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Temperaturkompensierte Hochfrequenzspule Die vorliegende Erfindung
bezieht sich auf Hochfrequenzspulen, bei denen die Größe der Selbstinduktion unabhängig
von der Temperatur konstant bleibt.
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Die Erfindung beschreibt eine verbesserte Temperaturkompensationseinrichtung
für derartige Spulen, deren Konstruktion einfach ist und die zuverlässig arbeitet.
Es sind bereits Selbstinduktionsspulen bekannt, bei denen zur Beeinflussung des
Temperaturganges der Spuleninduktanz in der Nähe der Spule eine leitende Fläche
angebracht ist, deren Lage gegenüber der Spule sich in Abhängigkeit der Temperaturschwankungen
ändert. Weiterhin sind bereits Spulen mit temperaturunabhängiger Selbstinduktion
bekannt, bei denen von der Konstanthaltung seines Stabes zur Drehung der Kurzschlußscheiben
Gebrauch gemacht ist. Schließlich ist es bekannt, bei einer in einem geschlossenen
metallischen Gehäuse angeordneten Spule zur nachträglichen Beeinflussung der Spuleninduktanz
im Innern der Spulenwindungen drehbare Metallscheiben oder -ringe anzuordnen, welche
von außen betätigt werden können.
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Gegenstand der Erfindung ist eine temperaturkompensierte Hochfrequenzspule
mit einer in ihrem Innern angeordneten, um eine senkrecht zur Spulenachse stehende
Achse drehbaren Kurzschlußwindung, die erfindungsgemäß. derart ausgebildet ist,
daß im Innern der Spule parallel zu ihrer Längsachse zwei Stäbe aus Materialien
von verschiedenen Ausdehnungskoeffizienten angeordnet sind, an denen in gleicher
Höhe je eine mit einem V-förmigen Einschnitt versehene Lagerpfanne befestigt ist,
und daß die Kurzschlußwindung einen diagonal angeordneten und mit Schneiden versehenen
Schaft besitzt, dessen Schneiden in den V-förmigen Einschnitten derart gelagert
sind, daß die durch Temperaturschwankungen auftretenden Längenänderungen der Stäbe
Drehungen der Kurzschlußwindung im elektrischen Feld der Spule bewirken.
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Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Abbildungen erklärt. Die
Abb. i zeigt einen Schnitt, der die einzelnen Elemente der Kompensationseinrichtung
erkennen läßt. Die Abb. 2 und 3 bringen die Ansicht bestimmter Teile der Anordnung,
die in der Abb. i enthalten sind.
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In der Abb. i ist eine Selbstinduktionsspule dargestellt, bei der
auf dem hohlen Spulenkörper i die Windungen 2 angebracht sind. Der Spulenkörper
i ist aus einem geeigneten Material mit kleinem Ausdehnungskoeffizienten, so beispielsweise
aus Porzellan, hergestellt.
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Die Wicklung muß unter Spannung um den Spulenkörper i gewickelt werden.
Die einzelnen Windungen werden hierbei so gelegt,
daß sie in den
vorgesehenen Rillen liegen und dadurch gleichmäßige Abstände erhalten. Durch das
sorgfältige Spannen der Wicklung 2 bis zur beendeten Festlegung wird eine gleichmäßige
Spannung sämtlicher Drahtwindungen gewährleistet und eine solide, für mechanische
Beanspruchungen unempfindliche Wicklung erzielt. Auf diese Weise wird die Gefahr
der Selbstinduktionsänderung infolge von Lagenveränderungen der Windungen außerordentlich
herabgesetzt. Es hat sich jedoch gezeigt, daß selbst bei einer derartig sorgfältig
gewickelten Spule Temperaturänderungen eine Veränderung des Spurendurchmessers hervorrufen
und so eine Änderung der Selbstinduktion der Spule bedingen.
