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Anordnung zur Lagerung einer Drehachse in einer Hochfrequenzanlage
Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Lagerung einer elektrisch leitenden
Drehachse in einem ebenfalls leitenden, vorzugsweise mit Erde oder Masse verbundenen
Lagerkörper für ein durch Drehung der genannten Achse einstellbares Schaltungselement
in einer Hochfrequenzanlage. Bei derartigen Schaltungselementen, wie beispielsweise
bei Induktivitätsvariometern, besonders für Kurzwellensender größerer Leistung,
ergeben sich Schwierigkeiten, weil ein gewisser Teil des Hochfrequenzstromes seinen
Weg über die Lagerflächen der Drehachse nimmt. Diese über die Gleitflächen des Lagers
führenden Strompfade weisen keinen eindeutig definierten Hochfrequenzwiderstand
auf, sondern sie besitzen die störende Eigenschaft, daß sich ihr Widerstand in Abhängigkeit
von Bewegungen der Gleitflächen gegeneinander, aber auch in Abhängigkeit von der
Strombelastung, der Temperatur, dem Zustand des Schmiermittels usw. stark ändert.
Diese Widerstandsänderungen ergeben in dem dem Hochfrequenzstrom aufmodulierten
Signal unangenehme Störgeräusche. Der über die Lagergleitflächen fließende Strom
kann zur Bildung von Fünkchen führen, wodurch der Schmierfilm teilweise zerstört
wird und eine Korrosion der Lagerflächen und damit verbundener schwerer mechanischer
Gang hervorgerufen werden. Es ist bereits bekannt, zur Vermeidung der angedeuteten
Schwierigkeiten die Lagerflächen mit Buchsen aus Isolierstoff zu versehen oder die
Drehzapfen der Achse und das ganze Lager aus Isoliermaterial herzustellen. Derartige
Isolierstofflager weisen aber nicht die gleichen günstigen Laufeigenschaften auf
wie bewährte metallische Lager. Bei Anordnungen, die bei hohen mechanischen Beanspruchungen
auch dauerhaft sein sollen und bei denen auch eine hohe Präzision des Laufes verlangt
wird, kommen im allgemeinen nur metallische Lagerungen in Betracht.
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Es ist gleichfalls bekannt, die Lagerflächen durch zusätzliche metallische
Schleifkontakte zu überbrücken, um dem Hochfrequenzstrom einen Parallelweg zu der
übergangssteile über die Gleitflächen zu bieten. Diese Maßnahme kann jedoch nur
bei verhältnismäßig tiefen Frequenzen zum Erfolg führen, nicht aber bei hohen Frequenzen
und bei großen aufzunehmenden Lagerströmen.
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Für die elektrische Abdichtung der Durchführungsstellen von Wellen
durch abschirmend wirkende Gehäuse ist es auch bekannt, die Lagerstelle der Welle
so auszubilden, daß sie eine zwei- oder mehrpolige Kontaktgabe mit der Welle eingeht,
wobei einige der kontaktvermittelnden Stellen lediglich mit Rücksicht auf die Kontaktgabe
vorgesehen sein können, also keine Lagerungsaufgaben zu erfüllen haben. Dadurch
wird das bekannte Prinzip des Ineinanderschachtelns mehrerer in sich geschlossener
Abschirmgehäuse auch bei den Durchführungsstellen von Wellen angewendet. Um die
Strahlung nach außen möglichst weitgehend zu unterdrücken, soll der Hochfrequenzstrom
zum größten Teil über die innenliegende Kontaktstelle gehen, welche bei der bekannten
Anordnung gleichzeitig auch die Lagerstelle sein kann. Um den Hochfrequenzstrom
vorwiegend über die innere Kontaktstelle zu lenken, wird bei der bekannten Anordnung
die Induktivität der Stromschleife über die äußere Kontaktstelle erhöht, beispielsweise
durch Einlegen eines magnetisierbaren Körpers. Diese bekannte Anordnung dient jedoch
nur zur Lösung der Aufgabe, die Verschlechterung der Abschirmung an den Durchtrittsstellen
von Wellen zu vermeiden, was dadurch geschieht, daß der Strom über die innere von
zwei Kontaktstellen gelenkt wird. Es ist jedoch nicht beabsichtigt, den Hochfrequenzstrom
von einer eine Lagerstelle bildenden Kontaktstelle fernzuhalten.
