DE763825C - Spulenanordnung zur Erzeugung eines Magnetfeldes, welches im Innern eines rohrfoermigen Hohlraumes homogen verlaeuft - Google Patents

Description

AUSGEGEBEN AM
31. JANUAR 1952

RE IC H S PATE NTAMT

PATENTSCHRIFT

KLASSE 21 g GRUPPE 1

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.· ■ ' Patenterteilung bekann tgemacht am 11. Januar 1845

Es sind Ablenkspule bei Xathodenstrahl·- r Öhren "bekannt, die-aus zwei je rahmenförmigen Spuilenhälften ^bestehen, welche um den Glaskörper der Röhre herum angeordnet sind. Man kann sieh diese Spulen.derart entstanden denken, daß die" Spulenhälften' zuerst als rähmenförmige Flactospülen gewickelt und dann um den krei'Sförmigen Röhrenquerscbnitt herumgebogen werden, so daß eine etwa zylindrische Spülenforni entsteht. Diese Spulen haben aber deiuNachteil, daß sie kein für alle Fälle genügend~lLomogenes Magnetr. feld erzeugen. Außerdem ist die zylinderförmige Spulengestalt dann besonders" ungün-" stig, .wenn man genötigt ist, die Zylinderspulen auf deni kegelstumpfförmigen Röhrenteil anzubringen. . · Durch die Erfindung soll eine Spuletianordnüng geschaffen "werden, die ,ein ".im Innern eines "rohrförmigen Hohlraumes honiögenes Magnetfeld erzeugt, das zur Rohrachse senkrecht steht. Die Spulenwindungen sollen dabei außerhalb des rohrförmigen Hohlraumes liegen. An den Spulenwindungen kann man die genau oder annähernd in der Richtung der Hohlraumach se Hegenden

Drähte, manchmal auch aktive Leiter genannt, und die kreisbogenförmigen Wickelköpfe, auch Stirnverbindungen genannt, unterscheiden. Die zuerst genannten Drähte können als Strombelag der Hohlraumumrandungskurve aufgefaßt werden. Die aktiven Leiter tragen allein zur Erzeugung des homogenen Feldes bei.

Gemäß der Erfindung wird der Strombelag ίο je Einheitswinkel, z. B. je Grad, der Hohlraumumrandungskurve in der Nähe einer durch, die Achse des Hohlraumquerschnittes und zur Feldrichtung senkrecht liegenden Ebene größer gemacht als in der Nähe einer durch die Achse des HoMraumquerschnittes und parallel zur Feldrichtung verlaufenden Ebene, jedoch an der ersteren Stelle größer und an der letzteren Stelle kleiner als in der Nähe einer ebenfalls durch die Achse verlaufenden, zwischen den beiden genannten Ebenen liegenden Ebene. Hinsichtlich der Wickelköpfe ist die Spule gemäß der Erfindung in ähnlicher Weise ausgebildet wie die bekannte Spule, d. h. die Stirnverbindungen verlaufen außerhalb desjenigen Hohlraumes, in dem das homogene Feld entstehen soll.

Der Hohlraum kann zylindrische oder

kegelstumpfförmige Gestalt besitzen, der Hohlraumquerschnitt kann rund sein oder von einer beliebigen geschlossenen Kurve begrenzt werden.

Es soll zunächst der Beweis dafür geführt werden, daß man auf die oben angegebene Weise ein genau homogenes Magnetfeld in dem fraglichen Hohlraum erzielen kann.

