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Schalen- oder topfartiger Spulenkern aus ferromagnetischem Material
Die Erfindung bezieht sich auf einen geschlossenen schalen- oder topfartigen Spulenkern
aus ferromagnetischem Material, insbesondere aus gesintertem Material, z. B. Ferrit,
mit einem mittleren, von einer Spule umschlossenen, einen Luftspalt aufweisenden
und mit einer axialen Durchführungsöffnung ver-@ehenen Kernbutzen und einer Induktivitätsabgleichanordnun:g,
welche aus einem in der Durchführungsöffnung axial verstellbaren, rohrförmigen Abgleichstift
aus ferromagnetischem Material besteht, der an einem mit Gewinde versehenen Tragorgan
aus nichtmagnetischem Material befestigt ist, das durch mindestens ein Führungsorgan
geführt ist, welches sich praktisch vollständig innerhalb der Durchführungsöffnung
des Kernbutzens befindet.
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Derartige Spulenkerne werden in der Hoch- und Niederfreduenztechnik
in immer steigendem Maße verwendet, insbesondere in der leitungsgebundenen Nachrichtentechnik.
Die Anforderungen an die Stabilität der Induktivität und Güte dieser Spulen sind
in der Praxis außerordentlich groß. So wird in den meisten Anwendungsfällen eine
Einstellgenauigkeit und eine Stabilität für die Induktivität von etwa 1%o verlangt,
bei Filterspulen für Spezialzwecke sogar von 0,30/0o. Andererseits soll der Induktiv
itätsabgleichbereich möglichst groß sein und etwa 12 bis 141/o b..-tragen. Die meisten
der bekannten Spulenkerne eingangs erwähnter Art erfüllen die geforderten Bedingungen
nicht.
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Es sind bereits Topfkerne aus Ferrit bekannt, bei denen der Luftspalt
zwischen dem Ende des Kernbutzens und. einer Deckelplatte- angeordnet ist. Hierbei
erfolgt der Induktivitätsabgleich durch Einführen eines mit einem Ferritpulver bedeckten
dünnen Kunststoffstreifens in den Luftspalt. Die aufgebrachte Ferritsehicht verläuft
in ihrer Stärke keilförmig, so claß durch Hin- und Herschieben des Streifens .eine
Änderung der Luftspaltlänge und damit eine Änderung der Spuleninduktivität eintritt.
Der Abgleichbereich und die Konstanz der Induktivität sind bei diesen Topfkernen
hinreichend groß. Da jedoch bei Schalenkernen der Luftspalt meistens in der Mitte
des Kernbutzens angeordnet, von der Spule umgeben und deshalb von außen nicht zugängig
ist, kann-hierbei die bei Topfkernen benutzte Abgleiehanordnung nicht verwendet
werden.
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Bei bekannten Schalenkernspulen ist deshalb innerhalb der Durchführungsöffnung
des Kernbutzens eine sich durch den gesamten Schalenkern hindurch @erstreckende
Isolierstoffhülse mit Innengewinde oder Längsrippen angebracht. In dieser Isolierstoffhülse
ist entweder ein Gewindekern oder ein gewindeloser Stift- bzw. Rohrkern aus ferromagnetischem
Material, der an einem mit Gewinde versehenen Tragorgan aus Isolierstoff befestigt
ist, verstellbar angeordnet. Diese Schalenkernspulen besitzen aber eine Reihe schwerwiegender
Nachteile. Zunächst ist der Durchmesser des Abgleichkernes begrenzt durch den freien
Innendurchmesser der Isolierstaffhülse. Hierdurch ergeben sich sehr unterschiedliche
prozentuale Abgleichbereiche je nach Größe des. verwendeten Luftspaltes; für kleine
Luftspalte, d. h. Spalte von unter 0,3 mm Länge, läßt sich der erforderliche Abgleichbereich,
der etwa ± 6 bis 7% des mittleren Induktivitätswertes betragen soll, nicht erreichen.
Denn für die Größe des mit einem Abgleichkern zu überstreichenden Abgleichbereichs
ist im wesentlichen der Außendurchmesser des Abgleichkernes und nicht sein eventueller
Innendurchmesser maßgebend. Ein weiterer Nachteil der bekannten Schalenkernanordnungen
besteht darin, daß die Isolierstoffhülse im Kraftlinienfeld des Luftspaltes angebracht
ist, wodurch Wirbelstromverluste entstehen können, welche die Gesamtgüte einer solchen
Schalenkernspule vermindern. Da die Isolierstoffhülsen ferner einen relativ großen
Ausdehnungskoeffizienten besitzen, können bei Temperaturschwankungen Längenänderungen
auftreten, die eine geringe Verschiebung des Abgleichkernes und damit eine unzulässige
Induktivitätsänderung bewirken. Derartige Längenänderungen können auch durch Feuchtigkeitsaufnahme
des Isolierstoffes auftreten.
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Es sind ferner Schalenkerne bekannt, bei denen die Gewindeführung
für den Abgleichstift außerhalb des
Schalenkernes angebracht ist.
