DE3432812C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Spulenkörper für insbesondere einlagige Zylinderspulen der Hochfrequenz- und Nachrichtentech­ nik mit zwei Stirnseiten und mit senkrecht zur Spulenachse an­ geordneten, voneinander getrennten Rillen zur Drahtführung, die am Umfang des Körpers parallel zueinander verlaufen und zum Wechsel des Spulendrahtes von einer Rille in eine andere oder zum Herausführen der Drahtenden mehrfach unterbrochen sind.

Hochwertige Filterspulen müssen bekanntlich hohe Gütewerte Q = ω L/R und gute Konstanteigenschaften aller Kenndatenparame­ ter aufweisen. Am Zustandekommen dieser Eigenschaften ist der Wicklungsaufbau maßgebend beteiligt.

Man unterscheidet zwischen einlagigen und mehrlagigen Wicklun­ gen. Die Erfindung bezieht sich vor allem auf einlagige Zylin­ derspulen mit und ohne ferromagnetischen Kern und mit relativ kleiner Induktivität L.

Die Problematik hierbei liegt bei der Realisierung lückenloser L-Spektrien zwischen etwa 10 nH und 5 µH mit Windungszahlen zwi­ schen 1 und 20 Windungen. Ferner ist es bei konventionellen Spulen bis jetzt kaum möglich, gespreizte Windungen in ihrer geometrischen Lage zum Wicklungsträger genau reproduzierbar aufzubringen. Auch das Problem der Windungs- und Anschlußenden­ fixierung ist derzeit noch nicht befriedigend gelöst.

Bei niedrigen Windungszahlen sind L-Lücken infolge des Zusam­ menhanges L ∼ N ² nicht zu vermeiden. Eine Lücke, die sich bei­ spielsweise bei zwei Spulen gleicher Wicklungsgeometrie zwi­ schen einer und zwei Windungen ergibt, beträgt 300%. Diese größte Lücke läßt sich zwar innerhalb einer Spulenbaugröße mit­ tels variabler Windungsanordnung und Verwendung von Abgleich­ kernen eingrenzen, aber nur schwerlich völlig schließen. Um ei­ ne Windungsanordnung mit dicht schließenden und bes­ ser 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 Spu­ lenfertigung ist man deshalb auf die Anfertigung von Probewick­ lungen angewiesen; die dann noch verbleibende Streubreite ent­ hält Ausschuß. Andere Maßnahmen zur Eingrenzung von L-Lücken, wie gestufte Luftspaltabmessungen bei Schalenkernen sind eben­ falls möglich, doch sie führen zu Konstanz-, Güte- und Kosten­ nachteilen.

Weiterhin sind bis jetzt die bei Spulendrähten im Durchmesser­ bereich von 0,5 mm bis 2 mm auftretenden relativ großen Rück­ stellkräfte nicht oder nicht ausreichend genug abzufangen, so daß sich die Wicklungen lockern und eine mehr oder weniger große Inkonstanz der Kenndaten solcher Spulen vorherrscht.

Aus der GB-PS 3 69 735 insbesondere Figur 3 ist ein Spulenkörper, der zur Drahtführung Rillen hat, bekannt, bei dem die am Umfang des Körpers angeordneten Rillen (b2) parallel zueinander ver­ laufen und am Umfang zum Wechsel des Spulendrahtes in die näch­ ste Rille oder zur Herausführung der Drahtenden mehrfach unter­ brochen sind.

Aus der DE-OS 23 29 529 insbesondere Figur 1 ist ein Spulenkörper bekannt, bei dem in den Endplatten Einschnitte (1) in Form von Kreisringnuten vorgesehen sind, in die die Drahtenden einlegbar sind.

Aus der DE-OS 22 36 241 ist ferner ein Spulenkörper mit nasen­ förmigen Ansätzen (5, 7) bekannt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Spulenkörper der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 angegebenen Art zu schaffen, der eine lagestabile Befestigung des Spulendrahtes auf einem Spulenkörper und damit reproduzierbare Spulenkennda­ ten gewährleistet und der die Verwendung dickerer Drähte oder höherer Windungszahlen ermöglicht.

Diese Aufgabe wird unter Zugrundelegung eines Spulenkörpers der eingangs erwähnten Art erfindungsgemäß durch die im Kennzei­ chen des Anspruches 1 genannten Merkmale gelöst.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Erfindungsgegenstandes finden sich in den Unteransprüchen.

