Hochfrequenzabstimmspule mit magnetischem Kern für Rundfunk-Empfänger. Die Entwicklung der Rundfunkübertra gung und die damit verbundene Steigerung der Anzahl der Sender brachte es mit sich, class der Selektivität der Radioempfangsappa- ra.te erhöhte Beachtung zugewendet werden musste. Für die Erzielung einer guten Trenn schärfe ist das Vorhandensein verlustarmer Schwingungskreise die entscheidende Forde rung.
Die Verwendung hochwertiger Litzen- drahtspulen in den modernen Empfangsappa raten wurde erschwert durch die Grösse und die hohen Herstellungskosten, vor allem aber durch die erforderliche Abschirmung der Streufelder, mit der stets eine Erhöhung der Dämpfung parallel ging, wenn man nicht zu übergrossen Dimensionen gelangen wollte. Dieses Dilemma liess eine grundsätzliche Lö sung nicht zu, es blieb für den Techniker nur übrig, entweder grosse und verlustarme oder kleine und verlustreiche Spulen zu ver wenden.
Eine grundsätzliche Lösung schien die Verwendung von magnetischen Kernen, wie sie etwa für die Herstellung von so- genannten Pupinspulen benötigt werden, zu bieten. Aber trotz der vielen Versuche, die unternommen wurden, um die hier gewon nenen Erfahrungen auf das Rundfunkgebiet, das mit Frequenzen arbeitet, die etwa tau sendmal höher sind, zu übertragen, wurden noch keine befriedigenden Resultate erzielt.
Erst durch meine Arbeiten wurden in der letzten Zeit Massekerne hergestellt, die sich für Hochfrequenzzwecke, insbesondere für die Herstellung von Radioeinzelteilen, schon gut eigneten. Der Verwendung derartiger Spulen in Radiogeräten standen aber ihre immer noch beträchtliche räumliche Ausdeh nung, ihre technisch zu schwierige und teuere Herstellung, das hohe Magnetkerngewicht und die immer noch zu hohen Verluste ent gegen.
Die vorliegende Erfindung löst das Pro blem einer in jeder Weise für den Bau von Radiogeräten geeigneten Magnetkernspule für den Rundfunkwellenbereich von 200 bis 600 m und selbstverständlich auch für den Langwellenbereich.
Wie erwähnt, waren die bisher benutzten Magnetkernspulen immer noch von einer nicht unerheblichen Grösse, und zwar wurden Toroidspulen, wie in der Pupinspulentechnik üblich, mit einem Durchmesser von etwa 5 cm und einem Kerngewicht von etwa 60 g verwendet. Diese Spulen schienen das nun mehr erreichte Minimum an möglicher Klein heit von Empfängerspulen darzustellen.
Eine weitere Verkleinerung schien nur auf Kosten einer Erhöhung der Verluste möglich, denn aus den bei Luftspulen gemachten Erfah rungen, sowie aus den Erfahrungen im Transformatorenbau, war es bekannt, dass die Höhe der Verluste mit der Verkleinerung der Spule bezw. des Magnetkernes parallel ging.
Gegenüber dieser herrschenden Anschau ung, die dazu führte, dass längere Zeit nach Schaffung eines geeigneten Magnetstoffes Spulen der gekennzeichneten Dimensionen verwendet wurden, beruht vorliegende Erfin dung auf der grundsätzlich neuen Erkennt nis, dass gerade durch eine Verkleinerung des Magnetkernes und der Spulendimensio- nen die Verluste verkleinert werden können. Auf diese Weise war es möglich, eine Spule zu bauen, die bei Einhaltung des erforder lichen Selbstinduktionswertes und bei sehr kleinen Verlusten viel kleiner ist und ent sprechende geringe Material- und Herstel lungskosten erfordert.
Ein weiterer Vorzug einer solchen verkleinerten Spule besteht darin, dass auch das- Streufeld entsprechend kleiner, ist und die Spule daher nicht abge schirmt zu werden braucht, bezw. ohne Er höhung der Verluste einen sehr kleinen Ab schirmmantel erhalten kann.