Hierdurch wird aber der Raumbedarf der gesamten Spulenkernanordnung nebst Halterung
unerwünscht groß. Ein Aufeinanderschichten mehrerer Spulenkerne ist hierbei nicht
möglich.. Aus diesem Grunde haben derartige Spulenkerne in der Praxis so gut wie
keinen Eingang gefunden.
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Die Erfindung beseitigt diese Nachteile und schafft einen Spulenkern
eingangs erwähnter Art, der allen Anforderungen der Praxis genügt, dadurch, daß
das Führungsorgan für das Abgleichstifttragorgan als sich- zentrisch und in Achsrichtung
der Durchführungsöffnung im Kernbutzen erstreckender und außerhalb des vom Kernbutzen-Luftspalt
herrührenden Kraftlinienfeldes angeordneter Gewindebolzen, vorzugsweise aus nichtmagnetischem
'Jetall, z. B. 'Messing, ausgebildet ist und das Tragorgan für den Abgleichrohrstift
eine sich bis in den Abgleichrohrstift hinein erstreckende axiale Bohrung mit Innengewinde
aufweist. Auf diese `''eise wird erreicht, daß praktisch der gesamte Raum innerhalb
der Durchführungsöffnung des Kernbutzens - außer dem vom Gewindebolzen beanspruchten
geringen Mittelraum -für den rohrförmigen Abgl.eichstift zur Verfügung steht und
dennoch keine Teile der Abgleichanordnung über den Spulenkern bzw. dessen Halterum
hinausragen. Es ist also möglich, in ein und demselben Spulenkern Abgleichstifte
mit verschiedenen Durchmessern und Längen zu verwenden, so daß der Abgleichbereich
jeweils den gegebenen Luftspaltlängen angepaßt werden kann und somit entweder für
eine bestimmte L.uftspaltlän.ge ein Maximum an Regelsteilheit und Abgleichbereich
erzielbar oder bei Wahl einer anderen Luftspaltlänge in einem gegebenen Spulenkern
durch Verwendung eines Abgleichstiftes mit anderem Außendurchmesser die vorgegebene
Abgleichcharakteristik wiederum erreichbar ist.
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Vorzugsweise besteht das Tragorgan für den Abgleichrohrs.tift aus
einem Isolierstoff, vorzugsweise einem Kunststoff, z. B. einem Polyäthylen, Polystyrol
oder Polyamid. Diese Werkstoffe sind in sich etwas elastisch, so daß sich im Zusammenwirken
mit einem metallischen Gewindebolzen eine gleichmäßige und spielfreie Verstellung
des Abgleichstiftes ergibt. Der thermische Ausdehnun:gkoeffizient des Isolierstofftragorgans
wirkt sich bei dem Spulenkern nach der Erfindung durch die Anordnung des Tragorgans
im Innern des Abgleichrohrkernes praktisch nicht auf die eingestellte Induktivität
aus, da Abgleichstift und Festpunkt des Tragorgans in gleicher Höhe, bezog°ri auf
die Spulenachse, liegen.
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Das gleiche ist der Fall, wenn nach einer vorteilhaften Weiterbildung
der Erfindung das Tragorgan für den Abgleichrolirstift eine im Innern des Abgleichrohrstiftes
angebrachte Gewindehülse aus nichtmagnetischem Material, vorzugsweise nichtmagnetischem
Metall, z. B. Messing, aufweist. Hierbei wird also eine metallische Gewindehülse
auf dem metallischen Gewindebolzen geführt; diese Teile können mit so kleinen Toleranzen
hergestellt werden, daß sie praktisch spielfrei zusammenwirken. Instabilitäten durch
thermische oder mechanische Belastungen treten bei dieser Anordnung praktisch nicht
mehr auf. Vorzugsweise endet die aus nichtmagnetischem Metall bestehende Gewindehülse
im Abgleichrohrstift in einem Abstand von dem dem Gewindebolzen abgewandten Ende
des Abgleichrohrstiftes, der etwa wenigstens einem Fünftel der Abgleichstiftlänge
entspricht. Auf diese Weise bleibt die Gewindehülse stets außerhalb des Kraftlinienfelde@s
des Luftspaltes und kann deshalb keine Güteverluste verursachen. Da der Gewindebolzen,
der die Gewindehülse führt, ebenfalls nicht in das Luftspaltfeld hineinragt und
außerdem stets wenigsten: teilweise vom Abgleichrohrstift umgeben ist, können auch
durch ihn keine Verluste auftreten. Mit einem Spulenkern nach der Erfindung lassen
sich demnach höhere Spulengüten erreichen als mit den bisher bekannten Spulenkernen.
