DE925486C

DE925486C - Magnetische Schalenkoerper, insbesondere zur Belastung von Fernmeldekreisen, und Verfahren zu ihrer Herstellung

Info

Publication number: DE925486C
Application number: DES24943A
Authority: DE
Inventors: Marie Pierre Prache
Original assignee: Lignes Telegraphiques et Telephoniques LTT SA
Current assignee: Lignes Telegraphiques et Telephoniques LTT SA
Priority date: 1951-01-31
Filing date: 1951-09-26
Publication date: 1955-03-24
Also published as: NL86166C; GB695926A; CH296136A; CH296135A; US2727945A; NL85258C

Description

Die Erfindung bezieht sich auf im folgenden als magnetische Schalenkörper bezeichnete Elemente von magnetischen Kreisen, ferner auf ihre Herstellung und ihre Anwendung in Fernmeldekreisen.

Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen an Hand der Zeichnung.

Abb. ι und 2 zeigen Ausführungsbeispiele von magnetischen Schalenkörpern gemäß der Erfindung;

Abb. 3, 4 und 5 beziehen sich auf die Herstellung der erfindungsgemäßen Schalenkörper;

Abb. 6 bis 12 zeigen Anwendungsbeispiele der magnetischen Schalenkörper bei Fernmeldekreisen.

Die magnetischen Schalenkörper gemäß der Erfindung können starr oder nachgiebig sein und haben die Form von zylindrischen Streifen, deren Länge in Richtung der Mantellinien des Zylinders merklich größer als ihre Breite, und deren Breite größer ist als die Stärke. Sie sind aus Abschnitten von sehr feinen Drähten aus einem ferromagnetischen Metall mit einem Durchmesser gleich oder kleiner als 0,04 mm zusammengesetzt, die einzeln mit einem elektrisch isolierenden Stoff überzogen und so angeordnet sind, daß ihre Achsen mit den Mantellinien des Zylinders einen Winkel zwischen 50 und 90⁰ bilden, wobei sie mittels eines elektrisch isolierenden Tränkstoffes aneinander gebunden sind.

Der Querschnitt der Schalenkörper kann die Form eines Rechtecks oder -auch eine Form haben, die sich aus der Verformung eines Rechtecks durch Krümmung seiner langen Seiten ergibt. In diesem letzteren Falle können diese langen Seiten eine beliebige Form aufweisen, wie beispielsweise die Form eines Kreisbogens, eines Ellipsenbogens, U-Form, V-Form usw.

Abb. ι und 2 zeigen beispielsweise kleine Längen von magnetischen Schalenkörpern gemäß der Erfindung. Der Schalenkörper nach Abb. 1 besitzt einen Querschnitt 1 in Form eines Rechtecks, während der Schalenkörper nach Abb. 2 einen Querschnitt 3 aufweist, dessen beide länge Seiten die Form eines Kreisbogens haben. Die nach dem unten beschriebenen Verfahren hergestellten magnetischen Schalen können, wie aus Abb. 1 und 2 ersichtlich, leicht gewellte Oberflächen 2 bzw. 4 haben.

Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zur Herstellung dieser Schalenkörper. Diese Herstellung geht vorzugsweise von Bündeln einer sehr großen Anzahl von sehr feinen Drähten aus, die für sich mit einem elektrisch isolierenden Stoff umkleidet sind. Ein derartiges Bündel kann beispielsweise nach dem bereits vorgeschlagenen Verfahren hergestellt werden, bei dem das oder die Bündel von feinen Drähten schraubenförmig in einer oder mehreren Lagen mit aneinanderliegenden Windungen auf einen zylindrischen Dorn gewickelt werden, dessen Querschnitt in der Form der Form der herzustellenden Schalenkörper angepaßt ist.

