DE2012467A1

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Publication number: DE2012467A1
Application number: DE19702012467
Authority: DE
Priority date: 1969-03-18
Filing date: 1970-03-17
Publication date: 1970-12-17
Also published as: GB1223386A; FR2035044A1; NL7003888A

Description

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&. & E. Bradley Limited, London N.V/. 10, England

Spulenanordnung mit veränderbarer Induktivität |

Die Erfindung betrifft eine induktivitätsveränderbare Spulenanordnung mit zwei relativ zueinander bewegbaren Spulen, vorzugsweise für einen'Frequenzbereich von 200 kHz bis 400 kHz.

Zur Herstellung von Funkbaken, die mit einer Frequenz von beispielsweise 300 kHz betrieben werden, ist es zweckmäßig, möglichst viele genormte Bauteile zu verwenden. Welche Art von Antenne oder Strahler verwendet wird, hängt jedoch von der Geografie am Aufstellungsort der betreffenden Funkbake ab. Es besteht daher die Schwierigkeit, den'normalen Sender % an zahlreicheί unterschiedliche Antennen anzupassen. Zur Beseitigung dieser Schwierigkeiten sind induktivitätsveränderbare Spulenanordnungen mit großem Induktivitätsbereich geeignet. Bislang werden Anpassungseinheiten verwendet', die induktivitätsveränderbare Spulenanordnungen mit mehreren Abgriffen enthalten. Diese Abgriffe werden angelötet. Um ^enau.die gewünschte Induktivität zu erhalten, müssen dabei die Abgriffe mehrmals., an-und abgelötet werden. Dies ist jedoch nicht nur zeitaufwendig, sondern auch insofern nachteilig, als die Spulenanordnung dadurch leicht zerstört werden und eine Verstimmung aufgrund schlechter . Lötstellen eintreten kann.

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Eine weitere Schwierigkeit ergibt sich dadurch, daß ein großer Induktivitätsbereich bei Frequenzen zwischen 20OkHz und 400 kHz erforderlich ist und daß sich bei diesen Frequenzen die Eigenkapazität der Spulenanordnung bemerkbar macht.Die Spulenanordnung muß daher so augebildet sein, daß ..sich ein möglichst kleine Eigenkapazität ergibt.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine induktivitätsveränderbare Spulenanordnung für Frequenzen zv/ischen 200 kHz und 400 kHz zu schaffen, die leicht auf' den gewünchen Induktivitätswert, und zwar stetig im Bereich von mindestens 1,5 : 1 einstellbar ist. ■

Nach der Erfindung wird diese Aufgabe bei einer induktivitätsveränderbaren Spulenanordnung mit zwei relativ zueinanderjbewegbaren Spulen dadurch gelöst, daß die eine Spule auf einen hohlen isolierenden Spulenkörper gewickelt ist, daß die andere Spule einen kleineren Durchmesser als die eine aufv/eist und · ebenfalls auf einen isolierenden Spulenkörper gewickelt ist, daß die Spulen koaxial zueinander angeordnet sind, daß Vorrichtungen zur Veränderung der relativen Lage der Spulen längs ihrer gemeinsamen Achse vorgesehen sind, und zwar ausgehend von einer Lage,in der die andere Spule zumindest teilweise innerhalb der einen Spule liegt, daß die Spulen derart hintereinander se ha It bar sind, daß sie wählbar eine positive oder eine negative Gegeninduktivität aufweisen, daß jede Spule einen Abgriff aufweist, über den ein Teil der einen Spule wählbar mit einem Teil der anderen Spule in Reihe geschaltet werdsn kann, daß die Spulen und jene Vorrichtungen so ausgebildet sind, daß die Induktivität der Spulenanordnung in einem vorbestimmten Bereicht veränderbar ist, der mindestens einen stetigen Bereich von mindestens 1,5 : 1 umfasst, und daß jede Spule derart aus zwei Lagen, gewickelt ist, daß sie nur eine geringe Sigenkapazität aufweist.

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Vorzugsweise ist die Induktivität im Bereich von mehr, als 2 : 1 einstellbar.

Bei einer bevorzugten Ausführung läßt sich die Induktivität im Bereich von etwa 3,5 Millihenry bis 0,18. Millihenry ändern,· wobei die Anordnung zwei stetige Einstellbereiche von mehr als 2 : 1 aufweist.

Die Erfindung und ihre Weiterbildungen werden im folgenden anhand von Zeichnungen näher beschrieben, in denen bevorzugte Ausführungsbeispiele dargestellt sind.