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Die Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, in den angegebenen Fällen,
bei denen Schwierigkeiten infolge von Lagerströmen auftreten können, die Gleitflächen
des Lagers in wirksamer Weise von dem zwischen der Drehachse und dem Lagerkörper
fließenden Hochfrequenzstrom zu entlasten. In einer Anordnung, in welcher zur Herabsetzung
des über wenigstens einen Teil der Lagerfläche fließenden Hochfrequenzstromes der
Scheinwiderstand des über diesen Teil führenden Strompfades durch Verlängerung dieses
Pfades mittels wenigstens einer nutenartigen zur Drehachse koaxialen Vertiefung
und/oder durch Erhöhung der Permeabilität innerhalb des von Strömen dieses Pfades
hervorgerufenen magnetischen Feldes, beispielsweise durch wenigstens teilweises
Ausfüllen der nutenartigen Vertiefung mit einem Körper aus ferromagnetischem Material,
erhöht und außerdem diesem ersten Strompfad ein zweiter,
kürzerer
Strompfad mit wesentlich geringerem Scheinwiderstand parallel geschaltet ist, soll
erfindungsgemäß der zweite Strompfad in an sich bekannter Weise über wenigstens
einen Gleitkontakt ohne Lagerungsaufgaben geführt sein, und die putenartige Vertiefung
bzw. die putenartigen Vertiefungen an der Drehachse oder/und am Lagerkörper sollen
in einer zur Achse der Drehbe-,vegung senkrechten ringförmigen Stirnfläche angebracht
sein, welche den Ansatz des Lagerzapfens der Drehachse umgibt.
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Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß eine wesentliche Herabsetzung
des über die Lagergleitschicht fließenden Stromanteiles nur dann erreicht wird,
wenn sich die Scheinwiderstände der beiden parallel geschalteten Strompfade wesentlich
voneinander unterscheiden, und zwar in dem Sinne, daß der Scheinwiderstand des Strompfades
über die Lagergleitschicht wesentlich größer ist als der Scheinwiderstand über den
an sich bekannten zusätzlichen Gleitkontakt. Die alleinige Anwendung solcher überbrückenden
Gleitkontakte führt noch nicht zum Erfolg, wenn nicht gleichzeitig Vorsorge getroffen
ist, den Scheinwiderstand des parallel liegenden Strompfades über die Lagergleitschicht
wesentlich zu vergrößern. Die Erfindung besteht also in der Kombination zweier Maßnahmen:
der Anwendung an sich bekannter überbrückender Gleitkontakte und der künstlichen
Vergrößerung des Scheinwiderstandes im Strompfad über die Lagerfläche.
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Um diesen Scheinwiderstand in dem Strompfad über die Lagerfläche,
der nachfolgend als der erste Strompfad der beiden parallel liegenden Strompfade
bezeichnet wird, wesentlich zu vergrößern, ist in diesen ersten Strompfad in an
sich für die Verbesserung der Abschirmwirkung und nicht speziell bei dem über die
Lagergleitschicht führenden Strompfad bekannter Weise wenigstens ein Umwegstück
eingeschaltet, welches durch eine putenartige, zur Drehachse koaxiale Vertiefung
gebildet wird. Die Wirkung kann noch wesentlich erhöht werden, wenn in der putenartigen
Vertiefung in ebenfalls an sich bekannter Weise ein Körper aus einem ferromagnetischen
Material vorzugsweise hoher Permeabilität angeordnet ist. Beispielsweise kann die
putenartige Vertiefung mit einem oder mehreren Ferritringen ausgefüllt werden. Durch
die Wirkung der erhöhten Permeabilität ergibt sich eine wesentliche Steigerung der
Induktivität des Umwegstückes, so daß bei gleicher an den beiden Strompfaden auftretender
Hochfrequenzspannung der Stromanteil über den ersten Strompfad verringert wird und
der größere Stromanteil über den die zusätzlichen Gleitkontakte enthaltenden Strompfad
geführt wird. Die Anordnung der putenartigen Vertiefungen an den zur Drehachse senkrechten
ringförmigen Stirnflächen hat den Vorteil, daß die Baulänge in Achsrichtung nicht
vergrößert zu werden braucht und die Sperrwirkung unmittelbar bei der Lagerfläche
auftritt.