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Die Temperaturkompensationseinrichtung enthält einen Kurzschlußring
6, der innerhalb des Spulenkörpersi angeordnet und induktiv mit den Windungen der
Spule gekoppelt ist. Die Kopplung wird durch eine temperaturempfindliche Regeleinrichtung
geändert, die ebenfalls im Innern des Spurenkörpers untergebracht ist. Die wesentlichsten
Bestandteile der Regeleinrichtung sind zwei Stäbe 7 und 8 aus verschiedenen Metallen,
die auf einer Traverse g befestigt und so angeordnet sind, daß zwischen ihnen auftretende
Längenunterschiede als Bewegung über die Lager i o und i i, die mittels der Schrauben
i o' und i i' einstellbar auf den Stäben 7 und 8 angebracht sind, auf den Kurzschlußring
6 übertragen «erden. Die Lagerhälften io und i i wirken gemeinsam auf die Achse
12 des Kurzschlußringes 6. Die beiden Stäbe 7 und 8 bestehen, wie bereits erwähnt,
aus Materialien mit verschiedenen Ausdehnungskoeffizienten, sind aber an einem Ende
beide mit derselben Traverse g verbunden; bei eintretenden Temperaturschtvankungen
erfolgt daher eine Längenänderung im gleichen Sinne. Der eine Stab, z. B. der Stab
7, wird aus einer Aluminium-Kupfer-Nlangan-Legierung hergestellt, während der andere
Stab aus einer Eisen-Nickel-Legierung besteht. Zur Führung der freien Enden der
Stäbe 7 und 8 ist eine Traverse 14 mit entsprechenden Öffnungen zur Aufnahme der
Stäbe vorgesehen. Infolge der verschiedenen Ausdehnungskoeffizienten der Stäbe 7
und 8 werden sie bei Erwärmung verschiedene Längenänderungen aufweisen, die Stäbe
werden sich also relativ zueinander bewegen. Der auf diese Weise hervorgerufene
Bewegungsunterschied zwischen den Stäben wird auf den Kurzschlußring 6 mit Hilfe
der beiden Lager i o, ii und des Schaftes 12 als Drehbewegung übertragen. Der Kurzschlußring
6 mit dem diagonal angeordneten Schaft 12, dessen Mittelabschnitt 13 einen rhombischen
Querschnitt besitzt, ist in der Abb.2 dargestellt. Dieser Abschnitt ruht in den
V-förmigen Einschnitten 15 und 16, die in den beiden Lagerhälften i o und i i vorgesehen
sind. Das Lager io mit der Einkerbung 15 ist in der Abb. 3 deutlich dargestellt.
Die Schneiden des rhombisch geformten mittleren Abschnitts 13 des Schaftes 12 greifen,
wie aus der Zeichnung ersichtlich, in die V-förmigen Einschnitte ein, so daß eine
durch Ausdehnung oder Zusammenziehung der Stäbe 7 und 8 hervorgerufene Verschiebung
der Lagerpfannen in dem Schaft 12 eine Drehbewegung auslöst, die auf den Kurzschlußring
6 übertragen wird.
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Im praktischen Betrieb wird die Spule von hochfrequenten Wechselströmen
durchflossen, die Größe der Selbstinduktion wird dann beeinflußt, und zwar i. infolge
der Kopplung mit dem in der Nähe der Spule befindlichen Leiter 6, 2. wegen der Temperaturschwankungen
in den Spurenwindungen, die durch den hindurchfließenden Strom oder durch Änderungen
der Außentemperatur hervorgerufen werden. Da aber die Stäbe 7 und 8 in der Nähe
der Spurenwindungen angeordnet sind, werden sie auch die gleiche Temperatur wie
die Spule annehmen und den gleichen physikalischen Änderungen unterworfen sein.
Als Folge der unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten der beiden Stäbe 7 und
8 wird der eine Stab sich in seiner Längsachse mehr ausdehnen oder zusammenziehen
als der andere.. Hierdurch wird eine Verschiebung zwischen den beiden Stäben und
damit zwischen den beiden Einkerbungen 15 und 16 hervorgerufen. Diese übt wiederum
ein Drehmoment auf den Schaft 12 und damit auf den Kurzschlußring aus. Durch eine
Drehbewegung des Kurzschlußringes 6 wird eine Änderung der Kopplung zwischen dem
Kurzschlußring und den Windungen der Spule und dadurch wieder eine Änderung der
Selbstinduktion derselben bedingt. Durch entsprechende Einregulierung läßt es sich
erzielen, daß bei einer bestimmten Temperaturänderung eine bestimmte Verdrehung
des Kurzschlußringes 6 erfolgt, so daß die Größe der Selbstinduktion über einen
größeren Temperaturbereich konstant bleibt.
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Die Einstellung der Kompensationsvorrichtung, die bei einer bestimmten
Temperaturänderung die erforderliche Drehung des Kurzschlußringes 6 hervorruft,
ist von der Stellung der Lager i o und i i auf den Stäben 7 und 8 abhängig. Wenn
nun z. B. die Lager i o und i i in der Nähe der freien Enden der Stäbe 7 und 8 angebracht
sind, so wird einer gegebenen Temperaturänderung eine größere Drehbewegung des Kurzschlußringes
6 entsprechen als bei Anbringung der Lager i o und i i in der Nähe der fest eingespannten
Enden
der beiden Stäbe. Durch geeignete Einstellung der Lager i o und i i läßt es sich
erreichen, daß die durch die Temperaturänderung ausgelöste Drehbewegung des Kurzschlußringes
6 und die infolge der Kopplungsänderung bedingte Änderung der Selbstinduktion gerade
die durch dieselbe Temperaturänderung hervorgerufene Zu- oder Abnahme der Selbstinduktion
der Spule kompensiert. Es ließ sich praktisch nachweisen, daß durch entsprechende
Stellung der Lager i o und i i auf den Stäben 7 und 8 der Regelbereich so gewählt
werden kann, daß die Selbstinduktion der Spule innerhalb eines großen Temperaturbereichs
praktisch konstant bleibt.