Gemäss vorliegender Erfindung besteht die mit einem magnetischen Kern versehene Abstimmspule aus der Kombination eines niedrige Wirbelstrom- und Hysteresisverluste aufweisenden Magnetkernes mit einem ver lustarmen, aber räumlich kleinen und kom pakten Spulenaufbau, indem einerseits der Magnetkern je nach den Wirbelstromver- lusten des Magnetmaterials aus Partikeln von bis zu 0,6.10--4 mm' Grösse besteht, welche mit dünnen Isolierbäutchen versehen und unter einem diese Isolierung nicht zer störenden Druck zu Formlingen verdichtet worden sind, derart,
dass die Permeabilität etwa 5 bis 18 beträgt, und anderseits der Spulenaufbau so gewählt ist, dass der innere Magnetkernquerschnitt etwa 1,5 cm' und die mittlere Windungslänge der Zylinderspule etwa 6 cm nicht übersteigt und die Draht spule bei weitgehender Unterteilung des Kupferquerschnittes durch besonders dazu getroffene Massnahmen kapazitätsarm und durch viel- und englagige Zusammendrän gung so gestaltet ist, dass der mittlere Kraft linienweg des mit Rücksicht auf kleines Streufeld möglichst weitgehend im Magnet kern verlaufenden Flusses höchstens 5 cm lang ist.
Nachstehend seien Angaben über eine zweckmässige Herstellung des Kernmaterials und einen zweckmässigen konstruktiven Auf bau der Spule mitgeteilt.
Der Magnetkern besteht zweckmässig aus reinem Eisen, Carbonyl-Eisen, Silizium- Eisen oder Nickel-Eisenlegierungen in Pul verform und soll geringe Hysterese- und \Wirbelstromverluste bei schwachen Hochfre- quenzfeldern aufweisen. Die Partikelgrösse soll in der Grössenordnung von 0,5.10-7 bis 0,6 .10-4 mm' liegen, und zwar sind kugelförmige Partikel oder solche mit abge rundeten Ecken besonders vorteilhaft.
Diese werden zweckmässig hergestellt mittels me chanischer Zerkleinerung und Abrundung (z. B. in einer Kugelmühle), mittels chemi scher Verfahren (Ausfällung) durch Al-- scheidung aus - der Gasphase (Carbonyl- Eisen) oder durch Reduktion aus den Oxy-. den. Die Partikel werden mit einer Isolier- haut überzogen, welche durch Oxydieren, chemische Behandlung oder durch Über ziehen mit einer lackartigen oder glasartigen Isolationshaut hergestellt wird. Vielfach be sitzen die Partikel bereits eine dünne natür liche Oxydhaut, die ausreichend sein kann.
Die Oxydation erfolgt durch langsames Er hitzen des Pulvers bei Temperaturen von 300 bis 400 C, z. B. in einem Drehrohrofen. Eine andere Methode besteht im Auflösen von ( )len in einem verdunstenden Lösungs mittel und Überziehen der Partikel mit der Lösung und eventuell nachträgliches Ein brennen.
Die Magnetpartikel werden mittels eines isolierenden Bindemittels, welches chemisch neutral gegen die andern Bestandteile des Mischkörperkernes ist, zu einem festen Kör per verbunden. Hierzu werden lackartige Substanzen von hoher Viskosität verwendet, welche durch Verdunsten des Lösungsmittels verfestigt werden (z. B. Lösungen von Nitro zellulose, Kolophonium, Harz und derglei chen) oder Bindemittel, welche warmflüssig sind, wie Paraffin, Ceresin und dergleichen. wobei der Schmelzpunkt 50 bis<B>100'</B> C oder darüber betragen soll.
Die Herstellung des Kernes erfolgt zweck mässig in der Weise, dass das Magnetpulver mit dem isolierenden Bindemittel gemischt und dann in Formen gefüllt wird, in wel chen die Mischung trocknet bezw. abkühlt und so verfestigt wird. Auf diese Weise er hält man einen Kern mit einer Permeabilität von 5 bis 18, wie er sich für die in Rund funkempfängern in Frage kommenden Fre quenzen als am günstigsten erwiesen hat.
Um eine nachträgliche Permeabilitäts- änderung zu vermeiden, ist es zu empfehlen, den so hergestellten Kern einer nachträg lichen Hitzebehandlung zu unterwerfen, z. B. einen mit Hilfe von trocknenden Bindemit ieln hergestellten Kern auf 70 bis<B>80'</B> C zu erwärmen während einer Zeitdauer von 48 Stunden. Es kann auch zweckmässig sein, den Kern leicht zu pressen, jedoch nur so, dass die Isolierhäute der Partikel nicht ver <I>letzt</I> werden und die Permeabilität innerhalb der zulässigen Werte bleibt.
