DE2602668B2 - Hochspannungsfester breitbandiger Übertrager für die Nachrichtentechnik - Google Patents

Hochspannungsfester breitbandiger Übertrager für die Nachrichtentechnik

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Johann Arnold Dr.-Ing. 5060 Overath Becker
Ingo Dipl.-Ing. 5024 Pulheim Hosse
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    • H01F27/00Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/28Coils; Windings; Conductive connections
    • H01F27/32Insulating of coils, windings, or parts thereof
    • H01F27/323Insulation between winding turns, between winding layers

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Description

Die Erfindung betrifft einen hochspannungsfesten breitbandigen Übertrager für die Nachrichtentechnik, bei dem jede Wicklung aus einem Strang von mehreren gegeneinander isolierten, miteinander verdrillten oder verseilten Drähten besteht.
Derartige Übertrager werden als Schutz- oder Trennübertrager von Nachrichtenleitungen eingesetzt, um die angeschlossenen Geräte vor Beeinflussungen durch atmosphärische Entladungen oder durch Vorgänge auf den Nachrichtenleitungen benachbarter Starkstromleitungen zu schützen. Für diesen Zweck wird eine hohe Spannungsfestigkeit zwischen den einzelnen Wicklungen sowie zwischen den Wicklungen und dem Übertragergehäuse gefordert.
Es ist allgemein bekannt, die Wicklungen eines Übertragers gegen den Kern je nach der Forin des Kernes durch einen Wickelkörper aus Isolierstoff oder durch geeignete Bandagen zu isolieren. Es ist ferner allgemein bekannt, die meist aus Lackdraht gewickelten Wicklungen eines Übertragers durch Zwischenlagen, die vorwiegend als gewickelte Bandagen ausgeführt werden, gegeneinander zu isolieren. Bei höheren Forderungen an die Spannungsfestigkeit muß durch einen mehr oder weniger aufwendigen Imprägniervorgang mit geeigneten Vergußmassen versucht werden, die immer vorhandenen Lufteinschlüsse mit Vergußmasse zu füllen. Die Spannungsfestigkeit solcher konventionell hergestellten Übertrager ist daher auch bei sorgfältiger Herstellung beschränkt. Darüber hinaus verschlechtern sich die Übertragungseigenschaf-
ten und insbesondere die Breitbandigkeit mit zunehmender Isolationsdicke, weil die induktive Kopplung zwischen Primär- und Sekundärwicklung verringert wird.
Es ist ein Transformator zum Übertragen breiter Frequenzbänder bekannt, bei dem die Wicklungen aus Koaxialkabel gewickelt werden, dessen Außenleiter die eine oder dessen Innenleiter die andere Wicklung bilden, wobei der Scheinwiderstand des Koaxialkabels dem durch den Transformator anzupassenden Widerstand gleich sein soll (DE-OS 2218710). Die Spannungsfestigkeit zwischen Primär- und Sekundärwicklung ist hierbei im wesentlichen durch die Spannungsfestigkeit der verwendeten Koaxialleitung bestimmt. Da jedoch eine Koaxialleitung einer bestimmten Spannungsfestigkeit auch einen bestimmten Mindestquerschnitt besitzt, ist die Zahl der Windungen, die bei den heute üblichen kompakten Kernen aufgebracht werden können, ziemlich beschränkt. Ein Übertrager dieser Art mit der im Niederfrequenz-Bereich üblichen Anpassung an 600 Ohm wird wegen der dafür geforderten hohen Windungszahlen entweder unhandlich groß, oder man verwendet eine kleine Windungszahl und nimmt in Kauf, daß im Niederfrequenz-Bereich bei Kennwiderständen von ca. 600 Ohm keine guten Übertragungseigenschaften realisierbar sind. Hinzu kommt, daß nur ein Übersetzungsverhältnis von 1 : 1 möglich ist.
