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Variometer mit Luftdielektrikum Die Erfindung bezieht sich auf eine
veränderliche Selbstinduktion des Variometertyps, deren Selbstinduktionsänderung
durch gegenseitige Drehung von zwei konzentrisch angeordneten Spulen erhalten wird,
wobei letztere derart angeordnet sind, daß die Windungen der inneren und der äußeren
Spule nur durch den Luftspalt voneinander getrennt werden, der zur erforderlichen
Isolierung zwischen der inneren und der äußeren Spule erforderlich ist, während
auch die einzelnen Windungen jeder Spule im wesentlichen durch Luft als Dielektrikum
voneinander.getrennt werden.
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Es ist bereits bekannt, die Windungen der inneren und äußeren Variometerspule
auf der Außen-bzw. Innenseite ihrer Stützorgane derart anzuordnen, daß der Abstand
zwischen der inneren und der äußeren Spule auf das Minimum herabgesetzt werden kann,
das durch Erwägungen mechanischer Natur und durch die Anforderungen einer guten
gegenseitigen Isolation bedingt wird. Es ist auf diese Weise möglich, den Kopplungsfaktor
der beiden Variometerspulen bis auf ein Maximum zu steigern, so daß eine größtmögliche
resultierende Selbstinduktion bei gleichpolarisierten Variometerspulen und eine
kleinstmögliche resultierende Selbstinduktion bei entgegengesetzt polarisierten
Variometerspulen, d. h. ein möglichst ausgedehnter Regelbereich für die Selbstinduktion
erhalten wird.
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Im allgemeinen war man dabei jedoch genötigt, die Starrheit des Spulenaufbaues
durch Organe zu sichern, welche die einzelnen Windungen der Spule in einer verhältnismäßig
großen Anzahl von Punkten des Umfanges stützen, während sonst die erforderliche
Starrheit des Spulenkörpers nur durch
das Anbringen eines härtenden
Bindemittels, z. B. einer Lösung von Zelluloid in einem organischen Lösungsmittel,
gesichert werden kann. Zur Vermeidung der Verluste, die durch das Vorhandensein
von derartigen Isolierstoffen im Felde des Variometers herbeigeführt werden, war
man jedenfalls genötigt, die Verwicklungen sowie etwaige Verluste mit in den Kauf
zu nehmen, die durch das Vorhandensein einer ziemlich großen Anzahl von Stützkörpern
im Felde des Variometers herbeigeführt werden.
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Die Erfindung hat den Zweck, ein Variometer verlustfreier Bauart und
mit großer Änderung der Selbstinduktion zu schaffen und dabei die obenerwähnten
Nachteile zu vermeiden.
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Zu diesem Zweck besteht die Unterstützung der aus rechteckigen Windungen
gebildeten, auf der Außenseite gleichachsigzylindrischen Variometerspulen aus quer
auf den Windungsebenen dieser Spulen stehenden, langgestreckten isolierenden Stützkörpern,
die ausschließlich an den Stirnflächen der Spulen, auf der Innenseite der Innenspule
bzw. auf der Außenseite der Außenspule befestigt sind, wobei die Stützkörper der
inneren Spule auf beiden Seiten eine Spindel aufweisen, deren Lager von den Stützorganen
der äußeren Spule getragen werden, und letztere Organe durch parallel zur Variometerwelle
auf beiden Seiten der Variometerspulen angeordnete Joche verbunden sind, während
die Starrheit der in einigem Abstand voneinander liegenden, Drahtwindungen der Spulen
an sich dazu genügt, die zylindrische Gestalt der Variometerspulen zu sichern.
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Die oben beschriebene Bauart hat den Vorzug, daß die Stirnfläche der
Variometerspulen auf sehr haltbare und genaue Weise durch die Stützorgane zusammengehalten
werden und daß es möglich bleibt, den Abstand zwischen Innen- und Außenspule an
dieser Stelle auf ein Minimum herabzusetzen und das Variometer im übrigen vollkommen
frei von festem Isolierstoff zu halten, so daß die Verlustfreiheit des Ganzen auf
das erreichbare Maximum gesteigert wird. Es ist dabei möglich, die Lagerung der
beiden Spindeln der Innenspule auf besonders haltbare Weise an den Stützorganen
der Außenspule zu befestigen, so daß man auch hier mit einem Minimum an Teilen und
daher an Verlusten auskommen kann.
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Es ist empfehlenswert, die einzelnen Windungen der Variometerspule
an den isolierenden Stützorganen mittels offener Metallklemmstücke zu befestigen,
die keine Kurzschlußwindungen im Magnetfeld des Variometers bilden können. Es ist
auf diese Weise möglich, die Spulenwindungen z. B. durch Löten an den Klemmstücken
zu befestigen und letztere auf die vorteilhafteste Weise der Gestalt der isolierenden
Stützorgane anzupassen.
