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Streuungsarme Spulen für Hochfrequenz oder Hörfrequenz.
Es ist bekannt, streuungsarme Spulen, das sind solehe Spulen, deren Magnetfeld im wesentlichen innerhalb der Spulen verbleibt, entweder als Toroidspulen zu bauen oder aus mehreren Einzelspulen zusammenzusetzen, die mit parallelen Achsen nebeneinander angeordnet und so gewickelt sind, dass die aus einer Teilspule austretenden magnetischen Kraftlinien in benachbarte Teilspulen hineingezogen werden.
Die Erfindung entspringt einerseits der Erkenntnis, dass es beim Bau von streuungsarmen Spulen wichtig ist, auf die Erzielung möglichst homogener Magnetfelder zu achten, da die Zusammendrängung von magnetischen Kraftlinien an einzelnen Stellen zu grösseren Verlusten in der Spule führt, anderseits ist es wesentlich, dass der Anteil der gegenseitigen Induktion benachbarter Einzelspulen (Spulenschenkel) an der Gesamtinduktion gross ist. Es sind auch streuungsarme Spulen bekannt, bei denen dies zutrifft (z. B. Brit. Patent Nr. 264. 897), jedoch entsprechen die bekannten Spulen nicht der Forderung nach homogener Feldverteilung, weil eine Zusammendrängung der Kraftlinien an einzelnen ausgezeichneten Punkten stattfindet.
Die Erfindung ermöglicht es, die beiden erwähnten Vorteile (homogene Feldverteilung und grosse gegenseitige Induktion der Schenkel) zu vereinigen. Es werden im wesentlichen rechteckige oder trapez-
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induktion durch die gegenseitige Induktion der Einzelspulen voll in Erscheinung treten.
Durch diesen Aufbau der Spulen und die dadurch bedingte Streuungsarmut ist es fernerhin auch möglich, bei Verwendung dieser Spulen in Radio-Sende-und Empfangsanlagen als Abschirmmittel nur dünne Metallfolien zu verwenden und diese auch in geringem Abstand von den Spulen anzubringen, ohne dass in den Schirmen besondere Verluste auftreten, so dass keine zusätzliche Verlustdämpfung für die Spulen entsteht. Auch die Verwendung von Metallgittern als Abschirmmittel wird möglich, wobei elektromagnetische Störkopplungen weitgehend vermieden sind.
Zur Erhöhung der gegenseitigen Induktion sollen so viele Windungsteile benachbarter Einzelspulen als möglich in geringem Abstand parallel oder nahezu parallel gefÜhrt werden. Dieses Ziel wird
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(senkrecht zu den magnetischen Kraftlinien) erreicht, wobei, die Längsseiten der beiden Schenkelquerschnitte in geringem Abstand parallel oder nahezu parallel geführt sind, oder aber durch Verwendung mehrschenkeliger Spulen, besonders aber durch Verwendung mehrsehenkeliger Spulen mit langgestreckten Einzelschenkeln. Es ist bereits bekannt, bei zweischenkeligen Spulen Windungsteile der beiden Spulenschenkel untereinander magnetisch zu verketten, doch war dies nur in einem geringen Ausmass der Fall, wodurch die erstrebten Wirkungen nur teilweise erzielt werden konnten.
Es wurde daher erfindunggemäss das Verhältnis der Länge der einander zugekehrten und parallel oder nahezu parallel geführten Wicklungsteile zur Gesamtwindungslänge eines Querschnittes bei zweischenkeligen Spulen grösser als 40% gemacht.
Ausserdem ist die räumliche Einschränkung der Streuung auch von der Höhe der Spulen abhängig, so dass bei gegebenem Selbstinduktionskoeffizienten die Bauhöhe der Spule möglichst niedrig gehalten
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werden, wodurch abhängig vom Verhältnis der einander zugekehrten'Windungen zur Gesamtwindungslänge eine weitere räumliche Einschränkung der Streuung erzielt wird.