Beispielsweise zeigt Abb. 3 ein Bündel 5 von feinen Drähten, welches schraubenförmig auf einen Dorn 6 mit kreisförmigem Querschnitt gewickelt ist. Abb. 4 zeigt ein Bündel 7 von feinen Drähten, welches schraubenförmig auf einen Dorn 8 gewickelt ist, dessen Querschnitt die Form eines sehr schmalen, in Halbkreise auslaufenden Rechtecks hat. Gegebenenfalls kann man auf dem Dorn ein Polster aus einem weniger harten Stoff wie der Werkstoff des Domes anbringen. Dies ist insbesondere in dem Falle von Vorteil, wo das auf den Dorn gewickelte Bündel einer Wärmebehandlung bei hoher Temperatur unterworfen werden muß, damit während dieser Behandlung eine freie Ausdehnung der Metalle möglich ist. Dieses Polster kann aus einem Stoff bestehen, welcher bei der Wärmebehandlung verschwindet, wie z, B. ein Papierband, oder eine dünne Schicht eines elektrisch isolierenden Oxydes oder Metallsalzes, wie z. B. Magnesia, Aluminiumoxyd, Talkum usw. Man kann auch ein Polster aus Textilfasern benutzen, welche in dem Schalenkörper eingeschlossen bleiben, um seine mechanische Widerstandsfähigkeit zu steigern. In dem Falle, wo das gewickelte Bündel einer Wärmebehandlung unterworfen werden muß, kann man auch Fäden aus Glas oder Kieselerde in Form einer Umspinnung oder von Flechten verwenden.

Falls eine Wärmebehandlung erforderlich ist, um den Drähten der Bündel ihre magnetischen Eigenschaften zu verleihen, kann man diese Behandlung an dem auf den Dorn gewickelten Bündel vornehmen. Die aufgewickelten Bündel werden dann mit dem Bindemittel getränkt. Dies kann nach irgendeinem bekannten Verfahren durchgeführt werden, indem man beispielsweise die Bündel mit einem in einem Lösungsmittel aufgelösten Plastikmaterial überzieht und das Lösungsmittel verdampft, oder indem man die Bündel mit einem durch Hitze polymerisierbaren Stoff überzieht und sie dann erhitzt oder auch indem man den von den Bündeln bedeckten Dorn durch eine mit plastischem Material beschickte Spritzmaschine hindurchgehen läßt.

Wenn man starre Schalenkörper herstellen will, benutzt man für die Tränkung einen härtbaren Stoff, wie z. B. Polystyrol, Phenol-Formaldehydharze usw. Will man schmiegsame Schalenkörper herstellen, so verwendet man für die Tränkung einen plastischen Stoff, der schmiegsam ist, wie z. B. Zelluloseacetat, Zellulosenitrat, Vinylharze, Polyäthylen usw., gegebenenfalls unter Zugabe eines Weichmachers.

Wie in Abb. 5 gezeigt, wird der Belag 9 von magnetischen Drähten, der getränkt und auf den Dorn 10 gewickelt ist, dann mittels eines Fräsers oder einer feinen Schleifscheibe 1 r nach zwei oder mehreren durch Mantellinien gehenden Ebenen bis auf den Dorn eingeschnitten. Je nach der Form des Domes erhält man dadurch Schalenkörper in Form von flachen, kreisförmigen, elliptischen usw. Streifen. Beispielsweise erhält man, wenn man den Belag 5 nach Abb. 3 in mehreren Ebenen einschneidet, Schalenkörper der in Abb. 2 gezeigten Form, und nach Abtrennung der verrundeten Teile der Ränder des Belages 7 nach Abb. 4 erhält man Schalenkörper mit einem rechteckigen Querschnitt gemäß Abb. i.

Die Erfindung erstreckt sich ferner auf die Anwendung der beschriebenen magnetischen Schalenkörper zur künstlichen Erhöhung der Selbstinduktion von Fernmeldekreisen. Diese Art der Erhöhung der Selbstinduktion wird im folgenden, wie üblich, als stetige Belastung bezeichnet, es sei jedoch hervorgehoben, daß sie auch bei den Leitern in unstetiger Weise Anwendung finden kann, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.

Bekanntlich wurde die stetige Belastung oder Krarupbelastung von Fernmeldekreisen bisher in der Weise ausgeführt, daß man Bänder oder Drähte aus einem magnetischen Metall unmittelbar um die Leiter der Kreise wickelt. Diese Herstellungsart besitzt zahlreiche Nachteile, welche ihre Anwendung bei Leitern, die von Strömen mit oberhalb der Sprechfrequenzen liegenden Frequenzen durchflössen werden, praktisch unmöglich machen.

