Metallrohre 26, durch
die die Schaltadern 24 hindurchgeführt sind. Bei den Ausführungsbeispielen gemäß
den Eig. 5 und 6 können zur Halterung der Spule innerhalb des Abschirmgehäuses weitere
Mittel als bereits dargestellt vorgesehen sein. Nach der Pig.7 sind im Abschirmgehäuse
besondere Führungsrillen 27 vorgesehen, in die die Schaltadern 24 von außen eingelegt
werden. Eine derartige Ausführungsform hat gleichzeitig den. Vorteil einer Abschirmung
der Schaltadern gegen die. Mantelkernspule, ohne die Schaltadern für sich abschirmen
und das Abschirmge:häuse vergrößern zu müssen..
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Bekanntlich ist es erforderlich, die Induktivität einer Belastungsspule
symmetrisch auf die beiden Leiter der symmetrischen Fernmeldeleitung zu verteilen,
um Nebensprechstörungen und ferner Einflüsse von äußeren Störfeldern auszuschalten.
Die Erzielung einer ausreichenden Ind.uktivitätssymmetrie wird bei den Ringkernspulen
durch einen. zusätzlichen Windungsabgleich vorgenommen. Beim Abgle.ich der Gesamtinduktivität
darf dieser Ab-
gleich nicht gestört werden, daher muß der Abgleich der Gesamtinduktivität
in der Weise erfolgen, daß jede Wicklungshälfte um die gleiche Windungszahl vermehrt
oder vermindert wird. Es bereitet Schwierigkeiten, diesen Windungsabgleich mit der
genügenden Genauigkeit durchzuführen, da man sich durch ihn nur stufenweise um Beträge,
die sich aus dem Einfluß einer Windung ergeben, denn gewünschten Sollwert nähert.
Demgegenüber besteht bei den erfindungsgemäß benutzten Mantelkernspulen die Möglichkeit,
den Induktivitätsabgleich durch Maßnahmen an dem von außen zugänglichen Kern vorzunehmen.
Zu diesem Zweck wird vorteilhaft jeder Spulenwicklung eine die Permeabilität des
zugehörigen Kernteils verändernde Abgleichvorrichtung zugeordnet, beispieilsweise
in Form eines axial in den Kern ein- und a.usschraubbaren Metallstiftes, vorzugsweise
aus einem magnetisierbaren Messewerkstoff.
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Eine diesbezügliche Ausführungsform ist beispielsweise @in der Fig.
8 dargestellt. In. Übereinstimmung mit der Fig. 4 sind die beiden Kernhälften des
Mantelkerns mit io und i i und die Spulenwieklungen mit 12 und 13 bezeichnet. Erfindungsgemäß
weisen beide Kernteile eine axiale Bohrung auf, die mit einem Gewinde versehen ist,
um die Abgleichstifte 28 und 29 in die Kernteile ein- und ausschrauben zu können,.
Auf diese Weise gelingt es, sowohl den Abgleich der Induktivität jeder einzelnen
Spulenwicklung als auch den. Abgleich der Gesamtinduktivität mit der größten Genauigkeit
durchzuführen, ohne an den Spulenwicklungen Windungsänderungen vornehmen zu müssen.
Verstellt man die beiden metallischen
Abgleichstifte 28 und 29 gleichmäßig
von innen nach außen, dann ändert sich nur der Gesamtwert der Induktivität der beiden
Spulenwicklungen, ohne daß sich die Induktivitätssymmetrie verändert. Werden umgekehrt
die beiden Abgleichs.tifte gleichmäßig .in. ein und dieselbe Richtung geschraubt,
dann ändert sich die In.duktivitätssymmetrie, ohne eine wesentliche Änderung der
Gesamtinduktivität in Kauf nehmen zu müssen. Man hat somit die Möglichkeit, jeden
Wert für sich abzugleichen, ohne den anderen dadurch zu beeinflussen. Vorteilhaft
erhalten die Abgleichstifte ein sehr feingängiges Gewinde, um den. Abgleich so genau
wie möglich durchführen zu können. Der Vorteil eines derartigen Abgleichs der Gesamtin.duktivität
und der Induktivitätssymmetrie besteht auch darin, daß er nach der Fertigstellung
und nach dem Einbau der Spule. in das Abschirmgeh.äuse vorgenommen werden kann.
