DE428874C - Wulstfoermige Spule und Verfahren zu deren Herstellung - Google Patents

Description

• Wulstförmige Spule und Verfahren zu deren Herstellung.

  Die Erfindung betrifft elektrische Spulen,

  insbesondere solche von Wulst- oder Pfann-

  kuchenform, zum Gebrauch bei Radioappa-

  raten und zu anderen Zwecken. 'Mit der Er-

  findung wird die Herstellung einer -wulstför-

  migen oder ähnlich gestalteten Spule be-

  zweckt, die sich selbst trägt, ohne Verwen-

  dung eines Kerns, von Flanschen, Scheiben-

  oder anderen Trägern, und die eine erhebliche

  mechanische Beanspruchung aushält, ohne

  sich zu verbiegen.

  Bei der wulstförrnigen Spule nach der Er-

  findung sind die N@"indungen aus Draht oder

  einem sonstigen Leiter so angeordnet, daß sie

  ein Gerippe bilden und so miteinander zu-

  sammenwirken, daß sie die Spule gegen eine

  Verbiegung oder Zerstörung versteifen.

  Ferner sird bei der vorgenannten Spule die

  Windungen so verteilt und angeordnet, daß

  die Spule den höchstmöglichen elektrischen

  Wirkungsgrad, dagegen eine geringe über die

  Spule verteilte Kapazität und damit einen

  sehr geringen Widerstand für Hochfrequenz

  besitzt.

  Die Spule nach der Erfindung kann durch

  Wickeln mit der Maschine angefertigt werden

  und ist daher billig herzustellen.

  Das den Gegenstand der Erfindung bil-

  dende Verfahren zur Herstellung der Spule

  kann ohne hesondere Formvorrichtungen und

  ohne verwickelte Apparate ausgeübt werden

  und erfordert keine besonderen Kenntnisse

  und Erfahrungen der Arbeiter.

  Weitere Vorzüge der Erfindung sind in der

  nachfolgenden Beschreibung erwähnt, in der

  eine vorzugsweise verwendete Ausführungs-

  form der Spule und ein vorzugsweise zur Her-

  stellung derselben angewendetes Verfahren

  beschrieben ist. In den Zeichnungen ist:

  Abb. i eine Ansicht einer Spule nach der

  Erfindung,

  Abb. 2 die a-ifängliche Anordnung der Win-

  dungen der Spule, bevor diese zu einem Wulst

  zusammengebogen wird,

  Abb. 3 eine Stirnansicht der Spule, an der

  mehrere übereinanderliegendeWicklungen zu

  sehen sind,

  Abb.4 eine schematische Darstellung des

  Verfahrens, nach dem die Windungen des

  Drahtes oder eines sonstigen Leiters beim

  Aufbau der Spule angeordnet werden,

  Abb. 5 eine ähnliche Darstellung eines spä-

  teren Arbeitsschritts beim Wickeln der Spule.

  Die Vorzüge wulst- oder pfannkuchen-

  förmiger Spulen für die Radiotelegraphie und

  -telepho :ie sind allen Fachleuten wohl be-

  kannt. Diese Art von Spulen erzeugt ein

  geschlossenes magnetisches Feld, oder mit

  anderen Worten, (las magnetische Feld der

  Windungen ist auf eine bestimmte Fläche be-

  -renzt, wodurch eine ungünstige Beein-

  flussung 1:enachbarter Stromkreise oder von

  Elementen desselben Stromkreises oder be-

  nachbarter Spulen vermieden wird. Außer-

  (lern ,wird eine solche Spule nicht leicht durch

  a:.ßerhalb liegende magnetische Felder beein-

  flußt. Bei der Mehrfachverstärkung von

  -c:adiofrequenzen wird durch die Verwendung

  solcher Spulen eine induktive Rückkoppelung

  und eine störende Beeinflussung durch benach-

  barte elektrische Apparate oder Stromkreise

  vermieden. Bei den unter dem Namen

  »Neutrodyne« bekannten Radioempfangs-

  schaltungen verhindert die Verwendung sol-

  cher Spulen die magnetische Koppelung, so

  <laß ein Neutralisieren leicht erreicht wird,

  ohne daß es erforderlich wird, die Spulen

  unter kritischen Winkeln zusammenzusetzen.

  Durch die Verwendung dieser Spulen wird die

  Selektivität einer Schaltung wesentlich erhöht,

  indem die von benachbarten Stationen auf-

  genommene Energie eliminiert wird, und es

  können infolgedessen benachbarte Stationen

  ungefähr mit der gleichen Wellenlänge betrie-

  ben werden, die die Lokalwellen besitzen,

  ohne daß Interferenz eintritt. Außer den

  vorerwähnten Vorzügen dieser Spulenart für

  Radioapparate können solche Spulen auch zu

  anderen Zwecken verwendet werden, die hier

  im einzelnen nicht angegeben sind.

