DE3432812A1 - Spulenkoerper fuer insbesondere einlagige zylinderspulen der hochfrequenz- und nachrichtentechnik - Google Patents

Description

• Spulenkörper für insbesondere einlagige Zylinderspulen
• der Hochfrequenz- und Nachrichtentechnik.
• Die Erfindung bezieht sich auf einen Spulenkörper für insbesondere einlagige Zylinderspulen der Hochfrequenz-und Nachrichtentechnik, der zur Drahtführung Rillen hat.
• Hochwertige Filterspulen müssen bekanntlich hohe Gütewerte Q=L/R und gute Konstanteigenschaften aller Kenndatenparameter aufweisen. Am Zustandekommen dieser Eigenschaften ist u.a. der Wicklungsaufbau maßgebend beteiligt.
• Man unterscheidet zwischen einlagigen und mehrlagigen Wicklungen. Die Erfindung bezieht sich vor allem auf einlagige Zylinderspulen mit und ohne ferromagnetischen Kern und mit relativ kleiner Induktivität L.
• Die Problematik hierbei liegt bei der Realisierung lückenloser L-Spektren zwischen etwa 10nH und 5/uH mit Windungszahlen zwischen 1 und 20 Windungen. Ferner ist es bei konventionellen Spulen bis Jetzt kaum möglich, gespreizte Wicklungen in ihrer geometrischen Lage zum Wicklungsträger genau reproduzierbar aufzubringen. Auch das Problem der Windungs- und Anschlußendenfixierung ist derzeit noch nicht befriedigend gelöst.
• Bei niedrigen Windungszahlen sind L-Lücken infolge des Zusammenhanges L~ N nicht zu vermeiden. Eine Lücke, die sich beispielsweise bei zwei Spulen gleicher Wicklungsgeometrie zwischen einer und zwei Windungen ergibt, beträgt 300%. Diese größte Lücke läßt sich zwar inner: halb einer Spulenbaugröße mittels variabler Windungsanordnung und Verwendung von Abgleichkernen eingrenzen, aber nur schwerlich völlig schließen. Um eine variable Windungsanordnung mit dicht schließenden oder besser noch überlappenden L-Werten nutzbringend anwenden zu können, dürfen die einzelnen Windungsvarianten in ihrer geometrischen Anordnung nur wenig streuen und müssen genau reproduzierbar sein. Dazu muß sich der Spulendraht vor allem lagestabil auf dem Träger befestigen lassen, was bisher insbesondere bei Spreizwicklungen nicht sichergestellt ist. Zu Beginn der Spulenfertigung ist man deshalb auf die Anfertigung von Probewicklungen angewiesen; die dann noch verbleibende Streubreite enthält Ausschuß. Andere Maßnahmen zur Eingrenzung von L-LUcken, wie gestufte Luftspaltabmessungen bei Schalenkernen sind ebenfalls möglich, doch sie führen zu Konstanz-, GUte-und Kostennachteilen.
• Weiterhin sind bis Jetzt die bei Spulendrähten im Durchmesserbereich von 0,5 mm bis 2 mm auftretenden relativ großen Rückstellkräfte nicht oder nicht ausreichend genug abzufangen, so daß sich die Wicklungen lockern und eine mehr oder weniger große Inkonstanz der Kenndaten solcher Spulen vorherrscht.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Probleme mit einfachen Methoden möglichst vollkommen zu lösen.
• Diese Aufgabe wird unter Zugrundelegung eines Spulenkörpers der eingangs erwähnten Art erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 genannten Merkmale gelöst.
• Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Erfindungsgegenstandes finden sich in den Unteransprüchen.
• Nachstehend wird die Erfindung samt ihren Vorteilen anhand eines in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
• Dabei zeigen: Fig. 1 eine Schalenkernspule mit bewickeltem Körper.
• Fig. 2 einen Spulenkörper in Drauf- und Seitenansicht.
• Fig. 3 ein anderes Ausführungsbeispiel des Spulenkörpers.
• Wie bereits eingangs erwähnt, ist die Herstellung gespreizter Wicklungen geringer Windungszahl schwierig und der Ausschuß relativ hoch, da die Geometrie der Windungsanordnung nicht sicher genug einzuhalten ist. Induktivität, Güte und Gleichstromwiderstand hängen jedoch überwiegend von der Windungsanordnung ab. Ein geeignetes Verfahren zur Herstellung von Wicklungen mit definiert kleinen Unterschieden in den Drahtabständen bei gleichfalls sicherer Windungs- und Endenfixierung fehlt bis Jetzt. Derzeit werden HF-Spulen größtenteils mit relativ einfachen Wicklungsmaschinen mit manueller Drahtführung hergestellt. Es ist nur das Abbinden mit Faden, das Kleben oder neuerdings ein Umschlingen von Nasen zur Endenfixierung bekannt. Ist die Wicklung wesentlich kürzer als der Wicklungsträger, so kommt lediglich Abbinden bzw. Kleben in Frage, weil sich beim Umschlingen von Nasen in diesem Fall die Windungen axial verschieben.