Andere Verfahren, die zu dem gleichen Ziele führen, können natürlich ebenfalls an gewendet werden; z. B. kann man die isolier ten Magnetpartikel in eine der Gestalt des Kernes entsprechende Form schütten, durch Erschütterung verdichten und durch Vergie ssen mit einem dünnflüssigen, verlustarmen Isoliermittel (z. B. Paraffin, Ceresin, Zellu- loselösungen, Kohlenwasserstoffe) zu einem festen Körper vereinigen; auch kann man die Magnetmasse um die mit einer Isolierhülle versehene Drahtspule herum anlagern, z. B. durch Tauchen, Giessen. und dergleichen.
Eine andere Möglichkeit besteht darin, die Wick lung in einer als isolierende Schutzhülle aus gebildeten Form anzuordnen und mit der Magnetmasse zu umgiessen. Die isolierende Form bleibt dann nach dem Erstarren bezw. Trocknen der Magnetmasse als Schutzhülle erhalten, so dass das Herausnehmen der Mag netmasse aus der Form, welches Schwierig keiten verursachen kann, vermieden wird. Man kann auch das lose Magnetpulver in einer Form leicht zusammenpressen, so dass es zusammenbackt, und den so verfestigten Kern in eine Isoliermasse tauchen, die nach dem Trocknen oder Härten .einen feuchtig keitsdichten, eng anschliessenden - Überzug und die erforderliche mechanische Festigkeit ergibt.
Die Tatsache, dass eine Spule von so enor mer Kleinheit trotzdem geringe Verluste be sitzt, widerspricht zunächst gänzlich den Er fahrungen der Elektrotechnik. Sowohl beim Bau von Eisenkern-Transformatoren, als auch beim Bau von Luftspulen für Rund funkempfänger gilt, wie erwähnt, herkömm licherweise die Regel, dass eine Spule um so schlechter ist, das heisst um so höhere Ver luste besitzt, je kleiner sie ist.
Der über raschend gute Effekt der erfindungsgemässen Spule kann nur so seine Erklärung finden, dass infolge der schwachen Ströme in Schwin gungskreisen von Rundfunkempfängern und infolge der sehr kleinen Permeabilität ver lustarmer Kernmaterialien die magnetische Be lastung des Kernes so klein ist, dass eine Über belastung desselben und Sättigungserschei nungen selbst bei so extremer Verkleinerung des Kernes nicht auftreten können. Ferner dürfte die Tatsache von Bedeutung sein,
dass bei Verkleinerung des Kernquerschnittes und Anordnung der Wicklung als mehrlagige Spule sowohl der Kupferweg, das heisst die mittlere Länge einer Windung, als auch der Magnetweg, das heisst die mittlere Länge des geschlossenen Magnetflusses, entsprechend kleiner wird. Hierdurch ergibt sich eine Verkleinerung der erforderlichen Kupfer menge (Gesamtdrahtlänge zur Erreichung des erforderlichen Selbstinduktionswertes), so dass die Kupferverluste entsprechend her untergehen.
Offenbar sinken ferner mit der Verkleinerung des Magnetkernes auch die Verluste im Kern selbst.
Es ergibt sich also die überraschende Tat sache, dass bei derartigen Magnetkernspulen im Gegensatz zu Luftspulen nicht ein Kom- promiss zwischen Grösse, Höhe der Verluste und Preis der Spule geschlossen zu werden braucht, sondern dass vielmehr Grösse, Ver lust und Preis gleichzeitig klein gemacht werden können.
Der Erfolg einer beschriebenen Spule mit mehrlagiger Wicklung gegenüber den frü heren Toroidspulen dürfte auch in folgen dem zu finden sein: Toroidspulen wiesen aus wickeltechnischen Gründen einen langen Magnetweg (mittlere Länge des geschlos senen Magnetflusses) auf. Es hat sich aber gezeigt, dass bei Hochfrequenzspulen mit Ei senkern die Länge des Magnetweges bezw. das Verhältnis zwischen Eisenweg und Ei senquerschnitt besonders kritisch ist.
Je län ger der Eisenweg bei gleichem Eisenquer schnitt ist, um so mehr Windungen sind er forderlich, um einen bestimmten Selbstinduk- tionswert zu erhalten. Es steigen also die Kupferverluste, gleichzeitig steigen aber auch die Eisenverluste, welche dem Kern volumen annähernd proportional sind. Lautet bei Starkstromtransformatoren die Forde rung: Möglichst viel Eisen, möglichst wenig Kupfer, so kann man bei Hochfrequenzspu- len beinahe die Bedingung aufstellen: Mög lichst wenig Eisen, möglichst wenig Kupfer.