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes dargestellt, u. zw. sind die Fig. 1, 2,3, 4,5, 6 und 7 Grundrisse von Spulen, die senkrecht zur Zeichenebene (Querschnittsebene), d. h. in der Richtung der magnetischen Kraftlinien eine gewisse Höhe besitzen, wobei die Achsen der Einzelspulen geradlinig und untereinander parallel sind. Die Fig. 8 und 9 sind Schnitte von Doppeltoroidspulen mit Ebenen senkrecht zur Richtung des magnetischen Feldes. Hiebei sind die magnetischen Achsen der toroidförmigen Einzelspulen konzentrische Kreise.
Bei der zweischenkeligen, streuungsarmen Spule nach Fig. 1 beträgt das Verhältnis h : (2h+2b) der mit einer Spulenseite des anderen Schenkels in geringem Abstand parallel geführten Spulenseite einer Teilspule zur gesamten Windungslänge dieser Teilspule etwa 44%. Die erwähnte Langseite h eines Sehenkelquerschnittes, die mit einer Seite der anderen Teilspule in geringem Abstand parallel geführt ist, ist das 7"/2fauche der Schmalseite b.
Bei mehrschenkeligen Spulen ist es grundsätzlich möglich, dass jeder einzelne Spulenschenkel für sich gewickelt wird und dass die fertig gewickelten Schenkel derart untereinander verbunden werden, dass benachbarte Schenkel verschiedene Polarität aufweisen, so dass die aus einem Spulenschenkel austretenden magnetischen Kraftlinien sofort in die Nachbarschenkel hineingezogen werden, oder es ist auch möglich, nach Art der Fig. 7 alle Schenkel auf einmal zu wickeln, so dass in der Schaltung aufeinanderfolgende Windungsteile zu verschiedenen Spulenschenkeln gehören.
Die Fig. 2 zeigt eine dreischenkelige Spule, wobei die Spulenachsen der drei Teilspulen (Schenkel) senkrecht zur Bildebene verlaufen und beispielsweise einem auf dem mittleren Schenkel befindlichen Nordpol zu beiden Seiten je ein Südpol der beiden anderen Teilspulen zugeordnet ist.
Gemäss Fig. 3 sind um den mittleren prismatischen Hauptschenkel an den vier Seitenflächen Nebenschenkel angeordnet, die untereinander magnetisch gleichsinnig geschaltet sind und gemeinsam den Rückschluss des- Magnetfeldes des Mittelschenkel bilden. Auch hier ist die Querschnittsfläche des
Mittelschenkel grösser als die eines Nebenschenkels, womit eine homogene Feldverteilung bezweckt wird.
Die Fig. 4 zeigt eine in vielfacher Hinsicht sehr zweckmässige Ausführungsform der Erfindung.
Rechteckige (parallelepipedische) Einzelspulen sind in grösserer Zahl mit parallelen Spulenachsen und in geringem Abstand parallel geführten Langseite, deren Anteil an der Gesamtwindungslänge in der Fig. 4 zirka 68% beträgt-dieses Verhältnis kann mehr als 80% erreichen-, derart aneinandergereiht, dass eine parallelepipedische Gesamtspule entsteht.
Unter Umständen ist es bei der Anordnung nach Fig. 5 mit trapezförmigen Einzelspulen, die so mit parallelen Spulenachsen aneinandergereiht sind, dass die Gesamtspule bogenförmig wird, möglich, sich gegebenen Raumverhältnissen besser anzupassen als bei der Anordnung nach Fig. 4, oder es bieten sich bei Anwendung solcher Spulen in Kopplern hinsichtlich der Veränderbarkeit des Kopplungsgrades
Vorteile.
