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Transformator mit verminderter Eigenkapazität, dessen ineinanderliegende
Primär-und Sekundärspulen in bekannter Weise für geringe Eigenkapazität gewickelt
sind. Für viele Nutzanwendungen stört-die Eigenkapazität einer einzelnen Spule,
wie auch die Kapazität zweier oder mehrerer Spulensysteme gegeneinander oder gegen
den Eisenkern. Diese verhältnismäßig tiefliegende Eigen-Schwingung tritt besonders
störend in die Erscheinung, wenn Transformatoren dazu benutzt werden, um als Teile
- eines Niederfrequenzlautverstärkerkreises in Gemeinschaft mit Elektronenröhre
zu dienen. Hier ergibt die in der Gegend der Tonfrequenz liegende Eigenschwingung
des Transformators unter Umständen eine vollkommene Verzerrung des zu verstärkenden
Tones. Die Verzerrung wird naturgemäß um so stärker, je öfter die Verstärkung hintereinander
verwendet werden muß. Es war bisher kein Abhilfsmittel wirksamer Natur bekannt,
um diese Verzerrung zu vermeiden. Bringt man den Transforiüator auf eine sehr niedrige
Eigenfrequenz, indem man beispielsweise zu den Spulen noch Kapazität parallel schaltet,
so kann man zwar mit der Eigenschwingung -aus dem Tonfrequenzbereich herauskommen,
allein dadurch wird gleichzeitig die -Wirksamkeit des Transfoimators weitgehend
heruntergesetzt, -indem die zur Verfügung stehende elektrische Energie jetzt nicht
Mehr-zur Potentialänderung verwendet wird sondern zum großen Teil durch die Aufladung
der Kapazität sich verzehrt.
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Ein. zweiter Weg, die Störungen der Eigen-' frequenz zu vermeiden,
besteht in der Parallel-; schaltung von Dämpfungswzderständen zu den Transformatorspulen.
Es läßt sich aber leicht zeigen, daß dieser Weg erst dann vollständig zum Ziele
führt, wenn der Widerstand so weit verkleinert wird, daß' von der -spannungserhöhenden
Transformatorenwirkung nichts mehr übrigbleibt. Der Transformator ist in diesem
Falle also zwecklos. Die gleiche Wirkung j läßt sich einfacher durch die notgedrungen
ebenfalls vielfach verwendete Widerstands-;- verstärkung durch Potentialfall längs
eines Widerstandes :erreichen.
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Im folgenden soll nun ein nach neuen Gesichtspunkten hergestellter
Transformator beschrieben werden, dessen Eigenfrequenz bei den gebräuchlichen Abmessungen
so hoch über der normalen Tonfrequenz liegt, daß Störungen durch ihn nicht eintreten
und daß sein Transformationsverhältnis in vollem Umfange ausgenutzt werden kann.
Die Kapazität einer einzelnen--Spule wird bedingt durch ihre äußeren- Abmessungen.
Daraus würde sich ergeben, daß eine Spule um so kapazitätsfreier
sein.
muß, je kleinere Abmessungen sie besitzt. Eine viel erheblichere Rolle als die äußeren
Abmessungen spielt aber die Lage der einzelnen Windungen gegeneinander; und es sind
im Laufe der Jahre vielerlei Methoden angegeben worden, um die Kapazität von Spulen,
soweit diese aus der gegenseitigen Lage ihrer Windungen herrührt, zu verringern.
Im wesentlichen laufen alle diese Methoden darauf hinaus, die Windungen so zu lagern,
daß der zwischen Nachbarwindungen infolge der zeitlichen Veränderung des Stromes
auftretende Spannungsunterschied so klein als möglich bleibt. Das heißt mit anderen
Worten, es dürfen nur solche Windungen l@achbar@vindungen sein, die durch keine
oder durch wenige Zwischenwrindungen voneinander getrennt sind. Eine Ausführungsart,
die hierzu dienlich ist, ist die einlagige Zylinder- und Flachspule. Da es aber
meistens notwendig ist, zur Erhöhung der Amperewindungszahl viellagige Spulen zu
verwenden, so kann diese Ausführungsform nur in ganz beschränktem Falle venvendet
werden. Von M a r c o n i ist eine Wicklungsart angegeben, die für mehrlagige Spulen
geeignet ist. Bei dieser Wicklungsart werden die Windungen zu Pyramiden angeordnet
und diese Pyramiden in der Achse der Spulen aneinandergereiht.
