Matière magnétique servant par exemple<B>à</B> la pupinisation de conducteurs électriques, et procédé<B>de</B> fabrication. On a constaté depuis longtemps que l'efficacité de transmission d'une ligne élec- tri îque, telle qu'une ligne téléphonique peut être augmentée en accroissant artifi ciel lem ent l'inductance de son circuit. Les deux procédés suivis ordinairement dans ce but sont pre mièrement l'insertion de distances en dis tances dans le circuit, de bobines dites de charge, et deuxièmement l'emploi tout le long du conducteur constituant le circuit d'une enveloppe formée d'un corps magnétique.
Dans ces deux cas, la matière utilisée pour former 'le noyau des bobines de charge ou l'enveloppe des conducteurs., doit présenter certaines caractéristiques permettant d'obtenir les résultats voulus. Ces caractéristiques cou- sistent en une haute résistivité, en une perte par hystér6sis extrêmement faible, en une stabilité magnétique ou constance de la per méabilité par rapport aux courants de conver sation même si des courants intenses sont superposés sur le circuit, et en une perméa bilité très élevée peut- les faibles forces magnétisantes utilisées.
<B>'</B> Jusqu'ici<B>le</B> fer a été utilisé pour la cons truction des noyaux des bobines de charge oui des enveloppes des conducteurs télépho- niques pupinisés d'une manière continue. Ces noyaux sont généralement formés de tôles de fer, ou de fils de fer, ou de<B>f</B>er pulvérisé dans le cas des noyaux annulaires, taudis que l'enveloppe pupinisante est constituée en enroulant un<B>fil</B> de fer tout le long du conducteur. Cependant dans ces cas, or) a trouvé que la perméabilité, Pour les forces magnétisantes utilisées n'est pas suffisamment grande pour obtenir l'in ductance voulue, et l'on doit alors recourir<B>à</B> un accroissement coûteux du diamètre des conducteurs.
De plus, la résistance électrique effective du conducteur est considérablement augmentée par suite de l'hystérésis et des portes par courants de Foucault résultant de la haute conductivité du fer. L'inductance que l'on a pu pratiquement introduire par cette pupinisation est en réalité très<B>-</B> faible, et dans plusieurs cas, seulement un cinquième de l'inductance voulue a été atteinte. Par suite, la pupinisation continue des conducteurs, en utilisant le fer comme matière magnétique, n'a pas été apte<B>à</B> remplacer l'emploi des bobines de charge, excepté dans certains cas spéciaux tels que par exemple pour les câbles téléphoniques sous-marins relativement courts.
L'emploi (Pautres corps fortement para- magnétiques, particulièrement le nickel, a été proposé. Une des objections en ce qui concerne <B>le</B> nickel, est que sa perméabilité pour les courants faibles généralement utilisés dans les installations de communication, est plus basse que celle du fer. L'addition d'une<B>pe-</B> tite quantité de nickel au fer, environ 5'l/o, a été suggérée, mais n'a jamais reçu d'appli cation commerciale dans ces genres d instal- lation.
L'invention se rapporte<B>à</B> nue matière magnétique servant par exemple<B>à</B> la pupini- sation de conducteurs électriques, cette ma tière comprenant plusieurs éléments du groupe magnétique. Suivant l'invention, la matière ainsi formée présente, pour de faibles forces inagnétisantes, une perméabilité beaucoup plus haute que le fer.
D'après le procédé utilisé pour l'obtention de cette matière, on parvient<B>à</B> développer dans celle-ci une haute perméabilité pour de faibles forces magnétisantes en la soumettant <B>à</B> un traitement par la chaleur.
Le dessin ci-joint représente,<B>à</B> titre d'exemples, plusieurs formes d'exécution d'ob jets, dans la construction desquelles entre la matière formant l'objet de l'invention. La fig. <B>1</B> montre un conducteur électrique pupi- nisé d'une matière continue- au moyen d'une simple couche de la matière magnétique en roulée sur le<B>fil</B> de cuivre formant l'âme du conducteur; la fig. 2 montre un conducteur électrique pupinisé d*une manière continue au moyen d'une double couche de la matière magnétique, ces deux couches étant en roulées en sens inverses sur le fil de cuivre;
la fig. <B>3</B> est un diagramme donnant une série de courbes indiquant comment les conducteurs des fig. J. et 2 doivent être traités par la chaleur; la fig. 4 représente une bobine de charge pouvant être insérée dans un circuit téléphonique et obtenue au moyen de fils formés de la matière envisagée, les enroule ments<B>de</B> la bobine étant indiquées schéinati- quement.
