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Verfahren zur Unterdrückung der in einer Spule entstehenden energieverzehrenden
Oberschwingungen, insbesondere der ersten Oberschwingung Die der vorliegenden Erfindung
zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, die in einer Spule bei ihrer Erregung für
sehr hohe Frequenzen entstehenden Oberschwingungen, insbesondere die erste Oberschwingung,
zu unterdrücken. Früher war man der Ansicht, durch Verringerung der als schädlich
erkannten Eigenkapazität der Spulen eine Unterdrückung der Eigenwelle und somit
entstehender Oberwellen bzw. des vom Erregerkreis bereits zugeführten Oberwellengemisches
zu erzielen. Indessen haben neuere Untersuchungen gezeigt, daß sich bei Verringerung
der Eigenkapazität von Spulen nur die Bestimmungsstücke der Eigen- oder Oberwellen,
nämlich Selbstinduktion und Kapazität ändern, und zwar so, daß die Selbstinduktion
erhöht und die Eigenkapazität dementsprechend erniedrigt wird. Dadurch vergrößert
sich einerseits die Wechselspannung der Eigen- oder Oberwellen, andererseits wird
der Strom heruntergesetzt, jedoch das Produkt beider, also die schädliche Leistung,
bleibt in der alten Höhe erhalten.
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Im Gegensatz zu dem früher eingeschlagenen Wege erfolgt im vorliegenden
Falle die Unterdrückung der schädlichen Oberwellen nicht durch Herabsetzung der
Lagenkapazität, sondern rein schaltungsmäßig durch Unterteilung der Spule oder Spulen
in zwei oder mehrere, gleichsinnig gewickelte Teilspulen mit entgegengesetzter Phase
der in ihnen entstehenden Oberwellen.
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Es ist ferner eine Anordnung bekanntgeworden, welche lediglich den
Zweck hat, die Grundwelle der Spule auf die Betriebswelle abzustimmen und bestimmte
Eigenwellen bestimmten Betriebswellen zuzuordnen. - Demgegenüber wird bei vorliegender
Erfindung die Grundwelle bzw. die Betriebswelle konstant gehalten, und nur die energieverzehrenden
Oberschwingungen werden amplitudenmäßig beeinflußt. Dies wird erfindungsgemäß dadurch
erreicht, daß die für sehr hohe Frequenzen bestimmte Spule(n), deren Eigenwelle
im Bereich der erregenden Betriebswelle liegt, in zwei oder mehrere Teilspulen gleichen
Wicklungssinnes und gleicher Selbstinduktion unterteilt wird, die Teilspulen konzentrisch
ineinander angeordnet und elektrisch so miteinander verbunden werden, daß der Wicklungsanfang
jeder Teilspule mit dem Wicklungsende der vorhergehenden, inneren Teilspule in Reihe
geschaltet ist, so daß durch axiales Verschieben der Teilspule oder Teilspulen die
Amplitude der Oberschwingungen gradmäßig verkleinert werden kann. Bei dieser Maßnahme
kann zweckmäßig durch entsprechendes Nachstimmen des Kreises dafür Sorge getragen
werden, daß sich die Betriebswelle in Frequenz und Amplitude nur unwesentlich ändert,
indem die durch die entstehenden
Kapazitätsänderungen bedingte
Änderung der Betriebswelle kompensiert wird, z. B. durch Ab- oder Zuschalten von
Windun-. gen oder zweckentsprechende Mittel.