Der grundsätzliche Unterschied zwischen den Verhältnissen bei Starkstrom und denen bei Hochfrequenzspulen liegt eben darin, dass bei Starkstrom, z. B. bei Transformatoren, die Masse und Querschnitte durch die aufzuneh mende Belastung, die zulässige Erwärmung bei der Maximalbelastung, sowie die Sätti gung bestimmt werden,
bei Abstimmspulen für Empfänger dagegen vornehmlich durch die Hochfrequenzverluste infolge der ausser ordentlichen starken induktiven und kapazi- tiven Nebenwirkungen, während eine Be lastung durch nennenswerte Ströme oder Feldstärken und. Erwärmung ganz ausschal tet.
Es ist daher durch Verwendung geeig neten Magnetmaterials möglich, die infolge des hohen Preises des Magnetstoffes höchst erwünschte Verkleinerung der Spulendimen- sionen immer weiterzutreiben und gleichzei tig statt der zu erwartenden Verschlechte rung eine Verbesserung der elektrischen Ei genschaften der Spule zu erzielen. Die untere Grenze für die Verkleinerung erwies sich als nur durch Herstellungsrücksichten und den erforderlichen Mindestwickelraum gesetzt.
Diese der Erfindung zugrundeliegende Erkenntnis, dass bei geeignetem Magnetmate rial und geeigneter Spulenform durch stän dige Verkleinerung der Magnetweglänge eine Verringerung der Windungszahl und des Wickeldurchmessers und damit die er wünschte Verkleinerung und Verbilligung der Spule mit der ebenfalls verlangten Verbes serung der elektrischen Eigenschaften ver knüpft werden kann, steht im grellen Gegen satz zu der herrschenden Anschauung, wo nach Grösse und Güte der Spule parallel gehen.
Besondere Aufmerksamkeit ist der An ordnung der Wicklung auf dem Kern za schenken. Infolge der Kleinheit der erfin dungsgemässen Spule ergibt sich eine grosse Häufung von Kupfer auf kleinem Raum. Dies bedingt hohe Kupferverluste, hohe Pa rallelkapazitäten und schädliche Nebenwir kungen durch die unmittelbare Nähe des Magnetkernes. Die Anordnung wird daher zweckmässigerweise wie folgt getroffen: Die Wicklung besteht aus Litzendraht besonders feiner Unterteilung, vorzugsweise 10 bis 40 isolierten und verdrillten Adern von 0,04 bis 0,08 mm lÖ, und ist in mehreren Kammern angeordnet. .
Vom Magnetkern ist sie durch eine Isolierschicht von zirka 1 mm Dicke ge trennt, die vorteilhafterweise gleichzeitig als Wicklungsträger ausgebildet und in mehrere Kammern unterteilt ist. Infolge der starken statischen Felder in einer derartig kleinen Spule wirken sich diese Massnahmen weit stärker verlustmindernd aus, als etwa bei Luftspulen die Verwendung von Litzen draht ausmacht. Aus dem gleichen Grunde empfiehlt es sich, den Spulenkörper aus einem besonders verlustarmen Isolierstoff herzustellen, der einen Verlustwinkel von tgd <I>=</I> 0,005 oder darunter besitzen soll.
Be sonders günstig ist Polystyrol, ein spritz- fähiges Kohlenwasserstoffderivat, welches einen Verlustwinkel von tgb <I>=</I> 0,002 besitzt bei einer Dielektrizitätskonstante von 2,5.
Überhaupt sollen aus diesen Gründen vorteilhafterweise alle Konstruktionsteile der Spule, die nicht magnetisch oder elektrisch leitend sind, möglichst geringe Hochfre- quenzverluste und eine kleine Dielektrizitäts- konstante besitzen. Die im Bau von Luft spulen üblichen Hartpapiere erwiesen sich beispielsweise als gänzlich ungeeignet, da sie die Verluste bei Verwendung in Magnetkern spulen in ungeahntem Masse erhöhen.
Der Magnetkern besitzt vorteilhafter- weise eine solche Form, dass er die Spule durchdringt und aussen umschliesst. Die ge eignetste Spulenform ist eine sogenannte Mantelspule, bei welcher die Wicklung auf dem mittleren Schenkel eines dreischenkligen Mantelkernes angeordnet ist oder eine topf artige Spule, bei welcher der Magnetkern die ring- oder zylinderförmige Spule in Form eines Hohlringes oder Hohltoroides um schliesst.