La matière magnétique décrite peut être particulièrement utilisée dans les circuits té léphoniques oâ les forces magnétisantes sont extrêmement faibles, car elles sont dans ces circuits rarement plus grandes que deux dixièmes de gauss et généralement infé rieures<B>à</B> cette valeur. Aussi dans la des cription suivante, on envisage spécialement la matière magnétique appliquée<B>à</B> ce genre de circuit, mais il est évident que cette ma tière peut être utilisée pour pupiniser d'autres genres de conducteurs.
Contrairement<B>à</B> la théorie ordinairement admise, il est possible de combiner deux métaux du groupe magné tique., tels que le nickel et le fer, dans des proportions suffisantes pour obtenir un<B>élé-</B> ment aimantable n'ayant pas seulement une perte par hystérésis extrêmement basse, et une haute résistivité, mais aussi des carac- t6ristiques telles qu'une perméabilité très grande pour les faibles forces magnétisantes, mentionnées, et en fait très supérieure<B>à</B> celle du fer. Ces différents avantages sont évi demment très importants au point de vue de la transmission.
L'emploi de cette nouvelle matière permet d'arriver<B>à</B> des résultats qui n'ont pu être atteints jusqu'ici soit par le fer seul, soit par les autres combinaisons d5éléments qui ont<B>déjà</B> été proposés. Il est désirable que le pourcentage du fer par rapport au nickel ne soitpas trop grand, car par exemple si la quantité du fer est supérieure aux<B>75</B> '1/o de la combinaison, la perméabilité pour de faibles forces magnétisantes est moindre que celle du fer.
Les combinaisons de nickel et de fer qui produisent les plus hautes perméabilités pour ces faibles forces magnétisantes, contiennent en réalité une quantité prédominante de ni ckel. Par exemple, on a trouvé que les coin- binaisons suivantes fournissent ces caracté ristiques désirables, et elles ont été désignées ici sous le nom d'alliages par raison de sim plicité sans qu'il ait été déterminé d'une manière rigoureuse si elles forment un alliage dans le sens strict du mot ou simplement un mélange des éléments constitutifs,
A. Alliage renfermant 70 % de nickel et <B>30</B> 11/o de fer.
B. Alliage renfermant<B>55</B> 0/ô de nickel,- 34 'I/o de fer et 11 % de chrome.
Les impuretés que Pon rencontre dans les meilleurs fers ou nickels livrés par le com merce ne doivent pas apparaître sérieusement afin de ne pas affecter les propriétés magné tiques de ces alliages. Dans le deuxième des alliages mentionnés, une troisième substance, qui est du chrome, a été ajoutée au fer et au nickel afin d'accroitre la résistance élec trique de la matière magnétique ainsi formée.
Toutefois en appliquant ces alliages<B>à</B> des conducteurs entièrement pupinisés destinés<B>à</B> des installations de signalisation, des diffi cultés ont été rencontrées résultant première ment du fait que la haute perméabilité de la nouvelle matière est réduite par suite de la tension mécanique exercée pendant la fa brication et deuxièmement de la difficulté d'obtenir une haute perméabilté uniforme part-ni les différents lots de la matière em ployée.
Ces différentes difficultés ont été surmontées par<B>le</B> procédé<B>de</B> fabrication<B>dé-</B> crit ici, et aussi particulièrement par l'appli cation d'une ou de plusieurs couches enve loppantes sur le conducteur, ainsi que par un nouveau traitement par la chaleur de cette matiôre pupinisante après son application.
Dans la description suivante, on suppose que J'alliage utilisé renferme approximative ment<B>70</B> '/o de nickel et<B>30</B> 'I/o de fer, mais évidemment le procédé décrit petit s'appliquer <B>à</B> tous les gent-es d'alliages envisagés ci- dessus.
Le conducteur pupinisé suivant la fig. <B><I>1</I></B> comprend un fil de cuivre 2 recouvert d'une couche unique d'un ruban<B>3</B> formé de l'alliage de nickel et de fer mentionné ci-dessus. La largeur et l'épaisseur du ruban peuvent être choisies conformément aux conditions méca niques qui doivent être remplies pour faciliter l'enroulement du ruban sur le<B>fil,</B> en obser- vant toutefois qu'il est inutile de soumettre le ruban<B>à</B> un effort plus grand qu'il n'est nécessaire, car cet effort tend<B>à</B> réduire la perméabilité de la matière pupinisante. En pratique, on a trouvé qu'un<B>fil</B> d'Lin diamètre de<B>1,8</B> mm environ,
donne des résultats satis faisants s'il est recouvert d'un ruban de <B>0,076</B> mm d'épaisseur et de<B>3,175</B> mm de largeur. Si un tel ruban, ou même des rubans d'autres épaisseurs, sont insuffisants -pour donner le poids voulu<B>de</B> pupinisation, il est préférable d"enrouler deux ou plusieurs couches de ruban sur le conducteur plutôt que d'uti liser une seule couche d'un ruban plus épais. Cela est montré sur la fig. 2 dans laquelle une couche supplémentaire est indiquée en 4.