Man hat gezeigt (vgl. z. B. F. B reis ig : »Theoretische Telegraphier 1924, S. 416; U.Meyer: »Das magnetische Feld von Krarupdrähten« in »Elektrische Nachrichtentechnik«, Bd. 1, Heft 5, November 1924, S. 152 ff.; K. W. Wagner : »Über die Schraubenstruktur des Magnetfeldes in Krarupleitern« in »Elektrische Nachrichtentechnik«, Bd. 1, Heft 5, November 1924, S. 157 ff.), daß bei einem derartigen Aufbau der Magnetfluß der Richtung der Drähte oder Bänder aus ferromagnetischem Metall zu Folgen sucht. Daraus folgt, daß das magnetische Feld in dem Metall dem aufgedrückten Feld annähernd gleich ist, d. h. in MKS-Einheiten, gleich

——, wobei I der Leiterstrom in Ampere und D

der Durchmesser des Wickeldorns in Meter ist, auf welchen die Drähte oder Bänder aufgewickelt sind. Dieses Feld ist somit verhältnismäßig groß, so daß sich beträchtliche Wirbelstromverluste einstellen, die den Betrieb der Kreise mit hochfrequenten

Strömen unmöglich machen. Infolge der Größe des magnetischen Feldes in dem Metall sind auch die Hystereseverluste erheblich, so daß eine nicht lineare Verzerrung und infolgedessen ein übermäßiges Nebensprechen zwischen den Wegen auftritt, wenn die Kreise mit Trägerströmen von gestaffelten Frequenzen betrieben werden.

Gemäß der Erfindung erzielt man die stetige Belastung, indem man um die zylindrischen Leiter die

ίο oben beschriebenen Schalenkörper anbringt und sie so anordnet, daß ihre Mantellinien parallel zu denjenigen der Leiter liegen. Dieses Verfahren ermöglicht es, eine stetige Belastung zu erzielen, welche bei gleichem Raumbedarf des Kreises eine Dämpfung ergibt, die diejenige der bisher hergestellten Kreise weit unterschreitet, weil die für die Herstellung verwendeten Drähte Querabmessungen besitzen, die viel kleiner sind als diejenigen der bisher verwendeten Drähte oder Bänder und folglich die Wirbelstromverluste sehr viel geringer sind.

Die Verwendung der Schalenkörper ermöglicht es, diese Verluste in einem noch größeren Verhältnis herabzusetzen, indem man für die Belastung eines Leiters mehrere Schalenkörper benutzt, die jeweils nur einen Teil des Umfanges des Leiterquerschnittes bedecken, wobei man zwischen diesen Schalenkörpern einen kleinen Zwischenraum bestehen läßt, der im folgenden als Luftspalt bezeichnet wird. Man hat nämlich gezeigt (vgl. P r a c h e und Cazenave:

»Mesure de la permeabilite et des pertes sur echantillons droits« in »Revue Cables et Transmission«, Juli 1950, S. 216 ff.), daß die Einfügung des Luftspaltes den Wirbelstromverlustwiderstand durch s² und den Hystereseverlustwiderstand durch s^s teilt, wobei j das Verhältnis der Selbstinduktion eines mit einer magnetischen Wicklung bedeckten Leiters zu derjenigen des mit derselben Wicklung belegten Leiters, in welchem ein Luftspalt angebracht wurde, bezeichnet.

Man kann somit, indem man zwischen den Schalenkörpern Luftspalte bestehen läßt, den relativen Einfluß der Wirbelstromverluste und besonders die nicht lineare Verzerrung beträchtlich herabsetzen, so daß die Betriebsfrequenz der Kreise erhöht werden kann.

Die Luftspalte können praktisch hergestellt werden, indem man die eingeschnittenen Ränder der Schalenkörper mit einer dünnen Lackschicht überzieht oder indem man zwischen diese Schalenkörper ein oder mehrere dünne Isolierfolien einfügt, wie z. B. Papier, gezogenes Polystyrol usw.