Für diese Beweisführung sei eine Hohlraumquerschnittsumrandungskurve von der Form der Kurve 1 in Abb. 1 vorausgesetzt. Man könnte den Beweis jedoch ebensogut unter Benutzung einer kreisförmigen Umrandungskurve führen. Es soll gezeigt werden, daß, wenn man die Kurve 1, zu welcher das Koordinatensystem X-Y gehört, um eine Strecke X' in der Z-Rkhtung verschiebt, so daß sie also in die Lage der Kurve 2 gelangt, zwei Flächenstücke entstehen, die mit aktiven Leitern konstanter Stromdichte ausgefüllt ein homogenes Feld in dem Hohlraumquerschnitt erzeugen, welcher dann von einem Teil der Kurve ι und einem Teil der Kurve 2 umschlossen wird. Zu diesem Zweck braucht bloß noch vorausgesetzt zu werden, daß die Strecke X', um welche die Ordinatenachse Y' der Kurve 2 in horizontaler Richtung von der Ordinatenachse Y der Kurve 1 entfernt ist, klein gegenüber den übrigen Abmessungen des Hohlraumquerschnittes ist sowie daß der außerhalb der Kurven r und 2 befindliche Raum mit einem Material guter magnetischer Leitfähigkeit erfüllt ist. Nach Durchführung der erwähnten Kurvenverschiebung haben die in Abb. 1 engschraffierten kleinen Flächenstücke alle den gleichen Flächeninhalt, da ihre waagerechte Abmessung gleich der Länge X', um welche die Verschiebung stattgefunden hat, ist und ihre senkrechte Abmessung dy beträgt. Somit besitzt auch die in Abb. 1 weitschraffierte Fläche, welche zwischen den Eckpunkten A₁ B, C₁ D liegt und von den Kurven r und 2 sowie zwei waagerechten Strecken begrenzt ist, einen Inhalt, welcher der Strecke AB proportional ist. Man kann nun zeigen, daß man nur die beiden durch die Verschiebung entstehenden Flächenstücke, nämlich einerseits die Fläche B-A-B-G-C-D und anderseits die Fläche E-P-G und zurück längs der Kurve 1 zum Punkt E, mit einer konstanten Stromdichte belegen muß, um ein Feld mit vollkommen parallelen Kraftlinien, d. h. ein homogenes Feld, zu erzeugen. Wenn man nämlich das Linienintegral der magnetischen Feldstärke längs der Strecke D-A-B-C und zurück zum Punkt D auf einem Wege, welcher außerhalb der Kurve 1 liegt, bildet, so trägt nur der Teil A-B zum Linienintegral bei, da gemäß der oben gemachten Voraussetzung außerhalb der geschlossenen Kurve 1 die magnetische Leitfähigkeit sehr gut sein soll und daher keine Amperewindungen erforderlich sind, um den Ablenkfluß durch diesen Außenraum hindurchzutreiben. Längs der Strecken A-D und B-C verläuft der Integrationsweg senkrecht zu den magnetischen Kraftlinien, und es ist schon aus diesem Grunde der Beitrag längs dieser beiden Strecken zum Linienintegral gleich Null. Nur längs der Strecke A-B ist das Linienintegral von Null verschieden, und zwar proportional der in Abb. r weitschraffierten Fläche. Da diese Betrachtung· sich für eine beliebige Lage der Strecke A-B durchführen läßt, ist gezeigt, daß nicht nur die eingezeichnete Strecke A-B eine magnetische Kraftlinie sein muß, sondern daß in dem ganzen Raum, welcher von dem linken Bogen der Kurve 2 und dem rechten Bogen der Kurve 1 umschlossen wird, das magnetische Feld lauter geradlinig verlaufende Kraftlinien besitzt, d. h. ein homogenes Feld darstellt.

An Hand der Abb. 2 bis 4 sollen nun einige n₀ Ausführungsformen der Erfindung, welche einen genau oder annähernd kreisförmigen Querschnitt des Hohlraumes voraussetzen, besprochen werden. Diese Ausführungsformen stellen Annäherungen an diejenigen Spulenquerschnitte dar, welche durch Verschiebung zweier Kreiskurven gegeneinander entsprechend den Darlegungen nacL Abb. 1 entstehen würden.

