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Selbstinduktionsspule einstellbarer Induktivität und einstellbaren
Temperaturkoeffizientens der Induktivität, insbesondere für Hochfrequenzzwecke Die
Erfindung betrifft in ihrer Induktivität und im Temperaturkoeffizienten (TK) der
Induktivität einstellbare Selbstinduktionsspulen, insbesondere für Schwingungskreise
von Empfängern, Sendern und Meßgeräten der Hochfrequenztechnik. Sie kann Anwendung
finden sowohl bei den in verschiedenen Ausführungsformen üblichen Eisen- und Massekernspulen,
z. B. solchen mit Karbonyleisen, als auch bei Spulen ohne magnetisierbaren Kern,
deren Windungen frei tragend oder fest auf einem vorzugsweise hohlzylindrischen
Tragkörper aus Isolierstoff, insbesondere keramischem Isolierstoff, aufgebracht,
z. B. in bekannter Weise als metallische Belegungen auf dem keramischen Träger aufgebrannt
sind. Es ist bekannt, die Induktivität solcher Spulen mit Hilfe eines das Magnetfeld
der Spule beeinflussenden Regelkörpers aus ferro-, para- oder diamagnetischem Werkstoff
auf einen vorgeschriebenen Wert einzustellen. Dieser Regelkörper kann beispielsweise
aus einer in der Achsenrichtung der Spule verschiebbaren und senkrecht zu dieser
Achsenrichtung stehenden Eisen-, Messing- oder Kupferscheibe oder aus einer aus
diesen Metallen gefertigten Abdeckung einer oder beider Stirnseiten der Spule bestehen.
Auch können die Spulen umschließende oder deren Magnetfeld beeinflussende Abschirmgehäuse
gegen die Spule verschiebbar angeordnet und zur Einstellung der Spuleninduktivität
benutzt werden.
Bei der Verwendung solcher Selbstinduktionsspulen
in Hochfrequenz-Schwingungskreisen ist nun eine temperaturunabhängige oder nahezu
temperaturunabhängige Spuleninduktivität oder eine solche Induktivität der Spulen
erwünscht, deren Temperaturkoeffizient (TK) einen im voraus bestimmbaren Wert hat.
Dies kann dadurch erreicht werden, daß der die Spuleninduktivität beeinflussende
Regelkörper bei Temperaturveränderungen der Spule und ihres Trägers seine relative
Lage zur Spule derart ändert, daß die hierdurch verursachten Änderungen der Spuleninduktivität
die Änderungen der Induktivität der Spule ganz oder teilweise aufheben, die durch
die Änderungen des Spulenkörpers, seines Durchmessers und seiner Länge, bedingt
sind.
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Es ist bereits vorgeschlagen worden, Hochfrequenzspulen mit einem
temperaturunabhängigen Metallzylinder zu umgeben, wobei sich bei Temperaturerhöhung
infolge der Ausdehnung des Spulendurchmessers die Gegeninduktivität zwischen der
Spule und dem Zylinder derart erhöht, daß die Spule in ihrer Induktivität temperaturunabhängig
wird. Ein auf dieser Wirkung beruhender Ausgleich ist indessen nicht Gegenstand
der Erfindung.
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Die Erfindung betrifft vielmehr eine Selbstinduktionsspule, deren
Induktivität und deren Temperaturkoeffizient (TK) der Induktivität unabhängig voneinander
- innerhalb weitgehend beliebiger Grenzen -mit Hilfe eines das Magnetfeld der Spule
beeinflussenden ferro-, para- oder diamagnetischen Regelkörpers einstellbar sind,
wobei der Regelkörper mit einer vorzugsweise stab- oder spindelförmigen Halterung
verbunden ist, deren wirksame Länge - wirksam in bezug auf die Größe der Relativbewegung
zwischen dem Regelkörper und der Spule bei Temperaturänderungen - und deren von
der Wärmeausdehnungszahl der Selbstinduktionsspule abweichende Wärmeausdehnungszahl
so bemessen sind, daß der Regelkörper bei Temperaturänderungen seine relative Lage
zur Spule im Sinne der Temperaturunabhängigkeit oder einer vorbestimmten Temperaturabhängigkeit
der Spuleninduktivität ändert.