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Jedes Wickelverfahren entspricht der Forderung der Kapazitätsverminderung,
bei dem die Spule in eine große Reihe von Teilspulen aufgelöst wird, daß der Potentialabfall
bzw. Anstieg gleichmäßig von einem Ende zum anderen der Spule erfolgt. Es wird hierbei
auf die bekannte Scheibenwicklung für Hochspannungsspulen, also beispielsweise Funkeninduktoren,
wie sie schon vor vielen Jahren von R ü h m k o r f f zuerst angewandt wurde, verwiesen.
Bei der Herstellung der Sekundärspule für Funkeninduktoren dachte man natürlich
hierbei an keine Kapazitätsverminderung. Es kam lediglich darauf an, die Spule spannur)Zssicher
zu machen. Schon vor vielen Jahren wurde zur Herstellung von Funkeninduktoren ein
Wickelverfahren für die Induktorspulen verwendet, das in Abb. i dargestellt ist.
Bei diesem Verfahren wird die erste Windungslage auf spitzem Kegel gewickelt, dessen
Winkel so spitz genommen wird, daß man in der Lage ist, von der äußeren Peripherie
nach innen zu wickeln, ohne daß die Windungen abgleiten. Man erhält dann einen Verlauf
der Drahtwindungen, wie er in Abb. i dargestellt ist. Eine solche Wickelart verbindet
gleichzeitig mit großer Spannungssicherheit eine weitgehend verringerte Kapazität
gegenüber der üblichen logenweisen Wicklung. Ist es nun auf diese Weise möglich,
die Eigenkapazität der einzelnen Spulen, soweit .sie aus der Kapazität infolge der
Potentialdifferenz der Windungselemente hervorgeht, herabzusetzen, so ist damit
noch nicht die Kapazität eines Spulensystems verringert. Zwei konzentrisch ineinanderliegende
Spulen, wie sie in Abb. z dargestellt sind, haben, auch wenn sie einzeln mit geringer
Eigenkapazität gewickelt sind, doch sofort wieder eine große Eigenkapazität, sobald
die Enden beider Spulen metallisch zu einem Stromkreis verbunden werden. Wenn dann
beispielsweise an den Enden der äußeren Spule i an der linken Seite ein Pluspotential
herrscht, herrscht an der rechten Seite ein Minuspotential. In dem gleichen Augenblicke
herrscht aber, sobald eine der Spulen infolge der zeitlichen Änderung des Stromes
aufeinander induziert, an den Enden der inneren Spule a das umgekehrte Potential,
links also Minus, rechts Plus, so daß zwischen den beiden Spulenenden eine Spannungsdifferenz
besteht. Da nun der Abstand der Spulen klein ist, bilden sie einen Kondensator.
Es -entsteht dadurch also sofort wieder eine Zusatzkapazität, die alle Vorteile,
welche durch die kapazitätsfreie Wicklung erreicht waren, wieder aufhebt. Ein Mittel
gegen die Kapazitätserhöhung bildet ausschließlich die räumliche Entfernung beider
Spulen voneinander. Was übrigens von den Spulen selbst gesagt war, gilt natürlich
auch von einer Spule, die über einen Eisenkern oder sonstigen Leiter gelagert ist,
nur mit dem Unterschiede, daß nur an den Spulenenden Potentialschwingungen auftreten.
Es wird also bei gleichem Abstand nur die halbe Kapazitätswirkung eintreten, wie
im ersten Falle. Es kann bei der Verstärkung Fälle geben, wo diese Kapazität der
inneren Spule gegen den Eisenkern nicht schadet. Das sind die Fälle, bei denen der
Weg für den Hochfrequenzstrom unter Umständen durch eine parallel geschaltete Kapazität
zur inneren Spule ,gebildet werden muß. Dieser Fall tritt bei einer Röhre in Audion-Schaltung
ein, insbesonders wenn Rückkopplung stattfindet und dann ein unbehinderter Weg dem
hochfrequenten Strom im Anodenkreis ,geboten werden muß. In allen anderen Fällen
wird -es sich jedoch empfehlen, auch diese Spulen mit verminderter Kapazität herzustellen..
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Wird nun nach diesem Prinzip ein Transformator gebaut, so ergibt sich
durch die weite räumliche Trennung der .Spulen voneinander eine sehr erhebliche
Streuung;.
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Das Neue besteht nun darin, üaß die Vorteile der räumlichen Trennung
bei der vorliegenden Kunstruktion voll ausgenutzt werden, ohne die Nachteile der
starken 'Streuung mit in Kauf nehmen zu müssen. Bei dem neuen Transformator sind,
vde Abb.3 zeigt, slic Spulen nicht als Zylinderkörper ausgeführt, sondern als -Kegel,
und zwar derart, daß die
Stellen, an denen gleiches Potential bei
den Spulen bzw. zwischen den Spulen und Eisen herrscht, räumlich nahe aneinancrerliegen.
