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Einrichtung zur Induktivitätsänderung Insbesondere für Zwecke der
Meßtechnik, z. B. zur Prüfung von Filterdurchlaßkurven unter Benutzung eines die
Amplitude der durchgelassenen Schwingungen anzeigenden Oszillographen ist es vielfach
erwünscht, eine Induktivität (bzw. einen Schwingungskreis) zu verwenden, deren Charakteristik
bei gleichförmiger Bewegung eines Regelorgans, z. B. beim Verschieben mit gleichmäßiger
Geschwindigkeit eines Kernes oder einer leitenden Scheibe im Spulenfeld, in einem
gewissen Bereich nur langsame Änderungen, in wenigstens einem anderen Bereich dagegen
eine sprunghafte Änderung zeigt. Vorzugsweise erstrebt man eine sägezahnförmige
Charakteristik, die während des als Hinlauf bezeichneten Teiles einen langsamen
gleichbleibenden Anstieg (oder Abfall) aufweist und dann verhältnismäßig schnell
wieder auf den Ausgangswert zurückspringt (Rücklauf); dies kann gegebenenfalls periodisch
wiederholt werden.
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Auch beim Aufsuchen einer ausreichend starken bzw. ein zusagendes
Programm darbietenden Sendestation in einem Empfänger ist eine solche Abstimmkurve
erwünscht, weil dann bei gleichförmigem Durchdrehen des Regelorgans (Abstimmorgans)
- was z. B. auch durch einen Motor konstanter Drehrichtung vorgenommen werden kann
- der Abstimmbereich praktisch immer in einer Richtung durchlaufen wird, ohne daß
eine Änderung des Bewegungssinnes des Regelorgans nötig ist.
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Übliche Anordnungen dieser Art mit einem mechanisch verstellbaren
Regelorgan (z. B. Abstimmorgan) haben, wie es allgemein der Aufgabenstellung entspricht,
eine innerhalb des Änderungsbereiches gleichmäßig verlaufende Charakteristik und
bei der Rückkehr auf den Anfangswert - wobei meist eine Änderung der Bewegungsrichtung
des Regelorgans erforderlich ist - ergibt sich etwa die gleiche Änderungsgeschwindigkeit
der geregelten Größe (Induktivität oder Kapazität) wie beim Hinlauf, wenn nicht
die mechanische Verstellgeschwindigkeit geändert wird, was im allgemeinen unerwünscht
ist. Man erhält also bei periodischer Änderung nur einen dreieckförmigen Verlauf
mit etwa gleicher, verhältnismäßig geringer Flankensteilheit auf dem ansteigenden
wie auf dem abfallenden Ast.
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Bei einer Einrichtung zur Induktivitätsänderung einer Spule mit flacher
Wicklung, die parallel zu einem beweglichen, das Kraftlinienfeld der Spule beeinflussenden
elektrisch leitenden Körper angeordnet ist, der in Richtung der längsten Ausdehnung
der Spulenwicktung derart verstellbar ist, daß eine kontinuierliche Änderung des
Induktivitätswertes erfolgt, werden die erwähnten Nachteile vermieden, und man kann
mit einfachen Mitteln eine Induktivitätsänderung mit allmählichem Hinlauf und sehr
kurzem Rücksprung erreichen, wenn gemäß der Erfindung sich die Begrenzungslinie
des Körpers lageveränderlich relativ zur Spulenwicklung bewegt und zur sprunghaften
Änderung der Induktivität einen Absatz aufweist, der sich periodisch quer zur längsten
Ausdehnung der schmalen Spulenwicklung bewegt.
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Es sei bemerkt, daß es an sich bekannt ist, durch Anordnung einer
drehbaren oder verschiebbaren leitenden Scheibe, die auch eine senkrecht zur Bewegungsrichtung
verlaufende Kante aufweisen kann, im Feld einer Spule deren Induktivität zu verändern.
Dabei hat man auch mehrere Teilspulen benutzt, zwischen deren Windungen eine oder
mehrere Scheiben gedreht oder verschoben werden. Die Abmessungen der leitenden Scheiben(n)
lagen bei der bekannten Anordnung jedoch in der gleichen Größenordnung wie die der
Spule, die z. B. als flache Scheibe mit spiralförmig verlaufenden Windungen oder
als breites Rechteck, vorzugsweise etwa quadratisch oder halbkreisförmig ausgebildet
war. Mit diesen Anordnungen konnte nicht der Vorteil eines steilen Rücksprunges
und auch nicht eine beliebige Charakteristik in einfacher Weise erzielt werden,
weil stets verhältnismäßig große Teile der leitenden Scheibe im Spulenfeld wirksam
waren.
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Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung beispielsweise
näher erläutert.