Die Abb. 2 zeigt eine Wickelform zur Herstellung einer Ablenkspule und besteht aus einem äußeren Formteil 5 und einem inneren

Formteil 6. Der Teil 6 hat die Gestalt eines Halbkreises vom Radius r. Der äußere Teil 5 enthält eine Vertiefung, die aus zwei Zylindermänteln besteht. Diese sind um die Mittelpunkte C und C mit dem Radius / angebracht, wobei die erwähnten Mittelpunkte um eine gewisse Strecke gegenüber dem Mittelpunkt des Teiles 6 verschoben sind. Der Raum, welcher zwischen den Kreisbögen, die mit dem Radius r und / beschrieben sind, vorhanden ist, wird nun mit Wicklungsdrähten ausgefüllt, derart, daß diese Drähte abwechselnd durch den einen und den anderen spaltförmigen Wickelraum verlaufen.

Bei der in Abb. 3 dargestellten Ausführungsform ist in einem äußeren Formteil 15 eine halbzylinderförmige Vertiefung angebracht, welche einen halbkreisförmigen Querschnitt vom Radius R besitzt. Der innere Formteil 16 besteht aus zwei Kreisbögen, die den Radius R' aufweisen- und deren Mittelpunkte senkrecht zU der Richtung des gewünschten magnetischen Feldes gegenüber dem Mittelpunkt des ersterwähnten Kreises verschoben sind.

In Abb. 4 ist eine Ausführungsform dargestellt, welche gleichzeitig die gegenseitige Anordnung zweier Spulenpaare, welche zur Kathodenstrahlabilenkung nach zwei zueinander senkrechten Richtungen in einer Fernsehröhre benutzt werden können, zeigt. Das Spulenpaar 7, 8 ist auf die an Hand der Abb. 2 erläuterte Weise hergestellt, und der Winkelquerschnitt für das Spulenpaar 9, 10 ist nach außen durch einen zur Hohlraumumrandungskurve 3, die ihrerseits kreisförmig ist, konzentrischen Kreis begrenzt und nach innen durch zwei Kreisbögen, die in der Richtung des gewünschten magnetischen Feldes neben der Hohlraumachse liegen.

Mit 4 ist in Abb. 4 ein Eisenzylinder bezeichnet, welcher die gesamte Spulenanordnung oder gegebenenfalls auch nur die aktiven Leiter umgibt und die an Hand der *Abb. ι erwähnte Forderung, daß der magnetische Widerstand im Außenraum Null sein soll, zu erfüllen gestattet. Es hat sich übrigens gezeigt, daß ein homogenes Feld bei den Spulenanordnungen nach Abb. 2 bis 4 auch beim Fehlen einer eisernen Umhüllung erzielt werden kann. Die bisherigen Darlegungen setzten voraus, daß die Spule hinsichtlich ihrer aktiven Leiter zylindrische Form erhält. Man kann jedoch im Sinne der Erfindung die Spulen nicht nur auf den zylindrischen Teil einer Kathodenstrahlröhre anbringen·, sondern auch auf dem konischen Teil. Außerdem kann man die Spule auch derart auf einer Kathodenstrahlröhre anbringen, daß sie zum Teil sich über den zylindrischen und zum anderen Teil über den kegelstumpfförmigen Teil des Röhrenkolbens erstreckt. Eine derartige Ausführung ist in der Abb. 5 veranschaulicht, in welcher 17 den zylindrischen Teil des Glaskolbens einer Braunschen Röhre darstellt und 18, 19 zwei kegelstumpfförmige Kolbenteiile verschiedener Steilheit. Mit 20 ist der Leuchtschirm bezeichnet, mit 21 ein aus Kathode und Helligkeitssteuerelektrode bestehendes Aggregat und mit 22, 23 die erste und zweite Anode. Das Ablenkspulenpaar befindet sich auf dem konischen Teil 18 des Glaskolbens und besteht aus der inneren Spule 24 und der äußeren Spule 25. Jede dieser Spulen ist beispielsweise so, wie in Abb. 4 dargestellt, gewickelt.