Beispielsweise kann ein belasteter symmetrischer Kreis mit zwei gleichen, außerhalb voneinander liegenden Leitern mit kreisförmigem Querschnitt, wie er in Abb. 6 dargestellt ist, in der folgenden Weise hergestellt werden. Die Leiter 12 sind gegebenenfalls mit einer fortlaufenden Lage eines Dielektrikums oder auch mit dielektrischen Zentrierungselementen, wie z. B. Kordeln aus gezogenem Polystyrol oder Scheibchen aus Polyäthylen umkleidet, welche einen Außendurchmesser ergeben, der dem Innendurchmesser der Schalenkörper gleich ist. Es werden dann zwei Schalen 13 mit halbkreisförmigem Querschnitt auf jeden Leiter oder auf diese dielektrischen Elemente aufgebracht, wobei man zwischen ihnen in der obenerwähnten Weise hergestellte Luftspalte bestehen läßt, und sie werden gegebenenfalls mit einem schmiegsamen Band aus einem Dielektrikum bedeckt. Der gesamte Aufbau der beiden Leiter kann dann mit einer fortlaufenden Lage eines Dielektrikums umkleidet werden, die mittels einer Spritzmaschine aufgebracht werden kann, oder er kann auch mit Zentrierungselementen, wie z. B. dielektrischen Schnüren oder Scheibchen überzogen werden, und das Ganze wird gegebenenfalls mit einem Metallschirm 14 umkleidet. In Abb. 6 ist das Dielektrikum in dem Falle dargestellt, wo es aus fortlaufenden Lagen besteht, und es ist sowohl um jeden Leiter als auch um die beiden Leiter und ihre Schalenkörper, ebenso wie in Abb. 7 bis 12, mit 15 bezeichnet.

Ein derartiger gemäß der Erfindung belasteter symmetrischer Kreis, der aus zwei kreisförmigen Kupfer leitern von 1,6 mm Durchmesser besteht, wurde versuchsmäßig hergestellt. Jeder Leiter war mit zwei Schalenkörpern von 0,5 mm Stärke bedeckt, deren Querschnitt in Form eines Halbkreises von 1,5 mm Radius ausgebildet war, und die aus Drähten von 18 μ aus einer Eisenlegierung mit 40 °/o Nickel bestehen, wobei diese Drähte 30 °/o des Rauminhalts der Schalen einnehmen. Diese Schalen waren durch Luftspalte von 0,08 mm getrennt. Dieser Kreis besaß eine Dämpfung von 49 Mikro-Neper/m bei der Frequenz 50 kHz und von 81 Mikro-Neper/m bei der Frequenz 100 kHz, während die Dämpfung desselben unbelasteten Kreises 79 Mikro-Neper/m bei 50 kHz und 112 Mikro-Neper/m bei 100 kHz betrug.

Die Erfindung bezieht sich ferner auf die Ausbildung von stetig belasteten Kreisen für Hochfrequenz, bei welchen der eine Leiter den anderen vollkommen umgibt (koaxiale Kreise), und bei welchen das für die Belastung verwendete magnetische Material in dem Raum zwischen den Leitern angeordnet ist.

Eine derartige Herstellung war nach dem bisher verwendeten Belastungsverfahren mit schraubenförmig gewickelten Drähten oder Bändern nicht möglich. Da nämlich, wie oben erwähnt, der Magnetfluß der Richtung der Schraubenwicklung der Drähte oder Bänder folgt, besitzt er eine kleine Wechselkomponente in Längsrichtung. Der in sich geschlossene Außenleiter verhält sich gegenüber diesem Längsfluß wie eine kurzgeschlossene Sekundärwindung eines Transformators, d. h. daß dieser Fluß Ströme induziert, die sich in diesem Leiter nach Bahnen schließen, welche in einer zu seiner Achse senkrecht verlaufenden Ebene liegen. Diese Querströme erhöhen den Ohmsohen Widerstand erheblich und rufen nach dem Lenzschen Gesetz ihrerseits einen Gegenfluß hervor, welcher dem Hauptfluß entgegenwirkt und die durch die Belastung erzeugte zusätzliche Selbstinduktion herabsetzt.

Nach dem erfindungsgemäßen Belastungsverfahren wird die Entstehung eines Längsflusses wie folgt

vermieden: Ein Teil der Schalenkörper wird hergestellt, indem man das Drahtbündel um den Dorn in Form einer rechtsgängigen Schraube wickelt, und ein anderer Teil, indem man das Bündel nach einer linksgängigen Schraube wickelt. Die Schalenkörper werden dann um den Mittelleiter des Kreises so angeordnet, daß sich an dem Umfang eines gegebenen Abschnittes des Kreises Schalenkörper mit rechtsgängiger Wicklung und Schalenkörper mit ίο linksgängiger Wicklung befinden, derart, daß der von einem bestimmten Punkt ausgehende Magnetfluß, welcher den Schalenkörpern in Richtung der Drähte folgt und die Luftspalte senkrecht zu der Leiterachse durchsetzt, an seinen Ausgangspunkt zurückkehrt, nachdem er einen vollständigen Umlauf um diesen Leiter ausgeführt hat. Wenn beispielsweise die Belastung mit Hilfe von zwei Schalenkörpern mit halbkreisförmigem Querschnitt von gleicher Öffnung ausgebildet wird, wird man einander gegenüber eine rechtsgängige Schale und eine linksgängige Schale anbringen, die mit demselben Gang gewickelt sind.