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Es ist zu erwähnen, daß die Verwendung ferromagnetischen Materials,
beispielsweise geeignet geformter Körper aus Hochfrequenzeisen, in koaxialen Hochfrequenzleitungsstücken
bekannt ist, um die Längsdämpfung solcher Leitungsstücke wesentlich zu erhöhen.
In den bekannten Anordnungen werden die günstigen Eigenschaften des Hochfrequenzeisens
dazu benutzt, um in Dezimeterwellengeräten beispielsweise die Gleichstromzuleitungen
gegen den Durchtritt von Hochfrequenzschwingungen zu sperren. Es wird dabei auch
auf Anordnungen Bezug genommen, in denen sich ein Innenleiter und ein Außenleiter
der Leitung gegeneinander drehen. Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe läßt
sich jedoch nach dem Ergebnis praktischer Versuche weder durch die alleinige Methode
der Verdrosselung durch Erhöhung der Induktivität des über die Lagerfläche führenden
Strompfades noch durch alleinige Anwendung von überbrückenden Gleitkontakten lösen.
Erst die gleichzeitige Anwendung beider Maßnahmen und Bemessung der beiden Scheinwiderstände
im Sinne der Erfindung führt zu dem gewünschten Erfolg.
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In der Zeichnung ist im Schnitt der wesentliche Teil einer Lagerkonstruktion,
beispielsweise für ein Drehvariometer, dargestellt, in welcher die Erfindung angewendet
ist. Mit 1 ist ein Lagerkörper bezeichnet, der beispielsweise aus Metall bestehen
kann. Mit 2 ist ein Lagerzapfen bezeichnet, der als Ansatz an dem Lagerkörper 1
ausgebildet ist. Der Lagerzapfen greift in eine entsprechende Bohrung der Drehachse
3 ein, welche bei Anwendung in einem Induktivitätsvariometer die bewegliche Spulenwicklung
trägt oder mit den Stromabnehmern in Verbindung steht. Der an dem Lagerkörper 1
sitzende Lagerzapfen 2 nimmt über die Lagergleitschicht die an der Drehachse 3 angreifenden
Kräfte auf. Der Lagerkörper 1 ist durch den Winkel 4 mechanisch und elektrisch mit
dem Rahmen des Gerätes verbunden. Die Lagergleitflächen sind bei Drehbewegungen,
jedoch nicht im normalen Betriebszustand, also bei ruhender Drehachse,- voneinander
durch einen Schmierfilm getrennt. An Stelle des dargestellten Gleitlagers kann auch
ein Kugellager vorgesehen sein, wobei die Anwendung der Erfindung die gleichen Vorteile
ergibt. Mit den Doppelpfeilen a ist der über die Drehachse fließende Hochfreqüenzstrom
angedeutet. Dieser Strom geht zum Lagerkörper 1 über und fließt im Falle der Erdung
des Lagerkörpers zur Erde ab. Von der Stelle an, wo die Kontaktkörper 5 auf dem
äußeren Umfang der Drehachse 3 aufsitzen, bieten sich in der dargestellten Konstruktion
für den Hochfrequenzstrom zwei einander parallel geschaltete Stiompfade. Der erste
Strompfad führt auf der äußeren Oberfläche der Drehachse selbst bis zur Stirnfläche
am Bund dieser Drehachse, sodann auf der inneren Oberfläche der mit den Ferritringen
8 angefüllten, von der Stirnseite her in die Drehachse eingestochenen Nut, weiter
zum inneren Teil der genannten Stirnfläche und schließlich über die Gleitschicht
zum Lagerzapfen 2. Der auf dem ersten Strompfad fließende Strom muß also den Umweg
längs der inneren Oberfläche der mit den Ferritringen 8 ausgefüllten Nut nehmen.