Zweckmässigerw eise wird der Kern in zwei Hälften hergestellt, so dass die Wick lung auf die Kernteile aufgesteckt und der 3lagnetweg dann durch Zusammenfügen der Kernteile geschlossen werden kann. Der zwi schen den Kernteilen verbleibende Luftspalt kann veränderlich gestaltet werden und dient dann zur Einstellung des Selbstinduktions- wertes.
Die Zeichnung zeigt in den Fig. 2 bis 6 einige Ausführungsbeispiele erfindungsgemä sser Spulen, während Fig. 1 eine der üblichen abgeschirmten Luftspulen zeigt.
Die beiden Spulen nach Fig. 1 und 2 sind im gleichen Massstab gezeichnet und be sitzen die gleichen Selbstinduktionswerte (zirka 200 000 cm) und die gleichen logarith mischen Dämpfungsdekremente bei 1000 khz = 0,024). Bei der in Fig. 1 gezeigten Luft spule ist die 'auf dem Spulenkörper 2 lie gende, als einlagige, langgestreckte Spule ausgebildete Wicklung 1 von einem Gehäuse 4 umgeben, das durch den Boden 3 abge schlossen ist.
Dieses Gehäuse, welches in folge der grossen Streufelder der Luftspule unerlässlich ist, wirkt bekanntermassen stark dämpfungserhöhend und vergrössert überdies den Raumbedarf der Spule ausserordentlich.
Bei einer gemäss Fig. 2 ausgeführten Hochfrequenzspule kommt eine Dämpfungs- erhöhung durch Abschirmung nicht in Frage, da die Spule praktisch streufeldfrei ist. Hier ist die Wicklung 1 eingebettet in einen Mag netstoff 5 und von demselben Magnetstoff aussen umschlossen. Die Wicklung sitzt auf dem in zwei Kammern unterteilten Spulen körper z. Beide Spulen (Fig. 1 und 2) sind in natürlicher Grösse gezeichnet.
Der durch die kleine Magnetkernspule selbst gegenüber den früher verwandten Toroidspulen oben gekennzeichneter Grösse erzielte Fortschritt ist ganz unverkennbar. Der Magnetweg (mittlere Länge des geschlossenen Magnet kreises) besitzt eine Länge von etwa 5 cm.
Die Fig. 3 bis 6 zeigen in grösserem Massstabe zwei beispielsweise Ausführungs formen von Spulen gemäss vorliegender Er findung, aus welchen die Konstruktionsein zelheiten näher hervorgehen.
Fig. 3 zeigt einen E-förmigen Magnet kern 1, auf welchem der Spulenkörper 3 aus verlustarmem Material mit der Litzendraht- wicklung 4, welche in mehreren Kammern verteilt ist, sitzt. Nachdem die maschinell gewickelte Spule auf den Kern 1 aufgebracht ist, wird der Magnetkreis durch das Joch .\? geschlossen. Es ergibt sich so ein Magnet kreis, der die Spule durchdringt und aussen umschliesst. Der zwischen den Kernteilen verbleibende Luftspalt 5 kann variabel ge staltet und so zur Einstellung des Selbst induktionswertes verwendet werden.
Fig. 4 zeigt die gleiche Spule im Grund riss, teilweise geschnitten.
Fig. 5 zeigt eine sogenannte Topfspule. Die beiden zylindrischen Magnetkernteile 6 und 7 besitzen an den einander zugewandten Flächen ringförmige Vertiefungen, in denen die auf dem Spulenkörper 8 angeordnete Wicklung 9 untergebracht ist. Der Luft spalt 10 dient auch hier zur Regelung der Selbstinduktion. Fig. 6 zeigt die gleiche Spule im Grund- riss. Spulen, wie die soeben als Ausführungs beispiele der Erfindung beschriebenen, können auf der Grundplatte des Apparates an jeder beliebigen Stelle angebracht und auf das ein fachste befestigt werden.
Es ergibt sich also durch Verwendung dieser Spulen eine ausser ordentliche Vereinfachung und Verbilligung im Aufbau der Radioapparate bei erhöhter Selektivität und Resonanzspannung. Ab stimmspulen der beschriebenen Art können unter Einhaltung kleinster Dimensionen ge baut werden, so dass zum Beispiel das Ge wicht des Magnetkernes nur etwa 15 g be trägt und die Drahtspule einen Durchmesser von weniger als 20 mm und eine Quer schnittsfläche von höchstens 0,5 cm' besitzt.
High frequency tuning coil with magnetic core for radio receivers. The development of radio transmission and the associated increase in the number of transmitters meant that greater attention had to be paid to the selectivity of radio receivers. The existence of low-loss oscillation circuits is the decisive requirement for achieving good selectivity.
