DE2260682A1 - Elektrische spule/magnetspule - Google Patents

Description

• Elektrische Spule/Magnetspule Diese Erfindung befaßt sich mit einer elektrischen Spule oder einer Magnetspule. Sie befaßt sich insbesondere aber mit einer Vorrichtung, die als ein relativ flacher induktiver Widerstand eingesetzt werden kann.
• Elektronische Schaltungen werden nun üblicherweise als flache Bauelemente hergestellt und dann als eine leicht austauschbare Steckkarte als ein Teil einer kompletten elektronischen Schaltvorrichtung verwendet. Die meisten elektronischen Schaltelomente bieten sich geradezu für eine flache Bauweise an. Das Schaltelement aber, das die meisten Schwierigkeiten macht oder in der Vergangenheit die meisten Schwierigkeiten gemacht hat, ist der induktive Widerstand oder die elektrische Spule bzw. die Magnetspule. Weil solche Spulen bisher drei Dimensionen hatten (und als enggewickelte Spirale ausgeführt waren), hat sich das Volumen dieser Schaltelemente dem Fortschritt bei der Herstellung von elektronischen Schaltungen als Steckkarten in den Weg gestellt.
• Diese und andere bei den bisher bekannten Vorrichtungen aufgekommenen Probleme und Schwierigkeiten werden mit dieser Erfindung in einer neuartigen Weise umgangen und vermieden, Ziel dieser Erfindung ist-deshalb in der Hauptsache die Schaffung einer elektrischen Spule oder einer Magnetspule, die bei der Herstellung von elektrischen Schaltelementen und Schaltungen verwendet werden kann, die leicht horzustellen und in der Masse oder im Volumen reduziert sind. Ziel dieser Erfindung ist somit im wesentlichen die Schaffung einer elektrischen Spule oder einer Magnetspule illit vereinfachten Verbindungssystemen, die sich einfacher Prüfen läßt und die Verwendung von gedruckten oder geätzten Schaltungen erleichtert, die darüber hinaus auch noch die Konstruktion und Ausführungen von Schaltungen erleichtert.
• Ein anderes Ziel dieser Erfindung ist die Schaffung einer Spule, die flach ist und bei der die Windungen zur Spulenachse im rechten Winkel liegen.
• Ein weiteres Ziel dieser Erfindung ist die Schaffung einer elektrischen Spule oder einer Magnetspule, die sich leicht herstellen läßt oder die Herstellung erleichtert.
• Ein wiederum anderes Ziel dieser Erfindung ist die Schaffung einer elektrischen Spule oder einer Magnetspule, die zur Verwendung in flachen Schaltungen leicht konstruiert und ausgeführt werden kann.
• Ein weiteres Diel dieser Erfindung ist die Schaffung einer elektrischen Spule oder Magnetspule, die sich für den Einsatz von ungewöhnlichen Kern-Anordnungon oder Windungsanordnungen anbietet.
• Werden diese und andere Ziele berücksichtigt, dann sollten die Fachleute auf diesem besonderen Fachgebiete erkennen können, daß sich diese Erfindung aus einer Kombination von Teilen zusammensetat, die in der Spezifikation beschrieben werden. ?ür diese Kombination von Teilen wird sodann um Patentschutz nachgesucht.
• Im wesentlichen besteht diese Erfindung aus einer elektrischen Spule oder einer Magnetspule, bei der ein Anschluß aus leitendem Material zu einer Reihe von Windungen geformt ist, die im wesentlichen in der gleichen Ebene liegen. Jede Windung überlappt dabei die vorhergehende Windung, desgleichen aber auch die nachfolgende Windung. Es ist eine Isoliervorrichtung vorgesehen, die den Leiter an den Uberlappungastellen isoliert.
• Diese Erfindung wird nachstehend nun anhand des in Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles (der in Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele) näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in:-Fig. 1 Eine perspektivische Darstellung einer elektrischen Spule oder einer Magnetspule dieser- Erfindung.
• Fig. 2 Einen in die Linie II-II von Fig. 1 gelegten vergrößerten Querschnitt durch die Spule.
• Fig. 3 Verschiedene andere Ausführungsformen der Spule.
• bis 5 Fig. 6 Die Verwendung der Spule dieser Erfindung in einer Vorrichtung, die mit Permanentmagneten arbeitet.