L'action électromagnétique d'une série de couches, comparée<B>à</B> l'action électromagnétique d'une couche unique d'épaisseur égale<B>à</B> la somme des épaisseurs des couches multiples, est de réduire les pertes par courants de Foucault dans le conducteur pupinisé. Ainsi quion le voit sur la fig. <B>2,</B> les différentes couches de ruban sont enroulées dans des directions alternées et ce genre d'enroulement est préférable non seulement parce qu'il offre une meilleure structure, mais aussi parce qu'il réduit et égalise la tension qui peut être appliquée,
aux rubans par suite de quelques flexions ou torunnages subis par les conducteurs pupinisés. Au point de vue de l'isolation entre le<B>fil</B> de cuivre et la pre mière couche de ruban, ainsi que l'isolation entre les couches successives de ruban, l'oxyde qui se forme<B>à</B> la surface des rubans lors de l'opération du recuit décrite ci-après est suf fisant. Toutefois, si on le désire, les rubans peuvent être recouverts d'une couche d'une autre substance isolante quelconque.
L'action de l'enroulement dit ruban sur le<B>fil</B> de cuivre, ainsi qu'il est montré sur les fig. <B>1</B> et 2, a pour résultat de diminuer fortement la perméabilité de la matière ma gnétique. Cette réduction est certainement due <B>à</B> la traction<B>à</B> laquelle est soumis le ruban pendant l'enroulement. La haute perméabilité du ruban qui est perdue par l'enroulement ne peut être retrouvée en soumettant le conduc,- teur recouvert de sort ruban<B>à</B> l'action du recuit.
Si le conducteur recouvert de la ma tière pupinisante est recuit dans une condi tion de lovage, la plus haute perméabilité obtenue dans le ruban par le procédé décrit peut être largement et irrégulièrement réduite quand le conducteur pupinisé est redressé et toronné, ou autrement tendu, pendant les étapes suivantes de la formation d'titi câble quelconque.
De telles réductions dans la per- inéabilité de la matière pupinisante, sont ordinaireinent plus grandes avec un fil re couvert d'une couche unique qu'avec un <B>fil</B> recouvert d'une double couche.<B>Il</B> est probable que ces réductions sont dues<B>à</B> la traction produite sur le ruban lorsque<B>le</B> conducteur passe de sa condition de lovage <B>à</B> la condi tion dans laquelle il se trouve dans<B>le</B> câble.
D'autre part, dans les opérations ordinaires de recuit, bien que celles-ci semblent être pratiquement identiques, l'on obtient des résultats fortement différents par rapport<B>à</B> la perméabilité obtenue pour la matière pupinisante, ainsi que par rapport<B>à</B> ses pro priétés physiques et<B>à</B> la susceptibilité avec laquelle change la perméabilité. Eu d'autres termes, pour des recuits ordinaires il est im possible d'obtenir des conducteurs pupinisés de qualité uniforme, soit par rapport<B>à</B> la valeur de la perméabilité donnée<B>à</B> la matière pupinisante oui par rapport<B>à</B> la stabilité de la perméabilité sous la traction indeanique qui petit par la suite lui être imposée.
La raison probable de ces résultats irréguliers et peu satisfaisants obtenus par le recuit ordinaire, découle de la description suivante du procédé décrit.
En premier lieu, on doit prendre soin que les fils conducteurs recouverts de rubans for més de l'alliage mentionné, soient recuits en les étirant afin de les placer dans une posi tion tendue<B>à</B> travers un fourneau, c'est-à-dire que l'ensemble formé par le conducteur et la matière magnétique est maintenu dans une certaine condition de tension pendant l'action du recuit. De plus, il est nécessaire que. cette tension soit maintenue pendant le refroidisse ment.
