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Anordnung zur Veränderung der Selbstinduktion einer Spule.
Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Veränderung der Selbstinduktion einer
Spule, bei welcher die Spule und ein elektrisch leitender Körper gegeneinander bewegt werden ; die Anordnung ist besonders zur Abstimmung von Hochfrequenzkreisen geeignet.
Zur Abstimmung von Kopplungs-und Selektionskreisen, die über einen besonders grossen Fre- quenzbereich abstimmbar sein sollen, z. B. für Fernsehempfänger mit einem Abstimmbereich von 40 bis 90 Megahertz verwendet man Systeme mit fester kapazitiver Reaktanz und einer einstellbaren Induktivitätseinheit, da solche Anordnungen die grösstmögliche Gleichmässigkeit der Resonanzleistung auf dem gesamten Abstimmbereich aufweisen und für die Übertragung eines breiten Frequenzbandes besser geeignet sind.
Die bekannten Anordnungen zur Veränderung der Selbstinduktion einer Spule lassen sich nach zwei Haupttypen unterscheiden :
1. Anordnungen, die aus einer Spule und einem zugeordneten einstellbaren Schirm bestehen,
2. Variometer-Konstruktionen, d. h. zwei gegeneinander verstellbare Spulen.
Die bisher benutzten Induktivitäts-Abstimmungseinheiten des ersten Typs gestatteten meist nur eine ziemlich geringe Induktivitätsvariation und wiesen konstruktive Mängel auf, die ein bequemes
Justieren ihres Einstellbereiches und die Verwendung dieser Einheiten für mehrere mechanisch gekoppelte, gleichzeitig abzustimmende Kreise sehr erschwerten. Die Induktivitäts-Abstimmungseinheiten des zweiten Typs zeigen ebenfalls erhebliche Mängel, die durch ihre konstruktive Ausführung bedingt sind. Sie besitzen entweder spiralförmige Verbindungen zu dem beweglichen Teil der Einheit oder
Gleitkontakte zwischen dem beweglichen Teil und den zugehörigen Klemmen. Durch die spiralförmigen Verbindungen erhält die Abstimmungseinheit zusätzliche Variable und unbestimmbare Induktivitäten und Kapazitäten.
Der Kontaktwiderstand eines Gleitkontaktes ist ebenfalls eine unbestimmbare
Grösse und bildet eine Störungsquelle.
Die Erfindung schafft nun eine bedeutend vervollkommnete abstimmbare Induktivitätseinheit, die ohne Schwierigkeiten mit einer oder mehreren weiteren genau gleich veränderlichen abstimmbaren Induktivitätseinheiten zu einem gemeinsamen Abstimmungsmechanismus gekoppelt werden kann.
Die Konstruktion dieser Abstimmeinheit soll ausserdem weder Gleitkontakte, noch spiralförmige Verbindungen enthalten.
Zu diesem Zweck sind die Spule und ein elektrisch leitender Körper auf einem bogenförmigen Wege, dessen Mittelpunkt ausserhalb der Spule liegt, gegeneinander derartig beweglich angeordnet, dass sie in der einen Grenzlage voneinander entfernt und in der andern Grenzlage wie Röhrenteile eines Teleskopes ineinander bzw. übereinander geschoben sind ; ferner sind zur Einhaltung eines möglichst geringen wirksamen Abstandes der beiden Teile voneinander in der zuletzt genannten Grenzlage die Gestalten der einander gegenüberliegenden Oberflächenteile der Spule und des Schirmes mit Rücksicht auf die Krümmung des Bewegungsbogens einander so angepasst, dass sie mindestens an einem Ende der Spule einen möglichst kleinen Abstand voneinander haben.
Wenn man eine veränderliche Induktivität als Abstimmelement in einem Hoehfrequenzschwingungskreis verwendet und dabei einen möglichst grossen Frequenzbereich durch die Veränderung dieses Abstimmelementes überdecken will, so ist es besonders wichtig, den Variationsbereich der veränderlichen Induktivität in der Richtung kleiner Induktivitätswerte möglichst weit auszudehnen. Das
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Problem der Induktivitätsabstimmung über einen sehr weiten Frequenzbereich spezialisiert sich also zu dem Spulenproblem, die Anfangsinduktivität sehr klein zu halten.