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Aus den obigen Darlegungen geht hervor, daß die Stellung der Lager
i o und i i auf den Stäben 7 und 8 für den Kompensationsbereich von Wichtigkeit
ist. Da es durch Verschieben der beiden Lager io und i i auf den Stäben 7 und 8
möglich ist, eine genaue Kompensation zu erzielen, ist es wünschenswert, diese Einregulierung
auch von Hand vornehmen zu können, ohne dazu die Temperaturregeleinrichtung aus
dem Innern der Spule entfernen zu müssen.
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Gemäß weiterer Erfindung sind hierfür Mittel vorgesehen. Diese Einstellvorrichtung
ist auf dem unteren Teil der Abb. i dargestellt und besteht aus den Flanschen 17
und 18, die in Öffnungen an der Bodenplatte 9 verlötef oder in anderer Weise mit
der Bodenplatte 9 befestigt sind. Die Enden der Stäbe 7 und 8 werden in den Flanschen
17 und 18 mit Hilfe der Federn 2o und 21, der Scheiben 22 und 23, der Stifte 24
und 25 üiid zweier Schrauben, von denen eine mit 26 bezeichnet ist, befestigt. Die
beiden Schrauben sind in die beiden Enden der Stäbe 7 und 8 hineingedreht, wobei
ihre Köpfe auf den Flanschen 17 und 18 aufliegen. Um die Lage der Stabenden richtig
.einstellen zu können, sind die Flansche 17 und 18. mit den Verschraubungen 27 und
28 versehen. Das Innere der Verschraubungen 27 und 28 ist konisch ausgebildet und
wird mit dem in entsprechender Weise konisch verlaufenden Abschnitt an den Flanschen
17 und 18, der, wie es 29 zeigt, geschlitzt ist, verschraubt. Wenn nun die Kappen
27, 28 auf die Flansche geschraubt werden, so werden die Stäbe 7 und 8 durch die
Konusse festgeklemmt und in ihrer Lage gesichert.
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Zur Einregulierung der Kompensationseinrichtung.werden zunächst die
Lager io und ii ungefähr in die richtige Stellung auf den Stäben 7 und 8 gebracht.
Für diese Einstellung muß die Kompensationseinrichtung aus dem Spuleninnern herausgenommen
werden. Darauf wird die Kompensationsvorrichtung wieder im Innern des Spülenkörp.ers
i eingebaut und dort befestigt. Die Feinregelung erfolgt dann von außen, wobei man
nach Lösen der Kappen 27, 28 durch Drehen an den Schrauben 26 die Länge der Stäbe
7 und 8 bzw. den Abstand zwischen den Lagern io und i i und der Grundplatte 9 auf
den richtigen Wert einstellen kann. Hierauf werden die Kappen 27, 28 wieder festgezogen
und die Stäbe 7 und 8 dadurch gesichert.
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Auf diese Weise kann die Selbstinduktion der Spule durch Verlängern
oder Verkürzen eines Stabes eingestellt werden. So kann z. B. der zwischen dem Lager
i i und der Grundplatte 9 befindliche Abschnitt des Stabes 8 so geändert werden,
daß er größer oder kleiner ist als der zwischen dem Lager i o -und der Grundplatte
9 liegende Abschnitt. Durch eine solche Regulierung wird naturgemäß eine Drehung
des Kurzschlußringes 6 hervorgerufen, die eine Änderung der Kopplung zwischen dem
Kurzschlußring und den Windungen der Spule zur Folge hat. Die Änderung der Größe
der Selbstinduktion kann durch Veränderung der Lage nur eines Stabes erzielt werden,
hierbei ist jedoch nur eine sehr geringe axiale Verschiebung eines Stabes erforderlich,
um eine beträchtliche Drehbewegung des Kurzschlußringes 6 zu erhalten; dies erklärt
sich durch das Zusammenwirken der Lager i o und i i und der Achse 13, die den Kurzschlußring
trägt. Dies bedeutet also, daß der ganze zur Verfügung stehende Regelbereich für
die Selbstinduktion ohne Beeinflussung der Kompensationsnegeleinrichtung bestrichen
werden kann.
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Bei Hochfrequenzapparaten, die Spulen mit Temperaturkompensation aufweisen,
hat es sich zur Vermeidung von Verlusten durch Hysterese- und Wirbelströme in den
Stäben 7 und 8 als erforderlich herausgestellt, die Abschnitte dieser Stäbe, soweit
sie im Innern der Spule verlaufen, abzuschirmen. Zu diesem Zweck werden mehrere
kurze Abschirmhülsen in der in der Abbildung dargestellten Weise auf den Stäben
angebracht. Obwohl in der Abbildung die Abschirmung nur bei dem Stab 7 dargestellt
ist, ist es selbstverständlich, daß eine gleiche Abschirmung auch für den Stab 8
vorgesehen werden muß.