De cette manière, le ruban et le<B>fil</B> de Cuivre sont recuits pratiquement dans la môme condition que celle occupée dans la suite par le conducteur pupiiiisé. Si après le recuit, ces conducteurs sont soigneusement enroulés sur des bobines d*uii diamètre suffisamment grand, la haute perméabilité obtenue par cette opération peut être conservée pendant les interruptions de travail se produisant dans la construction complète d*un câble. En deuxième lieu, on ne doit utiliser pour le recuit d'un conducteur pupinisé que certaines températures, et la durée de l'opération doit être bien déterminée.
Les caractères propres du recuit varient suivant le conducteur pupi- nisô et suivant les différentes perméabilités qu'il doit présenter, ainsi qu'il résulte de l'étude des courbes de la fig. <B>'a.</B>
Suivant cette figure, quatre courbes repré sentent les changements apportés dans la perméabilité d'un conducteur pupinisé, con formément<B>à</B> la variation de la température et<B>à</B> la durée de l'opération du recuit. Ces courbes ont été déterminées au moyen d'essais fait sur des fils en cuivre d'environ<B>1,
8</B> mm de diamètre recouverts de deux couches d'un ruban formé de l'alliage envisagé comprenant environ <B>7 0</B> '/o de nickel et 30 % de fer. Dans ces deux couches, le ruban est enroulé sui vant deux directions opposées, et il présente (me épaisseur d'environ<B>0,76</B> irim. et une lar geur d'environ<B>3,175</B> mm.
Les courbes<B>A,</B><I>B,</I> <B><I>C</I></B> et<B>D</B> montrent la relation existant entre la perméabilité obtenue (portée suivant l'axe des ordonnées), et la durée du recuit (portée suivant l'axe des abscisses) aux températures respectives de<B>850, 800, 750</B> et<B>700</B> degrés centigrades. Dans ce diagramme, les abscisses qui représentent la durée du recuit sont expri mées en minutes, tandis que les ordonnées expriment les perméabilités pour les forces magnétisarites produites par les courants téléphoniques. D'après ces courbes, on voit que plus haute est la température, plus ra pide est l'accroissement de la perméabilité.
D'après les courbes<B><I>A,</I></B><I> B</I> et<B>C,</B> on constate que la prolongation du recuit ait delà d'un certain temps ne produit plus un accroisse ment de la perméabilité, mais une diminution de celle-ci. Ces deux faits expliquent les résultats peu satisfaisants obtenus quand on emploie le procédé ordinaire du recuit. Si la température du fourneau est poussée<B>à</B> une trop grande valeur, des changements excessi- veinent petits dans la durée de l'opération produisent de grandes variations dans la perméabilité obtenue de la matière pupinisante utilisée pour recouvrir le<B>fil</B> traité.
Indépen damment de la température du fourneau, la perméabilité s'accroit <B>à</B> une valeur critique pour laquelle un changement dans l'état physique de la matière pupinisante a lieu si la durée de l'opération est trop longue. Si cette durée est encore prolongée, il en résulte une réduction de la perméabilité. Le change ment dans l'état physique est tel que même si la perméabilité voulue est observée dans la matière pupinisante immédiatement après que le conducteur puipinisé a été recuit, cette perméabilité sera extrêmement susceptible d'être réduite par suite de la tension qui lui est imposée pendant la manipulation du con ducteur résultant du travail nécessaire pour la formation d'un câble.
Les courbes montrées sur la fig. <B>3</B> facilitent le choix d'une tempé rature voulue et la durée propre<B>à</B> l'opération du recuit,- afin d*obtenir la perméabilité voulue dans l'alliage recouvrant le fil.
Quelque soit la température choisie, la durée du recuit ne doit pas être prolongée assez longtemps pour produire le changement mentionné dans l'état physique de l'alliage. En d'autres termes, l'opération de recuit doit être insuffisante en température et en durée pour changer la perméabilité de l'alliage au delà de la valeur critique.<B>A</B> part cette objection, il est évident que la température propre du fourneau et la durée de l'opération dépendent de l'exactitude avec laquelle la température et la durée peuvent être réglées, c'est-à-dire la vitesse avec laquelle lefil passe <B>à</B> travers le fourneau.
Cela dépend aussi des variations permises dans la perméabilité du conducteur pupinisé. Au point de vue de l'économie dans la fabrication, il est désirable que la durée de l'opération soit faite aussi courte que possible, et la température doit donc être choisie aussi haute que le permet les facteurs ci-dessus mentionnés.
