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Veränderbare elektrische Spule Gegenstand der vorliegenden Erfindung
ist eine veränderbare elektrische Spule, die dazu dient, in feiner Abstufung die
elektrische Induktanz oder den Widerstand zu ändern, und deren wirksame Länge leicht
durch eine kleine Drehung ohne Benutzung fremder Aufwickelspulen geändert werden
kann, so daß sie als eine in sich geschlossene Vorrichtung wirkt. Die Spule gemäß
der Erfindung ist insbesondere für verschiedene wissenschaftliche und technische
Zwecke, wo eine feine Abstufung der Länge oder Zahl der Windungen einer Spule verlangt
wird, bestimmt, z. B. im Rundfunk, wo mit ihr Kurzwellenempfänger hergestellt werden
können, ohne eine Vielzahl von unabhängigen Spulen zu benötigen, mit welchen bisher
solche Empfänger versehen sind.
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Bei dem gewöhnlichen Radioempfänger geschieht das Abstimmen der verschiedenen
Wellenlängen im allgemeinen durch Drehen von Kondensatoren, wodurch die Kapazität
C geändert wird. Es ist längst erkannt, daß für einen idealen Empfänger auch die
Induktanzspulen (welche die Induktanz L regeln) für verschiedene Wellenlängen verändert
werden müssen, um das gewünschte Verhältnis von L : C zu erhalten. Aber praktisch
hat es sich als schwierig erwiesen, veränderliche Spulen von annehmbarer Größe und
guten Charakteristiken herzustellen, und daher ist die Benutzung von festen Induktanzspulen
die ständige Praxis bei den gewöhnlichen Empfängern geblieben.
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Feste Induktanzen L, die den gewünschten Wert annähern, sind in Verbindung
mit veränderlichen Kondensatoren C benutzt worden, und in der Praxis konnte eine
annehmbare Breite bedeckt werden, ohne daß das Verhältnis L : C so schlecht wurde,
daß darunter der Empfänger litt. Während beim gewöhnlichen Rundfunk die Verschlechterung
im Empfang geduldet werden konnte, stellte sich heraus, daß die Schwierigkeiten
mit den kürzeren Wellenlängen sich vergrößerten, so daß dieselbe Spule nicht benutzt
werden konnte, und es ist übliche Praxis geworden, für diese andere feste Spulen
zu benutzen mit zugehörigen Schaltern und sonstigen Zutaten, so daß ein verkaufbarer
Universal- oder Kurzwellenempfänger eine sehr komplizierte Vorrichtung geworden
ist.
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine veränderbare Spule, die insbesondere
für den Kurzwellenrundfunk brauchbar ist, indem wenige einfache Spulen an Stelle
von vielen Verwendung finden und mit besserer Wirkung, da die wenigen veränderlichen
Spulen
mit Genauigkeit das gewünschte Verhältnis L : C erreichen
lassen, das durch viele feste Spulen nur angenähert werden kann.
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Man hat schon veränderbare Spulen t@; geschlagen, bei denen der Widerstandsdrällt
auf einen isolierenden Kern aufgewickelt unc@' von einem leitenden Kern abgewickelt
wird. Hierbei liegen aber die beiden Kerne nebeneinander, was eine besondere Übertragungsvorrichtung
für die Bewegung von einem Kern zum anderen bedingt, etwa in Gestalt von Zahnrädern.
Außerdem besteht der Nachteil, daß, wenn die Kerne nahe aneinander liegen, eine
Induktivkupplung zwischen den Spulen eintritt, während, wenn sie weit auseinander
liegen, noch eine besondere Führungsvorrichtung vorgesehen sein muß, um den feinen
Widerstandsdraht zu tragen und seitlich zu verschieben.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung sind bei einer veränderbaren elektrischen
Spule mit auf einen isolierenden Kern und auf einen leitenden Kern aufgewickeltem
Widerstandsdraht die beiden Kerne koaxial angeordnet und fest miteinander verbunden,
so daß sie gemeinsam gedreht und axial verschoben werden können. Diese Spule gestattet
innerhalb weiter Grenzen eine Veränderung ihrer Induktivität, ohne daß schädliche
Selbstinduktionswirkungen auftreten. Dadurch wird die Kurzwelleneinrichtung beispielsweise
für einen Radioapparat wesentlich vereinfacht und auch für alle Wellenlängen ein
Empfang ermöglicht.
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In den beiliegenden Zeichnungen sind verschiedene Ausführungen einer
veränderbaren Spule gemäß der Erfindung dargestellt, und zwar zeigt Fig. i eine
Ansicht der zweckmäßigsten Ausführungsform der Erfindung.
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Fig. 2 ist ein Längsschnitt nach der Linie 2-2 der Fig. i.
