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Hochfrequenzspule mit veränderbarer Güte Bei Hochfrequenzspulen tritt
häufig die Aufgabe auf, die Güte der Spule in weiten Grenzen zu ändern., ohne hierbei
die Induktivität zu beeinflussen. Insbesondere ist es vielfach erwünscht, die Güte
der Spule um mehr als, 50% ihres Höchstwertes herabzusetzen, wobei gleichzeitig
die Induktivität der Spule nur um wenige Prozente, insbesondere weniger als nur
1% ihres eingestellten Wertes geändert werden soll. Diese Aufgaben treten vor allem
bei Spulen für Hochfrequenzlaufzeitentzerrer in Leitungen auf, wie sie insbesondere
bei der Fernsehübertragung verwendet werden.
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Es ist an sich bekannt, konstante Induktivitäten mit variabler Güte
herzustellen. So ist -es bekannt, in den Bereichen einer Induktivität, in denen
das von ihr erzeugte magnetische Feld schwach ist, einen ferromagnetischen Körper
geringer elQlktrischer Leitfähigkeit oder einen nicht ferromagnetischen metallischen
Körper anzuordnen. Diese Körper rufen bei einer schwachen Minderung der Induktivität
eine starke Minderung ihrer Güte hervor. In manchen Fällen ist auch eine schwache
Minderung der Güte mit einem schwachen Ansteigen der Induktivität gekoppelt. Die
optimal mit einer solchen Einrichtung erreichbaren Werte sind: Bei einer Induktivität
von 1000 EtH eine Induktiv itätsminderung um 2% bei einer Güteminderung von 53%
und bei einer Induktivität von 3 #xH eine Induktivitätsminderung um 6,3% bei einer
Güteminderung um 53,7%.
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Mit der zu beschreibenden erfindungsgemäßen Anordnung werden jedoch
bei einer Induktivität von 7.2@H Güteminderungen um etwa 700/a bei einer Konstanz
der Induktivität um 1% erreicht.
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Nach dem Stand der Technik ist es also allein bekannt, den Abgleichkörper
zur Veränderung der Güte entweder als ferromagnetisches Material geringer Leitfähigkeit
oder als nichtferromagnetisches Material herzustellen. Daß man durch eine sinnvolle
Vereinigung dieser beiden Maßnahmen ein fortschrittliches Ergebnis erzielt, kann
diesem Stand der Technik nicht entnommen werden, da beide Maßnahmen für sich getrennt
im wesentlichen Effekte gleichen Vorzeichens bewirken.
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Unabhängig hiervon ist eine Spule mit einem verschiebbaren Kern bekannt,
bei der derKern mit einem Teil aus Stahl verbunden ist. Bei Verschieben des Kerns
ändert sich die Induktion der Spule; sie bleibt also nicht konstant. Der Stahlteil
bewirkt, daß sich die Güte der Spule verändert.
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Um zu einer Spule mit in weitem Bereich veränderbarer Güte, vorzugsweise
für Hochfrequenzen von 1 bis 10 MHz zu gelangen, wird erfindungsgemäß in an sich
bekannter Weise zur Veränderung der Güte ein verstellbarer Teil vorgesehen, der
aus niederohmigem Werkstoff besteht (im folgenden Güteabgleichkern genannt). Dieser
Güteabgleichkern wird mit. einem aus hochwertigem ferrom.agnetischen Werkstoff bestehenden
Teil verbunden, und zwar derart, daß dieserTeil mindestens teilweise die derSpulezugewandte
Seite des Güteabgleichkerns überragt, und es wird dieser ferromagnetische Teil derart
angeordnet und bemessen, daß bei der Güteänderung durch Verstellung des Güteabgleichkerns
auftretende Induktionsänderungen in hohem Maße ausgeglichen werden.
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Beim Eindrehen des zum Güteabgleich dienenden Kerns aus Eisen oder
einem anderen niederohmigen Werkstoff, wie z. B. auch nichtmagnetisierbarem Metall,
z. B. Kupfer, wird nämlich die Induktivität der Spule durch F1ußverdrängung stark
herabgesetzt. Durch die Magnetis.ierbarkeit des Eisens und -insbesondere durch das
magnetisch hochwertige Kompensatio@ns.teil an dem Güteabgleichkern wird jedoch die
Induktivität der Spule wieder erhöht. Bei entsprechender Bemessung des Abgleichkerns
und des Korn, pensationsteiles kann somit die Güte sehr stark, -d. h. um mehr als
50-% ihres Höchstwertes herabgesetzt werden, während die Induktivität der Spule
praktisch über den gesamten Bereich konstant bleibt. Der außerdem vorgesehene
Ab gleichkern zur Einstellung der Spuleninduktivität, der gegebenenfalls
auch fortgelassen werden kann, gestattet es darüber hinaus, die Spuleninduktivität
auf den gewünschten Wert einzustellen. Er wird vorzugsweise auf der entgegengesetzten
Seite der Spule angeordnet und in die Spule eingedreht.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung gehen aus dein in der Zeichnung
dargestellten Ausführungsbeispiel und der Beschreibung hervor.