  Die vorliegende Erfindung umfaßt in

  weitem Sinne das Prinzip, einen Draht oder

  einen sonstigen Leiter auf eine gerade Achse

  schraubenförmig derart aufzuwinden, daß die

  einzelnen Windungen durch einen Abstand

  voneinander getrennt sind und daher ein

  gitterartiges Gebilde darstellen, bei dein jede

  Windung in einer bestimmten Richtung unter

  einem Winkel eine vorher aufgebrachte, in

  entgegengesetzter Richtung verlaufende Win-

  dung kreuzt. Auf diese Weise hängen alle

  Windungen an den Kreuzungsstellen zusam-

  inen und -werden dadurch an einer seitlichen

  Verschiebung gehindert. Sie stellen auf diese

  Weise ein festes, stabiles mechanisches Ge-

  bilde dar, das im allgemeinen eine zvlin-

  drische Umfläche besitzt und das, voll dein

  Wicklungsdortl abgenommen, zil einem Ring

  oder Wulst gebogen -wird, ohne daß dadurch

  die gegenseitige Lage der Windurigen eine

  Veränderung erleidet, Die fertige Spule be-

  sitzt genau die Form eines Wulstes und große

  mechanische Festigkeit und Stabilität. Die

  Windungen sind an ihr so angeordnet, daß der

  höchste elektrische Wirkungsgrad erreicht

  -wird.

  Wie vorher erwähnt, betrifft die Erfindung

  eine wulstförtnige Spule von starker und

  stabiler Bauart und ein Verfahren zur Her-

  stellung solcher Spulen, das sich zu einer

  Massenherstellung eignet. Zu diesem Zweck

  -wird mittels eitler geeigneten mechanischen

  Windevorrichtung der Draht oder der Leiter,

  der die Windungen der Spule bilden soll, auf-

  =;ewickelt, und zwar vorzugsweise auf einen

  geraden Dorn :2 (Abb. 4). Der Dorn 2 wird

  dabei gedreht und der auf ihn auflaufende

  Draht oder sonstige Leiter entweder von

  Hand oder durch geeignete Vorrichtungen

  hin und her geführt, wie es gewöhnlich bei

  Spukmaschinen bekannter Bauart der Fall ist.

  Beim Auflaufen auf den Dorn 2 wird der

  Draht w in der Längsrichtung des Dorns ge-

  führt, in der Weise, daß er sich auf diesen in

  Schraubenwindungen legt und die benachbar-

  ten. parallelen Windungen jedesmal durch

  einen Zwischenraum voneinander getrennt

  sind. Diese Art des Aufspulens, die als Uni-

  versalspulen oder Kreuzspulen bekannt ist,

  unterscheidet sich in verschiedenen Einzel-

  heiten von dein gewöhnlichen Spulenwickeln.

  Zunächst liegen die parallelen Windungen

  nicht dicht zusammen, d. h. der Draht wird

  nicht, wie beim Spulenwickeln, in einer

  geschlossenen Schraubenlinie aufgewickelt,

  sondern in offenen Schraubengängen. Ferner

  haben die Windungen in den verschiedenen

  Lagen eine bestimmte Beziehung zueinander;

  so legt sich in dem vorliegenden Beispiel jede

  Windung über eine entsprechende Windung

  einer vorher aufgewickelten Lage. Dieses

  System ist in der Technik als Honigwaben-

  spulenwicklung oder Gitterwicklung bekannt.

  Ein derartiges Verfahren zum Legen der

  Drahtwicklung ist bereits in der amerikani-

  schen Patentschrift z49oo4o vom B. April

  1924 (Morton W. Sterns) angegeben. Zur

  Herstellung der vorliegenden @@TUlstspulen

  kann die Honigwabenwicklung oder eine All-

  änderung derselben, wie sie in der amerikani-

  schen i'atentschrift r49oo4r vom gleichen

  Tage und auf den Namen desselben Erfinders

  vorgeschlagen «wurde, angewendet -werden.

  Eine genaue Erklärung des Systems ist in der

  folgenden kurzen Beschreibung gegeben, die

  sich auf Abb.4 und 5 der Zeichnungen bezieht.