Nach dem Abgleich, werden die Abgleichstifte zweckmäßig durch einen Lack oder ein.
sonstiges Klebemittel festgelegt.
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Für den Fall der Hindurchführung von -Schaltadern anderer Spulen durch
die Spulenrnitte können die zum Induktivitätsabgleich vorgesehenen Abgleichstifte
als Hohlstifte ausgeführt werden, wie beispielsweise die Fig. 9 zeigt. Hiernach
sind die Abgleichstifte 28 und 29 mit der zentralen Bohrung 30 versehen,
durch die die Schaltadern 24 hindurchgeführt werden.
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Wie bereits erwähnt, haben die Mantelkernspulen gegenüber den. Ringkernspulen
unter anderem den Vorteil einer kleinen Betriebskapazität und Eigenkapazität. Die
Betriebskapazität der Spule muß bei deren Verwendung als Belastungsspule deshalb
klein gehalten werden, weil sich die Betriebskapazität der Spule zur Betriebskapazität
der Fernmeldeleitung addiert und damit zur Dämpfungserhöhung beiträgt. Ferner wird
eine kleine Eigenkapazität insbesondere bei hohen. Frequenzen deshalb angestrebt,
damit die Eigenfrequenz der Spule genügend weit oberhalb der höchsten, Übertragungsfrequenz
der Fernmeldeströme liegt und die dielektrischen Verluste der Spule. die proportional
der Eigenkapazität und mit der dritten Potenz der Frequenz anwachsen, eine möglichst
untergeordnete Rolle spielen. Andererseits ist vielfach, z. B. bei Phantompupinisierung,
eine möglichst groß magnetische Verkopplung der Spulenwicklungen erwünscht. je größer
die magnetische Verkopplung ist, in, um so kleineren Grenzen kann die Restinduktivität
(Induktivität bei unwirksamer Schaltung der Spule) gehalten werden.
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Um auch bei Mantelkernspulen eine möglichst große Verkopplung der
Spulen.wicklungen, bei genügend kleiner Betriebskapazität und Eigenkapazität zu
erhalten., wird. erfindungsgemäß jede: Wicklung in mindestens eine der Anzahl der
Wicklungen entsprechende Anzahl von Teilwicklungen aufgeteilt. Im Rahmen dieses
Gedankens werden. im folgenden mehrere Wicklungsanordnungen angegeben und gleichzeitig
an Hand der Fig. 10 bis 17 erläutert. Die Fig. io und i i zeigen zunächst
eine Ausführungsform einer Man.telkernspule mit zwei Spulenwicklungen (a und b),
von denen die eine Wicklung in die eine Ader und die andere Wicklung in, die andere
Ader einer symmetrischen Fernmeldedoppelleitung eingeschaltet wird, und zwar zeigt
die Fig. io einen. Längsschnitt durch die Spulenwicklungen und die Fig. i i das
zugehörige Schaltbild. Erfindungsgemäß ist die eine Wicklung a in vier und die andere
Wicklung b in zwei Teilwicklungen aufgeteilt, wobei in den beiden nebeneinanderliegenden
getrennten Wicklungsräumen zunächst zwei Viertelwicklungen der Wicklung a., darauf
die beiden Halbwicklungen der Wicklung b und darüber wieder zwei Viertelwicklungen
der Wicklung a aufgebracht sind. Die Wicklungsanordnung gemäß den Fig. io und i
i hat noch den. Nachteil einer verhältnismäßig großen Betriebskapazität und Eigenkapazität.