• Fig. 7 Die Verwendung der Spule mit einem Kinoskop (Fernsehröhre).
• Fig 8 Die Verwendung der Spule mit einer Abschirmvorrichtung.
• Fig. 9 Die Verwendung der Spule in einer elektronischen Schaltung.
• Fig.10 Die Verwendung der Spule oder des Spulenprinzips in einer anderen elektronischen Schaltung.
• Fig.llA Die Art, in der die Spule in einem Regeltransformator und 11B oder einem Stelltransformator verwendet werden kann.
• Fig. 12 Einen Querschnitt durch zwei Spulen mit einer Abschirmung zur Verringerung der kapazitiven Kopplung.
• Fig.13 Ein Verfahren zur Herstellung gedruckter Schaltungen, 14 u.15 das zur Herstellung einer Spule dieser Erfindung Verwendung finden kann.
• Fig.16 ) Ein Verfahren zur Herstellung einer geänderten Aus-und 17 führung der Spule dieser Erfindung.
• Fig.18 Eine geänderte AusführungsSorm der Spule.
• Fig. 19 Die bei der Spule nach Fig. 18 verwendeten Lamellen.
• Fig. 20 Andere Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes.
• bis 24 Wie aus Fig. 1, die am besten die wesentlichen Eigenschaften und Merkmale dieser Erfindung erkennen läßt, hervorgeht, ist die mit der allgemeinen Hinweiszahl 10 gekennzeichnete und aus elektrisch leitendem Material bestehende Wicklung in einem llauptgehäuse 11 angeordnet, dal aus nichtleitendem Material besteht.
• Dieses Gehäuse 11 ist der Darstellung halber so wiedergegdben als bestünde es aus einem transparenten oder durchsichtigen Kunststoff. Dieses Hauptgehäuse 11 hat im wesentlichen eine Rechteckform und ist relativ dünn, so daß eine Plattenform gegeben ist. In das Hauptgehäuse 11 eingekapselt ist ein elektrischer Leiter 12 aus Kupfer oder aus einem ähnlichen elektrisch leitenden Material, wobei ein Ende 13 des Leiters 12 auf der einen Seite des Hauptgehäuses 11 herausgeführt ist, das andere Ende 14 aber auf der anderen Seite des Hauptgehäuses 11, Die im Inneren des llauptgehäuses zu erkennenden Windungen oder Wicklungen 15 liegen alle in der gleichen Ebene. In dor Serie der Windungen oder Wicklungen überlappt eine jede Windung oder Wicklung die vorhergehende und die nachfolgende Windurg oder Wicklung. Für eine Isolierung des Leiters 12 ist gesorgt, bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel besteht diese Isolierung aus dem Material, aus dem auch der Hauptkörper 11 hergestellt ist, und zwar deswegen weil an den Kreuzungspunkten oder Uberlappungepunkten zwischen den Leiterteilen immer ein Abstand vorhanden ist.
• Fig. 2 zeigt nun, daß es, um dio Wicklungen oder Windungen 15 in einer flachen Ebene anordnen zu können, notwendig ist daß eine jede Windung oder Wicklung 15 zur Hauptebene des llauptgohauses oder iiauptklirpers 11 otwas goneigt angeordnet werden muß. Fig. 2 läßt weiterhin erkennen, daß die Drähte otwas auseinandergehalten werden, damit das Material, aus dem auch das Hauptgehäuse besteht, als Isolierung wirksam werden kann. In diesem Zusammenhang sei jedoch darauf hingewiesen, daß es in manchen Fällen'besser sein kann, das Leitermaterial mit einer Isolierschicht zu versehen, damit die Drähte der Windungen oder Wicklungenzur Erleichterung der Herstellung und der Montage einander beruhren können.
• Fig. 3, Fig. 4 und Fig. 5 zeigen die Art, in der im Rahmen diesor Erfindung die Windungen oder Wicklungen mit unterschiedlichen Abständen angeordnet werden können. Nach Fig. 3 sind die zur Wicklung 20 gehörenden Windungen 21 derart um einen Isolierträger oder um ein Isolierstück 23 gewickelt, daß die einzelnen Windungen über die geraden Verbindungsstücke 22 miteinander verbunden sind. Nach Fig. 4 besteht die Spule oder Wicklung 24 aus mehreren Windungen 25 die über die geraden Verbindungsstücke 26 miteinander verbunden sind und gegenüber Fig. 3 enger beieinanderliegen. Noch dichter sind die zur Spule 28 gehörenden Windungen 27 aus Fig. 5 zusan:mengepackt.Durch das dichtete Zusammenpacken der Wicklungen oder Windungen erhöht sic die gegenseitige Induktanz, desgleichen aber auch die Gesamtinduktivität oder Gesamtinduktanz der elektrischen Spule oder Magnetspule, die natürlich auch von der gesamten Anzahl der Windungen abhängig ist.