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Die Erfindung ist nun dadurch gekennzeichnet, daß die wirksame Länge
der Halterung des Regelkörpers zum Zwecke der Einstellung eines bestimmten, gewollten
TK der Spuleninduktivität durch entsprechende axiale Verschiebung des Lagers der
Halterung des Regelkörpers gegenüber der Spule geändert werden kann, ohne hierbei
die einer bestimmten, gewollten Selbstinduktivität entsprechende Ausgangsstellung
des Regelkörpers in bezug auf den Spulenkörper zu ändern.
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Induktionsspulen, bei denen die durch Temperaturänderungen verursachten
Änderungen ihrer Induktivität ganz oder teilweise durch im entgegengesetzten Sinne
erfolgende Lageänderungen der den Wert der Induktivität bestimmenden Teile ausgeglichen
werden, sind zwar schon bekanntgeworden.
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Bei einer dieser bekannten Spulen wird dieser Ausgleich durch Längenänderung
des den magnetischen Kern umgebenden Spulenkörpers mit den Spulenwindungen erzielt.
Bei dieser bekannten Spule ist aber eine Einstellung des TK der Induktivität bzw.
dessen Änderung innerhalb bestimmter Grenzen nur durch äußerst umständlichen Austausch
des Spulenkörpers mit den Spulenwindungen gegen einen anderen Spulenkörper anderer
Länge oder änderen Wärmeausdehnungskoeffizientens oder durch Verschieben der Spulenwindungen
auf dem Spulenkörper möglich, wobei die dadurch bewirkte Änderung des Wertes der
Induktivität der Spule durch axiale Verschiebung des magnetischen Kerns ausgeglichen
werden kann. Während bei dieser bekannten Anordnung die Halterung der Spule als
temperaturkompensierendes Glied ausgebildet ist, wodurch zwangläufig eine Beeinflussung
der auf dem gleichen Spulenkörper aufgebrachten Wicklung stattfindet und wodurch
die Verhältnisse und Zusammenhänge zwischen der Induktivitätsänderung der Spule,
bedingt durch die Temperatureinflüsse an sich, und den zusätzlichen Änderungen,
welche gewollt durch den Spulenkörper hervorgerufen werden, kompliziert werden,
bildet bei dem Gegenstand der Erfindung die Halterung des im Magnetfeld der Spule
liegenden Regelkörpers das temperaturkompensierende Glied, wodurch die Einstellung
des gewünschten Wertes der Selbstinduktivität und die Einstellung des gewünschten
TK der Selbstinduktivität, klar voneinander getrennt, in einfachster Weise ermöglicht
werden, was einen erheblichen Fortschritt bedingt.
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Dieses Ziel kann bei einer anderen bekannten Anordnung nur dadurch
erreicht werden, daß deren Kompensationseinrichtung in umständlicher Weise aus dem
Spuleninneren herausgenommen, roh einreguliert, in die Spule wieder eingebaut und
alsdann von außen fein einreguliert wird.
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Auch eine andere bekannte Anordnung, bei der die Einstellung der Spuleninduktivität
innerhalb bestimmter Grenzen möglich ist, läßt eine - in vielen Fällen erwünschte
- Variierung des TK der eingestellten Induktivität nicht ohne weiteres, sondern
nur durch umständlichen Austausch der den TK im wesentlichen bestimmenden Teile
zu. Da diese Teile bei der erfindungsgemäßen Anordnung entbehrt werden können, zeichnet
sich diese außerdem gegenüber der bekannten Anordnung auch durch ihren einfacheren
Aufbau aus.
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Die Abb. i bis q. stellen schematisch Ausführungsbeispiele der Erfindung
dar.