Nachstehend wird die Erfindung samt ihren Vorteilen an­ hand eines in den Figuren dargestellten Ausführungsbei­ spiels näher erläutert. Dabei zeigt

Fig. 1 eine Schalenkernspule mit bewickeltem Körper,

Fig. 2 einen Spulenkörper in Drauf- und Seitenansicht,

Fig. 3 ein anderes Ausführungsbeispiel eines Spulenkörpers.

Wie bereits eingangs erwähnt, ist die Herstellung ge­ spreizter Wicklungen geringer Windungszahl schwierig und der Ausschuß relativ hoch, da die Geometrie der Win­ dungsanordnung nicht sicher genug einzuhalten ist. In­ duktivität und Güte hängen jedoch überwiegend von der Windungsanordnung ab. Ein geeignetes Verfahren zur Herstellung von Wicklungen mit definiert kleinen Unterschieden in den Drahtabständen bei gleich­ falls sicherer Windungs- und Endenfixierung fehlt bis jetzt. Derzeit werden HF-Spulen größtenteil mit relativ einfachen Wicklungsmaschinen mit manueller Drahtführung hergestellt. Es ist nur das Abbinden mit Faden, das Kle­ ben oder neuerdings ein Umschlingen von Nasen zur Enden­ fixierung 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 behin­ dern. Außerdem muß der Kosten- und Zeitaufwand für die Anschaffung von speziellen Klebevorrichtungen und Härte­ öfen in Betracht gezogen werden.

Für Spulen mit nur wenigen Windungen können im allgemei­ nen keine Automaten eingesetzt werden, da die Stückzah­ len bei Filterspulen meist nicht sehr groß sind. Außer­ dem ist das Problem der Windungs- und Endenfixierung dicker Drähte auch bei Automaten nicht befriedigend lös­ bar. Eine Bereitstellung von L-Spektren durch Bauvor­ schriftenreihen stößt deshalb auf Schwierigkeiten oder erbringt in der Fertigung einen erheblichen Streubereich der Spulendaten.

Der Spulenkörper gemäß Fig. 1 zeigt einen hohlzylindrischen Spulenkörper 1, der außen ähnlich einem Gewinde, jedoch steigungslose Rillen 2 trägt, in die der Wickeldraht 9 unverrückbar eingelegt werden kann. Dieser Spulenkörper 1 weist zudem mehrere ril­ lenfreie Zonen 3 (Sprungstellen) zum Rangieren des Spu­ lendrahtes zwischen ausgewählten Rillen auf.

Setzt man beispielsweise konstante Wickelbreite voraus, so lassen sich mit dieser Lösung im Gegensatz zu Gewin­ derillen Wicklungen mit unterschiedlichen Windungszahlen und Windungsabständen herstellen. Ferner kann die Wick­ lungsbreite und der axiale Abstand der Wicklung zum Spulenende bzw. zum Schalenkernluftspalt auch bei kon­ stant gehaltener Windungszahl variiert werden. Letztlich ist es möglich, nichtganzzahlige Windungen aufzubringen und diese ohne die üblichen Abbindemethoden sicher zu befestigen. Hierzu hat der Spulenkörper für die Drahtenden spezielle "Drahtanker" 4 an den Stirnseiten, die später näher erläutert werden. Alle diese genannten Eigenschaften ermöglichen es, ein nahezu lückenloses L-Spektrum mit hoher Konstanz der Spulendaten zu reali­ sieren.

Bei einem Körper mit Gewindekontur müßte für jede Windungszahl und für jede Windungsabstandsvariante ein Gewinde mit anderer Steigung, das heißt je ein anderes Konstruktionsteil festgelegt werden, was ver­ ständlicherweise sehr teuer würde.

Im vorliegenden Anwendungsbeispiel konnte mit einem Spulenkörper mit sechs orthogonalen Rillen ein kom­ plettes Induktivitätsspektrum aufgebaut werden.

Durch die orthogona­ le 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 Draht­ durchmesser etwa der Beziehung d _max = B/N, gegenüber d _max = B/(N + 1) bei einem Gewinde oder konventionell aufgewickeltem Draht (B = Wickelbreite, N = Windungs­ zahl).

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 glei­ cher Spulenkörperbreite 20% mehr Windungen Platz fin­ den, nämlich sechs Windungen, anstatt fünf Windungen bei Gewinderillen. Der Gleichstromwiderstand ist in diesem Fall sogar um 36% niedriger.