De ce qui précède, on peut déterminer les conditions que doit présenter le recuit pour les alliages mentionnés. Ce moyen de recuire la matière pupinisante d'un conducteur entiè rement recouvert pour une certaine perméa bilité recherchée, peut être très importante. Par exemple, quand des conducteurs pupinisés sont utilisés<B>d</B> ans des câbles duplex pour circuits fantômes, il est nécessaire que ces conducteurs soient identiques aux points de vue de leurs propriétés physiques, magné tiques et électriques.
Quoiqu'il soit possible de pupiniser des conducteurs au moyen d'une matière magnétique présentant une perméa bilité plus haute que celle désirée, et de ré duire ensuite celle-ci<B>à</B> la valeur voulue au moyen d'un traitement mécanique des con ducteurs pupinisés, comme par exemple en les soumettant<B>à</B> des efforts de flexion, ce procédé pour obtenir des conducteurs uniformément pupinisés pour des câbles téléphoniques ou câbles analogues n'est pas satisfaisants<B>à</B> cause -du changement qui peut se produire dans les propriétés physiques du conducteur et des difficultés qui en résulte dans leur toronnage.
L'alliage mentionné ci-dessus peut aussi être utilisé dans le cas<B>de</B> la pupinisation de circuits au moyen de bobines de charge, ces alliages entrant alors dans la construction des noyaux de ces bobines. Dans ce cas, des fils de petit diamètre formés de l'alliage choisi sont isolés et enroulés en un cylindre présentant les dimensions voulues et servant de noyaux<B>à</B> une bobine de charge. La fig. 4 donne une vue d'une bobine semblable com prenant un noyau<B>6</B> formé de fils d'alliage isolés, et des enroulements<B>7</B> et<B>8</B> indiqués schématiquement.
Afin de réduire la perinéa- bilité effective du noyau qui offre ordinaire ment la plus haute perméabilité voulue, ainsi que pour donner<B>à</B> la matière constitutive la constance et la stabilité désirable au point de vue de la perméabilité même si des cou rants intenses sont superposés sur le circuit de la bobine de charge,<B>le</B> noyau doit être pourvu d'entrefers<B>9</B> constitués dune matière non magnétique. Le nombre et la longueur de ces entrefers peuvent être déterminés<B>à</B> volonté. Les fils constituant le noyau peuvent être maintenus ensemble en les enveloppant d'un ruban<B>10</B> d'une matière non magnétique, suivant le procédé utilisé pour les noyaux en fil de fer.
Les sections du noyau de chaque côté des entrefers peuvent être maintenues en place d'une manière quelconque, comme par exemple au moyen de colliers<B>Il.</B>
Ordinairement la tension exercée sur les fils d'alliage lors de la formation d'un noyau de la bobine ne diminue pas sérieusement, la perméabilité. Toutefois si on le désire, les fils d'alliage peuvent être recuits par l'opération décrite ci-dessus de manière<B>à</B> amener la perméabilité de la matière<B>à</B> une certaine valeur définie, et cela avant leur isolation et leur enroulement sous forme de cylindre.
Magnetic material used for example <B> for </B> the pupinisation of electrical conductors, and <B> </B> manufacturing process. It has long been recognized that the transmission efficiency of an electric line, such as a telephone line, can be increased by artificially increasing the inductance of its circuit. The two methods ordinarily followed for this purpose are firstly the insertion of distances in distances in the circuit, of so-called load coils, and secondly the use all along the conductor constituting the circuit of an envelope formed of a magnetic body.
In both these cases, the material used to form the core of the charging coils or the casing of the conductors must have certain characteristics to achieve the desired results. These characteristics consist of high resistivity, extremely low hysteresis loss, magnetic stability or constancy of permeability with respect to conversion currents even if strong currents are superimposed on the circuit, and permeability. Very high bility perhaps the weak magnetizing forces used.
<B> '</B> Up to now <B> </B> iron has been used for the construction of the cores of the charging coils or of the casings of the telephone conductors continuously fed. These cores are generally formed of sheets of iron, or of iron wires, or of <B> f </B> er pulverized in the case of annular cores, slum that the pupinizing envelope is formed by winding a <B> wire </B> iron all along the conductor. However in these cases, or) has found that the permeability, For the magnetizing forces used is not large enough to obtain the desired inductance, and then one must resort to <B> </B> an expensive increase the diameter of the conductors.
In addition, the effective electrical resistance of the conductor is greatly increased as a result of hysteresis and eddy current gates resulting from the high conductivity of iron. The inductance that we could practically introduce by this pupinization is in reality very <B> - </B> low, and in several cases, only one fifth of the desired inductance has been reached. Consequently, the continuous pupinisation of the conductors, using iron as a magnetic material, has not been able <B> to </B> replace the use of charging coils, except in certain special cases such as for example for relatively short submarine telephone cables.