The use of high-quality stranded wire coils in modern receiving devices was made more difficult by the size and high manufacturing costs, but above all by the necessary shielding of the stray fields, which always increased the attenuation in parallel if one did not want to get too large. This dilemma did not permit a fundamental solution; the only option left for the technician was to use either large and low-loss or small and high-loss coils.
The use of magnetic cores, such as those required for the manufacture of so-called Pupin coils, seemed to offer a fundamental solution. But despite the many attempts that have been made to transfer the experience gained here to the broadcasting field, which operates at frequencies that are about a thousand times higher, no satisfactory results have yet been achieved.
It is only through my work that mass cores have recently been produced that are already well suited for high-frequency purposes, especially for the production of individual radio parts. However, the use of such coils in radio sets was opposed to their still considerable spatial expansion, their technically difficult and expensive production, the high magnetic core weight and the still excessive losses.
The present invention solves the problem of a magnetic core coil suitable in every way for the construction of radio equipment for the broadcast wave range from 200 to 600 m and of course also for the long wave range.
As mentioned, the magnetic core coils used hitherto were still of a not inconsiderable size, namely toroidal coils, as is customary in Pupin's coil technology, with a diameter of about 5 cm and a core weight of about 60 g. These coils seemed to represent the minimum possible small unit of receiver coils that has now been reached.
A further reduction seemed only possible at the expense of an increase in losses, because from the experience made with air coils, as well as from experience in transformer construction, it was known that the amount of losses with the reduction in size of the coil respectively. of the magnetic core went in parallel.
In contrast to this prevailing view, which led to the use of coils of the marked dimensions for a long time after the creation of a suitable magnetic material, the present invention is based on the fundamentally new knowledge that losses are caused by a reduction in the size of the magnet core and the coil dimensions can be reduced in size. In this way, it was possible to build a coil that is much smaller while adhering to the required self-induction value and with very small losses and requires correspondingly low material and manufacturing costs.
Another advantage of such a scaled-down coil is that the stray field is correspondingly smaller, and the coil therefore does not need to be shielded or. can get a very small shielding jacket without increasing the losses.
According to the present invention, the tuning coil provided with a magnetic core consists of the combination of a magnetic core with low eddy current and hysteresis losses with a low-loss, but spatially small and compact coil structure, on the one hand the magnetic core, depending on the eddy current losses of the magnetic material, from particles of up to 0.6.10-4 mm 'in size, which are provided with thin insulating balls and compacted into moldings under a pressure that does not destroy this insulation, in such a way that
that the permeability is about 5 to 18, and on the other hand the coil structure is chosen so that the inner magnetic core cross-section about 1.5 cm 'and the mean winding length of the solenoid does not exceed about 6 cm and the wire coil with extensive subdivision of the copper cross-section by special The measures taken have a low capacity and are designed through multi-layered and narrow-layer crowding in such a way that the average force line path of the flux, which runs as largely as possible in the magnetic core, taking into account the small stray field, is at most 5 cm.
In the following, information about an appropriate manufacture of the core material and an appropriate constructive construction of the coil are communicated.
The magnetic core expediently consists of pure iron, carbonyl iron, silicon iron or nickel iron alloys in powder form and should have low hysteresis and eddy current losses with weak high-frequency fields. The particle size should be in the order of magnitude of 0.5.10-7 to 0.6.10-4 mm ', and spherical particles or those with rounded corners are particularly advantageous.
These are expediently produced by means of mechanical comminution and rounding (e.g. in a ball mill), by means of chemical processes (precipitation) by precipitation from the gas phase (carbonyl iron) or by reduction from the oxy. the. The particles are covered with an insulating skin, which is produced by oxidizing, chemical treatment or by covering with a lacquer-like or glass-like insulating skin. In many cases, the particles already have a thin natural oxide skin, which can be sufficient.
The oxidation is carried out by slowly heating the powder at temperatures from 300 to 400 ° C, e.g. B. in a rotary kiln. Another method consists in dissolving () oils in an evaporating solvent and coating the particles with the solution and possibly subsequently burning them in.
The magnetic particles are connected to a solid body by means of an insulating binder, which is chemically neutral to the other components of the core of the mixed body. For this purpose, varnish-like substances of high viscosity are used, which are solidified by evaporation of the solvent (z. B. solutions of nitro cellulose, rosin, resin and the like) or binders which are warm liquid, such as paraffin, ceresin and the like. the melting point should be 50 to 100 ° C or above.