Beispielsweise kann ein koaxialer belasteter Kreis mit Leitern von kreisförmigem Querschnitt nach Abb. 7 hergestellt werden, indem man um den Mittelleiter 16 die magnetischen Schalen 17 und das Dielektrikum 15 nach dem Verfahren, das oben für einen Leiter des symmetrischen Kreises beschrieben wurde, anbringt und das Ganze mit dem Außenleiter 18 umkleidet.

Ein Kreis dieser Art wurde gemäß der Erfindung versuchsweise hergestellt, wobei einer der Leiter von i,6 mm, welcher durch Schalen wie bei dem oben beschriebenen symmetrischen Kreis belastet wurde, von einem Außenleiter umgeben ist, der aus einem Kupferrohr von 9,4 mm besteht. Dieser Kreis besaß eine Dämpfung von 50 Mikro-Neper/m bei der Frequenz 50 kHz und von 79 Mikro-Neper/m bei der Frequenz 100 kHz, während die Dämpfung desselben unbelasteten Kreises ¹Jy Mikro-Neper/m bei 50 kHz und 115 Mikro-Neper/m bei 100 kHz betrug.

Die Verwendung der erfmdungsgemäßen Schalenkörper für die stetige Belastung hat den weiteren Vorteil, daß die Anwendung von magnetischen Stoffen mit hoher Permeabilität, wie z. B. der Legierungen Eisen-Nickel, Eisen-Nickel-Molybdän, Eisen-Nickel-Kobalt, erleichtert und sogar die Verwendung von gewissen dieser Legierungen möglich So wird, die bisher unmöglich war. Diese Legierungen verlieren nämlich ihre magnetischen Eigenschaften, wenn sie einer mechanischen Verformung unterworfen werden und erhalten sie nur durch eine geeignete Wärmebehandlung zurück. Sie müssen daher diese Wärmebehandlung erfahren, nachdem sie ihre endgültige Form erhalten haben, d. h. bei dem bisher verwendeten Verfahren der stetigen Belastung nach dem Aufwickeln der Drähte oder Bänder aus magnetischem Metall um die Leiter, die praktisch immer aus Kupfer bestehen. Dieser Arbeitsgang ist mit großen Schwierigkeiten verbunden, weil der Ausdehnungskoeffizient von Kupfer viel größer ist als derjenige der magnetischen Legierung, woraus folgt, daß die Drähte oder Bänder aus magnetischem Metall während der Erhitzung in das Kupfer des Leiters einzudringen suchen, indem sie sich an ihm teilweise festschweißen und dann während der Abkühlung verformt werden, was ihren magnetischen Eigenschaften abträglich ist. Zur Vermeidung dieses Mangels sind zahlreiche Verfahren vorgeschlagen worden, von denen jedoch keines völlig befriedigend ist.

Außerdem kann die Wärmebehandlung nur bei einer Temperatur vorgenommen werden, die wesentlich unter der Schmelztemperatur des Kupfers liegt; man kann daher gewissen Legierungen nicht alle ihre magnetischen Eigenschaften zurückgeben, wie z. B. den Legierungen mit hohem Nickelgehalt, deren optimale Behandlungstemperatur 1000⁰ C erreicht oder überschreitet.

Dieser Mangel wird durch Anwendung der magnetischen Schalenkörper gemäß der Erfindung vermieden, da in diesen Schalen die magnetischen Drähte ihre endgültige Form durch das Aufwickeln auf den Dorn erhalten und für diesen Dorn ein Stoff mit hohem Schmelzpunkt gewählt werden kann, dessen Ausdehnungskoeffizient in derselben Größenordnung liegt wie derjenige der magnetischen Drähte.

Mit den erfindungsgemäßen Schalenkörpern lassen sich ferner bereits vorgeschlagene Fernmeldekreise herstellen, bei denen wenigstens der eine Leiter eine derart von der Kreisform abweichende Form besitzt, daß der größte Abstand zweier Punkte der Begrenzungslinie eines Leiterquerschnittes wenigstens doppelt so groß ist wie der kleinste Abstand.