The use (Other strongly paramagnetic bodies, particularly nickel, has been proposed. One of the objections regarding <B> </B> nickel is that its permeability for weak currents generally used in electrical installations. communication, is lower than that of iron. The addition of a <B> small- </B> tite quantity of nickel to iron, about 5'l / o, has been suggested, but never received Commercial application in these kinds of installations.
The invention relates to <B> </B> a magnetic material serving for example <B> for </B> the pupination of electrical conductors, this material comprising several elements of the magnetic group. According to the invention, the material thus formed exhibits, for low inagnetizing forces, a much higher permeability than iron.
According to the process used to obtain this material, it is possible to <B> </B> develop in it a high permeability for low magnetizing forces by subjecting it to <B> </B> a treatment. by heat.
The accompanying drawing represents, <B> by </B> by way of examples, several embodiments of objects, in the construction of which between the material forming the object of the invention. Fig. <B> 1 </B> shows a pupilized electrical conductor of continuous material - by means of a single layer of the magnetic material rolled over the copper <B> wire </B> forming the core the driver; fig. 2 shows an electrical conductor continuously pupinized by means of a double layer of the magnetic material, these two layers being rolled in opposite directions on the copper wire;
fig. <B> 3 </B> is a diagram giving a series of curves showing how the conductors of fig. J. and 2 must be heat treated; fig. 4 shows a charging coil which can be inserted into a telephone circuit and obtained by means of wires formed from the material envisaged, the windings <B> of </B> the coil being indicated schematically.
The magnetic material described can be particularly used in telephone circuits where the magnetizing forces are extremely weak, since in these circuits they are seldom greater than two tenths of a Gauss and generally <B> <B> less than this value. Also in the following description, special consideration is given to the magnetic material applied <B> to </B> this kind of circuit, but it is obvious that this material can be used to power other kinds of conductors.
Contrary <B> to </B> the generally accepted theory, it is possible to combine two metals of the magnetic group, such as nickel and iron, in sufficient proportions to obtain a <B> element - </ B > magnetizable not only having extremely low hysteresis loss, and high resistivity, but also characteristics such as very high permeability for the weak magnetizing forces, mentioned, and in fact much greater than <B> </B> that of iron. These various advantages are obviously very important from the point of view of transmission.
The use of this new material makes it possible to achieve <B> </B> results which hitherto could not be achieved either by iron alone or by other combinations of elements which have <B> already < / B> been proposed. It is desirable that the percentage of iron relative to nickel is not too large, because for example if the amount of iron is greater than <B> 75 </B> '1 / o of the combination, the permeability for low forces magnetizing is less than that of iron.
The combinations of nickel and iron which produce the highest permeabilities for these weak magnetizing forces actually contain a predominant amount of ni ckel. For example, the following coin-combinations have been found to provide these desirable characteristics, and have been referred to herein as alloys for the sake of simplicity without it being rigorously determined whether they form an alloy in the strict sense of the word or simply a mixture of the constituent elements,
A. Alloy containing 70% nickel and <B> 30 </B> 11 / o iron.
B. Alloy containing <B> 55 </B> 0 / ô of nickel, - 34% of iron and 11% of chromium.
The impurities which Pon encounters in the best irons or nickels delivered by the trade must not appear seriously so as not to affect the magnetic properties of these alloys. In the second of the alloys mentioned, a third substance, which is chromium, has been added to iron and nickel in order to increase the electrical resistance of the magnetic material thus formed.
However, in applying these alloys <B> to </B> fully pupinized conductors intended for <B> </B> signaling installations, difficulties have been encountered resulting primarily from the fact that the high permeability of the new material is reduced as a result of the mechanical stress exerted during manufacture and secondly the difficulty of obtaining a uniform high permeability across the different batches of the material employed.
These various difficulties were overcome by <B> the </B> manufacturing <B> process <B> described here, and also particularly by the application of one or more several enveloping layers on the conductor, as well as by a new heat treatment of this pupinizing material after its application.
In the following description, it is assumed that the alloy used contains approximately <B> 70 </B> '/ o nickel and <B> 30 </B>' I / o iron, but obviously the process described is small. apply <B> to </B> all types of alloys considered above.
