DEP0009805DA - Spule mit magnetischem Kern - Google Patents

Description

Siemens & Halske München, den 28.9.1948

Aktiengesellschaft pa. 9/66084, p/^/lO/lO^ und

PA 9/540/104. Briefanschrift:
Siemens & Halske A,G.
Pat ent ab t e il ung
M ti η c h en
Ti tt el sb s ch er platz 4

Spule mit magnetisehern Kern«

Die Grit te eines Schwingingakreises ist bei Verwendung hochwertiger Kondensatoren gegeben durch die Güte der Selbstinduktion, sie ist also gleich dem verhältnis des induktiven Blindwiderstand es der Spule zum Wirkwiderst and bei der betreffenden Frequenz. Bei den in üoehfrequenzkreisen allgemein üblichen Spulen mit einem magnetischen iiern nach Art des Masse- oder Ferritkerne setzt sich dieser Wirkwiderstand zusammen aus dem frequenz unabhängigen GIe ic h st r anwiderst and der Spule und dem z.B. als Serienwiderstand aufgefassten frequenzabhängigen Verlustwiderstand, letzterer besteht aus dem ^/irbelstr anwiderst and , Jüachwirkungsm der stand und Hysteresewiderstand im Eisenkern und den von dielektrischen Verlusten herrührenden Verlustwiderständen. Von diesen vschsen der Ifachvirkungswiderstand und der Hysteresewiderstand linear, die Wirbel st r anwiderstände quadratisch und die dielektrischen Verlustwiderstänöe im allgemeinen mit der 3.Potenz der Frequenz.

Bei den üblichen festen Spulen dieser Art, die man aus Gründen ihrer geringen Abmessungen und an sich hohen Güte in kapazitiv abgestimmten ^chwingungskreisen gern verwendet, ist nun infolge des Aufbaues der Spulen und des verwendeten Kernmaterials die Güte z.B„ im iaittelwellenbereich des iiuridfunks in erster Näherung frequenaunabhängig. Meist tritt in der Mitte des Frequenzbandes ein flaches u-ütemaximum tuif,

Sz/Rü/Ri
24.9.1948

Bei den üblichen Variometern mit einem gegenüber der Spule verschiebbaren Bisenkern zur induktiven Abstimmung einen Schwingtingäkreises steigt dagegen meist die Güte mit abnehmender !Frequenz, da infolge des verlustarmen Kernmaterials die Verlustwi der stände beim Hereinschieben des Kerns wesentlich weniger ansteigen als der induktive Widerstand der Spule«

Diese Eicenschaften ^aer _y bekannten- Spulen bringen den Nachteil mit sich, dass sowohl in kapazitiv abgestimmten Kreisen als auch bei Variometerabstiimung die durch die Güte gegebene Bandbreite des Abstimmkreis es sich mit der Frequenz ändert, denn diese Bandbreite il f (Halbwertsbreite) ist bekanntlich _ce_t_eben durch das Verhältnis der Frequenz zur Güte. In kapazitiv abgestimmten Schwingungskreisen steigt also die Bandbreite in erster Näherung linear mit der Frequenz an, erhöht sich also z»B» im Mittelwellenbereich ungefähr um das 3-fache. In Kreisen, die durch ein Variometer abgestimmt werden, ist der .Anstieg der Bandbreite noch wesentlich grosser, oft nahezu quadratisch, so dass die Bandbreite sich im Mittelwellenbereich bis um das 9-fache ändert»

Bs besteht nun art sich die Möglichkeit, die Bandbreiten konstant zu halten, indem man zusätzlich zur Kapazität und Selbstinduktion veränderliche Widerstände vorsieht, die zusammen mit dem Kondensator bezw* dem Variometer derart eingestellt werden, dass zur Erzielung einer im wesentlichen frequenzunabhängigen Bandbreite die Güte des Schwingungskreises angenähert der Frequenz proportional ist« Diese Mittel verteuern jedoch das Gerät und bringen neue Fehlerquellen und schädliche Kapazitäten mit sich. Bs sind auch bereits Variometer bekannt, deren Güte infolge ihres Zernaufbaues zwar etwa linear mit der Frequenz steigt, jedoch unter 20 bei 0,5 Mz liegt und damit im Mittelwellenbereich des Rundfunks und bei höheren Frequenzen für wertvolle Geräte unbrauchbar klein ist.