• Wie aus Fig. 6 zu erkennen ist, liegt eine elektrische Spule oder Magnetspule der in Zusammenhang mit Fig. 1 beschriebenen Ausführung zwischen den beiden Permanentmagneten 31 und 32 und bildet dann ein System, das beispielsweise als Lautsprecher Verwendung finden kann. Der Spule wird ein Wechselstrom'Audiosignal derart aufgeschaltet, daß sie sich zwischen den Polen der Magnete bewegen kann und dabei im Lautsprechor tliofiir die <Ije Erzeuçlrlg eines Tones oder Klanges erforderliche Bewegung durchführt.
• Nach Fig. 7 sind dem Kinoskop 33, beispielsweise einer Bildröhre für einen Fernsehapparat, zwei elektrische Spulen oder zwei Magnetspulen 34 und 35 der Ausführung nach Fig, 1 zugeordnet. In diesem Falle wird von den Spulen ein induktives Feld oder Magnetfeld innerhalb der Röhre erzeugt, durch das der Elektronenstrahl der durch die Röhre gefilrt wird, derart abgelenkt wird, daß ein Bild auf der Röhre entsteht, Mit Fig. 8 wird deutlich gemacht, wie eine Spule 36 der mit Fig, 1 beschriebenen und dargestellten Ausführung zum Abschirmen in ein Metallgehäuse 37 eingebaut werden kann. Aus dem Metallgehäuse sind die Anschlüsse 38 und 39 herausgeführt, über die die Verbindung zur Spule im Gehäuse hergestellt wird. Das Metallgehäuse 37 kann kastenförmig oder plattenförmig sein und in größerer Ausführung genau der Form des Spulen-Hauptgehäuses entsprechen, Zu der elektrischen Schaltung 40 aus Fig. 9 gehören die drei Spulen 41, 42 und 43 der Ausführung nach Fig. 1, zwischen denen ein Kern 44 angeordnet ist. Die Spulen 41 und 42 sind den Elektronenröhren 5 und 46 sowie einer Stromquelle 47 zugeordnet, während die Ausgangsspule 43 mit einem Verbraucher oder einer Last 48 in Verbindung steht. Diese Schaltung ist den koIiventionellen Schaltungen änlich, jedoch ermöglicht die Verwendung der flachen Spulen die Ausfiihrung der gesamten Schaltung in einer flachen Form.
• Fig. 10 zeigt eine andere Schaltung 50, bei denen die Spulen 51 52 und 53 der Ausfiihrung nach Fig. 1 verwendet werden. Zwischen den Spulen 52 rind 53 liegt ein Kern 54, und die Spule 53 ist auf einen Verbraucher oder eine Last 55 geführt. Die Spulen 51 und 92 sind den Elektronenröhren 56 und 57 und einer Stromquelle 58 zugeordnet.
• Mit Fig. 11 wird gezeigt, wie die beiden Spulen 6o und 61 zur Schaffung eines Regeltransformators oder Stelltransformators verwendet werden können. In diesem Fall werden die Spulen derart angeordnet und montiert, daß sie relativ zueinander verstellt werden können, wobei die flachen Seiten dieser Spulen einander gegenüber angebracht sind.
• Nach Fig. 12, die eine andere Art der Abschirmung wiedergibt, ist zwischen den beiden in Übereinstimmung mit Fig. 1 konstruierten'Spulen 62 und 63, d.h, zwischen den beiden plattenförmigen Spulen, eine Farraday-Abschirmung 64 angeordnet, Mit Fig. 13, Fig. 14 und Fig. 15 werden die verschiedenen Schichten einer in Übereinstimmung mit dieser Erfindung als gedruckte Schaltung ausgeführtn Spule. Auf den Isolierträger 65 nach Fig.
• 13 sind die Windungen 66 aufgedruckt, deren gerade Verbindungsteile 67 an den Stellen unterbrochen sind, an denen sie von einem anderen Teil der Windung gekreuzt werden. Wie aus Fig. 14 zu erkennen ist, sind auf den gleichen Träger 65 Isolierstücke 69 aufgebracht worden. Der Klarheit halber sind in Fig. 14 die Windungen nicht dargestellt worden.
• Nach Fig. 15 sind auf dem Isolierträger 65 Überbrückilngen 71 aus leitendem Material mit vergrößerten Enden 72 aufgedruckt, die über die Isolierstücke 69 hinausreichen und die unterbrocflenenen Enden der zu den Windungen 66 aus Fig. 13 gehörenden geraden Teile 67 miteinander verbinden. Zu erkennen ist, daß alle Elemente der Spule unter Anwendung, des Verfahrens dor gedruckten Schaltung auf dem gleichen Isoliorträger hergestellt wenien, was zu einer recht dünnen und nach dem Verfahren der gedr@uckten Schaltung hergestellten elektrischen Spule oder Magnet spu e führt.