  In Abb. 4 stellt der Dorn 2 die Spindel der

  Spukmaschine dar, die durch einen nicht mit-

  gezeichneten Kraftantrieb in Umdrehung ver-

  setzt wird, -während gewöhnlich ein hin und

  her gehender Führer dazu benutzt -wird, den

  Drzlit in der Längsrichtung der Spindel hin

  und her zu führen. Dieser ist nicht mit darge-

  stellt, da es in manchen Fällen auch angängig

  ist, den Draht mit der Hand zu führen. Bei

  Beginn des Wickelns der Spule wird der

  Draht w auf die umlaufende Spindel 2 ge-

  leitet und auf dieser zwischen den Punkten b

  und c hin und her geführt, die die Enden der

  Wicklung bedeuten. Bei seinem Weg voll b

  nach c legt sich der Draht auf den Dorn 2

  in Schraubenwindungen, die unter einem

  Winkel zur Achse des Dornes stehen. Bei

  dem vorliegenden Beispiel für das Spulen

  macht die Spulspindel2 ungefähr acht Um-

  drehungen, während der Draht w von b nach c

  geführt wird. Auf die Länge der Spule

  kommen also acht Windungen. Diese Angabe

  ist aber nur willkürlich, da die Steigung des

  Drahtes auch größer oder kleiner sein kann,

  je nach dem Durchmesser, auf den er aufge-

  wunden wird, oder entsprechend der Länge

  der herzustellenden Spule. Das wichtigste

  Erfordernis ist, daß der Draht mit einer sol-

  chen Steigung aufgewickelt wird, daß ein

  Abgleiten der Windungen vermieden wird.

  Wenn der Draht w bei c das Ende der

  Spule erreicht, kehrt sich seine Vorschtib-

  richtung um, Lind er läuft zur Ausgangs-

  stelle h zurück. An der Stelle k, von der aus

  der Draht nach der entgegengesetzten Rich-

  tung zurückläuft, entsteht dabei ein scharfes

  Knie. Bei dem Zurückgehen des Drahtes in

  dieser Richtung wird eine Reihe von entge-

  gengesetzt liegenden Schraubengängen gebil-

  det, wobei der Draht die vorher aufgespulten

  Windungen auf entgegengesetzten Seiten der

  Spindel an den Punkten e, e unter spitzen

  Winkeln kreuzt. Aus Abb.4 ist ersichtlich,

  daß die Kreuzungsstellen e auf dem Umfang

  der Spindel 2 von einem Ende derselben bis

  zum anderen und wieder zurück etwas vor-

  rücken. Dies wird dadurch bewirkt, daß man

  ihm bei seiner Bewegung über die Spindel

  eine größere Geschwindigkeit gegenüber der

  Drehgeschwindigkeit der Spulspindel erteilt,

  was man in der Spultechnik mit Voreilung

  des Hin- und Herganges gegenüber der

  Drehung der Spindel bezeichnet. Kurz ge-

  sagt, steht also die Vorschubbewegung .des

  Drahtes nicht in einem direkten Verhältnis

  zur -Umdrehung der Spindel, sondern hat

  dieser gegenüber eine Voreilung. Der Zweck

  dieser Anordnung ist später angegeben.

  Wenn der Draht bei seinem Rückgang die

  Ausgangsstelle h erreicht, wird die Richtung

  seines Vorschubes wieder umgekehrt, und es

  entstellt ein Knie f, wie es in Abb. 5 darge-

  stellt ist. Der Draht läuft alsdann wieder

  zum Punkt c, jedoch liegen seine Windungen

  dabei nicht über der Reihe der ersten Win-

  (hingen, sondern seitlich von diesen und vor-

  zugsweise um ein merkliches Stück von ihnen

  entfernt. Dieses Svstein wird als offene Will-

  dung bezeichnet. In dein vorliegenden Bei-

  spiel ist das Verhältnis der Querbewegung

  zur Drehung der Spulspinclel so berechnet.

  (laß in einer gegebenen Lage eine bestimmte

  Anordnung jeder Reihe von Wicklungen ent-

  stellt, in der Weise, daß dieselben im wesent-

  lichen übereinanderliegen und mit den ent-

  sprecliend;.-il W.indtitigen, die in einer benach-

  barten unteren Lage in der gleichen Richtung

  verlaufen, in dieselbe Ebene fallen. Dieses

  Wickelsvsteni ist in der ersten der beiden

  vorerwähnten Patentschriften in seinen Ein-

  zellieiten auseinandergesetzt. Für die Spule

  nach der Erfindung ist es zwar nicht wesent-

  lich, jedoch dient es vorzugsweise zur Her-

  vOrbringung gewisser elektrischer Vorzüge.

