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Hochfrequenzspule Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf : ine Hochfrequenzspule mit einem in ihrer mittleren Öffnung angeordneten, rohrförmigen Kern aus Hochfrequenzeisen, m dem ein zweiter, Für Änderung der Selbstinduktion dienender,
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Unter"Hochfreclenzeise'i"sind alle ferromagnetischen Stoffe zu ver. tehen, die auch bei hohen Frequenzen niedrige Verluste haben.
Eine solche Spule ist der britischen Patentschrift Nr. 433366 bekannt. Sowohl der Kern als auch der Regelstift bestehen hier aus gepresstem Eisenpulver (gegeneinander isolierte Eisenteilchen).
Die Anmelderin hat gefunden, dass die in dieser Patentschrift beschriebene Spule, wenn die Flansche der Spule aus Isoliermaterial hergestellt würden, keine befriedigende Wirkung ergibt, da die durch Hinausschieben des Regelstiftes erzielbare Änderung der Selbstinduktion nur sehr gering ist, was, wie weiter unten erläutert wird, auf die verhältnismässig niedrige PermeabilitÅat (10-20) des verwendeten Hochfrequenzeisens
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Demgegenüber sind jedoch nach der Erfindung gute Ergebnisse erzielbar, wenn wenigstens der Kern, vorzugsweise jedoch auch der Regelstift, aus Hochfrequenzeisen mit einer Permeabilität :. 1. von mindestens 100 besteht und das Ende des Kernes, aus dem der Regelstift hinausgeschoben werden kann, höchstens um eine Länge gleich dem halben Durchmesser des Kernes über die Spulenwicklung vorsteht.
Besonders zweckdienlich ist gesintertes, keramisches, ferromagnetisches Material, z. B. gewisse Ferritarten.
Solche Werkstoffe haben ein ji von annähernd 400.
Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung näher erläutert, in der Fig. 1 und 2 zur Erläuterung der durch die Erfindung erzielten Wirkung dienen ; Fig. 3 ein in einem Spulensystem verwendetes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen Spule darstellt.
Die Selbstinduktion L einer Spule kann durch die Formel
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ist bekanntlich von der Länge und vom Querschnitt des Kraftlinienkreises und von der Permeabilität des in ihm vorhandenen Materiales abhängig.
Fig. 1 stellt das Kraftlinienfeld einer stromdurchflossenen Spule 7 ohne Kern dar. Bekanntlich werden in der mittleren Öffnung der Spule die Kraftlinien stark zusammengedrängt und ist der grössere Teil des magnetischen Widerstandes in dieser Öffnung und in den unmittelbar anschliessenden, in Fig 1 gestrichelt dargestellten zwei Zonen 3 und 5, beiderseits der Wicklung 1, konzentriert. Der von der Wicklung 1 und den äusseren gestrichelten Linien eingeschlossene Teil des Magnetkreises enthält 80-90"'des gesamten magnetischen Widerstandes. Indem in diesem Teil des Feldes ferromagnetisches Material (Material mit geringem magnetischen Widerstand, z. B. Eisenpulver) angeordnet wird, kann der gesamte magnetische Widerstand Rm des
Kreises auf einen Bruchteil herabgemindert und die Selbstinduktion der Spule wesentlich gesteigert werden.
Angenommen, dass 90% des magnetischen
Widerstandes in der Spulenöffnung konzentriert ist, so lässt sich, wenn man den gesamten magne- tischen Widerstand als gleich 100 beliebig ge- wählten Einheiten ansetzt, der Widerstand in der Spulenöffnung mit 90 und der Widerstand ausserhalb der Spule mit 10 Einheiten bezeichnen.
Wird in der Spule ein Eisenpulverkem f'j. etwa 15) vorgesehen, so wird der Widerstand an dieser
Stelle 90, 15= 6 und der gesamte magnetische
Widerstand 10, 6 =- 16 Einheiten. Die Selbst- induktion ist dann mit einem Faktor 100, 16 auf etwa den sechsfachen Wert angestiegen.
Besteht der Kern aus einem rohrförmigen
Kernteil und einen hineinpassenden Stift, wie in der britischen Patentschrift Nr. 433366, so kann durch Ausziehen des Stiftes der Kerndurchmesser, z. B. um 20Uu, verringert und so der magnetische
Widerstand des Kernes von 6 auf 7-5 erhöht werden. Der gesamte magnetische Widerstand des Magnetkreises steigt dabei von 16 auf 17-5, so dass in diesem Falle die Selbstinduktion um fast 900 sinken würde.
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Bei der Messung aber zeigt sich diese Änderung als wesentlich kleiner. Der Grund dafür wird an Hand der Fig. n näher erläutert.