Um in Abstimmkreis en mit einer Frequenz von über 0,5 MHs den Vorteil konstanter Bandbreite mit dem ausreichende^ Güte zu verbinden, schlägt die Erfindung die Verwendung einer Spule mit einem magnetischen Kern nach Art des Masse- oder Ferritkerne vor, bei der der Wioklungswiderstand gering gehalten und die dadurch erzielte hohe Spulengüte durch Wahl geeigneten Kernmaterials, Ausbildung des Eerns und/oder zusätzliche Dämpfungsmittel-zum Kern der Frequenz angenähert proportional verlauft, Die^jfedingungen, die der Kern erfüllen muss, sind offenbar verschieden, je nachdem, ob es sich um eine feste Spule in einem kapazitiv abgestimmten Schwingungskreis handelt, oder um ein Variometer, das selber zur Einstellung der Frequenz dient. Im ersteren Fall ergibt

eine kurze Umrechnung der Gleichung

&f = _ £.„.,„ ( ^fi= Frequenz, G = Güte ),

dass Δ f proportional ist-γ— (R == Verlustwid erstand,

L = Seibat induktion)

Da bei einer Spule mi b festem Kern in einem kapazitiv abgestimmten Schwin^ un^ s kr ei s die Selbst-induktion praktisch konstant isb, muss also zur Erzielung einer' konstanten Bandbreite auch der V ν rl us !widerstand R konstant bleiben« Man könnt ρ nun aeri ohtusohen Widerstand der Spule absichtlich besondere) hoch machen, sodass er wesentlich grosser wird als die frequenzabhängigen Verlus twid erstände, doch sinkt in diesem Fall dia Hpulen_L_ute« Die Erfindung setzt statt diesem die fre quenzab händigen Verlust wid erstände durch geeignete 'fohl des Kernvierketoff es soweit herab, dass der gesamte \^rirLv?i der stand praktisch frequenzunabhängig bleibt und erhalt dadurch Spulen,.uten über 50 bei 0,5 MHz, Zu diesem Zweck gibt sie dem Kern werkt, boff eine Permeabilität ύοώ. etwa 10 - 20/u , vorzugsweise etwa 15 /U . einen Wirbelstrombeiwert w WB er etwa 0,01 Ükrosekunöen, einen NachwirkungsT^eiwert η unter etwa- 2 ^c/o° und einen Hysteresebeiwert h unter etwa 3 cm/kiU Hierbei ist der Wirbelstrombeiwert w definiert aus der Gleichung

P - w f² τ

( \ ~ Wir be Istromwider stand, f= Frequenz, L = Induktivität der Spule), der Nachwirkungsbeiwert η aus der Gleichung

R_n = η . f » L

(R - Räch wirk un£,sve rl us twid er stand ) und der Hysteresebeiwert h aus der Gleichung

R_h «h. f · L . H

( Ri s= HyStereseverluEitwiderstand, H = magnetische Effektϊν#*Α*Ι felantarke im Kern), Zusätzlich empfiehlt es sich, einen Kern in nicht oder wenig magnetisch gescherter Form, vorzu_Bviae in Form cineß Schalen- oder Topfkemes mit einem magnetischen Querschnitt innerhalb der Wicklung von etwa 1-2 cm2 pj)x ■f^jtiÄBilecEu Die Wicklung soll zur weiteren Verbesscruntj aus ioolLTre^üienzlitze mit einer Aderzahl von etwa 6 - 10, bei einer ^derstjtrke von etwa 0«05 rim bestehen und in wenägai, vorcu^eweise einer, höchstens drei Lagen aufgebracht werden, wobei zur Herabsetzung der dielektrischen Verluste im Ealle mehrerer L^gen eine GtufeiMicklung oder in mehrere Kammern unterteilte Wicklung verwendet wird»