In
der Fig. stellt 1 den zylindrischen, insbesondere aus Kunststoff bestehenden und
mit einem Innengewinde versehenen Träger der vorzugsweise einlagigen Spulenwicklung
2 dar. Zum Abgleich der Spuleninduktivität dient ein Gewindekern 3, der vorzugsweise
aus hochwertigem, d. h. möglichst verlustarmem Ferrit besteht. Auf der dem Ferritkern
3 entgegengesetzten Seite des Spulenträgers 1 ist ein relativ kurzer, vorzugsweise
aus Eisen bestehender Güteabgleichkern 4 eingeschraubt, der infolge der in ihm auftretenden
Wirbelstro.mverluste bei Einschrauben in den Spulenkörper 1 und Annäherung an die
Wicklung 2 der Spule eine starke Verminderung der Spulengüte zur Folge hat. Die
mit der Annäherung des Güteabgleichkernes 4 auftretende Indulctivitätsverringerung
der Wicklung 2 wird durch das Kompensationsteil 5 ausgeglichen, das vorzugsweise
ebenfalls aus hochwertigem Ferrit besteht. An Stelle von Ferrit kann auch anderes.
hochwertiges, d. h. mit geringen Verlusten behaftetes Massekernmat:erial verwendet
werden.
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In Fig. 2 ist ein Schaubild des Güte- und Induktiv itätsverlaufes
der Spule in Abhängigkeit von der Einschraubtiefe des Kompensationskernes 4 gezeigt.
In der Waagerechten dieses Schaubildes ist die Einschraubtiefe a. (s. den Pfeil
in Fig. 1) des Kernes 4 aufgetragen, in der Senkrechten der Verlauf der Spuleninduktivität
in Prozenten derjenigen Induktivität, die die Spule in der Ausgangsstellung des
Kernes 4 besitzt. Die Prozentzahlen sind auf der in Fig. 2 rechts gezeichneten Senkrechten
aufgetragen. Die Kurve II stellt den Verlauf der Güte der Spule in Abhängigkeit
von der Eintauchtiefe a des Abgleichkernes 4 dar, und zwar ebenfalls wiederum in
Prozenten der Spulengüte bei nicht hineingeschobenem Kern 4. Diese Prozentzahlen
des Güteverhältnisses (Kurve II) sind auf der in Fig. 2 links gezeichneten Senkrechten
aufgetragen. Wie ersichtlich, sinkt die Güte der Spule (s. Kurve II) beim Hineinschieben
des Kernes 4 bis auf etwa 30% der Ausgangsgüte ab, während gleichzeitig (s. Kurve
I) die Spuleninduktiv ität fast völlig konstant ist und lediglich bei tief eingeschraubtem
Kern nur zwischen 99 und 101% der Ausgangsinduktivität schwankt; sie bleibt also.
praktisch konstant.
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Eine weitere wesentliche Verbesserung des Erfindungsgedankens wird
erzielt, wenn zusätzlich zur Hochfrequenzspule 2 eine Zusatzspule 21 vorgesehen
ist, wie das die folgenden Fig. 3 und 4 zeigen. Diese Zusatzspule 21 ist in dem
Ausführungsbeispiel der Fig. 3 getrennt von der Hauptspule und konzentrisch zu ihr
auf dem gemeinsamen Spulenträger 1 aufgewickelt, so daß ein relativ großer Abstand
zwischen der Hauptspüle 2 und der Nebenspule 21 besteht. In dem Beispiel der Fig.
4 besteht die Nebenspule 21 dagegen aus einigen Windungen, die gleichmäßig über
den von der Hauptspule frei gelassenen Teil des Spulenkörpers verteilt sind, also
bis dicht an die Hauptspule heranreichen. In diese Nebenspule 21 taucht der Abgleichkern
4 mit dem Kompensationsteil 5 ein. Aus der Fig. 3 a ist der Güteverlauf (Kurve -II)
und der Induktivitätsverlauf (Kurve I) in Abhängigkeit von der E.intauchtiefe a
der Teile 4, 5 des Ausführungsbeispiels der Fig.4 gezeigt, und zwar, wie in Fig.