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Fig.1 zeigt zwei Spulen 1 und 2, die je nur aus einer Windung bestehen,
die eine langgestreckte rechteckige Fläche umschließt. Diese Spulen 1 und 2 sind
in Reihe geschaltet, und an den Anschlüssen 3 und 4 tritt ihr gemeinsamer Induktivitätswert
in Erscheinung. Die Spulenwindungen 1 und 2 sind dicht nebeneinander
und
parallel beiderseits zu einer Scheibe 5 aus leitendem Material, vorzugsweise aus
Metall, angeordnet, die an einer Achse 6 drehbar befestigt ist.
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Der Rand dieser Scheibe 5 liegt dabei zum Teil im Spulenfeld und verschiebt
sich - wenn man, wie es der praktischen Wirkung entspricht, nur die Tiefe des Eindringens
der Scheibe in den Zwischenraum der Spulen 1 und 2 betrachtet - beim Drehen der
Achse 6 etwa in Richtung der größten Achse der Spulenflächen, wodurch sich eine
allmähliche Änderung des Induktivitätswertes ergibt. An den Teilen, bei deren Bewegung
im Spulenfeld durch Drehung der Achse 6 nur eine gleichmäßige Änderung oder auch
gar keine Änderung des Induktivitätswertes erfolgen soll, verläuft die Begrenzungslinie
der Scheibe 5 spiral- oder kreisförmig. Dort aber, wo bei gleichmäßiger Drehung
der Achse 6 eine möglichst schnelle Änderung des Induktivitätswertes z. B. vom Höchstwert
auf den Mindestwert erfolgen soll, ist die Begrenzungslinie eine radial gerichtete
Kante 7, die in Richtung der kleinsten Achse der Spulenfiäche zwischen den Spulen
1 und 2 hindurchbewegt wird.
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Wenn die Scheibe 5 sich in der Stellung befindet, in der das leitende
Material praktisch aus dem Spulenfeld entfernt ist, sind die Spulen induktiv miteinander
gekoppelt und haben insgesamt eine an den Anschlüssen 3 und 4 auftretende verhältnismäßig
hohe Induktivität. Wenn die Scheibe 5 dagegen weit zwischen die Windungen hineinragt,
ist die Kopplung zwischen den Spulen 1 und 2 aufgehoben und ihre Induktivität dadurch,
daß die Scheibe als kurzgeschlossene Sekundärwicklung wirkt, sehr stark herabgesetzt.
Es ist nicht schwer, mit einer solchen Anordnung ein Verhältnis (Induktivitätshub)
von 2 und mehr zwischen dem größten und kleinsten Induktivitätswert der in Reihe
geschalteten Spulen 1 und 2 zu ereichen, und zwar sowohl bei verhältnismäßig niedrigen
Frequenzen, z. B. in der Größenordnung von 1 bis 10 MHz wie auch bei verhältnismäßig
hohen Frequenzen, z. B. in der Größenordnung von 100 bis 300 MHz. Durch Anordnung
mehrerer Scheiben und neben ihnen angebrachter Spulen, von denen dann einige beiderseits
von je einer Scheibe benachbart sind, kann die Wirkung noch merklich erhöht werden.
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Fig.2 zeigt eine Anordnung nach Fig.1, bei der außerhalb der Spulen
1 und 2 quaderförmige Stücke 9 und 14 aus ferromagnetischem Material, vorzugsweise
aus Ferrit, auf der der Scheibe 5 abgewandten Seite angeordnet sind. Schon bei dieser
verhältnismäßig einfachen Anordnung wird eine Vergrößerung des Induktivitätshubes
erreicht. Gegebenenfalls kann auch noch an den anderen Seiten der Spulen 1 und 2
ferromagnetisches Material angeordnet werden, um die Induktivität zu erhöhen. Dies
ist insbesondere bei niedrigeren Frequenzen erwünscht, bei denen man eines guten
Induktivitätshubes wegen nur wenig Windungen verwenden, trotzdem aber eine ausreichend
große Induktivität erreichen will.
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Bei einer Anordnung nach F!-. 3 hat der leitende Körper die Form eines
Zylindermantels, und zwar eines Rohres 11, an dessen einem Ende die Spulen 1 und
2 parallel zur Zylinderachse angeordnet sind. Das eine Ende des Rohres 11 ist schraubenlinienförmig
abgeschnitten und weist eine zur Zylinderachse parallel laufende Kante 12 auf. Das
Rohr 11 ist an einer Achse 13 drehbar befestigt.