Die Figuren 1 (a), 1 (b) und 1 (c) stellen Konfigurationen einer induktivitätsveränderbaren Spülenanordnung nach der Erfindung in einem oberen' Induktivitätsbereich dar.

Die Figuren 2 (a), 2 (b) und 2 (c) stellen Konfigurationen der Anordnung nach Pig. 1 in einem mittleren Induktivitätsbereich dar. . -

Die Figuren 3 (a), 3 ("b) und 3 (c) stellen Konfigurationen der induktivitätsveränderbaren Spulenanordnung nach Fig.. 1 in einem unteren Induktivitätsbereich dar.

Figur 4 stellt eine Teilschnittansicht der Spulenanordnung nach den Figuren 1, 2 und 3 dar, und

Figur 5 stellt eine vergrößerte Schnittansicht eines Teils nach Figur 4 dar.

Die Figuren 1, 2 und 3 stellen schematisch eine induktivitätsveränderbare Spulenanordnung mit zwei Luft-Spulen 11 und.12, jeweils auf einem huhlenlisolierenden Spulenkörper 13 bzw. H.

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Figur 1 (a) zeigt, wie die Spulen 11 und 12 geschaltet sind, um eine positive gegenseitige Induktivität auszubilden. Die Spulen liegen in Reihe und sind an ihren Enden 15 und 16 direkt miteinander/verbunden. Bei der Verbindungsart nach Fig. 1 (a) und der in Fig. 1 (b) dargestellten relativen Lage haben die Spulen die maximale Induktivität, während ihre Lage bei minimaler Induktivität und der in"Fig. 1 (a) dargestellten Verbindungsart in Fig. 1 (c) dargestellt ist. V/enn sie also auf die in Fig. 1(a) dargestellte V/eise verbunden sind, ergibt sich die maximale Induktivität, wenn die Spule 12 vollständig in der Spule 11 angeordnet ist, während sich die minimale Induktivität bei außerhalb der Spule 11 liegender Spule 12 ergibt. Die maximale Induktivität beträgt dabei etwa 3,5 Millihenry und die minimale Induktivität etwa 2 Millihenry. Der relative Einstellbereich, in dem die Induktivität stetig veränderbar ist, ist daher größer als 1,5 : 1. Der untere Induktivitätss.grenzwert hängt von dem kleinstmöglichen Abstand der Spulen 11 und 12 und den Selbstinduktivitäten der beiden Spulen ab.

Nach Fig. 2 (a) sind die Spulen 11 und 12 so geschultet, daß sich eine negative Gegeninduktivität ergibt. Dabei sind die Spulen in Reihe geschaltet, während das Ende 15 der Spule 12 direkt mit dem Ende 17 der Spule 11 verbunden ist. Die Figuren 2 (b) und (c) zeigen jeweils die relative Lage der Spulen 11 und 12 bei maximaler und minimaler Induktivität. Dabei beträgt die maximale Induktivität etwa -1 > 5 Millihenry und die minimale etwa·0,31 Millihenry. Der stetige relative Einstellbereich ist mithin größer als 4:1. V/ie man sieht, bilden bei der Schaltungsanordnung nach Fig. 1 die Enden 17 und 18 der Spulen 11 und 12 die Enden der induktivitätsveränderbaren Spulenanordnung, während bei der Schaltungsanordnung nach Fig.2 '•Ο die Enden 16 und 18 die Enden der induktivitätsveränderbarün Spulenanordnung bilden.

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Bei der Verbindungsart der beiden Spulen 11 und 12 nach Pig. 3 (a) liegt nur die Hälfte jeder Spule zwischen den Enden der Spulenanordnung in Reihe. Diese Enden sind bei dieser Verbindungsart das Ende 16 der Spule 11 und ein Abgriff 20 an der Spule 12. Die Hälfte 21 der Spule 11, die in einem Abgriff 19 und dem Ende 16 endet, liegt mit der Hälfte 22 der Spule 12 in Reihe, die im Abgriff 20 und dem Ende 15 endet, wobei ι der Abgriff 19 direkt mit dem' Ende 15 verbunden ist. Bei dieser J Verbindungsart ergibt sich eine negative Gegeninduktivität, <| wobei die maximale Induktivität der Spulenanordnung auftritt, ' Γ wenn die Spule 12 vollständig außerhalb der Spule 11 ange-

ordnet ist, wie es in Fig. 3 (b) dargestellt ist, und die '_;

