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Metallisch leitender Schirm zur Beeinflussung der.induktiven Kopplung
mehrerer Hochfrequenzspulen Gegenstand der Erfindung ist eine- Einrichtung, die
in neuartiger Weise für Hochfrequenzspulen, besonders in der Form von Hochfrequenztransforlnatoren,
vornehmlich solcher ohne Eisenkern, eine für den Transformatorzweck notwendige festere
induktive Kopplung ermöglicht.
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Der induktive Kopplungsfaktor, z. B. zweier Spulen, ist allgemein
wobei der Index N den Haupt- oder N utzfluß und der Index S den Streufluß bezeichnet.
Dieser Streufloß fließt bei gleichachsig liegenden Spulen, wie sie gerade für festere
Kopplung erforderlich sind, im allgemeinen zwischen den Spulenwindungen je einer
Spule und dem Hauptfluß. Die bekannten Spulenanordnungen mit Hochfrequenzeisen erhöhen
einfach durch die'größere magnetische Leitfähigkeit des Eisens den Hauptfluß,. wodurch
in bekannter Weise der Kopplungsfaktor erhöht wird. Der Eisenkern zeigt aber mehrfache
Nachteile. Einmal ist seine magnetische Leitfähigkeit stark frequenzabhängig, so
daß bei hohen Frequenzen, etwa im sog. Kurzwellenbereich, ihre Verwendung keinen
Nutzen bringt, zumal des weiteren in seinem Bereich die Ummagnetisierungs- und Wirbelstromverluste
stark ansteigen. Außerdem sind derartige Spulenkerne teuer und schwer.
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Nach der Erfindung wird zur Erhöhung von k der umgekehrte Weg
eingeschlagen. Es soll der Streufluß gemindert werden. Das wird dadurch erreicht,
daß in den Weg des Streuflusses elektrisch gut leitende Schirme gestellt werden,
die durch die in den Schirmen nahezu um i8o° in der Phase gedrehten Ströme gegenüber
denen in den Spulen einen .solchen Gegenfluß erzwingen, daß nur ein ganz geringer
Rest des Streuflusses fließen kann. Dieser ist um so- kleiner, also auch mit um
so kleineren Verlusten behaftet, je besser der Schirm elektrisch leitet. Selbstverständlich
darf dieser Schirm keine Kurzschlußwirkung gegenüber dem Hauptkraftfluß haben; er
muß also in an sich bekannter Weise so geschlitzt oder unterbrochen werden, daß
er nicht als Kurzschlußring für den Hauptfluß wirkt.. Ein derartiger Schirm stellt
sich im allgemeinen als ein Zylindermantel dar; dessen Erzeugende mindestens einmal
geschlitzt ist, wobei der Zylindermantel so dicht an die Windungen herangebracht
wird, daß der Streufluß praktisch keinen Weg mehr zwischen der Wicklung und dem
Hauptkraftfluß findet. Der Mantel braucht praktisch nur von der einen Außenkante
der Spulen über oder unter diesen hinweg
bis zurarideren-Außenkante
zu reichen. Außerhalb dieses .Bereiches kann der Schirm zwar fortgesetzt- werden;-
er hat aber in. die= sein äußeren Bereich nur die an sich bekannte Wirkung der Entkopplung
des umschlossenen. Systems gegenüber Nachbarleitergebilden: In den Figuren sind
zur Veranschaulichung des Erfindungsgedankens zwei Ausführungsbeispiele dargestellt.
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Fig. z zeigt -einen Hochfxequenztransför= mator, bei dem die beiden
-Spulen'- r-, und 2 in festem räumlichem Verhältnis zueinander stehen. Diese Spulen
werden von einer Hülse 3 getragen; die eine hohe elektrische Leitfähigkeit besitzt
und nach den angegebenen Richtlinien ausgebildet ist, so daß sie auf die etwa austretenden
Streulinien in der gewünschten Weise einwirkt. . Da, durch. diesen als Schirm wirkenden
Spulenkörper-3=_bereits erreicht wird, daß der gleiche Kraftfiuß beide Spulen durchsetzt,
ist `der ICraftliriienverlauf außerhalb der Anordnung von geringerer Bedeutung.
Trötzdeni kann -fnan natürlich- auch' einen die Spulen von außen -umfassenden Schutzmantel
vorsehen, so daß die Spulen i und z in diesem Fall vollständig in ein leitendes
Gehäuse eingebettet sind.