Bekanntlich breiten sich die Hochfrequenzströme infolge der Hautwirkung nur in einer sehr dünnen Schicht des Metalls an der Leiteroberfläche aus. Wenn die lineare Stromdichte an dieser Oberfläche konstant ist, ist der Widerstand des Leiters daher umgekehrt proportional zu derUmfangslänge seines Querschnittes.

Unter diesem Gesichtspunkt sind die Leiter mit kreisförmigem Querschnitt am ungünstigsten, weil sie für eine gegebene Umfangslänge die größte Querschnittsfläche aufweisen und folglich die größte Metallmenge für einen gegebenen Längswiderstand erfordern. Außerdem wird durch das Vorhandensein einer verhältnismäßig großen nutzlosen Metallmenge in dem inneren Teil der Leiter die Querschnittsfläche der Kreise und folglich die Metallmenge vergrößert, welche für die Herstellung der Hülle des diese Kreise enthaltenden Kabels benötigt wird.

Bei den bisher hergestellten Kreisen war man jedoch gezwungen, Leiter mit kreisförmigem oder annähernd kreisförmigem Querschnitt zu verwenden, weil bei Leitern von anderer Form die Nähewirkung den elektrischen Strom in den stark gekrümmten Bereichen dieser Leiter konzentriert und dadurch der Widerstand durch Joulesche Verluste in den Leitern erheblich gesteigert wird.

In Lehrbüchern und beispielsweise in dem Buch » Electromagnetic Waves « von S.A. Schelkunoff,

I943> S. 74, wird gezeigt, daß bei Hochfrequenz die elektrische Stromdichte an der Oberfläche der Leiter senkrecht und von gleicher Größe wie die Tangentialkomponente des äußeren magnetischen Feldes in unmittelbarer Nähe dieser Oberfläche ist.

Die Verwendung der magnetischen Schalenkörper gemäß der Erfindung erschließt dadurch neue Möglichkeiten, daß die Einfügung der Schalen in den Kreis es möglich macht, die Führung der magnetisehen Kraftlinien nach Belieben zu gestalten. Man kann somit Kreise mit kleinem Raumbedarf, geringer Dämpfung und kleinem Leitermetallgewicht herstellen, indem man magnetische Schalen in den Kreis einsetzt und die Form der Leiter, die Form der Schalen sowie die gegenseitige Lage der Leiter und Schalen so bestimmt, daß die Tangentialkomponente des Magnetfeldes auf dem ganzen Umfang der Leiter möglichst konstant ist. Bei dieser Bestimmung geht man davon aus, daß wegen der großen Permeabilität der Drähte der Schalen und wegen der Luftspalte das magnetische Feld in den Schalen in Richtung der Drähte verläuft und seine Größe immer kleiner als Up bleibt, wobei / der Strom in dem Leiter und p die Umfangslänge des Leiterquerschnittes ist. Andererseits geht man davon aus, daß wegen der Stetigkeit der Tangentialkomponente des magnetischen Feldes dieses in der Nähe der Schale ebenfalls nicht den oben angegebenen Wert in dem von den Luftspalten entfernten Bereich überschreiten kann. Dagegen ist das magnetische Feld in dem gesamten Bereich stark, der in der Nähe der Luftspalte zwischen den Schalen liegt.

Man wird somit die Schalenkörper in der Weise anordnen, daß sie ganz in der Nähe, d. h. höchstens einige Millimeter von den Leitern entfernt in den stark gekrümmten Bereichen dieser Leiter liegen und sich von ihnen dann allmählich entfernen. Außerdem wird man die Luftspalte zwischen den Schalenkörpern in Bereichen anordnen, die von den Leitern entfernt sind. Will man die Form der Leiter und der Schalen genauer bestimmen, so kann man so vorgehen, daß man an kurzen Längen von Versuchskreisen probiert. Man kann diese Versuchsproben ausrichten, indem man den Verlauf der magnetischen Kraftlinien durch Berechnung oder auch nach einem bekannten Verfahren unter Benutzung eines elektrolytischen Modells bestimmt.