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. Es ist gleichfalls vorteilhaft, als Stützorgane der Variometer'spule
an jeder Stirnfläche eine gerade Anzahl, z. B, zwei, von zylindrischen 'hochfrequenzv
erlustfreien (keramischen) Stäben zu benutzen, die in zylindrische Ausnehmungen
der metallenen @erbindungselemente passen. Diese Lösung ist mechanisch sehr einfach
infolge der zylindrischen Gestalt der aneinander angepaßten Stützflächen von Stab
und Verbindungselement, wobei sehr einfache Befestigungsmethoden, wie z. B. Anlöten
an eine örtliche Metallisierung des keramischen Materials, angewendet werden können.
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Bei der obenerwähnten Bauart mit zylindrischen, keramischen Stützorganen
können die metallenen Klemmstücke der Spulen mit Vorteil durch das Eindrücken von
Einschnitten im Metall auf beiden Seiten des Stützorgans über einen Winkel von mindestens
r8o° in einen klemmenden Kontakt mit dem zylindrischen Stützkörper gebracht werden.
Es ist auf diese Weise möglich, die Tragstücke für die einzelnen Spulenwindungen
in den erforderlichen gegenseitigen Abständen auf den Stützorganen anzuordnen und
dann auf sehr einfache Weise durch Formänderung des Metalls in der Nähe der Einschnitte
in den Klemmstücken zu befestigen.
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Eine erhöhte mechanische Sicherheit läßt sich durch Kombination der
Befestigung durch Löten und Klemmen erzielen.
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Es ist häufig vorteilhaft, als Stromzuführungsleiter für die innere
bewegliche Variometerspule die beiden Spindeln zu benutzen, auf denen auf beiden
Seiten eine metallene Kontaktfeder schleift, die an den keramischen Stützorganen
der festen Spule, vorzugsweise zusammen mit einer Anschlußklemme, auf eine Weise
befestigt ist, die der Befestigungsweise der einzelnen Spulenwindungen entspricht,
nämlich mittels an den Stützorganen befestigter metallener Klemmstücke. Es wird
auf diese Weise ein sehr einfacher Aufbau erhalten, bei dem für die Unterstützung
der Windungen sowie der Kontaktfedern der beweglichen Spule die gleichen normalisierten
Teile benutzt werden können, die der Gestalt der keramischen Stützorgane angepaßt
sind.
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Auf ähnliche Weise können auch die Anschlußpole der festen Variometerspule
an den keramischen Stützorganen der letzteren befestigt werden, so daß die vier
Anschlußpole des Variometers auf sehr günstige Weise paarweise an den Stirnenden
des letzteren isoliert angeordnet werden können, ohne daß dazu besondere Isolatoren
erforderlich sind.
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Die Erfindung wird nachstehend an Hand eines in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispiels näher erläutert.
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Fig. r stellt in schaubildlicher Ansicht ein Variometer gemäß der
Erfindung dar.
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In den Fig. 2 bis 8 sind Teile dieses Variometers in verschiedenen
Stufen der Montage, teilweise im Schnitt, dargestellt.
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Zur Unterstützung der festen Variometerspule, die aus Hälften r und
2 besteht, dient ein Aufbau, der durch eine Oberplatte 3 und eine Bodenplatte q
aus Metall gebildet wird, welche mittels metallener Schrumpfringe 6 mit vier zylindrischen
Stäben 5 aus einem hochfrequenzverlustfreien keramischen Isolierstoff verbunden
sind, wie er z. B. unter dem Warenzeichen Calit in den Handel gebracht wird. An
den Stäben 5 sind in regelmäßigen Abständen Klemmstücke 7 auf versilberten Teilen
22 festgeklemmt
und festgelötet; an diesen Klemmstücken sind die
einzelnen Windungen der festen Spulen derart vorgesehen, daß jede Windung an jeder
Stirnfläche einen einzigen Stützpunkt besitzt, im übrigen jedoch durch die natürliche
Starrheit des benutzten Metalldrahts in der richtigen Form gehalten wird.
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Es sind hier in 18 Einschnitte angebracht, mittels deren die Stäbe
5 in den Ausnehmungen des Klemmstückes 7 in der Weise festgeklemmt werden, daß Material
des letzteren weggepreßt und derart über den Stab 5 gedrängt wird, daß letzterer
in der Ausnehmung befestigt wird.
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Die Anschlußklemmen 8 der festen Spule sind auf ähnliche Weise wie
die Windungen mittels Klemmstücke 17 an den Stäben 5 befestigt. Ein ähnlicher Bau
mit isolierenden Stäben 9 und Klemmstücken 7 ist für die Montage der drehbaren Innenspule
io benutzt, wie in der oberen Öffnung der festen Spule 2 noch teilweise sichtbar
ist. Mittels eines dieser Stäbe 9 und eines Klemmstückes 16, dessen Befestigung
gleichfalls derjenigen der Klemmstücke 7 entspricht, ist an jedem Stirnende der
drehbaren Spule io eine Spindel i i befestigt, die mit einem Stellring 12 versehen
ist und auf der eine Kontaktfeder 13 schleift, die wiederum mittels eines Klemmstückes
17 an den Stäben 5 befestigt ist. Am linken Ende trägt der Stellring 12 außerdem
einen Mitnehmer 14 mit einem isolierenden Stift 15, einem Schrumpfring 6 und einer
isolierenden sektorförmigen Platte i9. Der .Stift 15 besteht aus dem gleichen isolierenden
Stabmaterial wie die Stäbe 5 und 9, und die Schrumpfringe6 entsprechen vollkommen
den Schrumpfringen auf den Stäben 5.