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Wenn der schraubenlinienförmige Teil des Rohres 11 durch Drehen der
Achse 13 zwischen den Spulen 1 und 2 hindurchbewegt wird, ändert sich die an den
Anschlüssen 3 und 4 auftretende Induktivität etwa dem Drehwinkel proportional. Wenn
jedoch die steile Kante 12 durch die Spulen 1, 2 hindurchtritt, erfolgt eine sprunghafte
Änderung des Induktivitätswertes. Die Breite der Spulen 1 und 2, z. B. gemessen
in Winkelgraden gegenüber der Achse 6 bzw. 13, bestimmt im Verhältnis zum vollen
Drehwinkel die Länge des Rücksprunges gegenüber dem Hinlauf. Eine sägezahnförmige
Kurve mit einem Rücksprung von nur einigen Prozent, insbesondere weniger als 10
Prozent, Breite im Verhältnis zum Hinlauf ist bei einer Anordnung nach der Erfindung
leicht zu erreichen.
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Wenn man den leitenden Körper mit zwei Rücksprungkanten und zwei gleichen
Hinlaufkurven, bei einer Scheibe 5 nach Fig. 1 z. B. eine doppelte Spirale mit gegenüberliegenden
Rücksprungkanten 7, versieht, kann man den Spulen 1 und 2 gegenüber ein zweites
gleiches Spulenpaar anbringen, wobei das eine z. B. zur Abstimmung eines Vorkreises
und das andere zur Abstimmung des Oszillatorkreises dient. Insbesondere wenn die
Scheibe 5 geerdet ist, tritt kein störender Einfiuß zwischen beiden Kreisen auf.
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Man kann mehrere Spulenanordnungen, die mit einem leitenden Körper
(der gegebenenfalls aus mehreren Teilen, z. B. mehreren parallelen Scheiben gemäß
Fig. 1 bestehen kann) zusammenwirken, auch deshalb anbringen, um in einfacher Weise
eine Umschaltung der Induktivitätswerte, die aber trotzdem alle eine ähnliche Änderungscharakteristik
gegenüber dem Regelorgan zeigen, vornehmen zu können. Solche Spulenanordnungen können
z. B. um einen bestimmten Wickelabstand versetzt am Umfang einer Scheibe nach Fig.
1 angebracht sein.
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Es ist natürlich auch möglich, als Zwischenform zwischen der Scheibe
5 und dem Zylinder 11 einen konisch (trichterförmig) ausgebildeten leitenden Körper
zu benutzen, bei dem dann die Spulen 1 und 2 in entsprechender Weise gegenüber der
Achse geneigt sind. Auch können die Spulen 1 und 2 mehrere Windungen, gegebenenfalls
sogar verschiedene Windungszahlen, haben. Die Windungen können in einer oder in
mehreren Lagen oder auch nach einem anderen Wickelschema angebracht sein, wenn nur
das Spulenfeld einen langgestreckten Querschnitt hat.
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Es ist leicht möglich, durch entsprechende Formgebung der wirksamen
Begrenzungslinien des leitenden Körpers 5 bzw. 11 eine beliebige Abhängigkeit der
Induktivität von der Steuergröße, z. B. dem Drehwinkel einer Achse 6 bzw. 13 zu
erzielen. Insbesondere kann man einem Schwingungskreis, der eine Induktivität nach
der Erfindung enthält, eine sägezahnförmige Charakteristik geben, d. h. eine etwa
lineare Abhängigkeit der Resonanzfrequenz von der Steuergröße (z. B. Drehwinkel)
mit einer steilen Rückstellungsflanke.
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Ein sägezahnförmiger Verlauf ist insbesondere erwünscht bei einem
Hochfrequenzgenerator mit periodisch veränderbarer Frequenz (Wobbel-Generator),
bei dem das Regelorgan kontinuierlich, vorzugsweise mittels eines Motorantriebes,
bewegbar ist. Wenn dabei eine Induktivität nach der Erfindung verwendet wird, kann
dabei der leitende Körper um seine Achse 6 bzw.13 motorisch angetrieben werden.
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Der Motor kann gegebenenfalls innerhalb des Hohlraumes des Rohres
11(Fig. 3) oder eines entsprechenden konisch ausgebildeten Teiles angeordnet werden,
wodurch sich eine sehr gute Raumausnutzung ergibt.
Die Induktivität
nach der Erfindung ist insbesondere gut geeignet auch für einen Oszillator, bei
dem zur Rückkopplung der Schwingungskreis mit einer Anzapfung versehen ist, die
z. B. an der Verbindung zweier Teilspulen 1 und 2 (Fig. 1 und 3) angebracht sein
kann. Da der leitende Körper in gleicher Weise auf beide Spulen einwirkt, ändert
sich trotz eines erheblichen Frequenzhubes an der Rückkopplung des Oszillators praktisch
nichts. Durch verschiedene Anordnung der Spulen kann sogar eine erwünschte Änderung
der Rückkopplung, die etwa wegen des Einflusses anderer frequenzabhängiger Schaltelemente
erforderlich ist, ohne Schwierigkeit erreicht werden.