Die Abb. 3 zeigt die Ausführungsform eines Transformators, bei dem lediglich die
Eigenkapazität der außenliegenden Sekundärspule verringert ist. Bei diesem Transformator
ist die Primärspule p, wie oben schon ausgeführt, als anliegende Zylinderspule auf
dem Eisenjoch angebracht. Die Sekundärspule s besteht dagegen aus zwei Kegeln, die
in der Mitte zusammenstoßen. Legt man wieder die Potentialverteilung, wie sie in
Abb. 2 dargestellt ist, zugrunde, so sieht man sofort, daß die zusätzliche Kapazität
für die Sekundärspule durch die Wirkung der Primärspule p erheblich vermindert ist,
ebenso natürlich umgekehrt die Zusatzkapazität für die Primärspule p. Für die Kapazität
der Primärspule p bleibt im wesentlichen nur noch die kapazitätsvermehrende Wirkung
des Kernes übrig. Ein Transformator solcher Bauart wird in allen den Fällen mit
Vorteil Verwendung finden, wo die geringe Restkapazität der Primärspule p nicht
mehr stört, wie das weiter oben bereits beschrieben worden ist.
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Für die in Abb. i dargestellte Kegelwicklungsart ergab sich für die
doppelkegelige Sekundärspule der insofern größere Vorteil, als durch die kegelförmige
Gestaltung des Wicklungsträgers bei gleicher Ausgiebigkeit der Kapazitätsverminderung
der Kegelwinkel der Wicklung erheblich spitzer gewählt werden kann, so daß die Wicklung
technisch leichter auszuführen ist, wie dies an der eingezeichneten Schlangenlinie
auch zu erkennen ist.
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Für den Fall, daß bei besonderer Verwendung- ein Ende der Primärspule
mit der Sekundärspule leitend verbunden werden kann, kann man sich diesen Transformator
auch in der Mitte durchgeschnitten vorstellen. Es ergibt sich -dann ein System,
wie es in Abb. q. dargestellt ist. Dieses System hat für d:n Sonderzweck der einseitig
leitenden Verbindung genau die gleiche Kapazitätsverminderung wie das System von
Abb.3. Dieser Fall tritt beispielsweise ein bei der Verstärkung des Detektorstromes
mit einer Elektronenröhre. Hier kann stets einseitige Verbindung der in der Nähe
befindlichen Primär-und Sekundärwindungen vorgenommen werden. Soll nun endlich die
weitest gehende Kapazitätsverminderung erreicht werd°n, die sich überhaupt nach
dem neuen System erreichen lä.ßt, so ist es notwendig, den Transformator nach einem
System zu bauen, wie es in Abb. s dargestellt ist. Bei diesem System sind beide
Spulen als Kegel ausgeführt; es ist das das Vorteilhafteste. Auch dieses System
kann wieder in der Mitte durchschnitten gedacht werdzn, so daß das System entsteht,
das in Abb.6 dargestellt ist. Hierbei kann jedoch eine Abänderung insofern stattfinden,
als ohne große Beeinträchtigung der Wirkung die äußere Sekundärspule zylindrischen
Wicklungsträger erhalten kann, wie dies Abb. 7 darstellt. Das Wesentliche der vorliegenden
Erfindung besteht eben darin, daß durch eine geeignete Formgebung und durch sachgemäße
Wicklungsanordnung der einzelnen Spule in sich ein System mit verminderter Eigenkapazität
geschaffen wird.
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Es handelt sich also u:-n eine sachgemäße Verbindung an sich bekannten
Wickelverfahrens mit einer neuen Formgebung der Spulen. Aus den Abbildungen sieht
man sofort, daß die Streuung dieser Transformatoren gegenüber solchen mit gleichmäßig
auseinanderliegenden Spulen erheblich vermindert ist, weil mindestens an einer Stelle
alle Kraftlinien beide Spulen durchdringen müssen. Es ist unmöglich, daß sich ein
Streufluß nennenswerter Stärke zwischen Primär- und Sekundärsystem ausbildet. Die
mit dem Transformator nach dieser Bauart gemachten praktischen Erfahrungen haben
die Überlegungen, die zu dem Bau geführt haben, in vollem Umfange bestätigt. Es
ist damit gelungen, verzerrungsfreie Töne vielfach hintereinander ohne Parallelwiderstand
zu verstärken.
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Selbstverständlich kann dieses System auch für andere Zwecke der Technik
und der Wissenschaft Verwendung fi.ndjn, bei denen es darauf ankommt, ein elektrisches
Umsetzungsgerät mit geringer Eigenkapazität zu haben.