Mldet man die Spule als Variometer aus mit einem gegenüber der Widltlans ver se iiiebba reu magnetischen Kern nach Art der Masse- oder Ferritkerne, so muss man zwar auf die mit festen Spulen crgdalbare Güte verzichten, doch erhält man bei .Anwendung des Erfin.dungs.gedank ens immer nooh Güten von 30 und mehr bei 0,5 MHz. Der JTaohteil et^as verringerter Güte wird aber mehr als ausgeglichen dadurch, dass zusätzlich z*ur Konstanz der Bandbreite ein weiterer mit festen Spulen nicht erzielbarer Vor"teil entsteht. Der Ersatzvdderstand r des SchWin^or^^kreiaes "bei Beiner Resonanzfrequenz ist bekanntlich (.egeben durch die Gleichung

R . 0

(I β Selbstinduktion, R = Wirkwider stand, C *= Kapazität), Eine kur^e Umrechnung, ergabt d°ie Gleichung

_{r β} __£_.
2 ftf 0

Macht man also _Ljemäss der Erfindung die Spülengüte G angenähert der Frequenz proportional und verwendet die Spule zur Abstimmung des Sdavdngungskre^s es, dessen Kapazität 0 praktisch konstant bleibt, so erhält man nicht nur eine konstante Bandbreite, sondern auch einen konstanten Ersatz-Widerstand des Schwingungskreises, ein Vorteil, der sich sehr günstig auswirkt, wenn man z.B. eine konstante frequenzunabhängige Verstärkung erzielen will. Eine kurze Rechnunj zei^t nun, dass die Bandbreite i f in diesem Fall gegeben ist durch die Gleichung

Af = 21t . f2 . R . 0.

Soll)i\ f konstant bleiben, muss also der Verlustvdderstand E r/t ^'^J- umgekehrt proportionated er Frequenz verlaufen. Dies wird bei den in Abb, 1-4 darcestellten A us führ uns sbei spiel en der Erfindung dadurch erzielt, dass in dem Kern ein MetallstiJTt, z,B, ein Messincstift^ oder bei hohen erwunaoh.t«n zusätzlichen Dämpfungen zweckmässig ein Eisenstift eingebettet ist,

In Abb« 1 stellt in schematiseher Darstellung 1 die Spulr dar, 2 den Kern und 3 den eingebetteten Stift, der sich über die ganze Länge des Kerns erstreckt» pie Dicke Öes Stiften beträgt hierbei etwa 1/3 des KerndurchmesserG.

In Abb, 2 int eine Ausführungsform der Erfindung dargestellt, bei der der Stift 3 nur etwa halb so lang ist wie der Kern 2 und in die Mitte des Kerns eingebettet ist. Bei ■Variometern mit gross em Variationsbereich von etwa 9 ι 1 oder mehr, insbesondere mit einem Ferritkern empfiehlt sich eine Ausführung nach Abb» 3, bei der der eingebettete Stift über den Kern, vorzugsweise über das Ende des Kenan hinausragt_e Um die Abhängigkeit der Güte von der Frequenz und damit λγοϊι. dor £«.§,£ α,ο.^. κ&α-αα wa-^exb.-LTa bs«ixi£U aas en

zu können, wird ferner der Querschnitt des Ze rna oder des Stiftes veränderlich gestaltet, wie dies z_eB« in Abb, 4 durgesteilt ist»

Eine für die Herste llung wesentlich günstigere A us führung sform ist in Abb. 5 dargestellt. Dort wird in den Kern kein Metallstift eingebettet, sondern das dämpfende Element aufdüfes? Kernoberfläche verlegt, indem mau dünne Metallfolien 3 auf den Kern klebt oder ev, auch spritzte Bei geringen Zusatzdämpfungen wählt man nicht magnetische Met all foil en, z»B» aus Kupfer, für höhere Dämpfungen magnetische Folien, z_eB» aus Eisenband, Die Stärke der Folien kann l/l© mm oder weni-rr ger betragen. Die Form der Folien viiid in einfachster Weise so zircon nit ten oder durch Verwendung entsprechender Schablonen beim Aufspritzen so gestaltet, dass die gewünschte Güte als Funktion der Eintauchtiefe des Kerns bezw, der Frequenz erzeugt wird. Sohliesslich kann auch z.5«. durch veränderliche Dijke der aufgespritzten Lage der gewünschte Güteverlauf ereftelt werden,