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Bekanntlich entstehen in jedem Leiter, ganil gleich ob er als gestreckte
Antenne zur Aus'-strahlung dient oder als Zylinderspule auf= gewunden wird, Oberwellen
bzw. Gemische von Betriebswelle, Eigenwelle und Oberwellen, sobald er in irgendeiner
Betriebswelle für sehr hohe Frequenzen erregt wird. Die Ausbildung dieser Oberwellen
oder Gemische wird nun dadurch verhindert, daß sich paarweise und gleichzeitig zwei
oder mehr gleich große Oberwellen ausbilden, welche innerhalb jeden Paares einen
Phasenunterschied von i8o° aufweisen und sich dadurch aufheben. Wenn man zwei gleichsinnig
gewickelte und im gleichen Sinne verbundene zylindrische Wicklungslagen daraufhin
untersucht, welche Wellenausbreitung in ihnen vorgeht, so findet man sowohl rechnungsmäßig
als auch durch den Versuch, daß in der oberen Lage eine zwar genau gleiche, aber
entgegengesetzte Harmonische sich ausbildet wie in der entsprechenden unteren Lage.
Diese beiden Oberwellenteile heben sich auf, während die Grundwelle verstärkt wird.
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Je näher die Entstehungsorte der phasenentgegengesetzten Oberwellenteile
von gleichsinnig verbundenen Lagen zusammenrücken, desto besser überdecken sich
die Schwingungsfelder der Oberwellen, und desto größer wird der Unterdrückungsfaktor.
Durcb starke Annäherung der Lagen kann man die Oberwellen völlig unterdrücken. Man
kann also durch Veränderung des Kopplungsgrades der Lagen die Aussiebung der Oberwellen
gradmäßig beeinflussen. Die Vorzüge der Erfindung, nämlich die Verstärkung der Grundwelle
bei gleichzeitiger Unterdrückung der Oberwellen machen sie hervorragend geeignet
zur Verwendung als H.F.-Transformator. Bandfilter und Siebkette für drahtlose Zwecke
sowie zur Kopplungsspule aller Art für Sender oder Empfänger.
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Durch Wahl ungewöhnlich schwacher Drahtstärken kann bei mehrlagigen
Wicklungsanordnungen eine Zusammendrängung der Windungen auf engem Raume erfolgen.
Dadurch wird für bestimmte Zwecke die axial auftretende Strahlwirkung. erhöht. Eine
so gebaute Kopplungsspule hat einen festen Kapazitätswert, eine große Strahlung
und weist im Unterschied von der üblichen Zylinderspule eine scharfe Resonanzspitze
auf. Derartige Einheiten können hervorragend für Wellenmesser bzw. für Schwingdrosseln
oder Resonanzzwecke benutzt werden, da sie oberwellenfrei sind.
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Eine Erleichterung der Benutzung der Er-Findung für technische zwecke
geschieht durch Beeinflussung der Permeabilität, z. B. durch Einschiebung eines
Eisenkernes oder -';0n gepreßtem Eisenpulver. Dadurch wird 'A,is unterhalb der 2o-m-Welle
die erreich-`]Yäre Selbstinduktion vervierfacht, der Ohm-'sche Widerstand infolge
der geringeren, erforderlichen Windungszahl entsprechend verkleinert und die Spulendämpfung
herabgesetzt. Durch örtliche Verschiebung der Eisenfüllung kann der Selbstinduktionswert
variabel gestaltet und somit dem Vertvendungszweck angepaßt werden, ohne daß der
Kopplungsgrad der Lagen als solcher verändert wird. Im ganzen Bereiche der Selbstinduktionsänderung
bleiben demnach die Vorzüge der Erfindung erhalten.
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Ein wichtiger Vorteil für die Anwendung der Erfindung wird darin gesehen,
daß durch Wahl hoher Selbstinduktionen und geringer Eigenkapazitäten eine große
Resonanzspannung erzielt werden kann, welche in vielen Fällen erwünscht ist. Gegenüber
der an sich bekannten Wirkung von Teslaspulen hat die Erfindung den Vorzug, statt
der verschwindend kleinen Ströme solche von wenigstens i o- bis i oofach größerer
Ordnung zu liefern. Denn die Wirkung von Teslaspulen ist eine reine Spannungserscheinung,
die auftretenden Ströme betragen höchstens einige Milliampere. Um den vorgenannten
Zweck zu erreichen, wird außer dem Zusammendrängen der Windungen auf engem Raume
eine große Lagenzahl gewählt zur Erniedrigung der Lagenkapazität. Zur Anpassung
an die Betriebswelle dienen folgende Mittel: i. Fester oder veränderlicher Eisenkern
zur Einstellung beliebiger Werte der Selbstinduktion, a. Ausbildung als Variometer,
indem der eine Wicklungsteil fest, der andere beweglich angeordnet ist, 3. die Wicklung
wird mit einer oder mehreren Gruppen von Anzapfungen versehen.