Sowohl bei der Ausführung gemäss Fig. 4 als auch gemäss Fig. 5 sind die benachbarten Spulen- schenkel magnetisch so gerichtet, dass in den zwei Ebenen, welche je durch die Kopfenden der Spulen- schenkel senkrecht zur Hauptrichtung der magnetischen Kraftlinien gelegt gedacht werden können, abwechselnd, von Spulensehenkel zu Spulensehenkel, ein Nordpol und ein Südpol aufeinander folgt.
Dabei sind. die beiden äussersten Spulenschenkel magnetisch relativ zueinander gleich gerichtet, wenn, wie in den Figuren, die Schenkelzahl eine ungerade Zahl ist. Es wird also in der einen der oben erwähnten
Ebenen ein Nordpol, in der andern ein Südpol mehr aufscheinen, als Südpole bzw. Nordpole vorhanden sind.
Dabei kann der Querschnitt jedes der beiden äussersten Spulenschenkel bloss die Hälfte des Querschnittes der ihnen je gegenüberstehenden benachbarten Spulenschenkel betragen, da die äussersten Spulenschenkel bloss das halbe Magnetfeld der benachbarten Spulenschenkel zu führen brauchen.
Die Fig. 6 zeigt eine mit Fig. 5 verwandte Anordnung, bei der trapezförmige Einzelspulen, die nach den in der Figur eingezeichneten Pfeilen abwechselnd im Uhrzeigersinn und entgegen dem Uhr- zeigersinn vom Strom durchflossen werden, derart aneinandergereiht sind, dass die Gesamtspule ringförmig wird.
Fig. 7 zeigt eine Spule der grundsätzlichen Anordnung nach Fig. 6, bei deren Herstellung die einzelnen Schenkel nicht jeder für sich, sondern vielmehr alle gleichzeitig gewickelt werden, indem der
Leiter im Kreis herum abwechselnd nach aussen und nach innen geführt wird, so dass er Windungsteile benachbarter Spulenschenkel bildet.
In den Fig. 8 und 9 schliesslich sind Ausführungsbeispiele zweier konzentrisch ineinander oder übereinander gelagerter, abgeflachter Toröidspulen dargestellt. Auf diese Art wird gleichfalls das Ver- hältnis der gegenseitigen Induktion in der Gesamtselbstinduktion der Spule wirksam erhöht. Natur- gemäss kann die Anzahl der magnetisch verketteten Toroidspulen beliebig erhöht werden, oder es können auch Segmentteile solcher Spulen zur Anwendung gelangen.
Die erfindungsgemäss ausgebildeten Spulen gestatten eine einfache Kopplungsregelung durch
Parallelverschiebung der Kopplungsspulen zueinander, wobei bereits ganz geringe Verstellwege der
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Kopplungsspulen eine ausgiebige Regelung ermöglichen. Die für die Kopplungsregelung erforderliche Weglänge der Verschiebung bzw. der Verdrehung der Kopplungsspulen (Verdrehung bei koaxialer Spulenanordnung) bei Spulen nach Fig. 6 und 7 wird umso kleiner, je geringer die Breite der Polschenkel ist.
Spulen dieser Bauart eignen sich als verlustarme und extrem streuarme Abstimmdrosseln. Das Verwendungsgebiet der Spulen gemäss der Erfindung kann naturgemäss nicht auf Radiogeräte und Wellen- messer eingeschränkt werden, sondern erstreckt sich auch auf Messinstrumente, medizinische Apparate, physikalische Apparate aller Art usw.
PATENT-ANSPRÜCHE : 1. Streuungsarme Spulen für Hochfrequenz oder Hörfrequenz, die aus zwei oder mehreren Einzelspulen (Schenkeln) bestehen, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzelspulen im wesentlichen rechteckige oder trapezförmige Querschnitte in der Richtung senkrecht zu den magnetischen Kraftlinien besitzen, wobei das Verhältnis der in geringem Abstand parallel oder nahezu parallel geführten Windungsteile benachbarter Schenkel zur totalen Windungslänge eines Schenkels grösser als 40% ist.