• Wird die Klebetechnik zur Fixierung der Windungen und Drahtenden benutzt, so ergeben sich Wartezeiten für die Aushärtung des Klebers, die den Fertigungsablauf behindern. Außerdem muß der Kosten- und Zeitaufwand für die Anschaffung von speziellen Klebevorrichtungen und Härteöfen in Betracht gezogen werden.
• Für Spulen mit nur wenigen Windungen können im allgemeinen keine Automaten eingesetzt werden, da die StUckzahlen bei Filterspulen meist nicht sehr groß sind. Außerdem ist das Problem der Windungs- und Endenfixierung dicker Drähte auch bei Automaten nicht befriedigend lösbar. Eine Bereitstellung von L-Spektren durch Bauvorschriftenreihen stößt deshalb auf Schwierigkeiten oder erbringt in der Fertigung einen erheblichen Streubereich der Spulendaten.
• Die erfindungsgemäße Lösung nach Figur 1 zeigt einen hohlzylindrischen Wicklungsträger 1, der außen ähnlich einem Gewinde, jedoch steigungslose Rillen 2 trägt, in die der Wickeldraht 9 unverrückbar eingelegt werden kann. Dieser Wicklungsträger 1 weist zudem mehrere rillenfreie Zonen 3 (Sprungstellen) zum Rangieren des Spulendrahtes zwischen ausgewählten Rillen auf.
• Setzt man beispielsweise konstante Wickelbreite voraus, so lassen sich mit dieser Lösung im Gegensatz zu Gewinderillen Wicklungen mit unterschiedlichen Windungszahlen und Windungsabständen herstellen. Ferner kann die Wicklungsbreite und der axiale Abstand der Wicklung zum Spulenende bzw. zum Schalenkernluftspalt auch bei konstant gehaltener Windungszahl variiert werden. Letzlich ist es möglich, nichtganzzahlige Windungen aufzubringen und diese ohne die üblichen Abbindemethoden sicher zu befestigen. Hierzu hat der Wicklungsträger für die Drahtenden spezielle "Drahtanker" 3 an den Stirnseiten, die später näher erläutert werden. Alle diese genanntau Eigenschaften ermöglichen es, ein nahezu lückenloses L-Spektrum mit hoher Konstanz der Spulendaten zu realisieren.
• Bei einem Wicklungsträger mit Gewindekontur müßte für jede Windungszahl und für Jede Windungsabstandsvariante ein Gewinde mit anderer Steigung, das heißt je ein anderes Konstruktionsteil festgelegt werden, was verständlicherweise sehr teuer würde.
• Im vorliegenden Anwendungsbeispiel konnte mit einem Wicklungsträger mit sechs orthogonalen Rillen ein komplettes Induktivitätsspektrum aufgebaut werden.
• Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung liegt u.a. in der Verringerung des Wicklungs-Gleichstromwiderstandes, woraus êine Gütesteigerung resultiert. Durch die orthogonale Aufbringung des Spulendrahtes auf den Wicklungsträger geht kein Wickelraum an den Spulenenden verloren, wie dies bei einer steigungsbehafteten Wicklung der Fall ist. Aufgrund der relativ kurzen Sprungstellen an den rillenfreien Zonen folgt der maximal verwendbare Drahtdurchmesser etwa der Beziehung dmax = B/N, gegenüber dmax = B/(N+1) bei einem Gewinde oder konventionell aufgewickeltem Draht (B = Wickelbreite, N = Windungszahl).
• Dies bedeutet beispielsweise bei einem verwirklichten Wicklungsträgermuster für eine Schalenkernspule 22 . 13 mit sechs orthogonalen Rillen, daß der Drahtdurchmesser um 17% dicker gewählt werden konnte oder daß bei gleicher Wicklungsträgerbreite 20% mehr Windungen Platz finden, nämlich sechs Windungen, anstatt fünf Windungen bei Gewinderillen. Der Gleichstromwiderstand ist in diesem Fall sogar um 3696 niedriger.
• Wie schon erwähnt, sind in diesem Wicklungsträger neuartige, den Spulendraht verankernde, der Windungskrümmung gegenlaufende Rillensegmente 4 in Form von Kreisringnuten integriert, die die Drahtenden 7 gegen Aufspringen sichern. Erst durch diese voll in den Wicklungsträger integrierten "Drahtanker" kann die Erfindung auch für Schalenkernspulen oder ähnliche Bauformen ohne Wickelraumverlust eingesetzt werden. Das Vorhandensein mehrerer "Drahtanker" in den Stirnflächen des Trägers erlaubt es ferner, auch nichtganzzahlige Windungen aufzubringen und zu fixieren, woraus weitere L-Varianten resultieren.