In Fig. 2 ist in die Spule 1 ein durchbohrter Kern 7 aus Hochfrequenzeisen eingesetzt, innerhalb dessen ein passender Stift 9 aus dem gleichen Material verschiebbar ist. An einem Ende steht der Kern 7 nicht über die Spulenwicklung vor und aus diesem Kernende kann der Stift 9 nach aussen ausgeschoben werden.
Da der Kern 7 die Zone 3 grosser Kraftlinien- konzentration nicht füllt, ist die Selbstinduktion der Spule bei völlig eingeschobenem Stift 9 bedeutend kleiner, als wenn auch das Gebiet 3 vom Kerneisen ausgefüllt wäre. Durch das
Ausschieben des Stiftes 9 kann die Selbstinduktior wieder vergrössert werden, da ein Teil der Krak- linien, wie dies dargestellt ist, seinen Weg dutch den Stift nehmen wird, während der übrige Teil weniger stark zusammengedrängt wird. In dem
Masse, wie der Stift weiter ausgeschoben wird, nimmt die Konzentration der Kraftlinien in der Zone 3 ab, so dass der magnetische Widerstand geringer wird.
Aus dem Vorstehenden geht hervor, dass bei einer Einrichtung nach der durch die britische
Patentschrift Nr. 433366 gegebenen Lehre zwei einander widerstrebende Wirkungen auftreten, die sich grösstenteils kompensieren. Dies erklärt, weshalb diese Einrichtung keine befriedigende
Wirkung ergeben kann.
Doch ist dies mit einer Einrichtung möglich, bei der sich ausschliesslich die in der erwähnten britischen Patentschrift beabsichtigte Wirkung ergibt. Solche Einrichtungen sind z. B. aus den britischen Patentschriften Nr. 449450 und 450286 und aus der schweizerischen Patentschrift
Nr. 182818 bekannt, wobei an den Kemenden
Flansche aus Hochfrequenzeisen vorgesehen sind.
Nach den obigen Ausführungen ist ohneweiters klar, dass bei diesen Einrichtungen von einer
Zusammendrängung der aus dem Kern aus- tretenden Kraftlinien nicht die Rede sein kann.
Beim Ausschieben des Kernes wird also die
Selbstinduktion infolge der Verringerung des
Kernquerschnittes abnehrren.
Die vorliegende Erfindung weist einen anderen
Weg, u. zw. den, bei dem die Zusammendrängung der austretenden Kraftlinien nahe einem (oder beiden) der Kernenden benutzt wird und eine
Verminderung der Selbstinduktion infolge der
Herabsetzung des Kemquerschnittes verhütet wird. Letzteres wird durch Verwendung eines
Kernmateriales mit einem ji von wenigstens 100, i u. zw. vorzugsweise eines gesinterten, keramischen
Hochfrequenzeisens, wie Ferrit, das ein u. von annähernd 400 hat, ermöglicht.
Sind in diesem
Falle die Bedingungen derart, dass der magnetische
Widerstand in der Spulenöffnung (ohne Kern) und in den anstossenden Zonen 3 und 5,
90 Einheiten und ausserhalb derselben 10 Einheiten beträgt, so wird beim Anbringen eines Kernes mit einem ; j. von 100 der Widerstand in dem vom
Kern eingenommenen Gebiet auf 90 100
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wenigstens nahezu innerhalb des Mantels befindet. Diese Spule ist infolge des Vorhandenseins des ferromagnetischen Mantels wesentlich teurer als die erfindungsgemässe Spule und beansprucht mehr Raum.
Fig. 3 stellt eine besonders praktische, bauliche Gestaltung eines erfindungsgemässen Spulensystems mit zwei gegenseitig gekoppelten Spulen dar, die in bezug auf die Gestalt der wirksamen Teile der Spule nach Fig. 2 entsprechen. Bei der Bauart nach Fig. 3 ist die Wicklung 1, z. B. durch Kitt, in einem passenden, zylindrischen Gehäuse 11 befestigt, das aus Pressmaterial hergestellt sein kann. Die Stirnfläche der Wicklung 1 und das Ende Kernes 7 - dessen Stirnfläche sich mit der Stirnfläche der Wicklung 1 deckt-liegen an der Bodenwand 12 der. Gehäuses 11 an. In diesem Boden ist eine mittlere Öffnung 73 ausgespart, durch die der Regelstift 9 hindurchgehen kann.