• Zu dom mit Fig. 16 wiedergegebenen Teil einer elektrischen Spule oder einer Magnetspule gehört ein Körper 73 mit einer Reilie von Kernelementen 74, die unter Anwendung des Verfahrens der gedruckten Schaltung oder irgendeines anderen Verfahrens unter Verwendung von Eisenpulver oder von Lamellen auf diese Schicht 73 gebracht worden sind. Aus Fig. 17 geht sodann hervor, daß dem Körper ein Leiter 75, der zu einander überlagernden Windungen, die koplanar zueinander angeordnet sind, hinzugefügt worden ist. Die Kernelemente 74 sind derart angeordnet, daß zwischen den einander benachbarten Windungen jeweils ein genügend großer Abstand vorhanden ist.
• Fig. 18 zeigt ein Verfahren, mit dem eine elektrische Spule oder eine Magnetspule 77 mit einem geeigneten Kern versehen werden kann. Die Spule ist entsprechend Fig. 1 ausgeführt, der Kern 78 aber setzt sich zusammen aus mehreren Lamellen oder Elementen 79, die aus geeignetem Stahlblech hergestellt und dann ringsum die Spule in verriegelnder Weise befestigt werden.
• Fig. 19 zeigt die besondere Form der Elemente oder Lamellen 79 und auch die Art, wie sie abwechselnd auf der Spule angeordnet werden.
• Mit Fig. 20 bis 24 werden die verschiedensten Ausführungsformen der Windungen wiedergegeben. So zeigt beispielsweise Fig.
• 20 eine Spule 80, deren Windungen jeweils in einander dicht benachbarten Windungen angeordnet sind, während zwischen den jeweiligen Windungspaaren in der Windungsreihe immer ein größerer Abstand vorhanden ist. Bei der Spule 82 nach Fig. 21 sind die Windungen 83 im wesentlichen quadratisch, wobei die einzelnen Windungen durch die geraden Verbindungsteile 84 miteinander verbunden sind. Die Windungen 86 der mit Fig. 22 dargestellten Spule 85 haben sogar eine Sechseckform. Mit der Spule nach Fig.23, also mit der Spule 87, deren Windungen 88, 8'3, 90 und 91 von dem einen Ende des Leiters bis zu dessen anderen Ende immer kleiner werden, könnte ein Magnetfeld in einer gewünschten besonderen Form aufgebaut werden. Fig. 24 zeigt nun eine Spule 92 mit einer Reihe von Windungen 93, die zwar in der gleichen Ebene angeordnet sind, deren Zentren jedoch eine Kurve bilden, so daß das induktive Feld oder das Magnetfeld die Form eines Büschels haben würde. Diese Spule wäre der Spule nach Fig. 1 ähnlich, hätte aber in der Ebene des plattenförmigen Hauptkörpers eine Kurve oder eine Krümmung.
• Damit aber wird im Rahmen dieser Erfindung eine neue Form einer Spule oder einer Induktivität geschaffen, die in vorteilhafter Weise mit oder ohne Kernmaterialien Verwendung finden kann. Sie kann für sich selbst verwendet werden, depglei chen aber auch in Situationen, die eine Kopplung mit andereii Spulen verlangen. Die Spule kann ungeschützt oder mit einer Abschirmung eingesetzt werden. Diese Spule ist sehr nützlich bei der Konstruktion und Herstellung von elektrischen oder elektronischen Bauelementen in einer zweidimensionalen Form oder in einer Form, die in der dritten Dimonsion möglichst eingeschränkt ist und den praktischen elektrischen oder mechanischen Anforderungen entspricht.Derartige im Flachbauweise hergestellte Bauelemente können die Fertigung erleichtern, können die Masse oder das Volumen reduzieren, können die Vorbindungssysteme vereinfachen, können die Testvorgänge vereinfachen und ermöglichen die Verwendung von gedruckten oder geätzten Schaltungen, laseen sich schnell herstellen und habe darüber hinaus auch noch andere Vorteile. Diese Spule läj3t sich in einer praktischen Weise zur Erzieliirtg des gowünschten induktiven oder Magnetfeldes in vielen Formen iio'stelien.