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r Beidem Ausführungsbeispiel nach Fig. a ist" nur eine der beiden:
Spulen,- nämlich die Spüle q.,. räumlich fest angeordnet. Die Spüle: @. -wird`.
von einer Achse 6 getragen und kann -mit, deren Hilfe; beispielsweise 'durch Drehen.=.
an einem Rädchen, 7, in verschiedene Stellungen zu der, Spule ¢ gebrachfi
werden. Beide Spulen sind von außen. durch.- -ein zylindrisches --Gehäuse 8 abgeschirmt;
- das wieder zur Verdrängung der Streulinien-dient Es hat sich gezeigt, daß mit
Hilfe eines solchen . Zylinders, der die Spulen natürlich möglichst dicht voll außen
umschließen soll;- uni einen nennenswerten Einfluß auf die- Streulinien ausüben
zu können,- der -Kraftfluß-tatsächlich in eiollem Maße .zusammengehalten werden
känri, -so, dä.ß die-maximal erreichbare -Kopplung einen sehr höhen Wert annimmt.
-Der Kopplungsgrad ist erheblich höher, als wenn. man zwei Spulen der gleichen Art
in genau dergleichen Lage ohne den -äußeren Schirm verwenden würde. Wesentlich ist
`hierbei, däß- -der abschirmende Mantel an - seinen Grundflächen offen ist; um=däs
Austreten der Kxäftlitrien zu ermöglichen. Auf diese -Weise nur:-; können sich die
Kraftlinien über - den Außenraum: schließen. Wäre das Gehäuse vollständig -geschlossen,
so wären die-Kraftlinien -gezwungen, sich ' innerhalb - des Raumes zu schließen;
was gerade das Gegenteil von dem beabsiclitfgten- Zweck mit sich' bringen würde.
Die Form des Gehäuses kann den jeweils vorliegenden Ver- _ hältnissen angepaßt werden
und braürht- nicht notwendigerweise zylindrisch zu sein. Es können auch prismatische
Schirme von anderem, beispielsweise quadratischem Querschnitt Verwendung finden.
Die beschriebene Einrichtung nach Fig. z kann außer als Transformator oder als Kopplungssystem
selbstverständlich auch als regelbare Selbstinduktion benutzt werden.
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Für die Streuung zwischen den Spulen und damit auch für die erreichbare
Kopplung und Induktivität ist das Verhältnis von Spulendurchmesser zur Spulenlänge
von Bedeutung. Auf Grund von Untersuchungen hat sich ergeben, daß es zweckmäßig
ist, dieses Verhältnis so zu wählen, daß der Durchmesser etwa das Zwei- bis Vierfache
der Länge beträgt.
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Da zur Erzielung der gewünschten Wirkung. eine hohe elektrische Leitfähigkeit
des Gehäuses erforderlich ist, kommt zur Herstellung. dieses Gehäuses in erster
Linie Kupfer in Frage; und es ist auch- zweckmäßig, den Gehäusewandungen eine ausreichende
Stärke zu geben, da bei geringen Wandstärken sich die Wirbelströme nicht in dem
Maße entwickeln können, wie es für die Verdrängung der Streulinien erforderlich
ist. Bei manchen Ausführungsformen können die Schirme gewissermaßen als Kupferklötze
ausgebildet werden. Allerdings kann die Dicke um so geringer sein, je höher die.
Frequenz liegt für die, der- Transformator bestimmt ist. Bei sehr hohen Frequenzen-
kommt man auch schon mit verhältnismäßig geringere Wandstärken aus. .
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Zweckmäßig ist es, den Schirm nicht aus kompaktem Material- herzustellen,
sondern eine Unterteilung -in einzelne Schichten und Lagen vorzunehmen. oder gar
eine aus Pulver unter Verwendung eines Isoliermaterials hergestellte Preßm'asse
zu verwenden. Auch Bleche oder .Drähte können benutzt werden.
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Es. ist bekannt, daß außer der Kopplung auch: die sonstigen Eigenschaften
von Hochfrequenztransformatoren zu einem nennenswerten Teil durch - die Streuung
bestimmt sind. Da diese Streuung sich aber mit der Frequenz ändert, sind auch die
genannten Eigenschaften frequenzabhängig. Durch die Verminderung der Streuung: ist
daher eine Verbesserung der Frequenzcharakteristik erzielt, -wenngleich natürlich
andererseits - wieder -neue Einflüsse wirksam werden,: die fre= quenzabhängig sind,
wie beispielsweise die , Wirbelstromverluste. Es: lassen- sich aber entsprechend
den jeweils- vorliegenden besonderen Bedingungen Lösungen finden, die das Erfordernis
der- -Freqüenzabhängigkeit -weitgehend befriedigen. Die beschriebene .Unter= teilung
des abschirmenden Körpers stellt eines der Mittel dar, das fürdieseri -Zweck besonders
geeignet ist.