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Hochfrequenzvariorneter Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung
zur Abstimmung z. B. eines Empfängers, wobei ein Erregersystem- benutzt wird und
durch die Änderung der Magnetisierung desselben eine Induktivität in ihrem Wert
gesteuert wird.
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Sie stützt sich auf die Erkenntnis, daß nur bei Einhaltung bestimmter
Beziehungen eine praktisch hinreichende Eindeutigkeit der Einstellung des gewünschten
Induktivitätswertes, z. B. in Abhängigkeit vom Magnetisierungsstrom, erreicht wird,
und zwar wegen der Magnetisierungsschleife, welche sich für die Vormagnetisierung
des Erregersystems ergibt. Es kommt also hiernach darauf an, die Differenz AL der
beiden Induktivitätswerte L1 und L2, welche sich bei der Aufwärts- und Abwärtsmagnetisierung
für den bleichen Stromwert des Erregersystems auf den beiden Asten der für das System
vorgegebenen Magnetisierungsschleife ergeben, möglichst klein zu halten. Diese Differenz
wird auch als absoluter Deckungsfehler bezeichnet. Seinem relativen Wert nach ist
der Deckungsfehler der Quotient aus dieser Differenz AL und entweder dem arithmetischen
Mittelwert L der beiden Induktivitätswerte L1 und L2 oder einem dieser beiden Werte
L1 und L2.
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Der Erfindung liegt nun die Erkenntnis zugrunde, daß für die Magnetisierungsschleife
des gesamten Systems bzw. den soeben erläuterten Deckungsfehler bestimmend sind
z. der Aussteuerungsbereich, in dem gearbeitet werden soll; 2. das Verhältnis der
magnetischen Widerstände der einzelnen Teile des magnetischen Kreises zum gesamten
magnetischen Widerstand dieses Kreises; 3. die Koerzitivkraft der ferromagnetischen
Stoffe, welche für die einzelnen Teile des magnetischen Kreises benutzt sind; q..
die
Permeabilität der für die einzelnen Teile des magnetischen Kreises
benutzten ferromagnetischen Werkstoffe.
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Man hat nun gemäß der Erfindung für den relativen Deckungsfehler hiernach
die folgende Beziehung gefunden:
In dieser Gleichung bezeichnet c einen Proportionalitätsfaktor, fe, fa die Grenzen
des Frequenzeinstellbereiches, W den magnetischen Widerstand, der nach der Beziehung
ermittelt ist, wobei L die magnetische Weglänge, F
der magnetische Querschnitt und ,cs die Permeabilität des Werkstoffes sind, ,ur,
bzw. ,uII die Permeabilitäten der einzelnen ferromagnetischen Stoffe, H, die Koerzitivkraft
des einzelnen ferromagnetischen Stoffes.
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Die Indices I und II geben an, zu welchem Teil des magnetischen Kreises,
nämlich Erregersystem I und Hochfrequenzsystem II, die Werte W, H, und ß gehören.
Der Buchstabe W ohne Index ist demgemäß der Widerstand des gesamten magnetischen
Kreises.
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Erfindungsgemäß werden zur Erzielung eines kleinen Deckungsfehlers
für das Erregersystem und das Hochfrequenzsystem Werkstoffe geringer Koerzitivkraft
benutzt und die Verhältnisse der magnetischen Teilwiderstände, welche das Erregersystem
und das Hochfrequenzsystem im magnetischen Kreis verkörpern, zu dessen magnetischem
Gesamtwiderstand in eine bestimmte Beziehung gesetzt und unter Umständen möglichst
klein bemessen.
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Als Werte zur Erzielung eines kleinen Deckungsfehlers haben sich praktisch
ergeben für das Erregersystem ein Werkstoff mit einer Koerzitivkraft H,1 etwa <
o, z Örsted bei einer Ringkernpermeabilität ,u, etwa > 500 und für das Hochfrequenzsystem
ein Massekernwerkstoff mit einer Koerzitivkraft H,1, etwa < 6 Örsted bei einer
Ringkernpermeabilität ,u" etwa < Ioo.
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Hinsichtlich des Aufbaus der Anordnung hat es sich für die magnetischen
Widerstände WI und WII sowie des Gesamtwiderstandes W des magnetischen Kernes als
vorteilhaft erwiesen, eine solche Wahl zu treffen, daß die Bedingung
erfüllt ist. Hierin ist der Wert ,ui bzw. ,uII in Einheiten von Ho, das ist die
Permeabilität des luftleeren Raumes, und die Werte H", und HI in Örsted zu setzen.