A nlag en ü

8 Patentansprüche

5 Figuren

Claims (1)

1. Pa t e ntansprüc he

   Spule mit einem magnetischen Kern np*€ifi Art der Masseoder Ferritkerne zur Verwendung Mi Abstimmkreisen mit einer Frequenz über 0,5 MEz, djÄircb gekennzeichnet, dass der Wick lungs WL d erstand gering gehalten und die Spulengüte durch Wahl geeigneten Ipernmat er i als. Ausbildung des' Kerns und/oder zusätzlich Dämpfungsmittel zum Kern der Frequenz angenähert proportional und grosser als 30 für u, 0,5 MHz, bei Spulen/mt festem Eern in kapazitiv abgestimmten Kreis enj/onsbesondere grosser, als 50 für 0,5 ist,

   2, Spule nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzielung einer im wesentlichen frequenz unabhängigen Bandbreite und gleichzeitig eines im wesentlichen frequenzunabhängigen iroatzwiderstandes des Schwing-ungskreises die Spule in an sich bekannter Weise als Variometer ausgebildet ist»

   3» Variometer nach Anspruch 2, insbesondere mit einem zur Spule verschiebbaren Kern nach Art der Masse™ oder Ferritkerne, dadurch gekennzeichnet, dass in dem magnetischen Kern ein Metallstift so eingebettet ist, dass die Güte angenähert proportional der durch das Variometer eingestellten Frequenz verläuft« (Abb* I)₁

   4. Variometer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Stift etwa InIb so long wie der Kern und etwa in_a der Mitte deü Kerns eingebettet ist ( Abb« 2),

   5« Variometer nach Anspruch 2 mit gross em Variationsbereich, insbesondere mit einem Ferritkern, dadurch gekennzeichnet, dess der im Kern eingebettete Stift vorzugsweise am Ende des Kerns über diesen hinausragt (Abb» 3)*

   6, Variometer nach Anspruch 2-5, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzielung des gewünschten Bandbreitenverlaufs der Kern und/oder der Stift einen veränderlichen Querschnitt besitzt (Abb» 4),

   7» Variometer mit einem magnetischen, relativ zur Wicklun-, verschiebbaren Kern, nach Art der Masse- oder Ferritkern rnach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daoö auf dem Kern eine dünne Metallfolie angebracht, z.E* -el;lebt oder gespritzt ist, die duroh ihre Foitn. und/oder Sterne den gewünschten Güteverlauf in Abhängigkeit von der ?ά.τ~ tauehtiefe des Kerns erzeugt (Abb« 5)«

   8, Spule mit einem magnetischen Kern nach irt der Manse™ oder Ferritkernefcinsbejjonä^ kapazitiv abgestimmten S^iingkreisen!nach insprach 1»-, dadurch Sekennzeichnet, dass im Bisenkern ein Werkstoff mit einer Permeabilität von etwa 10 - 20 /U vorzugsweise etwa 15 /Uj einem Wirb eis trombeiweri; w'unter etwa 0,01 Mikrosekunaen, einem Nachvvirkungsbeiwert η unter etwa 2foO und einem Hysteresebeiwert h unter etwa 3 cm/ki in nicht oder wenig magnetisch gescherter Form, vorzugsweise in Jona eines Schalen- oder Topf kernes mit einem magnetischen Querschnitt innerhalb der Wicklung von etwa 1-2 cm² verwendet und die aus Hochfr'eqaenzlitae mit piner iderzahl von etwa 6-10 bei einer iderstärke von etwa Ο?05 mm bestehende Wicklung in wenigen, vorzugsweise in einer, höohsteno drei lagen aufgebracht ist, wobei im Fo₁IIe mehrerer lagen eine Stufenwicklung oder in mehrere Kammern unterteilte Wicklung verwendet wird«

   sup T

   3.) fertile alt eiü4s ^ic^pi^feisdisa ^ex*J. aaeä &rt öese sssse«-

   i # rä3 i @hl*^n cs& St^ 3po3

   Ut sn23* ötJüie cil£iJ'ötilXfea^en. Seim ter IfsiomißS «^«*»^^*»ι»«* ·?®ιλ-»

   tea? sis 5- ^ti^ ö_tr asa iat.