Es ist daher vorteilhafter, jede Wicklung in eine der Anzahl der Wicklungen entsprechende
Anzahl von Teilwicklungen aufzuteilen und diese auf die gesamte Wicklungsfläche
so zu verteilen., da,ß die zu einer Wicklung gehörigen Teilwicklungen stets in nicht
benachbarten Wicklungsteilflächen liegen, bzw. daß nur Teilwicklungen von verschiedenen
Wicklungen benachbart liegen. Eine diesbezügliche zweckmäßige Ausführungsform ist
in den Fig. 12 und 13 dargestellt, wobei in. Übereinstimmung mit den Fig. io und
i i die Fig. 12 einen Längsschnitt durch die Spulen-,vicklungen und die Fig. 13
das Schaltbild der Spulenwicklungen zeigt. Bei einer derartigen Aufteilung der Spulenwicklungen
und Anordnung der Teilwicklungen liegt in. dem einen Wicklungsraum die Teilwicklung
a/2 unten und die Teilwicklung b12 oben, in dem anderen Wicklungsraum dagegen. die
Teilwicklung b12 unten und die Teilwicklung a/2 oben, so daß alle Teilwicklungen.
auf die gesamte Wicklungsfläche in der Weise symmetrisch verteilt sind, d,aß sie
sowohl in der Längsrichtung als auch in radialer Richtung je gleich lange Teile
der gesamten Wicklungsfläche belegen. Damit wird gleichzeitig eine große Induktivitätssymmetrie
erreicht, so daß unter Umständen auf die Anordnung von besonderen Abgleichstiften
entsprechend den Fig.8 und 9 verzichtet werden kann.
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In Anlehnung an. das Ausführungsbeispiel gemäß den F.ig. 12 und 13
zeigen. die Fig. 14 bis 17 zwei Ausführungsbeispiele, bei denen die Mantelkernspule.
mit mehr als zwei Spulenwicklungen. ausgerüstet und dabei ebenfalls jede Wicklung
in eine der Anzahl der Wicklungen. entsprechende Anzahl von Teilwicklungen aufgeteilt
ist. Nach den Fig. 14 und 15 weist die gesamte Spule drei Wicklungen a, b und c
auf, die je in drei Teilwicklungen aufgeteilt ist. Die Spule gemäß den Fig. 16 und
17 enthält vier Spulenwicklungen a, b, c und d aus j e vier Teilwicklungen.
Auch bei diesen Wicklungsanordnungen trifft das allgemeine Merkmal zu, daß alle
Teilwicklungen auf die gesamte Wicklungsfläche in der Weise symmetrisch verteilt
sind, daß sie sowohl in der Längsrichtung als auch in
radialer Richtung
je gleich lange Teile der gesamten Wicklungsfläche belegen. In entsprechender Weise
kann die Unterteilung der Wicklungen in Teilwicklungen noch weiter getrieben werden.
Auch ist. diese Wicklungsaufteilung und Anordnung anwendbar für Spulen mit voneinander
verschiedenen Teilwicklungen.
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Die in den Ausführungsbeispielen gezeigten Mantelkernspulen, werden
häufig als Topfkernspulen bezeichnet. Die! Erfindung ist selbstverständlich nicht
auf diese Mantelkernspulenform beschränkt. Vielmehr ist die Erfindung auch anwendbar
bei anderer Bauart, wie Schalenkernspulen, Rahmenkernspulen. und bei Spulen, bei
denen der Mantel den Kern nicht vollständig umschließt, z. B. Garnrollenspulen,
Haspelkernspulen od. dgl.
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Die vorgeschlagenen neuartigen Ausführungsformen von Mantelkernspulen
mit mehreren Spulenwicklungen, insbesondere die Anordnung *von zwei Abgleichstiften
zum getrennten Abgleich der Gesamtinduktivität und der Induktivitätssvmmetrie und
ferner die symmetrischen Wicklungsanordnungen gemäß den Fig. io bis 17 sind sinngemäß
auch anwendbar für andere: Zwecke, z. B. für elektrische Siebketten bzw. Filter.