·. minimale Induktivität auftritt, wenn sich die Spule 12 voll- > ständig in der Spule 11 befindet. Der Maximalwert der Induktiv!- ' tat liegt hierjbei 500 Mikrohenry und der Minimalwert bei j

180 Mikrohenry. Der relative stetige Einstellbereich ist daher größer als 2,5 : 1.

Eine positive Gegeniduktivität ergibt sich, wenn sich die j

Magnetfelder der beiden Spulen 11 und 12 beim Stromdurchgang j

durch die Spulenanordnung unterstützen (addieren), und eine ;

negative Gegeninduktivität ergibt sich, wenn die Magnetfelder ™

der beiden Spulen 11 und 12 beim Stromdurchgang durch die i

Spulenanordnung einander entgegengerichtet sind. Die Hälften ι 21 und 22 der in Pig. 3 (a) dargestellten Spulen sind so miteinander verbunden, daß ihre Magnetfelder beim Stromdurch-

gang, d.h. wenn der Strom vom Abgriff 20 zum Ende 16 oder um- ;

gekehrt durch die beiden Hälften 21 und 22 fließt, einander - ^! entgegengerichtet sind.

Der mechanische Aufbau der Spulenanordnung ist in Pig. 4 dargestellt. Die Spule 11 ist auf den Spulenkörper 13 gewickelt, bei dem e3 sich um einen hohlen Zylinder aus Isoliermaterial handelt. Die Enden des Spulenkörpers 13 sind jeweils an zwei Isoliorplijtten 23 und 24 befestigt, die durch zwei zylindrische i'ührungöütäbe, von denen einer 25 in Pig. 4 zuäehan ist» ge-

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tragen werden, und auf diesen entlang gleiten können. Die Führungsstäbe sind daher mitbestimmend für die Lage des Spulenkörpers 13 und stützen diesen. An den ^teilen, an denen die Führungsstäbe durch die Platten 23 und 24 hindurchgehen, sind Laufbuchsen 26 vorgesehen. Zwei Ringe 27 und 28, die auf dem Stab 25 befestigt sind, dienen als Endanschläge zur Begrenzung der Verschiebung der Platten 23 und 24 längs des Stabes, und zwei· weitere in Pig. 4 nicht sichtbare Ringe auf dem anderen Führungsstab dienen dem gleichen Zv/eck.

Eine an den Platten 23 und 24 befestige Zahnstange 29> die parallel zu den Führungsstäben verläuft, kämmt mit einem Ritzel 30, das' durch eine·Welle koaxial mit einem Zahnrad verbunden ist. Das Zahnrad 31 greift in ein weiteres Zahnrad 32 ein, das durch eine Welle koaxial mit einem nicht dargestellten Drehknopf verbunden ist. Die Zahnräder 32, 31 und 30 und die Zahnstange 29 dienen als Untersetzungsgetriebe für eine dem Drehknopf von Hand erteilte Drehung. Die die Zahnräder miteinander verbindenden Wellen sind in nicht dargestellten Lagern gelagert, die relativ zu zwei Endstützen 33 und 34, in denen die Enden der Führungsstäbe befestigt sind, feststehen. Infolgedessen läßt sich die Spule 11 durch Verdrehen des Drehknopfes parallel zu den Führungsstäben verschieben.

Die Spule 12 ist auf den Spulenkörper 14 gewickelt, bei dem es sich um einen weiteren Hohlzylinder aus Isoliermaterial handelt. Die Enden des Spulenkörpers 14 sind jeweils durch zwei Scheiben 35 und 36 aus Isoliermaterial verschlossen,von denen die Scheibe 35 koaxial an einem langen Stützstab 37 und die Soheibe 36 koaxial an einem kurzen Stützstab 38 befestigt iut, ao duü die Spule 12 exzentrisch in Längsrichtung dor Führungaatäbo angeordnet iut, die die Spule 11 trugen, wobei die Stützstäbe 37 und 38 an den Endstützen 33 und 34 befestigt sind. Die Spule 12 wird mithin in fester Lage zwischen den Endstützen 33 und 34 gehalten.Die Anordnung ist so getroffen, daß die Stützstäbo 37 und 38, dicL SBUlonknrper 13 und 14 und

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die Spulen 11 und 12 koaxial angeordnet sind und die Spule einen hinreichend kleinen Außendurchmesser auf v/eist, so daß der Spulenkörper 13 auf der. Spule 12 frei bewegbar ist..