The pupinized conductor according to FIG. <B><I>1</I> </B> comprises a 2 copper wire covered with a single layer of a <B> 3 </B> tape formed from the mentioned nickel and iron alloy above. The width and thickness of the tape can be chosen according to the mechanical conditions which must be fulfilled to facilitate the winding of the tape on the <B> yarn, </B> while observing, however, that it is unnecessary to submit the tape <B> to </B> a greater force than is necessary, because this force tends <B> to </B> reduce the permeability of the pupinizing material. In practice, it has been found that a <B> wire </B> d'Lin diameter of approximately <B> 1.8 </B> mm,
gives satisfactory results if covered with a tape <B> 0.076 </B> mm thick and <B> 3.175 </B> mm wide. If such a tape, or even tapes of other thicknesses, are insufficient to give the desired <B> of </B> pupinizing weight, it is better to wrap two or more layers of tape on the conductor rather than Use a single layer of a thicker tape This is shown in Fig. 2 where an additional layer is indicated at 4.
The electromagnetic action of a series of layers, compared <B> to </B> the electromagnetic action of a single layer of thickness equal to <B> </B> the sum of the thicknesses of multiple layers, is reduce eddy current losses in the pupinized conductor. As seen in fig. <B> 2, </B> the different layers of tape are wound in alternate directions and this kind of winding is preferable not only because it offers better structure, but also because it reduces and equalizes tension which can be applied,
to ribbons as a result of some bending or twisting undergone by the pupinized conductors. From the point of view of the insulation between the copper <B> wire </B> and the first layer of tape, as well as the insulation between the successive layers of tape, the oxide which forms <B> at </B> the surface of the ribbons during the annealing operation described below is sufficient. However, if desired, the tapes can be covered with a layer of any other insulating substance.
The action of the so-called tape winding on the copper <B> wire </B>, as shown in fig. <B> 1 </B> and 2, has the result of greatly reducing the permeability of the magnetic material. This reduction is certainly due to <B> </B> the tension <B> to </B> which the tape is subjected to during winding. The high permeability of the tape which is lost by winding cannot be regained by subjecting the conductor covered with tape sort to <B> </B> the action of annealing.
If the conductor covered with the pupinizing material is annealed under a coiling condition, the highest permeability obtained in the tape by the method described can be greatly and irregularly reduced when the pupinized conductor is straightened and stranded, or otherwise stretched, for. the following steps in the formation of any kind of cable.
Such reductions in the permeability of the pupinizing material are usually greater with a re covered yarn with a single layer than with a <B> yarn </B> covered with a double layer. <B> It </B> is probable that these reductions are due <B> to </B> the traction produced on the tape when <B> the </B> conductor passes from its coiled condition <B> to </B> the condition under which it is in <B> the </B> cable.
On the other hand, in ordinary annealing operations, although these appear to be practically identical, one obtains markedly different results with respect to <B> </B> the permeability obtained for the pupinizing material, as well as with respect to <B> </B> its physical properties and <B> to </B> the susceptibility with which permeability changes. In other words, for ordinary annealing it is im possible to obtain pupinized conductors of uniform quality, either with respect to <B> at </B> the value of the given permeability <B> at </B> the pupinisante yes compared to <B> to </B> the stability of the permeability under the Indian traction which may subsequently be imposed on it.
The probable reason for these irregular and unsatisfactory results obtained by ordinary annealing follows from the following description of the described process.
In the first place, care must be taken that the conducting wires covered with tapes formed from the mentioned alloy, are annealed by stretching them in order to place them in a position stretched <B> through </B> through a furnace, c That is, the assembly formed by the conductor and the magnetic material is maintained in a certain voltage condition during the action of annealing. In addition, it is necessary that. this voltage is maintained during cooling.
In this way, the copper tape and the <B> wire </B> are annealed in practically the same condition as that subsequently occupied by the pupiiiized conductor. If after annealing these conductors are carefully wound onto coils of sufficiently large diameter, the high permeability obtained by this operation can be maintained during work interruptions occurring in the complete construction of a cable. Secondly, only certain temperatures should be used for annealing a pupinized conductor, and the duration of the operation should be well determined.
The specific characteristics of annealing vary according to the pupiniso conductor and according to the different permeabilities which it must exhibit, as results from the study of the curves of FIG. <B> 'a. </B>
Following this figure, four curves represent the changes made in the permeability of a pupinized conductor, in accordance with <B> </B> the variation in temperature and <B> with </B> the duration of the operation. annealing. These curves were determined by means of tests carried out on copper wires of approximately <B> 1,
8 </B> mm in diameter covered with two layers of a strip formed from the contemplated alloy comprising approximately <B> 70 </B> '/ o nickel and 30% iron. In these two layers, the tape is wound in two opposite directions, and it has a thickness of about <B> 0.76 </B> irim. And a width of about <B> 3.175 </ B > mm.