The core is conveniently manufactured in such a way that the magnetic powder is mixed with the insulating binder and then filled into molds in which the mixture dries or. cools and is thus solidified. In this way he keeps a core with a permeability of 5 to 18, as he has proven to be the most favorable frequencies for the frequencies in question in radio receivers.
In order to avoid a subsequent change in permeability, it is recommended that the core produced in this way be subjected to a subsequent heat treatment, e.g. B. to heat a core produced with the help of drying binders to 70 to 80 ° C for a period of 48 hours. It can also be useful to lightly press the core, but only in such a way that the insulating membranes of the particles are not damaged and the permeability remains within the permissible values.
Other methods which lead to the same goal can of course also be used; z. For example, the isolated magnetic particles can be poured into a shape corresponding to the shape of the core, compacted by vibration and poured into a solid body with a thin, low-loss insulating agent (e.g. paraffin, ceresin, cellulose solutions, hydrocarbons) unite; you can also attach the magnetic mass around the wire coil provided with an insulating sleeve, z. B. by dipping, pouring. and the same.
Another possibility is to arrange the winding in a form formed as an insulating protective cover and to enclose it with the magnetic mass. The insulating form then remains BEZW after solidification. Drying of the magnetic mass obtained as a protective cover, so that the removal of the magnetic mass from the mold, which can cause difficulties, is avoided. You can also slightly compress the loose magnetic powder in a mold so that it cakes together, and then dip the solidified core into an insulating compound that, after drying or hardening, gives a moisture-proof, tightly fitting coating and the required mechanical strength.
The fact that a coil that is so tiny still has low losses initially contradicts the experience of electrical engineering. Both in the construction of iron-core transformers and in the construction of air-core coils for radio receivers, as mentioned, the rule that the smaller a coil is, the worse it is, i.e. the smaller it is, the higher the losses.
The surprisingly good effect of the coil according to the invention can only be explained by the fact that due to the weak currents in the oscillation circles of radio receivers and due to the very low permeability of low-loss core materials, the magnetic loading of the core is so small that it is overloaded and Saturation phenomena cannot occur even with such an extreme reduction in size of the core. Also of importance is the fact that
that when the core cross-section is reduced and the winding is arranged as a multi-layer coil, both the copper path, i.e. the mean length of a turn, and the magnetic path, i.e. the mean length of the closed magnetic flux, are correspondingly smaller. This results in a reduction in the amount of copper required (total wire length to achieve the required self-induction value), so that the copper losses are correspondingly reduced.
Apparently, with the reduction in size of the magnetic core, the losses in the core itself also decrease.
The surprising fact arises that with magnetic core coils of this type, in contrast to air-core coils, a compromise does not have to be made between size, amount of losses and price of the coil, but rather that size, loss and price are made small at the same time can.
The success of a described coil with multi-layer winding compared to the earlier toroidal coils can also be found in the following: Toroidal coils had a long magnetic path (mean length of the closed magnetic flux) for reasons of winding technology. But it has been shown that with high frequency coils with egg lowering the length of the magnetic path BEZW. the relationship between iron path and iron cross-section is particularly critical.
The longer the iron path with the same iron cross-section, the more turns are required in order to obtain a certain self-induction value. The copper losses increase, but at the same time the iron losses also increase, which are approximately proportional to the core volume. If the requirement for high-voltage transformers is: as much iron as possible, as little copper as possible, one can almost set the condition for high-frequency coils: as little iron as possible, as little copper as possible.
The fundamental difference between the conditions for high voltage current and those for high frequency coils is that with high voltage current, e.g. B. For transformers, the mass and cross-sections are determined by the load to be absorbed, the permissible heating at the maximum load, and the saturation,
in the case of tuning coils for receivers, on the other hand, mainly due to the high frequency losses as a result of the extraordinarily strong inductive and capacitive side effects, while exposure to significant currents or field strengths and. Turns heating off completely.
It is therefore possible through the use of suitable magnetic material to keep reducing the coil dimensions, which is highly desirable due to the high price of the magnet material, and at the same time to improve the electrical properties of the coil instead of the expected deterioration. The lower limit for the downsizing turned out to be set only by manufacturing considerations and the required minimum changing space.
This knowledge underlying the invention that with a suitable magnet mate rial and a suitable coil shape by constant reduction of the magnetic path length a reduction in the number of turns and the winding diameter and thus the desired reduction in size and cost of the coil can be linked to the likewise required improvement in the electrical properties , stands in stark contrast to the prevailing view, where the size and quality of the coil go parallel.