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Abb. i zeigt einen z. B. aus keramischem Werkstoff gefertigten topfförmigen
Windungsträger io, bei dem die Spulenwicklung auf dessen zylindrischer Außenwandung
als' metallisches Band ii aufgebracht, z. B. aufgebrannt ist. In dem in Achsenrichtung
der Spulenwicklung nach innen und außen verstellbaren Boden 15
des Tragkörpers
io ist eine in Achsenrichtung der Spule verstellbare Schraubspindel 13 gelagert,
die an ihrem in den Tragkörper ragenden Ende die z. B. aus Messing gefertigte, quer
zur Spulenachse stehende Metallscheibe 14 als Regelkörper trägt. Die Schraubspindel
13 wird zweckmäßig aus einem Werkstoff hergestellt, dessen Wärmeausdehnungszahl
größer ist als die des Tragkörpers io und vorzugsweise etwa das Zwei- bis Vierzigfache
derjenigen des Tragkörpers io beträgt. Besonders geeignete Werkstoffe für die Schraubspindel
sind Metalle hoher Wärmeausdehnung,
wie z. B. Messing, Kupfer oder
Silber. Außer Metallen kommen für die Schraubspindel einerseits auch organische
Werkstoffe, wie z. B. Hartgummi, und insbesondere dielektrisch verlustarme organische
Kunststoffe hoher Wärmeausdehnungszahl, wie z. B. auf der Grundlage von Polystyrol
erzeugte Kunststoffe (Verlustwinkel etwa 2,io-4, Wärmeausdehnungszahl etwa io2,io-e),
andererseits auch keramische Isolierstoffe und Gläser in Betracht, die hinsichtlich
ihrer Wärmeausdehnungszahl dem Erfindungszweck entsprechend ausgewählt werden können.
Die Verwendung organischer oder anorganischer Isolierstoffe geringen Verlustwinkels
für die im Magnetfeld der Spule liegende Halterung ist auch deshalb besonders vorteilhaft,
weil durch eine aus solchen Werkstoffen gefertigte Halterung keine zusätzliche Dämpfung
der Spule durch Wirbelströme und hohe dielektrische Verluste in der Halterung verursacht
werden kann.
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Durch Höher- oder Tieferschrauben der Spindel 13 kann die Scheibe
1q. in der Achsenrichtung der Spule verschoben und auf diese Weise deren Induktivität
auf einen bestimmten, gewollten Wert eingestellt werden.
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Um nun dieser Spuleninduktivität einen bestimmten, gewollten TK zu
erteilen, ist die dem gewünschten TK entsprechende wirksame - wirksam in bezug auf
die Relativbewegung zwischen der Scheibe 1q. und dem Spulenkörper - Länge a der
Schraubspindel 13 durch Verschieben des Bodens 15 im Tragkörper einzustellen, ohne
hierbei die Ausgangslage der Scheibe i¢ in bezug auf den Spulenkörper zu verändern,
um jede Änderung der vorher eingestellten, gewollten Spuleninduktivität zu vermeiden.
Nach erfolgter Einstellung wird der Boden durch Klemmschrauben 16 im Tragkörper
io festgeklemmt.
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Abb. 2 zeigt als weiteres Ausführungsbeispiel schematisch einen zylindrischen
keramischen Spulenkörper 30 mit z. B. aufgebrannten metallischen Spulenwindungen
31, der mit dem Tragrahmen 32 aus einem Werkstoff geringer Wärmeausdehnung, z. B.
keramischem Isolierstoff, innerhalb dieses Rahmens verbunden ist. Die Spule ist
von einem als Haube ausgebildeten Regelkörper 34 aus Metall umhüllt, der an einer
Schraubspindel 33 gehaltert wird. Die Spindel 33, deren Wärmeausdehnungszahl wie
bei dem Ausführungsbeispiel der Abb. = bemessen ist, ist in einem Quersteg 35 in
Achsenrichtung verstellbar gelagert, der schlittenartig in dem Tragrahmen 32 in
Achsenrichtung der Spule verstellbar angeordnet ist, um bei unveränderter Stellung
des Regelkörpers 34, also unveränderter Induktivität der Spule, nachträglich die
wirksame Länge a der Schraubspindel 33 ändern und damit den TK der Spuleninduktivität
auf einen bestimmten, gewollten Wert einstellen zu können.