Bekannt ist auch ein unsymmetrischer Breitbandtransformator mit einem Transformationsverhältnis η : 1, bei dem η Sätze von Leitungen mit verteilten Parametern, deren eine Enden in Reihe und deren andere Enden parallel geschaltet sind und welche die Windungszahlen /Vl, N2 ... Nn aufweisen, durch einen magnetischen Kern gekoppelt sind, und bei dem alle Leitungen mit verteilten Parametern durch den einfachen magnetischen Kern so gekoppelt sind, daß die Windungszahl der /-ten Leitung mit verteilten Parametern gegenüber dem magnetischen Kern durch folgende Formel zum Ausdruck gebracht wird:
k (n - i),
worin k eine willkürliche Konstante und η eine ganze Zahl größer als 2 ist (DE-OS 1487290).
Bei diesem für Hochfrequenzen bis zu einigen tausend MHz vorgesehenen Transformator sind zwar verschiedene Übersetzungsverhältnisse herstellbar, seine Funktion basiert aber auf der Verwendung von Leitungen mit verteilten Parametern, also von Koaxialleitungen oder symmetrischen Doppelleitungen. Daraus ergeben sich für die Spannungsfestigkeit und für die Anpassungsverhältnisse die gleichen Nachteile des unhandlichen Platzbedarfs wie beim vorher zitierten Stand der Technik. Ferner ist hiermit keine galvanische Trennung zwischen der Primär- und der Sekundär-Seite möglich.
Bekannt ist ferner eine Hochfrequenzspule mit fein unterteiltem Eisenkern, bei der die Windungen aus mehrfach in sich verdrillter Litze bestehen, deren Einzeladern einen Durchmesser von 0,05 mm oder weniger besitzen (DE-Patentanm. A 10535, bekanntgemacht am 18. 6. 1953).
In dieser Anmeldung aus dem Jahre 1941 wird über die Isolierung der dünnen Einzeladern gegeneinander keine Angabe gemacht. Aber auch wenn es sich hierbei um eine Ausführungsform der zum Anmeldungszeitpunkt bereits bekannten Hochfrequenzlitze mit gegeneinander durch einen Lacküberzug isolierten Einzeiadern handeln soll, so gibt dieser Stand der
Technik keine Hinweise für die Gestaltung einer möglichst spannungsfesten Wicklung oder gar für spannungsfeste Transformatoren. Die weiterhin vorgeschlagene Umkleidung der Litze mit verlustarmem Papier ist hierfür wegen der entstehende η Hohlräume völlig ungeeignet.
Bekannt ist weiter eine Spulenanordnung mit zwei auf einem ferromagnetische η Stab- oder Rohrkern nebeneinander angebrachten Wicklungen, insbesondere für Antennen-Symmetrierübertrager, bei der die Wicklung mit einer sich über sie beide erstreckenden Hülle aus weichmagnetischem Werkstoff bedeckt ist (DE-Gm 1967 764).
Bei dieser für Hochfrequenz vorgesehenen Anordnung werden aus Symmetriegründen die Wicklungen bifilar gewickelt, die dabei entstehende enge Kopplung zwischen den Wicklungen soll durch die spezielle Anordnung von magnetischem Werkstoff wieder verkleinert werden. Auch dieser Stand der Technik gibt keine Hinweise auf eine kostengünstige Gestaltung von spannungsfesten, galvanisch voneinander getrennten Transformatorwicklungen.
Bekannt ist weiterhin eine Drossel zur wirksamen Minderung von an der Teilnehmerleitung einer Fernmeldeanlage auftretenden unzulässigen Hochfrequenzspannungen im Frequenzbereich der Rundfunkträgerfrequenz, die aus Draht mit drei nebeneinanderliegenden Adern gewickelt ist, die drei Teilwicklungen bilden, und wobei zwei von diesen drei Wicklungen, je eine für sich, in je eine Ader der Teilnehmerleitung eingeschaltet sind, während die dritte Wicklung mit einem Ende an Erde gelegt ist (DE-AS 1118266).