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In Verbindung mit dieser Werkstoffauswahl und der Bemessung des Systems
kann es sich ferner als vorteilhaft erweisen, für einen kleinen Deckungsfehler die
nachfolgende Beziehung einzuhalten:
Es seien im nachfolgenden noch empfehlenswerte Werte für einen Aussteuerungsbereich
angegeben, und zwar beispielsweise für einen solchen von 5öo bis z5oo kHz bei einer
noch zulässigen Einstellungsgenauigkeit von, frequenzmäßig fz = ± q. kHz.
Dieser Frequenzwert entspricht für den obengenannten absoluten Deckungsfehler dem
Wert
Der Deckungsfehler ergibt sich dann nach der bekannten Beziehung
in Prozent, wobei d f = 2 fz ist, zu rund 2°/o für die mittlere Frequenz
von =ooo kHz. Diese durch Werkstoffauswahl und Abmessungen gemäß der Erfindung einzuhaltenden
Werte würden etwa sein: a) am Erregersystem: eine Koerzitivkraft H", o;= Örsted,
ein magnetisches Widerstandsverhältnis WI, : W etwa o,z und eine Ringkernpermeabilität
AI 3000, b) an der durch die Erregung zu steuernden Spulenänordnung eine Ko6izitivkraft
H"II < 6 Örsted, ein magnetisches Widerstandsverhältnis W.: W etwa o,9
und eine Ringkernpermeabilität,ull < roo.
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Aus den obenerwähnten Erkenntnissen heraus ergibt sich weiterhin,
daß man eine Korrektur der Anordnung durch Scherung, d. h. Einschaltung einer Strecke
verhältnismäßig hohen magnetischen Widerstandes, vornehmen kann; denn dadurch gelingt
es, die Breite der Magnetisierungsschleife zu ändern. Diese Strecke hohen magnetischen
Widerstandes kann, abgesehen von einer durch besondere Bemessung erzielten, aus
einem Werkstoff sehr geringer Permeabilität oder nichtmagnetischen Werkstoff und
in diesem Sinne auch aus einer Luftstrecke oder schließlich aus diamagnetischem
Werkstoff bestehen.
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Gemäß der Erfindung lassen sich durch Anwendung einer solchen Scherungsanordnung
für das magnetische System Vorzüge für die Einstellgenauigkeit der Induktivität
erreichen. Dieser Vorgang soll des näheren an Hand der nachfolgenden Gleichung erläutert
werden, und es soll dieser Vorgang für ein konstantes Variationsverhältnis gelten,
wobei der Buchstabe k eine Konstante bedeutet:
Diese Gleichung veranschaulicht in dem oben angegebenen Sinne die Beziehung des
relativen Deckungsfehlers für gleichen Regelbereich. Nimmt man nun an, daß der letzte
Posten im Zähler der Gleichung z. B. für eine in den magnetischen Kreis nunmehr
eingeschaltete Luftstrecke gilt, so ist der Wert für die Koerzitivkraft H"". gleich
Null, d. h. der dritte Posten hat den Wert Null. Gleichzeitig tritt eine Änderung
des gesamten magnetischen Widerstandes des magnetischen Pfades ein, und zwar wird
-er um den Betrag WI. größer. Hieraus erkennt man, daß im Zähler keine Änderung
gegenüber dem System ohne Luftspalt eingetreten ist, daß jedoch der Nenner einen
größeren Wert angenommen hat. Das bedeutet aber, daß das Verhältnis d ur
: ,ay bzw. d L : L, also der relative Deckungsfehler, kleiner wird.
Dieses Ergebnis besagt, daß man durch Anwendung einer Luftstrecke in dem magnetischen
Kreis bei gleichem
Aussteuerbereich einen kleineren Deckungsfehler
erhält oder zu einem größeren Aussteuerbereich übergehen kann bei gleichem Deckungsfehler
gegenüber einer Anordnung ohne Luftspalt.
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Schließlich läßt sich aus der angegebenen -Funktion die weitere Erkenntnis
herleiten, daß man bei Anwendung einer solchen Luftstrecke in dem magnetischen Kreis
nicht unbedingt zu einer Steigerung der aufzuwendenden Magnetisierungsleistung gelangen
muß, da Stoffe mit kleiner Koerzitivkraft, aber höherer Permeabilität sowohl für
das Erregersystem als auch für den Hochfrequenzeisenkern verwendet werden können,
durch die WI und WI= um den Betrag WIII, d. h. den Einfluß des Luftspaltes auf den
gesamten magnetischen Widerstand, vermindert werden.