The curves <B> A, </B> <I> B, </I> <B><I>C</I> </B> and <B> D </B> show the relationship between the permeability obtained (range along the y-axis), and the duration of annealing (range along the x-axis) at the respective temperatures of <B> 850, 800, 750 </B> and <B> 700 </ B > degrees centigrade. In this diagram, the abscissas which represent the duration of the annealing are expressed in minutes, while the ordinates express the permeabilities for the magnetisarite forces produced by the telephone currents. From these curves it can be seen that the higher the temperature, the steeper the increase in permeability.
From the curves <B> <I> A, </I> </B> <I> B </I> and <B> C, </B> it can be seen that the prolongation of the annealing is beyond a certain time no longer produces an increase in permeability, but a decrease in it. These two facts explain the unsatisfactory results obtained when employing the ordinary method of annealing. If the temperature of the furnace is pushed <B> to </B> too great a value, excessively small changes in the duration of the operation produce large variations in the permeability obtained from the pupinic material used to cover the < B> thread </B> treated.
Regardless of the furnace temperature, the permeability increases <B> to </B> a critical value at which a change in the physical state of the pupinic material takes place if the operation time is too long. If this period is further extended, the result is a reduction in permeability. The change in physical state is such that even if the desired permeability is observed in the pupinizing material immediately after the puipinized conductor has been annealed, this permeability will be extremely likely to be reduced as a result of the stress imposed on it. during handling of the conductor resulting from the work required for the formation of a cable.
The curves shown in fig. <B> 3 </B> facilitate the choice of a desired temperature and the duration inherent <B> to </B> the annealing operation, - in order to obtain the desired permeability in the alloy covering the wire .
Regardless of the temperature chosen, the annealing time should not be extended long enough to produce the mentioned change in the physical state of the alloy. In other words, the annealing operation must be insufficient in temperature and time to change the permeability of the alloy beyond the critical value. <B> A </B> aside from this objection, it is obvious that the proper temperature of the furnace and the duration of the operation depend on the accuracy with which the temperature and time can be set, i.e. the speed with which the wire passes <B> through </B> the furnace.
It also depends on the variations allowed in the permeability of the pupinized conductor. From the point of view of economy in manufacture, it is desirable that the operation time be made as short as possible, and the temperature should therefore be chosen as high as the above-mentioned factors allow.
From the above, it is possible to determine the conditions which the annealing must present for the alloys mentioned. This means of annealing the pupinizing material of a fully covered conductor for a certain desired permeability can be very important. For example, when pupinized conductors are used in duplex cables for phantom circuits, it is necessary that these conductors be identical in terms of their physical, magnetic and electrical properties.
Although it is possible to feed conductors by means of a magnetic material having a higher permeability than that desired, and then to reduce this to <B> to </B> the desired value by means of a mechanical treatment of pupinized conductors, such as for example by subjecting them <B> to </B> bending forces, this process for obtaining uniformly pupinized conductors for telephone cables or similar cables is not satisfactory <B> to </B> cause -of the change that may occur in the physical properties of the conductor and the resulting difficulties in their stranding.
The alloy mentioned above can also be used in the case of <B> </B> the pupinization of circuits by means of charge coils, these alloys then entering into the construction of the cores of these coils. In this case, small diameter wires formed from the chosen alloy are insulated and wound into a cylinder having the desired dimensions and serving as cores <B> to </B> a charging coil. Fig. 4 shows a view of a similar coil comprising a core <B> 6 </B> formed of insulated alloy wires, and windings <B> 7 </B> and <B> 8 </B> shown schematically.
In order to reduce the effective perineability of the core which ordinarily provides the highest desired permeability, as well as to provide <B> to </B> the constituent material the desirable constancy and stability from the point of view of permeability even though intense currents are superimposed on the circuit of the charge coil, <B> the </B> core must be provided with <B> 9 </B> air gaps made of non-magnetic material. The number and length of these air gaps can be determined <B> at </B> will. The wires constituting the core can be held together by wrapping them with a tape of a non-magnetic material, following the method used for wire cores.
The core sections on either side of the air gaps can be held in place in any way, for example by means of <B> II. </B> clamps.
Usually the tension exerted on the alloy wires during the formation of a core of the coil does not seriously decrease the permeability. However, if desired, the alloy wires can be annealed by the operation described above so as <B> to </B> bring the permeability of the material <B> to </B> a certain defined value , and that before their insulation and their winding in the form of cylinder.