• Die Spule läßt einfach dadurch herstellen, daß ein Leiterdraht im wesentlichen in einer Ebene gewickelt wird, und owar durch eine Kreisbewegung <lie mit einer Längsbewegung in der gleichen Ebene kombiniert ist. Dabei wird eine Form hergestellt, die den Formen bei der alten Palmer-Zeichenmethode ähnlich list, bei der auf einem Stück Papier Kreise gezeichnet wurden, während der Arm gLeichmäßig und gleichförmig dem Papier entlang bewegt wurde. Natürlich ist dort, wo sich die Spuienwindungen kreuzen eine Isolierung des Spulendrahtes erforderlich oder irgendeine Maßnahme die den Leiter an diesen Punkten an der Berührung hindert. Eine derartige Maßnahme kann die Schräglage der Spulenwindungen zur Spulenebene sein, desgleichen aber auch eine geringfügige Umleitung des einen Drahtes um den anderen. Die Dichte der derart konstruiorten Windungen Läßt sich leicht dadurch verändern, dald die Geschwindigkeit der Längsbewegung geändert wird, und zwar im Vergleich mit der Kreisbewegung, die die Spulenwindungen erzeugt. Nach diesem Verfahren können so verschiedenartige Resultate erzielt werden, wie dies mit Fig. 3, Fig 4 und Fig. 5 dargestellt ist. Die Längsbewegung braucht nicht konstant zu sein, sie kann unterbrochen werden, sie kann eine Geschwindigkeitänderung erfahren, so da zwei oder mehr Windungen,(wie dies aus Fig. 20 hervorgeht) mehr oder weniger Seite an Seite angeordnet werden.
• In Übereinstimmung mit dieser Erfindung können die Spulen aus Draht gewickelt werden, sie können aber auch aus einem anderen elektrisch leitendem Material hergestellt und während des Formvorganges auf Papier, Isolierpappe, Keramik oder anderes geeignetes Material, das starr oder flexibel sein kann, aufgedampft werden. Das Aufbringen auf die Oberfläche kann erfolgen durch Verwendung einer KLebematritze, durch Erwärmung der OberfLäche durch Aufgießen auf die Oberfläche während des Formens des Materials oder durch kontinuierliches oder punktförmiges Auftragen eines geeigneten Klebemittels. Wird eine flexible Oberflache verwendet, beispielsweise Papier, dann ist es möglich, dio Spule in jede gvun-chte Form zu biegen, beispielsweise um den Hals einer Kathodenstrahlröhre.
• Alternativ können die Spulen gewickelt werden aus Draht oder aus irgendeinem anderen elektrisch leitenden Material, das steif genug ist, seine Form nicht zu verändern und somit in jeder gewünschten Form bleibt, ohne Halt oder mit Halt an den Enden oder an bestimmten Punkten. Sie kann aber auch unter Verwendung eines oder mehrerer Streifen aus Kunststoff oder irgendeinem anderen Material hergestellt werden, wobei sich diese Streifen in Längsrichtung der Spule orstrecken und einen Teil oder Teile einer jeden Windung oder mehrerer Windungen umsciiließen oder auf eine andere Art festhalten. Zur Verstärkung der Spuleninduktivität können diese Streifen Kerne aus pulverförmigen Material oder aus einem anderen Material aufweisen. Dies gilt auch für die Kopplung mit anderen Spulen. Bei Anwendung des mit Fig. 13, Fig. 14 und Fig. 15 beschriebenen Alternativverfahrens werden die Spulen durch Anwendung dor D ruck-oder Ätztechnik hergestellt. Dabei wird die Oberfläche einer Steckkarte oder gedruckten Schaltung gedruckt, geätzt oder anderweitig bearbeitet, wobei an den Spulenkreuzungsstellen jeweils ein leiter weggelassen wird. Auf den Kreuzungsboreich kann eine Isollerfarbe oder ein anderes Mittel aufgetragen werden, woraufiiin dann in einem dritten Schritt iiber den Isolierzonen eine Leiterbrücke unter Anwendung geeigneter Mittel aufgetragen werden kann, so daß eine kontinuierliche Spule entsteht.
• Es sollte klar sein, daß,ohne vorn Geiste der Erfindung abweichen zu müssen, kleinere Änderungen an der Ausführungsform und der Konstruktion dieser Erfindung vorgenommen werden können. Deshalb soll sich diese Erfindung auch nicht auf die dargestellten und beschriebenen Ausf,ührungsbeispiele beschränken, sondern vielmehr alles erfassen, was in den Rahmen der Patentansprüche fällt.