Das Ende dieses
Stiftes ist in einem kurzen Schraubenbolzen 15 aus nichtmagnetischem Pressstoff befestigt, der in einem äusseren, rohrförmigen Ansatz 17 der
Bodenwand 12 schraubbar geführt ist. Das zylindrische Gehäuse 11 ist gemeinsam mit dem
Gehäuse 11'der zweiten Spule als Ganzes mit einer langgestreckten, mit einer rinnenförmigen
Vertiefung versehenen Platte 19 gepresst, die als
Träger für die beiden Spulen dient, wobei öle
Spulenachsen senkrecht zur Trägerplatte ver- laufen. Eines der Enden der Platte 19 ruht in einer Nut 21 in der oberen Stirnplatte einer metallenen Abschirmdose 23, während das andere
Ende der Platte 19 in einer entsprechenden Nut im isolierenden, mit Anschlusszungen 24 ver- sehenen Fuss 25 des Spulensystems befestigt ist.
Die Dose 23 ist mit Öffnungen 29 versehen, durch welche hindurch die Kerne 9 mittels eines Schraubenziehers einstellbar sind.
Die Platte 19 dient auch dazu, die Zuführungs- drähte der Anschlusszungen 24 zu den beiden
Spulen voneinander getrennt zu halten. Dies ist erwünscht, da die Spulen in manchen Fällen, z. B. bei der Verwendung als Zwischenfrequenz- bandfilter, in einem Überlagerungsempfänger ver- schiedenes Gleichspannungspotential haben. Die Plane 19) welche die Dose 23 in zwei Teile zerlegt, schliesst gegenseitige Berührung von verschiedenen Spannungen führenden Ver- bindungsdrähten aus und sichert einen genügenden
Abstand zwischen diesen Drähten, wodurch auch die Leitungskapazität innerhalb zulässiger
Grenzen gehalten wird.
Die Spulen sind mittels eines Stiftes 27, vorzugs- weise gleichfalls aus Ferrit, magnetisch mit- einander gekoppelt, wobei der Stift einen Teil der Kraftlinien von der einen zu der anderen
Spule führt. Der Stift 27 ist z. B. durch ein
Stückchen Klebeband an der Platte 19 befestigt.
Durch Wahl der Länge oder der Lage dieses
Stiftes kann die Kopplung der Spulen auf den richtigen Wert eingestellt werden.
Die Abmessungen der Wicklung und des
Kernes sind in Fig. 3 in Millimeter angegeben.
Der Kern und der Regelstift bestehen vorzugs- weise aus gesintertem (keramischem) ferromagnetischem Hochfrequenzeisen, z. B. Ferrit, von der in der französischen Patentschrift Nr. 887083 beschriebenen Art. Dieses Material hat eine besonders hohe Permeabilität (annähernd 400). Dies bewirkt, dass der dünne Regelstift trotz des kleinen Eisenquerschnittes dennoch einen geringen magnetischen Widerstand aufweist. Dies ist erwünscht, da sonst der ausgeschobene Regelstift nur von einem geringen Kraftlinienfluss durchsetzt wäre und die Selbstinduktion infolge des Ausschiebevorganges nur wenig grösser werden könnte.
Ausserdem ist ferrit ein verhältnismässig festes Material, das sich zur Herstellur" de-Kerne und Stifte mit den angegebnen, besonders geringen Ab- messungen gut eignet.
Bei der Verwendung des Ferrits-das einen hohen Leitwiderstand hat-als Kemmaterial, ist es möglich, die Spulen ohne irgendwelche besondere Zwischenisolierschicht unmittelbar auf den Kern aufzuwickeln, vorzugsweise mäanderförmig, wobei die Spule keine Stirnflansch benötigt. Dies hat verschiedene Vorteile : es ist kein Spulenkörper erforderlich und zudem kann, infolgedessen, die Spulenwicklung und somit auch deren Verlistiderstand weitgehendst klein sein. Beim Wickelvorgang müssen jedoch die beiden Kemenden wenigstens um etwa 1 mm über die Spule vorstehen, um zu vermeiden, dass der Draht vom Kern abläuft. Die Anmelderin hat jedoch gefunden, dass nach Imprägnieren der
Spule-wobei die Spule und der Kern gemeinsam in ein Imprägniermittel, z. B.
Wachs, getaucht werden-es unbedenklich möglich ist, den
Kern in die Spule hineinzudrücken, bis eines der Kemenden in einer Stirnfläche der Spule liegt.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Hochfrequenzspule mit einem in ihrer mittleren Öffnung angeordneten, rohrförmigen
Kern aus Hochfrequenzeisen, in dem ein zur Än- derung der Selbstinduktion dienender Regelstift aus Hochfrequenzeisen verschiebbar angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens der
Kern aus Hochfrequenzeisen mit einer Perme- abilität von mindestens 100 besteht, und das
Ende des Kernes, aus dem der Regelstift hinaus- geschoben werden kann, höchstens um eine
Länge gleich dem halben Durchmesser des Kernes über die Spulenwicklung vorsteht, so dass die
Selbstinduktion beim Ausschieben des Regelstiftes wächst.