Einige Typen von Kreisen, die mit den magnetisehen Schalen gemäß der Erfindung hergestellt werden können, werden im folgenden als Ausführungsbeispiele beschrieben.

i. Bei dem Beispiel nach Abb. 7 bewirkt die Anwesenheit der Luftspalte zwischen den Schalen eine Erhöhung des magnetischen Feldes in dem Bereich der Luftspalte und folglich eine Stromkonzentration in den Teilen der Leiter, die in der Nähe dieser Luftspalte liegen. Man kann, ohne die Form der Schalen abzuändern, diesen Nachteil vermeiden und ihn sogar in einen Vorteil verwandeln, indem man die Leiter von den Schalen an der Stelle der Luftspalte entfernt. Bei einem koaxialen Kreis, der durch zwei Schalen von z. B. halbkreisförmigem Querschnitt belastet ist, wird man zweckmäßig die in Abb. 7 dargestellten kreisförmigen Leiter durch Leiter ersetzen, die in Abb. 8 dargestellt sind und deren Querschnitt (bei dem Innenleiter 19) in Form einer 8 bzw. (bei dem Außenleiter 20) ovalförmig ausgebildet ist. Bei zweckmäßiger Wahl der Profile dieser beiden Leiter erhält man auf diese Weise, bei gleichem Raumbedarf des Kreises, Leiter mit größerem Umfang, d. h. mit geringerem Widerstand und folglich einen Kreis mit geringerer Dämpfung als ein koaxialer Kreis mit kreisförmigen Leitern. Außerdem ist die für die Herstellung erforderliche Leitermetallmenge geringer.

2. Die Form, welche bei Hochfrequenzleitern die größte Metalleinsparung und folglich die größte Verminderung an Raumbedarf zuläßt, ist die Form von dünnen Bändern.

Solche nicht rohrförmigen Leiter waren jedoch bisher nicht verwendbar, weil sich der elektrische Strom auf Grund der Nähewirkung in der Nähe der seitlichen Mantellinien der Bänder zusammengedrängt hätte.

Dieser Mangel wird vermieden, wenn man diese Leiter durch magnetische Schalenkörper gemäß der Erfindung belastet, deren Querschnitt in V-Form mit verrundetem Grund ausgebildet ist, und wenn man diese Schalenkörper so anordnet, daß der innere Teil des Grundes des V ganz in der Nähe der seitlichen Mantellinien der Bänder liegt.

Ein belasteter Kreis mit zwei nebeneinandergelegenen Leitern kann daher gemäß Abb. 9 ausgebildet werden, wo jeder der bandförmigen Leiter 21 mit zwei Schalen 22 belastet und die ganze Anordnung gegebenenfalls innerhalb eines Schirmes 23 angeordnet ist. Ein belasteter koaxialer Kreis kann gemäß Abb. 10 ausgebildet werden, wo der bandförmige Innenleiter 24 mit zwei Schalen 25 belastet und der Außenleiter mit 26 bezeichnet ist.

Die Schalenkörper werden nach einem der oben beschriebenen Verfahren befestigt.

3. Die beschriebenen Beispiele beziehen sich auf Kreise, bei welchen die durch die Belastung erzielte Steigerung der Selbstinduktion verhältnismäßig groß ist. Diese Steigerung ergibt eine große Verminderung an Dämpfung, sie hat jedoch als unvermeidliches Gegenstück eine merkliche Verminderung der Fortpflanzungsgeschwindigkeit. Außerdem muß man, um diese große Steigerung der Selbstinduktion zu erreichen, die Luftspalte auf sehr geringer Breite halten, so daß das magnetische Feld in den Schalen, obwohl es weit kleiner ist als das aufgedrückte Feld, noch ziemlich groß ist, so daß die Wirbelstromverluste die maximale Betriebsfrequenz der Kreise beschränken. Beispielsweise liegt in einem Kreis, dessen Innenleiter einen kreisförmigen Querschnitt und einen Durchmesser von 2 mm besitzt, bei einer Belastung mit Schalen von 1 mm Stärke aus Drähten von 12 μ mit Luftspalten von ο, ι mm Breite, die maximale Frequenz, bei welcher man eine bedeutsame Dämpfungsverminderung erreichen kann, in der Größenordnung von 300 kHz.