Auch die darin beschriebene, trifilare Abart der bekannten bifilaren Wicklung wird aus Symmetrie-Gründen zur Erzielung möglichst gleicher Werte für die beiden Ader-Wicklungen benutzt und um möglichst große Kapazitäten gegen die dritte, geerdete Wicklung zu erreichen. Die Spannungsfestigkeit ist für den genannten Anwendungszweck nicht erforderlich und ist daher nicht erwähnt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Übertrager anzugeben, der bei extrem hoher Spannungsfestigkeit nicht nur besonders raumsparend ist, sondern auch ein sehr breitbandiges Übertragungsverhalten ermöglicht, der hinsichtlich seiner Spannungsfestigkeit von Imprägnierprozessen unabhängig ist, der den Wickeiaufwand erheblich reduziert, der als reiner Trägsrfrequenz-Übertrager geeignet ist, aber neben Trägerfrequenz-Signalen bei Kennwiderständen von ca. 150 Ohm auch Niederfrequenz-Signale bei Kennwiderständen von 600 Ohm zufriedenstellend übertragen kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Wicklung mit den Kennzeichen des Anspruchs 1 gelöst. Der mit der Erfindung erzielbare Vorteil besteht insbesondere darin, daß sich bei einem derartig aufgebauten Übertrager der Wickelaufwand etwa in dem Maße verringert, wie Einzeldrähtc zu Strängen zusammengefaßt werden, und daß sich eine gute Spannungsfestigkeit bei gleichzeitig guter Ausnutzung des Wickelraumes ergibt.
In einer Ausgestaltung der Erfindung sind die Stränge von einem aufgespritzten Mantel aus spannungsfestem Isolierstoff umgeben. Der Vorteil dieser Ausgestaltung besteht darin, daß sich eine besonders gute Spannungsfestigkeit bei gleichzeitig optimaler Ausnutzung des Wickelraumes ergibt, da der die
Spannungsfestigkeit des Stranges garantierende Isoliermantel nur außen auf dem Strang aufgebracht werden muß, während sich zwischen den Drähten eines Stranges nur die gerade notwendige Aderisolierung befindet.
Für den Fall, daß ein Übertrager ein anderes Übersetzungsverhältnis haben soll als 1:1, haben erfindungsgemäß die die einzelnen Wicklungen bildenden Stränge voneinander abweichende Längen und damit verschiedene Windungszahlen.
Eine andere Möglichkeit, nahezu beliebige Übersetzungsverhältnisse zu erreichen, besteht erfindungsgemäß darin, daß die Anzahl der Drähte in einem Strang entsprechend dem gewünschten Überset-Zungsverhältnis von der Anzahl der Drähte in einem anderen Strang abweicht. Der Vorteil dieser Ausgestaltungen besteht insbesondere darin, daß die feste induktive Kopplung zwischen den Wicklungen und damit die Breitbandigkeit des Übertragers auch bei größeren Übersetzungsverhältnissen voll erhalten bleibt.
Die Vorteile der Erfindung kommen insbesondere dann voll zur Geltung, wenn die Wicklungen erfändungsgemäß auf einem an sich bekannten Ringkern, beispielsweise auf einem Wickelbandkern aus Nickeleisen angeordnet sind. Bei diesen kompakten Kernformen lassen sich durch die erfindungsgemäße Wicklung nicht nur reine Trägerfrequenz-Übertrager realisieren, sondern wegen der hohen Permeabilität auch Übertrager, die neben Trägerfrequenz-Signalen auch Niederfrequenz-Signale bei einem Abschlußwiderstand von 600 Ohm zufriedenstellend übertragen.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben:
Die Figur zeigt einen Übertrager mit dem erfindungsgemäßen Wicklungsaufbau. Der Kern, der in diesem Beispiel Rechteckform aufweist, ist mit 1 bezeichnet. Er trägt auf einem Schenkel den allgemein bekannten Wickelkörper 2, der bei Verwendung der Erfindung in den meisten Fällen auch entfallen kann. Schematisch dargestellt sind zwei Wicklungen 3 und 4, die aus den Strängen 5 und 6 bestehen. Die Stränge 5 und 6 sind wiederum aus einzelnen, gegeneinander isolierten Drähten, beispielsweise Lackdrähten 7, 8 und 9 sowie 10, 11 und 12 zusammengesetzt. Die Einzeldrähte 7,8 und 9 liegen im gewählten Beispiel parallel zueinander, können aber auch miteinander verdrillt oder verseilt werden. Die Stränge 5 und 6 sind durch je einen sie umgebenden Schlauch 13 und 14 aus Isolierstoff spannungsfest gegeneinander und gegen den Eisenkern isoliert. Diese Stränge 5 und 6 mit ihren Isolierhüllen 13 und 14 Find vor dem Wickeln miteinander verdrillt worden. Für den Strang 5 ist die Hintereinanderschaltung der Einzeldrähte 7, 8 und 9 zu einer kompletten Wicklung mit Anfang A und Ende E schematisch dargestellt. Das Ende des Stranges 6 ist mit einem aufgespritzten, die Zwischenräume zwischen den Drähten füllenden Mantel 16 aus Isolierstoff gezeichnet, der eine besonders gute Spannungsfestigkeit ergibt. Das Ende des Stranges 5 ist mit Einzeldrähten 7,8 und 9 gezeichnet, die jeweils eine spannungsfeste Isolierung 15 tragen.