Claims (9)

1. Patentansprüche:

   r. Spulenanordnung zur Erzeugung eines Magnetfeldes, welches im Innern eines rohrförmigen Hohlraumes homogen verläuft und zur Rohrachse senkrecht steht, wobei die Spulenwindungen außerhalb des Hohlraumes liegen, insbesondere Ablenkspulen für Kathodenstrahlen, dadurch gekennzeichnet, daß der Strombelag je Einheitswinkel, z. B. je Grad, der Hohlraumumrandungskurve in der Nähe einer durch die Achse des Hohlraumquerschnit- g₀ tes verlaufenden und zur Feldrichtung senkrecht liegenden Ebene größer ist als in dar Nähe einer durch die Achse des Hohlraumquerschnittes und parallel zur Feldrichtung verlaufenden Ebene, jedoch an der ersteren Stelle größer und an der letzteren Stelle kleiner ist als in der Nähe einer ebenfalls durch die Achse verlaufenden, zwischen den beiden genannten Ebenen liegenden Ebene.
2. 2. Spulenanordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende Verteilung des Strombelages: Die den Hohlraumquerschnitt begrenzende Kurve (1) wird in der Ebene senkrecht zur Rohrachse (X), senkrecht zur Richtung des gewünschten magnetischen Feldes verschoben, und zwar um einen Betrag (X'), der klein ist gegenüber dem Durchmesser des Rohres in der Verschiebungsrichtung. Auf diese Weise no entstehen zwei Flächenstücke (E-A-B-G- C-D-E sowi&E-F-G und längs der Kurve 1 zurück zum Punkt E), die durch die Begrenzungskurven (1, 2) des verschobenen und des unverschobenen Hohlraumquer schnittes umrandet sind. Innerhalb dieser Flächenstücke ist die Stromdichte konstant und die Stromrichtung in dem einen Flächenstück umgekehrt wie in dem anderen (Abb. 1).
3. 3. Spulenanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Strom

   in jeder Hälfte der beiden Flächenstücke durch die Windungen einer einzigen Spulegeliefert wird.
4. 4. Spulenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der vom Strombelag erfüllte Spulenquerschnitt durch einen den Hohlraum umgrenzenden Kreis (Radius r) und außen durch zwei Kreisbögen desselben Radius (Radius r'), deren Mittelpunkte (C, C) senkrecht zur Richtung des gewünschten magnetischen Feldes gegenüber dem Mittelpunkt des ersten Kreises verschoben sind, begrenzt wird (Abb. 2).
5. 5. Spulenanordnung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der vom Strombelag erfüllte Spulenquerschnitt außen durch einen zur Hohlraumachse konzentrischen Kreis (Radius R) und innen durch zwei Kreisbögen desselben Radius (R'), deren Mittelpunkte senkrecht zur Richtung des gewünschten magnetischen Feldes gegenüber dem Mittelpunkt des ersten Kreises verschoben sind (Abb. 3).
6. 6. Spulenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der vom Strombelag erfüllte Spulenquerschnitt außen durch einen zur. Hohlraumachse j konzentrischen Kreis und innen durch zwei Kreisbögen begrenzt wird, deren Mittelpunkte in der Richtung des gewünschten magnetischen Feldes neben der Hohlraumachse liegen (Spulenquerschnitt 9, 10 in Abb. 4).
7. 7. Spule nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie mit einer Umhüllung (4) von magnetischem Stoff versehen ist (Abb. 4).
8. 8. Spule nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß nur die in der Längsrichtung zur Rohrachse liegenden Teile eine Umhüllung aus magnetischem Stoff besitzen.
9. 9. Spule nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie auf einem zylindrischen Teil des Hohlraumes zylindrische Gestalt, auf einem kegelstumpfförmigen Teil des Hohlraumes kegelstumpfförmige Gestalt besitzt.

   Zur Abgrenzung des Erfindungsgegenstands vom Stand der Technik ist im Erteilungsverfahren folgende Druckschrift in Betracht gezogen worden:

   Zeitschrift für Physik, 1933, Bd. 85, S. 336 bis 338.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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