Man kann auch mit Hilfe der erfindungsgemäßen Schalenkörper Kreise herstellen, welche eine sehr

hohe Fortpflanzungsgeschwindigkeit aufweisen und die Übertragung von Hochfrequenzströmen bis zu mehreren MHz gestatten, d. h. unbelasteten koaxialen Kreisen entsprechen, aber gegenüber diesen den Vorteil eines geringeren Raumbedarfes und einer Ersparnis an Leitermetall besitzen. Zu diesem Zweck verwendet man Leiter von solcher Form, daß der größte Abstand zweier Punkte der Begrenzungslinie eines Leiterquerschnittes wenigstens doppelt so groß ist wie der kleinste Abstand, und magnetische Schalenkörper, welche fast ausschließlich zur Verminderung der Nähewirkung dienen. Man läßt zwischen ihnen einen sehr großen Zwischenraum, so daß sie die Induktivität des Kreises nur wenig steigern und folglich die Ausbreitungsgeschwindigkeit nur in geringem Maße herabsetzen. Da der gesamte magnetische Widerstand des magnetischen Kreises dann sehr groß ist, sind das Feld innerhalb der Schalen und folglich die Wirbelstromverluste gering. Ein derartiger Kreis kann bis zu einer Frequenz betrieben werden, die wenigstens diejenige erreicht, bei welcher der Hauteffekt in den magnetischen Drähten merklich zu werden beginnt. Bei den Drähten aus einer Eisenlegierung mit z. B. 40% Nickel liegt diese Frequenz in der Größenordnung von 2 MHz, wenn die Schale aus Drähten von 18 μ besteht, und von 4 MHz bei einer Schale aus Drähten von 12 μ.

Wenn die Leiter bandförmig sind, kann der Kreis die Formen erhalten, die in Abb; π für einen symmetrischen Kreis und in Abb. 12 für einen koaxialen Kreis dargestellt sind. Nach Abb. 11 sind magnetische Schalenkörper 27 an den Enden der beiden bandförmigen Leiter 28 des symmetrischen Kreises angeordnet,- und das Ganze ist gegebenenfalls im Innern eines Metallschirmes 29 untergebracht. Nach Abb. 12 sind Schalenkörper 30 an den Enden des bandförmigen Innenleiters 31 eines koaxialenKreises angeordnet, dessen Außenleiter bei 32 dargestellt ist.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

I. Magnetischer Schalenkörper in Form eines flachen oder gekrümmten zylindrischen Streifens, der aus einer sehr großen Anzahl von einzeln isolierten Drahtstücken aus ferromagnetischem Metall mit einem Durchmesser gleich oder kleiner als 0,04 mm besteht, dadurch gekennzeichnet, daß diese Drähte mit den Mantellinien des Zylinders einen Winkel von 50 bis 90⁰ bilden und miteinander durch einen elektrisch isolierenden Tränkstoff verbunden sind.
2. Verfahren zur Herstellung von Schalenkörpern nach Anspruch 1, bei welchem ein oder mehrere Bündel von sehr feinen einzeln isolierten Drähten aus ferromagnetischem Metall schraubenförmig mit aneinanderliegenden Windungen auf einem Dorn von geeigneter Form gewickelt und dann gegebenenfalls einer Wärmebehandlung sowie einer Tränkung mit einem bindenden Stoff unterworfen werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Drahtwicklung in Längsrichtung nach zwei oder mehreren, durch Mantellinien gehenden Ebenen aufgeschnitten wird.
3. Fernmeldekreis mit zylindrischen Leitern, von welchen wenigstens der eine mit zwei oder mehreren Schalenkörpern nach Anspruch 1 umgeben ist, um die Induktivität des Kreises unter Beibehaltung eines geringen Verlustwiderstandes zu erhöhen, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalenkörper mit ihren Mantellinien parallel zu denjenigen der Leiter liegen und jeweils nur einen Teil des Umfangs des Leiterquerschnittes bedecken, indem zwischen den Schalen ein kleiner Zwischenraum verbleibt.
4. Fernmeldekreis mit zylindrischen Leitern, welche durch Schalenkörper nach Anspruch 1 belastet sind, dadurch gekennzeichnet, daß zur Vermeidung des Längsflusses der Querschnittsumfang jedes Leiters mit Schalenkörpern umgeben ist, die durch rechtsgängige bzw. linksgängige Wicklung des Drahtbündels hergestellt sind, so daß der magnetische Fluß, indem er den Drähten folgt und die Luftspalte senkrecht zu der Leiterachse durchsetzt, an seinen Ausgangspunkt zurückkehrt, nachdem er einen vollständigen Umlauf um den Leiter ausgeführt hat.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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