Claims (9)

Patentansprüche:

1) Elektrische Spule oder Magnetspule mit einem Draht aus elektrisch leitendem Material, der in eine Reihe von Windungen geformt wird, die alle in einer gleichen Ebene liegen und dabei ein Magnetfeld erzeugen, das im rechten Winkel zur Ebene liegt. Die Spule auch mit einer Isoliervorrichtung an den Kreuzungspunkten des Drahtes.

Die elektrische Spule oder Magnetspule dadurch gekennzeichnet, daß jede Windung die vorhergehende und die nachfolgende Windung überlagert, wobei die Mittellinien der Windungen in einer geraden Linie angeordnet sind.

2. Elektrische Spule oder Magnetspule nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Windungsserie in einer flachen Plastikplatte eingekapselt ist.

3. Elektrische Spule oder Magnetspule nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kern die Windungsserie umschließt.

4. Elektrische Spule oder Magnetspule nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Windungsserie einer anderen Windungsserie zugeordnet ist, die in einer entfernten Ebene angeordnet ist.

5. Elektrische Spule oder Magnetspule nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Windungsserien an den beiden einander gegenüberliogenden Seiten einer Elektronenstrahlvorrichtung zur Steuerung und Regelung des llektrellonstrahles angeordnet sind.

6. Elektrische Spule oder Magnetspule nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den beiden Windungsserien ein Abschirmelement die eine Einstellung der wechselseitigen Induktivität zwischen den Windungsserien zuläßt.

7. ELektrische Spule oder Magnetspttlo nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den beiden Windungsserien ein Magnetkern angeordnet ist; die Anzahl der Spulen so ausgelegt ist, daß ein Transformator entsteht.

8. Elektrische Spule oder Magnetspule nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Windung in Form eines Polygon oder Vielecks ausgeführt ist.

9. Elektrische Spule oder Magnetspule nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Spulen relativ zueinander bewegt werden können, wodurch wiederum die magnetische Kopplung zwischen ihnen verändert wird.

- Ende -