Sein Weg ist nicht nur um diesen Umweg verlängert und damit schon der Scheinwiderstand
erhöht. Eine weitere Erhöhung des Scheinwiderstandes ergibt sich noch durch die
Wirkung der Permeabilitätserhöhung innerhalb des von diesem Strom hervorgerufenen
magnetischen Feldes mittels der Ferritringe B. Durch diese Ringe wird die Induktivität
der durch den Umweg gebildeten Schleife wesentlich vergrößert.
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Der genannte erste Strompfad führt nun vom Lagerzapfen 2 weiter über
die Verlängerung des Lagerzapfens in Richtung auf den geerdeten Lagerkörper 1. Der
am Lagerkörper ansitzende Verlängerungsteil des Zapfens ist von den Ferritringen
9 umgeben. Dadurch wird die Induktivität dieses Verlängerungsteiles ohne räumliche
Vergrößerung seiner Länge erhöht und damit der Scheinwiderstand des ersten Strompfades
weiter gesteigert. Sollte infolge der Stromverdrängungswirkung ein Stromanteil vom
Ansatz des Lagerzapfens zur äußeren Oberfläche des Lagerkörpers fließen wollen,
so wird diese Tendenz
durch die mit den Ferritringen 9 ausgefüllte
Nut gehindert. Sie bildet einen Umweg von erhöhter Induktivität, der den resultierenden
Scheinwiderstand des ersten Strompfades weiter vergrößert.
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In der Praxis ist es häufig ausreichend, eine mit den Ferritkörpern
8 bzw. 9 ausgefüllte Nut entweder an der Drehachse 3 oder am Lagerkörper 1 vorzusehen.
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Der dem ersten Strompfad parallel liegende zweite Strompfad führt
von dem Berührungspunkt der Kontaktkörper 5 über die Blattfedern 6 geradewegs zur
äußeren Oberfläche des Lagerkörpers 1, ohne über die Gleitschicht hinweg zu gehen.
Dieser zweite Strompfad wird in der dargestellten Anordnung durch die Parallelschaltung
einer Anzahl über den Umfang der Drehachse vorzugsweise gleichmäßig verteilter Gleitkontakte
gebildet, von denen in der Schnittzeichnung nur zwei dargestellt sind. Die Kontaktkörper
5 werden durch parallel zur Drehachse angeordnete, an einem der beiden gegeneinander
drehbaren Teile (Lagerkörper oder Achse) befestigte Blattfedern 6 gegen die Achse
bzw. den Lagerkörper gedrückt. Diese Federn sind in dem dargestellten Ausführungsbeispiel
mit Hilfe der Schrauben 7 am Lagerkörper 1 befestigt und pressen ihre Kontaktstücke
gegen den Umfang der Drehachse. Die Blattfedern 6 sind so angeordnet, daß sie auf
einer äußeren, zur Drehachse koaxialen Zylinderfläche liegen bzw. eine solche Fläche
tangential berühren, während die Lagergleitschicht einer inneren Zylinderfläche
von wesentlich geringerem Durchmesser angehört. Diese räumliche Anordnung hat die
Wirkung, daß auch entsprechend der durch Stromverdrängung sich ergebenden räumlichen
Stromverteilung ein größerer Stromanteil über die außenliegenden Federn 6 und ein
kleinerer Stromanteil über die innenliegende, die Gleitschicht enthaltende Verbindung
fließt.