Auf den besonderen Fall der Induktivitätsänderung durch einen leitenden Hilfsschirm bezogen bedeutet dies, dass in der einn Grenzlage des Schirmes, welche der kleinsten Induktivität entspricht, eine möglichst enge Kopplung zwischen der Spulenwicklung und dem Schirm vorhanden sein muss, um die Spuleninduktivität bis zu der praktisch erreichbaren Grenze herabzusetzen. In der andern
Grenzlage sollen Schirm und Spulenwicklung vollständig voneinander entkoppelt sein, so dass die natür- liche Induktivität der Spule als Maximalinduktivität vorhanden ist.
Ausser der soeben besprochenen Bedingung einer möglichst kleinen Anfangsinduktivität und damit einer möglichst engen Kopplung in der zugehörigen Grenzlage zwischen Spule und Schirm, welche gewisse konstruktive Folgerungen nach sich zieht, ist auch noch eine andere konstruktive Bedingung für eine praktisch anwendbare Anordnung einzuhalten, welche von der Anordnung nach der Erfindung erfüllt wird ; es hat sich bei praktischen Versuchen nämlich herausgestellt, dass-besonders im Gebiet sehr kurzer Wellen-nur eine Konstruktion verwendbar ist, bei welcher die Induktivitätsänderung durch eine Drehbewegung eines Bedienungsgriffes bewirkt wird.
Dabei sollen erfindungsgemäss zwischen dem Drehknopf und den beweglichen elektrisch wirkenden Teilen keine Glieder zur Umformung der
Bewegung-etwa in eine Parallelverschiebung - vorgesehen sein, um toten Gang oder ähnliche
Störungen, welche derartige Getriebe mit sich bringen, auszuschalten. Entsprechend der Erfindung wird daher das bewegliche Element auf einem Bogen geführt, dessen Achse ausserhalb der Spule liegt, wo demnach eine feste Drehachse angebracht sein kann.
Bei den besonderen Ausführungsformen der Erfindung ist, um einen möglichst kleinen Abstand zwischen dem im Bogen beweglichen Schirm und der Spule zu erreichen, entweder die Innenfläche des Schirmes oder die Oberfläche der Spule konisch ausgebildet. Auch können Anschläge und Stell- schrauben vorgesehen sein, durch welche es bei einer besonderen Konstruktion möglich ist, die Minimal- induktivität der Einheit zu verändern, ohne dabei die Maximalinduktivität wesentlich zu beeinflussen.
In Fig. 1 ist die mechanische Anordnung und Kupplung der Abstimmungseinheiten 35, 36 und 37 gezeigt. Jede der Einheiten besitzt eine Spule 41, die auf dem einen Ende eines aus Isoliermaterial bestehenden Spulenkörpers 42 montiert ist. Das andere Ende des Spulenkörpers ist mit einer Grund- platte 43 fest verbunden, welche eine Wand eines Abschirmungsbehälters darstellen kann. Um den
Induktivitätswert jeder der Wicklungen 41 zu variieren, sind nichtmagnetische Schirme 44 aus gut leitendem Material, z. B. Aluminium, Messing oder Kupfer vorgesehen, die bis über die Wicklungen 41 bewegt werden können, u. zw. mittels einer Achse 46, die in den Haltern 47 drehbar angeordnet ist ; die Schirme 44 werden an der Achse 46 durch Hebel 48 und verstellbare Körper 45 befestigt.
Die Halter 47 sind vorzugsweise starr an der Grundplatte 43 montiert, damit ein einheitlicher Aufbau geschaffen wird. In Fig. l sind die Schirme in ihren Stellungen für maximale Induktivität durch voll ausgezogene
Linien und durchgestrichelte Linien in ihren Stellungen für Minimalinduktivität dargestellt.
Die drei in Fig. 1 gezeigten Einheiten sind von gleicher Konstruktion ; ihre Einzelheiten sind in Fig. 2 dargestellt. In Fig. 2 ist gezeigt, dass das Ende des Spulenkörpers 42, das das Formstück der
Spule 41 bildet, mit einer Bohrung versehen ist, in der sich ein magnetischer Kern 50 befindet. Das
Ende der Bohrung ist durch einen Pflock 51 verschlossen, um den Kern 50 in der Vertiefung zu halten.