  Bei der offenen Windung, die in den beiden

  Patentschriften Sterns angegeben ist, sind die

  Windungen der Spule voneinander getrennt,

  und es befinden sich Luftzwischenräume

  zwischen ihnen, wodurch der dielektrische

  Effekt gesteigert und vor allem die über die

  Windungen verteilte Kapazität bekanntlich

  vermindert wird.

  Wenn in Abb. 5 der Draht bei seiner Be-

  ,vegung nach dem Ende c hin diese Stelle

  wiederum erreicht, wird er bei na wieder zu-

  rückgeleitet. Nach seiner Umkehr an diesem

  Punkte kommen die Windungen von den

  vorher in derselben Richtung aufgespulten

  Wicklungen getrennt zu liegen. Das Spulen

  wird in dieser Weise fortgesetzt, bis der

  Draht ein Netzwerk von sich kreuzenden

  Windungen illit rautenförmigen Öffnungen o-

  zwischen diesen gebildet hat (Abb. 5, vgl:

  auch Abb. 2). Dieses Netz- oder Gitterwerk,

  das der Draht auf dein Dorn bildet, kann

  man als eine Wicklungslage ansehen, und

  diese bildet in manchen Fällen auch die fertige

  Spule. In den meisten Fällen wird jedoch das

  Wickeln fortgesetzt und über die erste Lage

  noch eine oder mehrere Zusatzlagen gebracht.

  Diese zusätzlichen Lagen können durch eine

  Fortsetzung des Drahtes der ersten Lage ge-

  bildet werden, jedoch wird in anderen Fällen

  auch eine neue Drahtlänge zur Herstellung

  der zweiten Wicklung gebraucht.

  In dem in Abb. 3 gezeichneten Ausfüh-

  rungsbeispiel verläuft der Draht in überein-

  anderliegenden Lagen, in denen die Windun-

  gen aufeinanderliegen und jede Windung in

  einer gegebenen Richtung sich unmittelbar in

  einer Ebene, die die Achse unter dem gleichen

  Winkel schneidet wie die entsprechende Win-

  deng der gleichen Richtung in der unteren

  Lage, über diese lagert. Durch diese genaue

  Anordnung der Drahtwindungen zueinander

  wird die Zellen- oder Honigwabenstruktur

  hervorgebracht, jedoch ist diese nicht we-

  sentlich für die Erfindung, d. h. die Win-

  dungen der verschiedenen Lagen brauchen

  nicht unmittelbar übereinanderzuliegen und

  aufeinander ausgerichtet zu sein, sondern

  können sich auch kreuzen oder zickzackförinig

  verlaufen oder auch mehr oder weniger aufs

  Geratewohl aufgewickelt sein. Es kommt

  hauptsächlich ,darauf all, daß die Windungen

  sich kreuzen und dadurch einen festen, sta-

  bilen mechanischen Aufbau ergeben. Dies

  kann. auch in anderer Weise erreicht werden

  als durch die in dein gezeichneten Ausfüh-

  rungsbeispiel angegebene genaue Anordnung.

  Nachdem die Wicklungen in einer oder

  mehreren Lagen aufgebracht sind, wird der

  so gebildete Zylinder von dein Dorn 2 abge-

  zogen, wobei die Windungen ihre zusammen-

  hängende Form und Lage in der in Abl. 2

  dargestellten Weise beibehalten. In dieser auf

  photographischem Wege hergestellten Ansicht

  sind diejenigen Lagen der Windungen und

  die Bogen auf der Rückseite des Zylinders,

  die durch Windungen an der Vorderseite ver-

  deckt werden, größtenteils nicht sichtbar, je-

  doch sind an den beiden Enden infolge .der

  schaubildlichen Wirkung des Lichtbildes ver-

  schiedene untere Lagen zu sehen. Der Dorn,

  auf den das Aufwickeln erfolgt, kann so ein-

  gerichtet «-erden, daß er sich nach innen zu-

  sammenziehen läßt, wodurch das Abziehen

  der Wicklung erleichtert wird. Auch kann

  man den Dorn vor dem Aufspulen mit einer

  Lage von Papier oder Pappe umwickeln, .die

  sich leicht abziehen und danach aus der Spule

  herausnehmen läßt. Die Enden des Drahtes

  läßt man gewöhnlich in erforderlicher Länge

  an einem Ende der Spule herausstehen, so daß

  sie als Zuleitungen w' verwendet werden kön-

  nen (Abb.2).