Pay particular attention to the arrangement of the winding on the core. As a result of the small size of the coil according to the invention, there is a large accumulation of copper in a small space. This causes high copper losses, high parallel capacities and harmful side effects due to the close proximity of the magnet core. The arrangement is therefore expediently made as follows: The winding consists of stranded wire with a particularly fine division, preferably 10 to 40 insulated and twisted wires of 0.04 to 0.08 mm 10, and is arranged in several chambers. .
It is separated from the magnetic core by an insulating layer approximately 1 mm thick, which is advantageously designed as a winding carrier and divided into several chambers at the same time. As a result of the strong static fields in such a small coil, these measures have a far greater loss-reducing effect than, for example, the use of stranded wire with air-core coils. For the same reason, it is advisable to manufacture the coil body from a particularly low-loss insulating material that should have a loss angle of tgd <I> = </I> 0.005 or less.
Polystyrene, a sprayable hydrocarbon derivative, which has a loss angle of tgb <I> = </I> 0.002 with a dielectric constant of 2.5, is particularly favorable.
In general, for these reasons, all structural parts of the coil that are not magnetically or electrically conductive should have the lowest possible high-frequency losses and a low dielectric constant. The hard papers customary in the construction of air coils have proven to be completely unsuitable, for example, since they increase the losses when used in magnetic core coils to an unimaginable degree.
The magnetic core advantageously has a shape such that it penetrates the coil and surrounds it on the outside. The most suitable coil shape is a so-called jacket coil, in which the winding is arranged on the middle leg of a three-legged jacket core or a pot-like coil in which the magnetic core encloses the ring-shaped or cylindrical coil in the form of a hollow ring or hollow toroid.
The core is expediently manufactured in two halves, so that the winding is attached to the core parts and the 3-layer path can then be closed by joining the core parts. The air gap remaining between the core parts can be designed to be variable and is then used to set the self-induction value.
In FIGS. 2 to 6, the drawing shows some exemplary embodiments of the coils according to the invention, while FIG. 1 shows one of the conventional shielded air coils.
The two coils according to FIGS. 1 and 2 are drawn to the same scale and be seated the same self-induction values (about 200,000 cm) and the same logarithmic mixed damping decrements at 1000 khz = 0.024). In the air coil shown in Fig. 1 is the 'lying on the bobbin 2, designed as a single-layer, elongated coil winding 1 surrounded by a housing 4 which is closed by the bottom 3 abge.
This housing, which is indispensable due to the large stray fields of the air-core coil, is known to have a strong damping effect and, moreover, greatly increases the space required by the coil.
In the case of a high-frequency coil designed in accordance with FIG. 2, an increase in attenuation through shielding is out of the question, since the coil is practically free of stray fields. Here the winding 1 is embedded in a Mag netstoff 5 and enclosed on the outside by the same magnetic material. The winding sits on the divided into two chambers coil body z. Both coils (Fig. 1 and 2) are drawn in their natural size.
The progress achieved by the small magnetic core coil itself compared to the previously used toroidal coils marked above is quite unmistakable. The magnetic path (mean length of the closed magnetic circuit) has a length of about 5 cm.
3 to 6 show on a larger scale two example execution forms of coils according to the present invention He, from which the construction details emerge in more detail.
Fig. 3 shows an E-shaped magnet core 1, on which the coil body 3 made of low-loss material with the litz wire winding 4, which is distributed in several chambers, sits. After the machine-wound coil is applied to the core 1, the magnetic circuit is made by the yoke. \? closed. The result is a magnetic circuit that penetrates the coil and surrounds it on the outside. The air gap 5 remaining between the core parts can be variably designed and thus used to set the self-induction value.
Fig. 4 shows the same coil in the basic crack, partially cut.
Fig. 5 shows a so-called pot spool. The two cylindrical magnetic core parts 6 and 7 have annular recesses on the surfaces facing one another, in which the winding 9 arranged on the bobbin 8 is accommodated. The air gap 10 is also used here to regulate the self-induction. 6 shows the same coil in plan. Coils, such as those just described as execution examples of the invention, can be attached to the base plate of the apparatus at any point and attached to the simplest.
The use of these coils therefore results in an extraordinary simplification and cost reduction in the construction of the radio equipment with increased selectivity and resonance voltage. Tuning coils of the type described can be built in compliance with the smallest dimensions, so that, for example, the weight of the magnetic core is only about 15 g and the wire coil has a diameter of less than 20 mm and a cross-sectional area of at most 0.5 cm ' owns.