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Fig. 3 zeigt eine Endansicht des zylindrischen Teils der Fig. i, wobei
die äußere feststehende Spule fortgelassen ist.
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Fig. q. ist eine Einzelheit, die die Spannvorrichtung für den Draht
zeigt.
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Fig. 5 zeigt im Grundriß eine abgeänderte Ausführungsform.
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Fig. 6 ist die zugehörige Seitenansicht. Fig. 7 ist eine andere Ausführungsform
mit einer einzigen quer liegenden Übertragungsscheibe.
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Fig. 8 zeigt eine der Fig. i ähnliche Ausführungsform, bei welcher
der Draht im Inneren eines Zylinders geführt wird.
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Fig. 9 ist ein senkrechter Schnitt nach der Linie 9-9 der Fig. B.
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Gleiche Buchstaben bezeichnen gleiche Teile in allen Ausführungsformen.
Was zunächst die Ausführungsform nach den Fig. 1, 2 und 3 anbetrifft, so ist hier
ein :-' beweglicher Draht i auf eine isolierende ::gülse 2 aufgewickelt, welche
zweckmäßig aus ,. :Gummi, Bakelit oder ähnlichere Stoff besteht, :'°@@rnd diese
isolierende Hülse :2 ist zweckmäßig mit den Schraubenwindungen 3 versehen, um den
Draht i darin aufzunehmen und zu führen. Das Ende des Drahtes i ist an einem mittleren
Zapfen 4. befestigt, der einen Kopf besitzt, an welchem eine gewöhnliche federnde
Klemme angebracht werden kann, um den Strom zu dem Draht i oder von ihm fortzuführen.
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Das andere Ende des Drahtes i ist in einem ähnlichen Schraubengewinde
6 auf einen leitenden Kern 7 aufgewickelt, der zweckmäßig aus Messing besteht und
der auf der Welle 8 befestigt ist, die das Schraubengewinde 9 aufweist, das dieselbe
Steigung hat wie die Gewinde 3 und 6 der Kerne 2 und 7. Der Zweck des Schraubengewindes
9 ist, die Kerne 2 und 7 im wesentlichen mit derselben Geschwindigkeit zu verschieben,
wie der Draht i auf diese Kerne 2 und 7 aufgewickelt bzw. abgewickelt wird, so daß
der Zuführungs-und Fortführungspunkt des Drahtes feststehend bleibt. Auf diese Weise
kann, obwohl die veränderbare Spule, die durch den Draht i gebildet wird, schraubenförmig
sich vergrößert oder vermindert, ihre Stellung im Verhältnis zu den anderen elektrischen
Elementen unverändert bleiben, so daß sie leicht mit irgendeiner zusätzlichen festen
Umwandlungsspule elektrisch gekuppelt werden kann.
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Der metallische Kern 7 schließt alle Windungen des Drahtes i, die
mit ihm in Berührung sind, kurz und macht sie daher unwirksam, so daß die wirksame
Spule der Teil des Drahtes i ist, der von dem isolierten Kern 2 getragen wird.
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Verschiedene Mittel können benutzt werden, um den Draht i von dem
unwirksamen Teil der Spule auf den wirksamen Teil zu übertragen; eine zweckmäßige
Ausführungsform ist -die in den Fig. i und 2 dargestellte, die darin besteht, daß
eine Hülse io aus Bakelit oder anderem ähnlichen isolierenden Stoff die Kerne 2
und 7 umgibt und lose auf, ihnen liegt, so daß sie als eine Art Lager für diese
Kerne dient. Diese Hülse io steht fest und ist in der Muffe i i befestigt, die ihrerseits
wieder an den Träger 12 angeschraubt ist. Der Träger 12 ist mit Muttergewinde für
das Gewinde 9 der Welle 8 versehen, welche, etwa mittels des Kopfes 14., gedreht
werden kann.
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Die Hülse io ist mit Öffnungen oder Schlitzen 15 und 16 versehen,
durch welche der Draht von den Kernen 2 und 7 abgenommen bzw. ihnen zugeführt wird;
die Hülse io ist an den entsprechenden Punkten im Stoff
dünner gemacht,
und zwar zu einer ganz feinen Kante ausgezogen, so daß der Draht i, ohne sich zu
verbiegen, vorsichtig geführt wird. Da die Vorrichtung für die Abstimmung benutzt
und daher häufig in Tätigkeit gesetzt wird, ist es wichtig, daß ein plötzliches
und scharfes Abbiegen des Drahtes verhindert wird. Die Hülse io kann 'auch eine
feine Nut haben, um den Draht i zu führen. Diese Nut beginnt an den Abnahmepunkten,
und zwar zweckmäßig mit derselben Steigung wie das Gewinde 3, damit nicht die Biegung
des Drahtes plötzlich geändert wird, worauf dann die Steigung der Nut allinählich
sich vergrößert und schließlich in entsprechender axialer Entfernung einen Höchstwert
erreicht und dann wieder allmählich bis auf die Steigung des Gewindes 6 zurückgeht.