Die Enden der Spule 41 führen zu den Klemmen 52 und 53. Der Hebel 48 ist mit dem Körper 45 durch
Schrauben 54 verbunden und besitzt Bohrungen von grösserem Durchmesser als die Schraubenschafte, damit eine Einstellung des Schirmes 44 radial und axial in bezug auf die Achse 46 möglich ist und dadurch die Lage des Schirmes gegenüber der Spule einreguliert werden kann. Eine dritte Einstellung erfolgt durch Lösen der Schrauben 55, wodurch die Körper 45 an der Achse 46 gedreht werden können und damit auch eine Veränderung der einstellbaren Minimalinduktivität möglich ist. Weiterhin kann der Eisenkern 50 durch eine Schraube 50a eingeschraubt in eine Zwischenlage 506, axial verstellt werden.
Durch eine Verstellung des Kerns 50 lässt sich die maximale Induktivität der Einheit erhöhen, ohne ihre minimale Induktivität merklich zu verändern, so dass also der Bereich der Induktivitäts- variation vergrössert wird. Diese verschiedenen Einstellungen sind wichtig, wenn zwei oder mehr Ein- heiten für Einknopfbedienung zusammengefasst sind, um die korrekte Frequenzbegrenzung der einzelnen abstimmbaren Systeme vorzunehmen. Ein Vorsprung 57 am Ende des Spulenhalters 42 dient als
Anschlag für den engeren Teil der Sehirminnenfläche, um die Lage des Schirmes zu der Spule genau zu begrenzen.
Das Hochpotentialende der Spule ist vorzugsweise so angeordnet, dass es den grössten
Abstand vom Schirm in der Stellung der Maximalkopplung hat, wodurch die wirksame Kapazität zwischen dem Schirm und der Wicklung und deren Variation bei Bewegung des Schirmes ver- mindert wird.
Die Vorteile einer einstellbaren Induktivitätseinheit, in welcher eine enge Anpassung zwischen einem Schirm und einer Spule ohne irgendeine merkbare Reibung zwischen ihnen vorhanden ist, wurden bereits erläutert. In der oben beschriebenen Einheit werden diese Bedingungen durch geeignete An- passung der Form der Innenfläche des Schirmes 44 an die Form der zugeordneten Spule 41 durch die
Grösse des Radius d des durch den Mittelpunkt des Schirmes 44 beschriebenen Bogenweges, wenn er in bezug auf die Spule 41 bewegt wird und durch die Stellung der Achse 46 erfüllt.
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Z. B. in der in Fig. 2,-gezeigten Anordnung wird maximale Kopplung zwischen dem Schirm und der Spule bei vollständig über die Spule geschobenem Schirm ohne irgendwelche merkbare Reibung zwischen diesen Elementen während jeden Teils der relativen Bewegung zwischen ihnen durch Ein- stellung der Achse 46 in einer zur Achse der Spule 41 senkrechten Ebene und durch Hindurchgehen durch ihre Längsschnittmitte erreicht und indem der Radius d des Bogenweges annähernd viermal so gross gewählt wird, wie der Durchmesser der Spule 41. Jedoch sollte der Zwischenraum zwischen der Spule 41 und dem Schirm nicht auf einen so kleinen Wert vermindert werden, dass die Kapazität zwischen der Spule und dem Schirm die Gesamtkapazität des Kreises, von welchem die Induktivitäts- einheit ein Teil ist, wesentlich erhöht.
In Fig. 3 ist die Anordnung der Fig. 2 schematisch dargestellt. Es kann gezeigt werden, dass der kleinste erzeugende Winkel x der konischen Innenfläche 56, der noch angewendet werden kann, ohne dass eine Berührung zwischen der Spule und dem Schirm während irgend eines Teiles der Bewegung stattfindet, festgelegt ist durch die Tangente an der oberen rechten Ecke der Spule zum Bogen e, der als Mittelpunkt o die Mitte der Drehachse des Schirmes hat, dessen mittlerer Radius durch f bezeichnet ist. Der erzeugende Winkel x ist gleich dem Winkel y zwischen dem Radius, der durch die Längs- schnittmitte der Spule hindurchgeht und dem Radius e, der sich von der oberen rechten Ecke der Spule erstreckt.