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Die Fig. 2 a und 2 b zeigen im Schnitt ein Klemmstück 17 mit einem
mit Gewinde versehenen Loch 2o zur Befestigung der Anschlußklemmen 8 und gegebenenfalls
der Kontaktfedern 13 an den Stäben 5.
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Die Fig. 3 a und 3 b zeigen, wie aus dem gleichen Preßstück ein Klemmstück
16 mit Lagerbohrung 21 durch Ausbohrung des mittleren Teiles hergestellt werden
kann.
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In den Fig. q. und 5 sind isolierende Stäbchen 5 und 9 dargestellt,
die zur Unterstützung der drehbaren bzw. festen Variometerspulen bestimmt und mit
Silberschichten 22 an jenen Stellen versehen sind, an denen die Klemmstücke für
die verschiedenen Teile der Spule festgelötet werden, wie dies aus den Fig. d und
7 ersichtlich ist. Diese Silberschichten werden vorzugsweise durch Einbrennen in
das keramische Material des Stabes, gegebenenfalls noch mit einem elektrolytisch
niedergeschlagenen Silberhäutchen auf der eingebrannten Silberschicht, gebildet.
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Fig. 6 zeigt den Zusammenbau von zwei Stäbchen 9 mit einem Klemmstück
21 für die Variometerwelle und mit Klemmstücken 7 für die Wicklungen. Die Isolierstäbe
5 und 9 sind bei 23 z. B. durch Abschleifen von Silber befreit, um Kurzschlußwindungen
im Spulenfeld zu vermeiden. In Fig. 7 ist eine Kontaktfeder 13 an ihrer endgültigen
Stelle dargestellt. und aus dieser Figur ist deutlich ersichtlich, daß sie auf der
Rotorwelle nach Fig. i durch Vermittlung des Stellringes 12 Kontakt machen kann.
Die ausgesprochene Analogie in dem Aufbau der Stützorgane für die drehbare und die
feste Spule des Variometers ergibt sich sehr deutlich aus den Fig. _# bis 7.
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Das gleiche gilt für Fig. 8, die im Schnitt darstellt, wie die Stäbe
5 und 9, an denen mittels nicht dargestellter Klemmstücke 7 Variometerspulen i und
io befestigt sind, zusammen mit zwei Klemmstücken 16, einer Spindel i i, einem Stellring
12 und einer Schraube 2,4 zu einer mechanischen Einheit vereinigt sind. Für beide
Spulen wird die gleiche Unterstützung benutzt, nur sind sie entgegengesetzt zueinander
angeordnet. Es ist außerdem ersichtlich, wie die Kontaktfeder 13 auf dem Stellring
12 schleift und daher für die Stromzufuhr an die drehbare Variometerspule io dienen
kann, deren betreffendes Ende am entsprechenden Klemmstück 16 festgelötet ist. Die
Montage des oben beschriebenen Variometers erfolgt vorteilhaft mittels des Verfahrens,
bei dem die verschiedenen Teile der Spule in eine Lötschablone gesetzt werden und
dann in einem Temperaturbad, vorzugsweise einem Ölbad, aneinander festgelötet werden.
Dieses Verfahren ist besonders vorteilhaft für die Herstellung von Variometern gemäß
der Erfindung, da die Befestigung der Variometerwindungen an isolierenden Stäben
durch Vermittlung von metallenen Klemmstücken vollkommen auf die Weise bewerkstelligt
wird. Auch die wechselweise Befestigung der Windungen an den Stäben, wobei die Windungen
der Wicklung die eine um die andere an einem bestimmten Isolierstab befestigt ist,
entspricht der erwähnten Bauart. Wird dabei die Breite der Klemmstücke 7 gleich
der Stärke des Wickeldrahts und dem Zwischenraum zwischen den aufeinanderfolgenden
Windungen angenommen, so wird eine Kriechstrecke 27 erhalten, die das Dreifache
des Zwischenraumes der Windungen beträgt, und wird der Schutz der Spule gegen Überschlag
von einer Windung auf die andere sehr erhöht.
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Die erhaltenen Variometer lassen sich leicht in normalisierten Serien
von regelmäßig zunehmenden Abmessungen mit denselben Werkzeugen herstellen, während
man bei den bekannten Variometerbauarten meist genötigt ist, für jede neue Serie
einen neuen Satz von Teilen, z. B. von verhältnismäßig verwickelten Isolierstücken,
auf Lager zu nehmen.
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Das Variometer gemäß der Erfindung läßt sich wegen seines starren
Baues sehr genau und mit einem verhältnismäßig kleinen Luftspalt zwischen der drehbaren
und der festen Spule, also mit großem Kopplungsfaktor, herstellen. Bei einem Luftspalt
von 1,5 mm läßt sich z. B. eine L-Variation von 1 : 14 erzielen.