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Es ist nicht notwendig, daß die Hülse io in jedem Falle genutet ist,
um den Draht i zu führen, denn nachdem der Draht von den inneren drehbaren Kernen
abgenommen und zu einer auseinandergezogenen Schraubenlinie ausgezogen ist, sucht
er seinen eigenen Weg und läuft über die polierte äußere Fläche der Bakelithülse
io in richtiger Weise.
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Der Strom tritt im Punkt 5 ein, geht durch einen veränderlichen Widerstand,
der der Drahtlänge, die auf die isolierte Hülse 2 aufgewickelt ist, entspricht,
durch den metallischen Kern 7, die Welle 8, das Gewinde 9 und den Träger 12 zur
Erde. Die Hauptanwendung der beschriebenen Vorrichtung ist die für den Rundfunk,
und zwar als veränderte Induktanz oder Transformator; in letzterem Fall wird eine
auf der isolierenden Hülse io in geeigneter Lage zu der veränderlichen Windung auf
dem Kern 2 feststehende Umformerwicklung 2o benutzt. Sobald die Welle 8 gedreht
wird, ändert sich das Verhältnis des Transformators entsprechend, und zwar schon
bei kleinen Teilen der Drehung. Dadurch, daß die variable Spule und die feststehende
Spule des Transformators frei von metallischen Teilen sind, werden Selbstinduktionswirkungen
verhindert.
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Wenn die Vorrichtung richtig gebaut ist, so ist für gewöhnlich die
Elastizität des Drahtes i genügend, um sich den gewöhnlichen Temperaturänderungen
-anzupassen, so daß der Draht stets straff bleibt, jedoch frei auf der Hülse io
läuft, wie in Fig. q. im einzelnen dargestellt ist. Hier ist ein federnder Schuh
21 vorgesehen, der auf der Oberfläche der Hülse io an irgendeinem Punkt unter dem
den Draht führenden Teil angeordnet ist. Dieser Schuh 21 federt nach außen, und
der über ihn laufende Draht wird unter Spannung gehalten, wobei der Schuh die Ausdehnung
oder Zusammenziehung aufnimmt. Dieser Schuh kann an Stelle des metallischen Kernes
7 auch als Anschlußpunkt für den Draht dienen. Wenn der Schuh 2i als Stromklemme
dient, so wird er der bestimmte Punkt, von welchem ab die sich aufwickelnde Spule
unwirksam ist; im anderen Falle wird der Punkt, an welchem der Draht den leitenden
Kern 7 v erläßt, dieser bestimmte Punkt. In jedem Falle ist der abgewickelte Teil
der Spule relativ unwirksam verglichen mit der Endwindung in dem Transformator,
wobei dieser Teil der Spule nur als Stromleiter oder Abwickeltrommel dient. Dieses
gestattet die Veränderung des wirksamenEndes über einen beträchtlichen Bereich,
da der Draht, der nach dem anderen Ende zu geht, außer Wirksamkeit tritt.
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Bei den sehr hohen Frequenzen, die in der Radiötechnik Verwendung
finden, ist es wünschenswert, daß kein Metall und auch nicht das unwirksame Ende
einer Spule irgendwie in die Nähe des wirksamen Teiles der Spule oder des Transformators
gelangt, und zwar wegen der Selbstinduktion, welche dadurch entstehen könnte. Es
ist daher wichtig, daß der Draht zunächst in axialer Richtung bis zu einer gewissen
Entfernung geführt wird, bevor er durch den leitenden Kern 6 kurzgeschlossen wird,
wobei diese axiale Entfernung im allgemeinen gleich dem Durchmesser des Kernes oder
etwas mehr betragen soll. Wenn das kurzschließende Metall sich an oder in der Nähe
der Grundfläche der wirksam veränderbaren Spule befindet, so werden solche Ströme
in dem Metall 6 induziert, so daß die Vorrichtung nicht richtig arbeitet.
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Einer der Gründe für die Gedrängtheit der Vorrichtung ist der, daß
dieselbe Achse benutzt wird zum Auf- und,zum Abwinden des Drahtes, anstatt daß,
wie bisher üblich, eine Trommel zum Aufwinden und eine andere besondere Trommel,
die in bestimmter Entfernung angeordnet wurde, zum Abwickeln dient, wobei ein leitender
Kern in Verbindung mit einem nichtleitenden Kern benutzt wurde. Eine Ausführungsform,
die nicht ganz der beschriebenen vorzugsweisen Form gleichwertig ist, ist in den
Fig. 5, 6 und 7 dargestellt. Bei diesen Ausführungsformen ist eine außen angeordnete
Scheibe 25 (Fig. 7) oder Scheiben 25' und 25" (Fig. 5 und 6) benutzt, um den Draht
in axialer Richtung den Kernen zuzuführen.