  Die in Abb. 2 dargestellte, nach dem vorge-

  nannten Spulverfahren gewickelte zylin-

  drische Spule C ist in ihrer Länge sehr bieg-

  sam, dagegen ist das von den Biegungen ge-

  bildete N etzwerk fest und stabil, Durch

  Zusammenbringen der beiden Enden des

  Zylinders wird dieser zu dem in Abb. z

  dargestellten wulstförmigen Ring T zu-

  sammengebogen. t m die Spule in diese:

  @Vulstform zu bringen, biegt inan sie

  zweckmäßig um einen Stab oder eine

  sonstige zylindrische Form herum und bindet

  alsdann die Enden mit Bindfaden zusammen.

  Man kann die fertige Spule in Paraffin, Lack,

  Schellack oder ein. sonstiges Bindemittel ein-

  tauchen, das die Windungen zusammenklebt,

  jedoch ist dies nicht durchaus nötig, da die

  Spule nach dem Biegen in die Wulstform

  schon ohnehin eine große Stärke und Stabili-

  tät besitzt.

  Da der Draht der Spule selbstverständlich

  isoliert ist, wozu er gewöhnlich mit einer

  Hülle aus Baumwolle oder Seide oder aus

  beiden umsponnen ist, besitzt er eine verhält-

  nismäßig raube Oberfläche. Infolgedessen er-

  zeugen, wie die Versuche gezeigt haben, die

  vielfachen Kreuzungen der Drahtwindungen

  unter spitzen Winkeln einen Zusammenhalt,

  der e-:ne Verschiebung der einzelnen Windun-

  gen gegeneinander verhindert und die gesamte

  Anordnung versteift und verstärkt. Die fer-

  tige Spule ist dadurch gegen Verbiegungen

  beim Gebrauch gesichert und behält auch bei

  rauher Behandlung ihre Form bei, ohne daß

  die einzelnen Windungen ihre Lage zuein-

  ander ändern. S;ie ist infolgedessen allen

  andere.i Formen von wulstartigen Spulen me-

  chanisch und elektrisch überlegen. Zunächst

  ist weder ein tragender Kern noch Verstär-

  kungsscheiben, Stützen, Schnüre oder eine

  Umhüllung erforderlich. Durch das Fehlen

  derartiger tragender Isolierkörper in dem

  Feld der Spule werden die Verlustfaktoren be-

  deutend herabgesetzt. Ferner liegen ihre

  Wicklungen getrennt voneinander, ohne sich

  zu berühren, wodurch die verteilte Kapazität

  praktisch auf Null vermindert wird und ein

  äußerst geringer Widerstand für Hochfre-

  quenz erreicht wird.

  Ein anderer sehr wichtiger Fortschritt der

  Spule besteht darin, daß man sie durch Auf-

  spulen mittels Maschinen als Massenartikel

  erzeugen kann, wodurch die Herstellungs-

  kosten erheblich herabgesetzt werden. Es

  sind weder besondere Vorrichtungen zum

  Formen noch verwickelte Apparate und auch

  keine besonderen Erfahrungen bei der Her-

  stellung erforderlich.

  Im vorliegenden ist eine vorzugsweise ver-

  wendete Ausführungsform der Spule gezeich-

  net und beschrieben, und es sind auch ver-

  schiedene Einzelheiten des Wickelverfahrens

  angegeben. Es ist aber darauf hinzuweisen,

  daß die Spule auch in anderen Formen ausge-

  führt werden kann und daß die Verfahrens-

  schritte bei der Herstellung wesentlich abge-

  ändert «erden können, ohne dadurch vom

  Sinne der Erfindung abzuweichen. Die Spule

  kann zu verschiedenen Formen gebogen wer-

  den, die alle mit unter den Ausdruck »wulst-

  förmig« fallen, so zum Beispiel in Hufeisen-

  oder Halbringform. Die Erfindung ist also

  nicht auf die dargestellte Ausführungsform

  begrenzt.

Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE: r. Aus gekreuzten Windungen be- stehende Spule, dadurch gekennzeichnet, daß die Windungen frei tragend miteinander einen zu einem offenen oder geschlossenen Ring gebogenen Wulst bilden. 2. Verfahren zur Herstellung von Spu- len nach Anspruch z, dadurch gekennzeich- net, <laß der Draht auf .einen zylindrischen Kern (2) kreuzweise gewickelt und der so gebildete zylinderförmige Drahtkörper nach dein Herausziehen des Dorns zu einem offenen oder geschlossenen Ring ge- bogen wird. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß heim Wickeln einer jeden Lage der Draht in einer Anzahl von Windungen in der einen Richtung und daraufhin in entgegengesetzter Richtung nach dem Ausgangspunkt zurück über den Dorn gewickelt wird.