Die Enden 16 und 17 und der Abgriff 19 der Spule 11 sind jeweils an Anschlüsse gelötet, die an der Platte 23 befestigt sind, das Ende 15 der Spule 12 ist an einen an der Endstütze 33 befestigten Anschluß gelötete/und der Abgriff 20; sowie das Ende 18 der Spule 12 sind jeweils an Anschlüsse gelötet, die an der Endstütze 34 befestigt sind.

Die Anschlüsse sind durch nicht dargestellte Leitungen entsprechend den Figuren 1 (a) oder Fig. 2 (a) oder Fig. 3 (a) verbunden. · '

Die beiden Spulen 11 und 12 bestehen jeweils aus zwei Lagen enggewickelter Windunger;, von denen die innere Lage 51 Windungen und die äußere Lage 49 Windungen aufweist. Jede Spule enthält ferner einen nichtferromagnetischen Kern, und zwar in beiden Fällen einen Luft-Kern.

Fig. 5 zeigt, wie jede Spule anfängt. Die Zahlen 1 bis 10 Λ zeigen die Reihenfolge der Bildung der jeweiligen Windungen an. Die Wicklung wird mit den ungeradzahligen Windungen 7 bis 99 als Rest der inneren Lage und den geradzahligen V/indungen 12 bis 100 als Rest der äußeren Lage fortgesetzt. Zunächst werden zwei Windungen aus Abbindeschnur um den Spulenkörper gewickelt, wie es links von der Spule zu sehen ist, und mit einem Sicherungslack fixiert. Dann wird eine Lage aus einem etwa 13 mm breiten selbstklebenden Isolierband (Sellotape 1409) mit einer Durchbruchspannung von 6 kV in der gesamten Länge der Spule unter dieser auf den Spulenkörper gewickelt, und zwar so, daß jede Bandwindung die vorhergehende Windung überlappt. Dann wird die Spule über das Band gewickelt. Sie besteht aus 100 Windungen. Nach 50 Windungen ist ein Abgriff vorgesehen.

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Bei dem Spulendraht handelt es sich um seideisolierte Litze mit 100 Adern und einem Aderdurchmesser von je 0,08 mm (100/44 British Standard Wire Gauge). Die Endwindungen der Spule sind mit dem gleichen Isolierband befestigt. Auch am rechten Ende der Spule sind zwei Windungen aus Abbindeschnur auf den Spulenkörper gewickelt und mit Sicherungslack fixiert. Schließlich wird die ganze Spule mit dem Sicherungslack fixiert.

Durch dieses Wickelverfahren ergibt sich eine geringe Eigenkapazität, d.h. eine Eigenkapazität, d ie geringer ist, als wenn die erste Lage erst■vollständig hergestellt wird, bevor die zweite Lage begonnen wird.

Der Spulenkörper 15 besteht aus Vinylharz und hat einen Außendurchmesser von 109,6 mm und einen Innendurchmesser von 104,8 mm, und der Spulenkörper 14 besteht aus einem kunstharzgetränkten Gewebe mit einem Außendurchmesser von 95,3 mm und einem Innendurchmesser von 82,6 mm. Eine enge Kopplung zwischen den Spulen ergibt sich mithin, wenn sich die Spule 12 vollständig in der Spule 11 befindet. Der Führungsstab 25 und der zugehörige Führungsstab, auf denen die Platten 23 und 24 sitzen, bestehen aus Messing, während die Laufbuchsen 26 aus dem Kunststoff "Delrin" der als Lageroberfläche gut geeignet ist, hergestellt sind. Abgesehen von der Zahnstange 29 und dem zugehörigen Untersetzungsgetriebe sind im wesentlichen alle Bauteile des Gestells, das die Spulenkörper 13 und 14 trägt, insbesondere die Stäbe und 38 sowie die Bauteile an ihren Enden und die Platten 23 und 24 aus einem kunststoffgetränkten Gewebe hergestellt. Durch diese Verringerung der Menge des leitenden Materials in der Nähe der Spulen 11 und 12 läßt sich die Dämpfung durch Wirbelströme gering halten und eine Spulenanordnung mit einer hohen Güte Q erzielen. Bei dem kunstctoffgetränkten Gewebe handelt es sich um das unter dem Warenzeichen "Kite Brand" von der Tufnol Limited of Birmingham, England,hergestelltes Gewebe, das der britischen Norm 2572 entspricht. Ein anderes geeignetes Material für die Spulenkörper 13 u/iu H ist Polymethylenmot.hucrylat. 009851/1795

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Die Zahnstange 29 und das zugehörige Untersetzungsgetriebe sind aus Messing hergestellt und mehr als 51 mm von den Spulen entfernt angeordnet. Denn es hat sich herausgestellt, daß die Anwesenheit von Messing in dieser Entfernung einen vernachlässigbaren Einfluß auf die Güte Q der Spulenanordnung hat.