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Bei der Ausführungsform nach den Fig. 5 und 6 besteht der Kern 2 aus
isolierendem Stoff, und der leitende Kern 7 ist auf der Welle 8 angeordnet, im wesentlichen
so, wie in bezug auf die Fig. i und 2 beschriebe? wurde, und dieser wird durch die
Schraube 9 in dem Träger 12 in der gleichen Weise verschoben. Hier ist eine äußere
Traghülse io
nicht vorgesehen, sondern die Welle 8 ist nach der
anderen Seite verlängert und geht durch ein zusätzliches Traglager.i2', das von
der Grundfläche isoliert ist, und der Strom kann durch dieses Ende der Welle 8 und
das Lager 12 zugeführt werden anstatt wie bei der vorhergehenden Ausführungsform
durch den Zapfen q.. Die feststehende Transformatorwindung 2o ist um die Grundfläche
der wirksamen Schraubenwindung in irgendeiner Weise befestigt.
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Der isolierte Kern 2 und der leitende Kern 7 sind mit Schraubengewinden
3 und 6 versehen, um den Draht i zu führen, und es sind ein Paar Scheiben 25' und
25" in schräger Richtung angeordnet, um den Draht axial zuzuführen, so daß das leitende
Ende in genügendem Abstand von dem nichtleitenden Ende sich befindet. Diese Scheiben
25' und 25" sind aus isolierendem Stoff angefertigt oder auf isolierenden Trägern
angeordnet, wenn es nicht erwünscht ist, eine derselben als Stromzuführung zu benutzen.
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Wenn die Welle 8 gedreht wird, so windet sich der Draht von dem einen
Ende der Vorrichtung nach dem anderen hin auf bzw. ab, wodurch die Zahl der Windungen
auf dem Kern 2, welche die wirksame Spule bilden, geändert wird. Da, das Gewinde
9 die Kerne 2 und 7 in der Längsrichtung mit derselben Geschwindigkeit verschiebt,
wie der Draht auf die Gewinde 3 und 6 .der Kerne auf- bzw. abgewickelt wird, so
bleibt die Stellung des von den Scheiben 25' und 25" zu dem Kern :2 führenden Drahtes
unverändert, so daß die veränderliche Spule, die durch den in den Schraubengängen
3 liegenden Draht dargestellt ist, in geeigneter Lage zu der festen Transformätorspule
20 verbleibt.
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Bei der Abänderung nach Fig. 7 wird eine einzige große Scheibe 25
an Stelle des Scheibenpaares 25' und 25" der' vorbeschriebenen Ausführungsform benutzt.
Diese einzige Scheibe 25 liegt gleichfalls in einer diagonal gericheten Ebene und
wird von einem beweglichen Lager 3o getragen, das eine Feder 31 besitzt, um den
Draht i gespannt zu halten. Eine ähnliche Spannvorrichtung kann auch bei der Ausführungsform
nach den Fig.5 und 6 Verwendung finden.
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Die in den Fig. 8 und 9 dargestellte Ausführungsform ist in gewisser
Beziehung ähnlich der nach Fig. i, jedoch sind die Kerne :2 und 7 mit glatter Oberfläche
anstatt mit Schraubengewinden versehen, und der Draht i läuft im Innern einer Hülse
40 innerhalb einer Nut 41 von veränderlicher Steigung, anstatt wie bei der früheren-
Ausführungsform von den Kernen abgehoben und auf der äußeren Umfläche der Hülse
geführt zu werden. Die Hülse q.o ist fest an dem Gehäuse i i' angeordnet, und die
innere Führungsnut 4.1 nimmt den Draht an dem Punkt 42 ab und bringt ihn mit ständig
zunehmender Steigung, ohne ihn zu verbiegen, bis zu dem aus Messing bestehenden
Kern 7, wo die Steigung des Gewindes allmählich abnimmt, bis sie die gleiche ist
wie die der Schraube c9. Es ist so möglich, den Draht ohne Zugbeanspruchung und
ohne unnütze Abnutzung der Hülse .I0 zu führen.
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Bei jeder der beschriebenen Ausführungsformen handelt es sich um eine
in sich geschlossene Einheit, jedoch kann man in der Praxis auch mehrere solcher
Einheiten, gewöhnlich zwei, drei, vier oder mehr, je nach den Umständen verwenden,
und @es ist klar, daß sie auf derselben Welle angeordnet und zusammengedreht werden
können oder aber auch durch Zahnräder oder andere Verbindungsgetriebe miteinander
verkuppelt sein können.
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Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsformen beschränkt,
sondern kann auch verschiedentlich noch abgeändert werden, ohne von dem Grundgedanken
der Erfindung abzuweichen.