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Ausführungsbeispiele von Anordnungen im Sinne der Erfindung zeigt
im Schema die Zeichnung, wobei die Fig. x ein Beispiel ohne besondere Scherungsanordnung
und Fig. 2 ein solches mit einer solchen wiedergibt.
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In Fig. i liegt innerhalb derUmgrenzungslinie (-.-) das Erregersystem
I, innerhalb der Umgrenzungslinie (-+-) das durch dieses zu steuernde System.
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i ist der Kern mit der Hochfrequenzwicklungsanordnung 2, deren Induktivität
geregelt werden soll. Er ist zwischen Polschuhen 3 und q. angeordnet. Diese bilden
einen Teil des z. B. im übrigen aus Blech bestehenden magnetisierbaren Kernes 5
des Erregersystems. Die Vormagnetisierung wird mittels der Spulen 6 bis 8 herbeigeführt,
welche auf dem Kern 5 angeordnet sind. Zur Steuerung der Vormagnetisierung dient
in dem Beispiel ein Regelwiderstand g, als Spannungsquelle für das Erregersystem
die Gleichstromquelle io. Eine Abschirmung ii, welche entweder vollständig in sich
geschlossen oder von dem Erregersystem durchbrochen sein kann und zweckmäßig die
Polschuhe 3 und q. mit umfaßt, verhindert die gegenseitige Beeinflussung eventueller
benachbarter Induktionsspulen und beseitigt die Kopplung der Induktionsspulen mit
den Wicklungen 6 bis 8 des Erregersystems sowie die Wirbelstrombildung in dem übrigen
Erregerjoch 5.
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In Fig. 2 bezeichnet 12 die Erregerwicklung, welche auf einem Isolierrohr
13 angeordnet ist und an beiden Enden axial durch je einen Flansch 14 bzw. 15 begrenzt
wird. In dem Rohr 13 sind als Teile des Erregersystems die Joche 16 und 17 und zwischen
ihnen das Hochfrequenzsystem 18 angeordnet. Für den mechanischen Zusammenhalt der
in dem Rohr 13 untergebrachten Teile dient eine am linken Ende des Rohres eingedrehte
Schraube ig. Bei dieser Anordnung besteht also im Erregersystem ein bedeutender
Luftspalt, der durch die Wegstrecke des Gleichfeldes zwischen den äußeren Enden
der beiden Joche 16 und 17 bestimmt ist. Diese Luftstrecke bildet in dem oben angegebenen
Sinne die Teilstrecke III des magnetischen Kreises.
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Als Werkstoff für das Erregersystem kann vorzugsweise sehr reines
Eisen oder eine Legierung aus sehr reinem Eisen und sehr reinem Nickel benutzt werden.
Auch eine Legierung aus Eisen, Aluminium und Silicium kann sich als geeignet erweisen
für das Erregersystem. Die Metalle werden hierbei vorteilhaft aus den entsprechenden
Karbonylverbindungen, vorzugsweise durch thermische Zersetzung, gewonnen.
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Als Werkstoff für die magnetisierbaren Teilchen des Hochfrequenzmassekernes
können vorzugsweise gleichartige dienen, wie sie für das Erregersystem angeführt
worden sind.
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Die Polschuhe 3 und q. können zweckmäßig ebenfalls aus einem magnetisierbaren
Massekernwerkstoff bestehen, um in ihnen die Wirbelstrombildung durch das Streufeld
der Induktionsspule klein zu halten. Als Metallegierung für diesen Massekernwerkstoff
kann vorzugsweise eine solche aus Eisen und Nickel benutzt werden, mit einer sehr
kleinen Koerzitivkraft, etwa kleiner als 6 Örsted, wobei das Metall in pulverisierter
Form unter sorgfältiger Isolierung der Pulverteilchen zu dem Massekern verarbeitet
wird. Zweckmäßig hat dieser Massekernwerkstoff eine höhere Permeabilität als der
Hochfrequenzmassekern der Wicklung.
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Das Erregersystem kann im übrigen, wie bereits angedeutet, als lamellierter
Blechkörper mit einer Stärke der Bleche von z. B. etwa 0,4 mm aufgebaut sein.
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Für die Eindeutigkeit des Induktivitätsverlaufes in Abhängigkeit von
der Erregung ist es weiterhin zweckmäßig, bei der Auswahl des Werkstoffes für das
Hochfrequenzsystem dafür Sorge zu tragen, daß der Induktivitätsverlauf L bzw. die
diesem gleich verlaufende- reversible Permeabilität ,u, über der überlagerten Gleichfeldinduktion
B eine eindeutige Funktion,Cr bzw. L = f (B) ist.