Ein Anwendungsgebiet induktivitätsveränderbarer Spulenanordnungen nach der Erfindung sind Antennenübstimmkreise.' Wenn die Spulenanordnung so ausgebildet ist, daß sie in dem passenden Induktivitätsbereich einstellbar ist, läßt sich die Spulenanordnung so mit der Antenne·.verbinden, daß sie mit der Antenne einen abstimmbaren Kreis bildet. Das hier beschriebene Ausführungsbeispiel wird z.B. in einer Abstimmanordnung für eine spannungsgespeiste Antenne verwendet, wie es in 'der gleichzeitig eingereichten Patentanmeldung P ....... der Anmelderin beschrieben ist.

Das hier beschriebene Ausführungsbeispiel einer induktivitätsveränderbaren Spulenanordnung kann mit' einem Strom von bis zu etwa 4 A und einer Spitzenspannung .zwischen ihren Enden von etwa 18 kY betrieben werden. Die Wicklungsart der Spulen und die relative Lage in der Spulenanordnung ergeben einen kompakten Aufbau, trotz der verhältnismäßig starken Spitzenströme und hohen Spannungen, auf die die Spulenanordnung ausgelegt ist.

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Claims

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Patentansprüche

[I.J Induktivitätsveränderbare Spulenanordnung mit zwei relativ zueinander bewegbaren Spulen,

dadurch gekennzeichnet, daß die eine Spule (11) auf einen hohlen isolierenden Spulenkörper (13) gewickelt ist,, daß die andere Spule (12) einen kleineren Durchmesser als die eine aufweist und ebenfalls auf einen isolierenden Spulenkörper (H) gewickelt ist, daß die Spulen koaxial zueinander angeordnet sind, daß Vorrichtun^i(29, 30, 31, 32) zur Veränderung der relativen Lage der Spulen längs ihrer gemeinsamen Achse vorgesehen sind, und zwar ausgehend von einer Lage, in der die andere Spule (12) zumindest teilweise innerhalb der einen Spule (11) liegt, daß die Spulen derart hintereinanderschaltbar sind, daß sie wählbar eine positive oder eine negative Gegeninduktivität aufweisen, daß jede Spule einen Abgriff (19, 20) aufweist, über den ein Teil (21) der einen Spule (11) wählbar mit einem Teil (22) der anderen Spule (12) in Reihe geschaltet werden kann, daß die Spulen und jene Vorrichtungen so ausgebildet sind, daß die Induktivität der Spulenanordnung in einem vorbestimmten Bereich veränderbar ist, der mindestens einen stetigen Bereich von mindestens 1,5 zu 1 umfasst, und daß jede Spule §erart aus zwei Lagen gewickelt ist, daß sie nur eine geringe Eigenkapazität aufweist..

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2. Spulenanordnung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß ihre
Induktivität in einem Bereich von mindestens 10 : Ί veränderbar ist.
5. Spulenanordnung nach Anspruch 2,

dadurch geken n?.z e i c h η e t , daß die

Induktivität in einem Bereich von mindestens 19 : 1 veränderbar ist

4. Spulenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der stetige Bereich größer als 2 : 1 ist.

5. Spulenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,. dadurch . gekennzeichnet , daß der stetige Bereich größer als 4 : 1 ist.
6. Spulenanordnung nach Anspruch 3,

dadurch gekennzeichnet , daß ihre Induktivität in einem Bereich von etwa 3,5 Millihenry bis

zu 0,2 Millihenry veränderbar ist. Λ
7. Spulenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtungen zum ändern der relativen Lage der Spulen ein Ritzel (30) enthalten, das relativ zu einem (14) der Spulenkörper drehbar gelagert ist und in eine . Zahnstange (29) eingreift, die an dem anderen Spulenkörper (13) befestigt ist. · .
8. Spulenanordnung-nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Spulenkörper (14) einer der Spulen durch ein Gestell fest gehültert ißt, üub mindestens zwei KihrungGötäbe (25) enthält, die parallel zu der gemeinsamen.Achse der Spulen ancre-

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ordnet sind, und daß der Spulenkörper (13) der anderen Spule auf den Führungsstäben gleitend gelagert ist.
9. Spulenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Spulen Luft-Kerne enthalten.
10. Spulenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß sie in einem Antennenabstimmkreis angeordnet ist.

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