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Abb. 3 zeigt als weiteres Ausführungsbeispiel eine Spule 51 mit E-förmigem
Kern 50 aus magnetischer Masse.
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Die eine Stirnseite der Spule und des Massekerns 50 ist durch eine
als Regelkörper dienende metallische Scheibe 54 abgedeckt, die von der Schraubspindel
53 gehaltert wird. Die Spindel 53 ist in einem Quersteg 55 verstellbar gelagert,
der schlittenartig in dem Tragrahmen 52 aus z. B. keramischem Werkstoff in Achsenrichtung
der Spule 51 verstellbar angeordnet ist. Die wirksame Länge a der Spindel 53 und
ihre Wärmeausdehnungszahl sind wie bei den Ausführungsbeispielen der Abb. = und
2 im Sinne der gewünschten Temperaturabhängigkeit bzw. Temperaturunabhängigkeit
der Spuleninduktivität bemessen. Durch ein Verstellen des Quersteges 55 in Achsenrichtung
der Spule kann unter Beibehaltung der Ausgangslage der Scheibe 54 in bezug auf den
Spulenkörper, d. h. unter Beibehaltung des gewünschten Sollwertes der eingestellten
Spuleninduktivität, die dem gewünschten TK der Spuleninduktivität entsprechende
wirksame Länge a der Schraubspindel eingestellt werden.
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Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Abb. q. dargestellt.
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Zu beiden Seiten des E-förmigen Massekerns 7o sind in in Achsenrichtung
der Spule 71: verstellbaren Haltestützen 77 mit Gewinde versehene Stehbolzen 73
angeordnet, die zur Halterung der als Regelkörper dienenden Abdeckplatte 74 aus
beispielsweise paramagnetischem Werkstoff dienen. Durch entsprechende Einstellung
der Abdeckplatte 74 auf dem mit Gewinde versehenen Teil der Stehbolzen 73 kann die
Induktivität der Spule auf den jeweils gewünschten Wert einreguliert werden. Die
Wärmeausdehnungszahl und die wirksame Länge a der Stehbolzen 73 sind so bemessen,
daß die bei Temperaturanstieg eintretende Erhöhung der Spuleninduktivität durch
die Verringerung der Induktivität ausgeglichen wird, die infolge der Längenausdehnung
der Stehbolzen 73 und der damit verbundenen Vergrößerung des axialen Abstandes der
Abdeckplatte 74 von der Stirnseite der Spule eintritt. Durch eine Verschiebung der
Haltestützen 77 im Sockel 76 in Achsenrichtung der Spule kann unter Beibehaltung
der Ausgangsstellung des Regelkörpers, der Abdeckplatte 74, in bezug auf den Spulenkörper
71, d. h. unter Beibehaltung des Sollwertes der eingestellten, gewünschten Induktivität,
die dem gewünschten TK dieser Induktivität entsprechende wirksame Länge a der Stehbolzen
73 eingestellt werden.
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Bei Spulen mit U- oder H-förmigen Massekernen ist die Wicklung
häufig auf dem die Schenkel des U oder H
verbindenden Quersteg angeordnet.
In diesem Fall kann zur Einstellung der Induktivität z. B. eine Metallscheibe benutzt
werden, deren Fläche die Stirnseiten der freien Schenkel des U- oder H-Kernes
abdeckt. Die Scheibe wird dabei zweckmäßig an einer quer zur Wicklungsachse stehenden
Spindel befestigt. Der die Lage dieser Regelscheibe zur Spule bestimmende Teil der
Länge der Spindel und deren Wärmeausdehnungszahl werden auch in diesem Falle in
analoger Weise im Sinne der Temperaturunabhängigkeit oder einer vorgeschriebenen
Temperaturabhängigkeit der Spuleninduktivität bemessen und eingestellt.