Wenn man einige Ausdehnungen der Form über das Ende der Spule hinaus vernachlässigt und annimmt, dass die Drehung des Schirmes in einer zur Spulenachse senkrechten Ebene liegt, und durch ihre Längsschnittmitte hindurchgeht, kann dieser Winkel durch die Gleichung bestimmt werden :
EMI3.1
wobei a = Radius der Spule und b = halbe Länge der Spule.
Im Betrieb verursacht das primäre magnetische Feld, das durch den Strom in der Spule 41 erzeugt wird, Wirbelströme im Schirm 44 ; diese Ströme erzeugen ein zweites magnetisches Feld. Dieses zweite magnetische Feld befindet sich in entgegengesetzter Phase gegenüber dem ersten Feld und vermindert daher die Induktivität der Spule. Durch Veränderung der relativen Lage des Schirmes zu der Spule wird die relative Stärke der beiden magnetischen Felder und damit auch die Induktivität der Spule 41 verändert.
Die Bedeutung der Anwendung eines Eisenkernes in dieser Anordnung liegt darin, dass zum Zwecke der Anpassung an andere Abstimmungskreise durch axiale Einstellung des Kernes 50 die Maximalinduktivität der Einheit eingestellt werden kann, ohne merklich auf die Minimalinduktivität der Einheit einzuwirken. Ausserdem wird durch Einführen eines magnetischen Kerns das Verhältnis der maximalen zur minimalen Induktivität bedeutend erhöht, wobei die Minimalinduktivität nur unwesentlich vergrössert wird.
Obgleich die Erfindung unter Bezugnahme auf die besondere in Fig. 1 und 2 gezeigte Form der Abstimmungseinheit beschrieben worden ist, ist es klar, dass verschiedene Formveränderungen vorgenommen werden können, um die oben auseinandergesetzten gewünschten Eigenschaften zu erzielen. Daher ist in Fig. 4 eine Abänderung verschiedener Elemente, die in der Einheit der Fig. 2 enthalten sind, dargestellt, deren Unterschied hauptsächlich in der Form der Spule 41 liegt. Die Spule der Fig. 4ist einlagig von konischer Form, damit sie mit der konischen Innenfläche des Schirmes 44 übereinstimmt. Bei dieser Konstruktion ist der Kern 50 ebenfalls konisch, und der Spulenkörper -42 ist unterteilt, u. zw. ist er mit einer Kappe 42a versehen, die an denHauptteil angesetzt ist und den Kern 50 in seiner Lage hält.
Bei dieser besonderen Bauart der Spule und der Innenfläche des Schirmes kann ausserordentlich enge Kopplung zwischen den beiden erhalten werden, so dass eine besonders schnelle Variation der Induktivität der Spule während relativer Bewegung zwischen den zwei Elementen eintritt, vor allem während des Teiles der Bewegung, wo die Kopplung annähernd maximal ist.
In Fig. 5 ist eine zweite Abänderung der Bauart der Fig. 2 gezeigt, in welcher die Spule 41 eine konische Oberfläche hat und mit einem Schirm 44 zusammenwirkt, der eine zylindrische Innenfläche hat. Bei dieser Konstruktion ist der Spulenkörper 42 ebenfalls mit einem Anschlag 57 versehen, der durch eine Schraube 58 axial eingestellt werden kann und die Bewegung des Schirmes in Richtung auf die Stellung der maximalen Kupplung begrenzt.
Diese Vorrichtung erlaubt eine Einstellung der Minimalinduktirität der Abstimmungseinheit, ohne auf ihre Maximalinduktivität erheblich einzuwirken und dient ebenfalls zur Anpassung des Frequenzganges dieser Induktivitätseinheit an den Frequenzgang anderer variabler Induktivitäten, die durch einen gemeinsamen Antriebsmechanismus bedient werden soll.
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