Wie schon erwähnt, sind in diesem Spulenkörper neu­ artige, den Spulendraht verankernde, der Windungskrüm­ mung gegenlaufende Einschnitte 4 in Form von Kreis­ ringnuten integriert, die die Drahtenden 7 gegen Auf­ springen sichern. Erst durch diese voll in den Wicklungs­ träger integrierten "Drahtanker" kann der Spulenkörper auch für Schalenkernspulen oder ähnliche Bauformen ohne Wickel­ raumverlust 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 Einschnitte ("Drahtanker") 4 auf einer oder auf beiden Stirnseiten des Wicklungsträgers tiefer als in Fig. 2 gezeichnet eingearbeitet, so können auch wenige Windun­ gen in der Wicklungsträgermitte angeordnet werden, ohne daß eine seitliche Abknickung eines oder beider Draht­ enden erforderlich ist (Güteverbesserung).

Zur Isolierung und zum Schutz der Drahtenden im Bereich der Schalen-Schlitze können die Drahtanker in Form von nasenförmigen Ansätzen 8 nach außen verlängert werden (Fig. 3). Bei halben Windungen dürfen diese Nasen nur so weit in den Wickelraum ragen, daß die Rillen für die erste und letz­ te 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 man hierzu eine verrunde­ te leistenartige Verstärkung der Nasen 8 vor, die auf­ grund ihrer Kontur in die Bodennut des Schalenkerns paßt. Die Einschnitte für die Drahtenden 4 (Drahtanker) laufen hierzu in einer Schräge 10 nach innen bis in die Höhe des ersten Rillenendes 11.

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 annä­ hernd gleich großer Güten innerhalb des L-Spektrums war es bisher erforderlich, die Drahtdicken etwa pro­ portional mit 1/N zu verändern. Die Verwendung eines einheitlichen Drahtdurchmessers hat fertigungstechni­ sche Vorteile (Kosteneinsparung für Lagerhaltung, kürze­ re Rüstzeiten, Mengenrabatte usw.). Außerdem sind ver­ silberte Kupferdrähte nur in sehr grober Durchmesser­ stufung erhältlich, im Gegensatz zu Kupferlackdrähten, so daß man bisher schon auf Kompromisse in der Drahtaus­ wahl angewiesen war.

Wie die Praxis erwiesen hat, wird durch die erfindungs­ gemäße Lösung des Problems eine reibungslose Fertigung derartiger Spulen und eine Einsparung von Kosten und Zeit in Entwicklung und Fertigung erreicht.

Claims (6)

1. Spulenkörper für insbesondere einlagige Zylinderspulen der Hochfrequenz- und Nachrichtentechnik mit zwei Stirnseiten und mit senkrecht zur Spulenachse angeordneten, voneinander ge­ trennten Rillen zur Drahtführung, die am Umfang des Körpers parallel zueinander verlaufen und zum Wechsel des Spulendrahtes von einer Rille in eine andere oder zum Herausführen der Draht­ enden mehrfach unterbrochen sind, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Rillenbreite (c) dem Draht­ durchmesser (d) entspricht und die Dicke (a) der Rillenwandung gegenüber dem Drahtdurchmesser gering ist.

2. Spulenkörper nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß insbesondere für Spulen mit Schalenkern (5, 5 a) an den Stirnseiten des Spulenkörpers (1) in Bereichen, an denen die Rillen (2) unterbrochen (3) sind, Einschnitte in Form von Kreisringnuten (4), die nach außen offen sind, vorgese­ hen sind, in die die Drahtenden (7) einlegbar sind.

3. Spulenkörper nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Kreisringnuten (4) so tief sind, daß sie in Richtung der Spulenachse über mehrere Rillen (4) hinweg reichen und einerseits in den Rillen andererseits in den rillen­ freien Zonen (3) enden.

4. Spulenkörper nach Anspruch 2 oder 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Kreisringnuten (4) auf zwei Seiten bezüglich der Längsachse des Spulenkörpers (1) umfangs­ mäßig um 180° gegeneinander versetzt angeordnet sind.

5. Spulenkörper nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kreisringnuten (4) im Be­ reich der rillenförmigen Zonen (3) nasenförmige Ansätze (8) in Richtung Außenumfang der Spule haben.

6. Spulenkörper nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die nasenförmigen Ansätze (8) in Richtung Spulenachse an der Oberfläche glatt sind.