• Werden die "Drahtanker" 4 auf einer oder auf beiden Stirnseiten des Wicklungsträgers tiefer als in Figur 2 gezeichnet eingearbeitet, so können auch wenige Windungen in der Wicklungsträgermitte angeordnet werden, ohne daß eine seitliche Abknickung eines oder beider Drahtenden erforderlich ist (Güteverbesserung).
• Zur Isolierung und zum Schutz der Drahtenden im Bereich der Schalen-Schlitze können die Drahtanker in Form von Nasen 8 nach außen verlängert werden (Figur 3). Bei halben Windungen dürfen diese Nasen nur so weit in den Wickelraum ragen, daß die Rillen fUr die erste und letzte Windung nicht verdeckt werden. Der Spulendraht würde an diesen Stellen nach innen gebogen und Kurzschlüsse bewirken. Um dies zu vermeiden und um Platz zu schaffen, sieht die erfindungsgemäße Lösung hierzu eine verrundete ieistenartige Verstärkung der Nasen 8 vor, die aufgrund ihrer Kontur in die Bodennut des Schalenkerns paßt. Die Ringnut für die Drahtenden (Drahtanker) läuft hierzu in einer Schräge 10 nach innen bis in die Höhe des ersten Rillenendes 11.
• Selbstverständlich ist es auch möglich, ggf. die Windungszahl über sechs Windungen hinaus zu erhöhen, wenn man mit halber oder noch geringerer Drahtstärke arbeitet und hierzu zwei oder mehrere Windungen je Rille wickelt.
• Dafür ist natürlich isolierter Draht erforderlich, während sond vorteilhafterweise Blankdraht verwendet werden kann.
• Die Dicke a der Rippen zwischen den Windungsrillen ist so gewählt, daß die Proximityverluste etwa ein Minimum bilden, so daß sich zum Beispiel bei a = 0,5 mm ein einheitlicher Drahtdurchmesser von 0,8 mm zwischen einer und sechs Windungen verwenden läßt, ohne nennenswerte Güteeinbußen hinnehmen zu müssen. Zur Erlangung annähernd gleich großer Güten innerhalb des L-Spektrums war es bisher erforderlich, die Drahtdicken etwa proportional mit 1/N zu verändern. Die Verwendung eines einheitlichen Drahtdurchmessers hat fertigungstechnische Vorteile (Kosteneinsparung für Lagerhaltung, kdrzere Rüstzeiten, Mengenrabatte usw.). Außerdem sind versilberte Kupferdrähtet nur in sehr grober Durchmesserstufung erhältlich, im Gegensatz zu Kupferlackdrähten, so daß man bisher schon auf Kompromisse in der Drahtauswahl angewiesen war.
• Wie die Praxis erwiesen hat, wird durch die erfindungsgemäße Lösung des Problems eine reibungslose Fertigung derartiger Spulen und eine Einsparung von Kosten und Zeit in Entwicklung und Fertigung erreicht.
• 3 Figuren 7 Patentansprüche - Leerseite -

Claims (7)

1. Patentansprüche Ö J Spulenkörper für insbesondere einlagige Zylinderspulen der Hochfrequenz- und Nachrichtentechnik, der zur Drahtführung Rillen hat, dadurch gekennzeichnet, daß die am Umfang des Körpers (1) angeordneten Rillen (2) parallel zueinander verlaufen und am Umfang zum Wechsel des Spulendrahtes in die nächste Rille oder zur Herausführung der Drahtenden mehrfach unterbrochen (3) sind.
2. 2. Spulenkörper nach Anspruch 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß die Rillenbreite (c) etwa dem Drantdurchmesser (d) entspricht und die Dicke (a) der Rillenwandung wesentlich geringer als der Drahtdurchmesser ist, (zum Beispiel a=0,5mm; d=0,8mm;c=0,9mm).
3. 3. Spulenkörper nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß insbesondere für Spulen mit Schalenkern (5, 5a) am Innenumfang (6) des Spulenkörpers (1) in Bereichen, an denen die Rillen (2) unterbrochen (3) sind, Einschnitte (4) in Form von Kreisringnuten, die nach außen offen sind, vorgesehen sind, in die die Drahtenden (7) einlegbar sind (Drahtanker).
4. 4. Spulenkörper nach Anspruch 3, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß die Kreisringnuten (4) in Richtung der Spulenachse über mehrere Rillen (4) hinweg reichen und einerseits in den Rillen andererseits in den rillenfreien Zonen (3) enden.
5. 5. Spulenkörper nach Anspruch 3 oder 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Kreisringnuten (4) auf beiden Seiten bezüglich der Längsachse der Spulenkörper (1) umfangsmäßig um 1800 gegeneinander versetzt angeordnet sind.
6. 6. Spulenkörper nach einem der Ansprüche 3 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Kreisringnuten (4) im Bereich der rillenfreien Zonen 3 nasenförmige Ansätze (8) in Richtung Außenumfang der Spule haben.
7. 7. Spulenkörper nach Anspruch 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die nasenförmigen Ansätze (8) in Richtung Spulenachse nicht durchgenutet sind.