Aus der schematischen Darstellung ist erkennbar, daß auch die Einzeldrähte 10, 11 und 12 des Stranges 6 in der gleichen Weise wie die Einzeldrähte 7, 8 und 9 des Stranges 5 hintereinandergeschaltet wer-
den können. Es ist aber ohne Schwierigkeiten möglich, nur die Einzeldrähte 10 und 11 hintereinander zu schalten, womit sich ein Übertrager mit dem Übersetzungsverhältnis 3 : 2 ergäbe. Es ist ferner erkennbar, daß insbesondere bei Verwendung von Strängen mit größeren oder voneinander verschiedenen Drahtzahlen eine Vielzahl von 1 : 1 abweichender Übersetzungsverhältnisse hergestellt werden kann.
Typische Werte, die mit dem erfindungsgemäßen Wicklungsaufbau erreicht wurden, lauten für Breitbandübertrager:
Übertragungsbereich: 0,3-556 kHz bei einem Abschlußwiderstand von 600 Ohm im Niederfrequenz-Bereich und 150 Ohm im Trägerfrequenz-Bereich. Spannungsfestigkeit: 40 kV, I Minute.
Bei reinen Trägerfrequenz-Übertragern ergeben sich bei dem erfindungsgemäßen Wicklungsaufbau:
Übertragungsbereich: 6 kHz-ca. 1 MHz bei einem Abschlußwiderstand von 150 Ohm. Spannungsfestigkeit: 40 kV, I Minute.
Die angegebenen typischen Werte sind nicht mil den maximal erreichbaren Werten identisch.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:
1. Hochspannungsfester breitbandiger Übertrager für die Nachrichtentechnik, bei dem jede Wicklung aus einem Strang von mehreren gegeneinander isolierten, miteinander verdrillten oder verseilten Drähten besteht, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzeldrähte (7, 8, 9 oder 10, 11,12) eines jeden Stranges (5 oder 6) von einer gemeinsamen spannungsfesten Isolierung (13, 14 oder 16) umgeben und zur Darstellung einer gewünschten Windungszahl hintereinander geschaltet sind.
2. Übertrager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzeldrähte (7, 8, 9 oder 10, 11, 12) eines jeden Stranges (5 oder 6) von einem aufgespritzten Mantel (16) aus spannungsfesiem Isolierstoff umgeben sind.
3. Übertrager nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die die einzelnen Wicklungen (3, 4) bildenden Stränge (S, 6) voneinander abweichende Längen und damit verschiedene Windungszahlen haben.
4. Übertrager nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Drähte (7, 8, 9) in einem Strang (5) entsprechend dem gewünschten Übersetzungsverhältnis von der Anzahl der Drähte (10, 11, 12) in einem anderen Strang (6) abweicht.
5. Übertrager nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklungen (3, 4) auf einem Ringkern (1) angeordnet sind.
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