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Die Anwendungsgebiete der Erfindung sind folgende i. für Empfänger:
a) als Antennenspule, Sperrkreis, Rückkopplung, Hochfrequenztransformator,.
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b) als Siebkette, Bandfilter. a. für Sender: a) als Gitterkreis, Antennenkopplung,
Sperrkreis, Rückkopplung, b) als Strahlelement.
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3. für mehrwellige Anordnungen: als Trennungsmittel zweier oder mehrerer
Wellenlängen, z. B. als Trennungsmittel beim Mehrtastverfahren-(für die Zwecke der
Bildtelegraphie).
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Um eine freie Hertzsche Strahlung zu messen, beispielsweise zur Messung
ferner
Sender u. dgl., wird die erfindungsgemäß gestaltete Spule
oder Wicklung als Strahlquelle in einer Interferenzmeßbrücke benutzt, welche darauf
beruht, daß durch Verschieben der Strahlquelle auf einer Brückenanordnung-Amplitudengleichheit
und i 8o° Phasenverschiebung zwischen der Eigenwelle des Strahlers und der zu untersuchenden
fremden Schwingung hergestellt wird. Der Kontrollempfänger zeigt dann jeweilig das
bekannte Minimum. Durch die erwähnte Zusammendrängung der Windungen, insbesondere
bei mehrlagiger Wicklung, kann dann ein im Verhältnis zur Wellenlänge nahezu punktförmiger
Strahler geschaffen werden. Da außerdem eine hohe Intensität der Strahlung erreicht
wird, so eignet sich die Erfindung hervorragend für Untersuchungszwecke im Laboratorium
und zur Erkundung der Ausbreitungsgesetze der Hertzschen Wellen in der Atmosphäre.
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Bei der Verwendung der Spule zur Messung der Sendewelle leuchten infolge
der kräftigen Ströme Starkstromglühlampen, unmittelbar mit den Wicklungsenden verbunden,
voll auf. Infolge der scharfen Resonanzspitze läßt sich die erfindungsmäßige Wirkung
nicht ohne weiteres durch andersartige Spulen oder Wicklungen erzielen. Die Wirkung
kann als bloßes Erkennungszeichen oder auch zur weiteren Auslösung von Stromwirkungen
für automatische Einrichtungen benutzt werden. Die Strahlung des Elementes kann
ferner noch dazu verwendet werden, ein drahtloses Echolot zu schaffen, indem die
Interferenz der zurückgestrahlten mit der ausgestrahlten Welle ein Zeitmaß ergibt.
Daraus ergibt sich in bekannter Weise die Entfernung. Natürlich müssen dann die
Strahlerabmessungen genügend groß gewählt werden.
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Bei beweglich angeordneten Teilspulen hat die vorliegende Erfindung
eine ähnliche Charakteristik wie bekannte Variometer, unterscheidet sich jedoch
von letzteren dadurch, daß verschiedene Unterdrückungsgrade der Oberwellen oder
Gemische geschaffen werden. Dabei können zweckmäßig unvermeidliche Änderungen von
Selbstinduktion und Kapazität, welche die Betriebswelle nachteilig verändern, durch
Verschiebung von Eisenkernen o. dgl., wie beschrieben, kompensiert werden. Die besagten
Mittel sind insbesondere dann wirksam, wenn durch mehrere gleichartige Spulen in
zwei oder mehr Stufen moderner Empfänger oder Sender ein Gleichlauf geschaffen werden
soll.