2, in Prozenten des jeweiligen Ausr 9 'än-Siv-ertes bei der Eintauchtiefe
a=O. Aus ihr geht 23 hervor, daß die Induktivität sich noch nicht= um 1% geändert
hat; wenn die Güte schon um 50% abgenommeri hat. Außerdem, ist durch die Verwendung
der Zu= Satzspule 21 in Fiz. 3 erreicht worden, daß der Güteverlauf fast linear
zur Eintauchtiefe des Abgleichteiles 4, 5 verläuft. Wesentlich zur Erzielung dieses
Verlaufes ist, daß die mit der Hauptspule 2 in Reihe geschaltete Zusatzspule 21
eine wesentlich kleinere Induktivität als die Hauptspule hat; insbesondere soll
die Induktivität der Nebenspule 21 um ein Vielfaches kleiner als die Hauptspule
sein. In einem Ausführungsbeispiel besteht z. B. die Hauptspule 2 in der Fig. 3
aus neunundzwanzig Windungen, während die i1Tebenspule 21 nur fünf Windungen hat.
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Praktisch völlig linear wird der Güteverlauf über den Einschubweg
des Kerns 4, 5 bei dem Spul:enaufbau nach Fig.4, bei der zur Gütevariation einige
Windungen 21 gleichmäßig über den restlichen, d. h. von der Hauptspule 2 freigelassenen
Spulenkörper 2 verteilt sind. In dem in Fig. 4 gezeigten Ausführungs@ Beispiel ist
außerdem der Abgleichkern 4 vorn abgeschrägt und mit der Korrektionspille 5 aus
hochwertigem magnetisierbarem Material versehen, die den Abgleichkern 4 zu einerZylinderform
ergänzt.Bei dieser Ausführung des Kerns bleibt außerdem, wie in Fig. 4 a gezeigt
ist, die Induktivität (Kurve I) der Gesamtspule praktisch konstant, obwohl die Güte
(Kurve II) um mehr als 50% ihres ursprünglichen Wertes absinkt.
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Statt auf den Weicheisenkern 4 eine Massekern-oder Ferritscheibe 5
zum Ausgleich des Induktivitätsab:falls aufzukleben, wie das in den Ausführungsbeispielen
der Fig. 1 bis 4 der Fall ist, kann der Ausgleichteil 4, 5 auch in der Form hergestellt
sein, daß in einem Weicheisenkern ein Zusatzkern aus hochwertigem Werkstoff, wie
Ferrit, eingeschraubt wird. Auf diese Weise kann der aus dem hochwertigen Kernwerkstoff
bestehende Kern 5 relativ zu dem Weicheisenteil 4 verstellt werden. Ausführungsbeispiele
hierfür zeigen die Fig. 5 und 6, in denen der Weicheisenteil 4 eine insbesondere
konzentrische Durchbohrung 4' trägt, in die der Abgleichkern 5 aus hochwertigem
Ferrit od. dgl. in der gezeigten Weise eingeschraubt wird. In dem Beispiel der Fig.
4 ragt der Kern 5 über die links dargestellte, zur Spulenachse senkrechte Stirnseite
über den Weicheisenkern 4 hinaus. In der Fig.6 besitzt dagegen der Weicheisenkern
4 ein VOTderteil 41 mit zur Spulenachse schrägen Vorderfläche, und der Abgleichteil5
ragt dieser Abschrägung entsprechend unsymmetrisch zur Spulenachse aus dem Weicheisenteil
4 hervor.
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Ein weiteres Ausführungsbeispiel ist in den Fig. 7, 7 a, 7 b gezeigt,
in der wiederum gleiche Teile mit gleichen Ziffern bezeichnet sind. In diesem Ausführungsbeispiel
ist der Kern 5 exzentrisch in eine Ausnehmung 42 (s. Fig. 7 und 7 a) des Ab:gleichstiftes
4 eingeklebt. Der Kern 5 ragt dabei (s: Fig. 7 a) etwas über die links dargestellte
Stirnseite des Kerns 4 hervor. Bei dieserAusführungsform ist derInduktivitätsausgleich
durch den Kern 5 verhältnismäßig gering, genügt jedoch bei entsprechender Ausbildung
der Spulen insbesondere dann, wenn die Nebenspule 21 eine verhältnismäßig sehr kleine
Induktivität' gegenüber der Hauptspule 2 besitzt. In anderen Fällen, in denen die
Nebenspule 21 eine relativ größere Induktivität besitzt, so daß ein größerer Ausgleich
notwendig ist, empfiehlt es sich, die Ausnehmung 42 des ih Fig. 7, 7 a gezeigten
Ausführungsbeispiels zu einer Abflachung des Kerns 4 zu erweitern, wie das aus Fig.
7 a ersichtlich ist.