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Eine noch bessere mechanische Stabilität des Spulenkernes erhält man,
wenn das Tragorgan für den Abgleichrohrstift in einem zusätzlichen. innerhalb der
Durchführungsöffnung und auf der vom Gewindebolzen abgewandten Seite des vorn Kernbutzen-Luftspalt
herrührenden Kraft.linienfeldes angeordneten Führungsorgan gehaltert ist, das zweckmäßig
aus nichtmagnetischem 'Material, vorzugsweise nichtmagnetischem Metall, z. B. 'Messing,
besteht. Damit keine Verluste durch das zusätzliche Führungsorgan entstehen können,
endet es vorzugsweise in einem Abstand vom Kernbutzen-Luftspalt, der mindestens
der Länge des Luftspaltes entspricht. Das zusätzliche Führungsorgan kann als in
der Durchführungsöffnung angebrachte und gegebenenfalls mit einem Innen.-winde versehene
Buche ausgebildet sein, wobei das Tragorgan für den Abgleichstift einen mit der
Führungsbuchse zusammenwirkenden, kopfarti,-en Absatz aus Isolierstoff aufweist.
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Eine besonders einfache Anordnung ergibt sich. wenn gemäß der Erfindung
die zvlindrisclie Mantelfläche der Durchführungsöffnung yim hertrlrutzeri al-s zusätzliches
Führungsorgan selbst dient, an <las sich ein Teil des Tragorgans des Abgleichstiftes
führen<' abstützt.
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Die Erfindung wird an Hand einiger in der Zeichnung dargestellter
Ausführungsbeispiele näher erläutert. In Fig. 1 und 2 sind zwei Schnitte eines schalenartigen
Spulenkernes nach der Erfindung dargestellt: Fig. 3 und -1 zeigen ebenfalls im Schnitt
eine andere Ausführungsform eines schalenartigen Spulenkerries nach der Erfindung.
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Der Spulenkern nach den Fig. 1 und 2 besteht aus zwei schalenförmigen
Kernhälften 1 und 2 aus ferromagrietischem Material, vorzugsweise aus Ferrit. Die
beiden Kernhälften 1 und 2 werden durch zwei gegebenenfalls eine Mittelöffnung aufweisende
Halterungsdeckel 3 und 4 aus 'Messing od. dgl. mit Hilfe einiger Schrauben oder
Niete, die durch die Öffnungen 5 der Halterungsdeckel 3 und 4 hindurchragen, zusammengehalten.
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Die Kernhälften 1 und 2 schließen eine Spule 6 zwischen sich ein,
die auf einen Spulenkörper 7 aufgewickelt ist. Die Kernhälften 1 und 2 weisen Kernbutzen
8 auf, die mit einer Durchführungsöffnung 9 versehen sind. Die Länge der Kernbutzen
8 ist etwas geringer als die Länge der äußeren Kernmäntel der Kernhälften 1 und
2, so daß zwischen. den Kernbutzen 8 ein Luftspalt 10 frei bleibt, wodurch eine
Scherung der Hysteresekurve des verwendeten ferromagnetischen Kernmaterials und
damit eine Verringerung der Verluste und des Temperaturkoeffizienten der gesamten
Spulenanordnung eintritt.
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Innerhalb der Durchführungsöffnung 9 ist eine Induktivitätsabgleichanordnung
mit einem rohrförmigen Abgleichstift 11 aus ferromagnetischem Material, vorzugsweise
ebenfalls aus Ferrit, axial verstellbar angeordnet. Der Abgleichrohrstift 11 sirrt
auf einem Tragorgan 12 aus Kunststoff, das einen kopfartigen Ansatz 13 aufweist.
Der Abgleichrohrstift 11 ist beim Spritzen des Kunststofftragorgans 12
auf
dieses aufgebracht worden. Das Tragorgan 12 weist eine sich bis weit in den Abgleichrohrstift
11 hinein erstreckende axiale Bohrung 14 mit Innengewinde 15 auf. Am unteren Halterungsdeckel
4 ist durch Löten oder Kleben od. dgl. ein Gewindebolzen 16 mit einem Bund 22 aus
Messing od. d.gl. befestigt, der sich zentrisch und in Achsrichtung der Durchführungsöffnung
9 erstreckt. Auf diesen Gewindebolzen 16 ist das Tragorgan 12 mit dem Abgleichrohrstift
11 aufgeschraubt. Es ist möglich, die Bohrung 14 des Tragorgans 12 zunächst ohne
Innengewinde 15 herzustellen; das Innengewinde schneidet sich nämlich beim Aufschrauben
des Tragorgans 12 auf den Gewindebolzen 16 selbsttätig in das Kunststoffmaterial
des Tragorgans 12 ein. Der Gewindebolzen 16 endet in einem Abstand vom Luftspalt
10, der etwa der Länge dieses Luftspaltes entspricht. Hierdurch wird erreicht, daß
das vom Luftspalt 10 herrührende Kraftlinienf°ld den Gewindebolzen 16 nicht durchsetzen
kann, wodurch Güteverluste eintreten würden. Außerdem wird der Gewindebolzen 16
durch den Abgleichrohrstift 11 praktisch. stets gegen das Luftspaltfeld abgeschirmt.
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Der kopfartige Ansatz 13 des Tragorgans 12 ist mit drei in Achsrichtung
des Abgleichrohrstiftes 11 verlaufenden Führungsripp°n 17 versehen, welche sich
an der zylindrischen und gegebenenfalls geschliffenen, glatten Wandung 24 der Durchführungsöffnung
9 im oberen Kernbutzen 8 abstützen und somit eine zusätzliche Zentrierung des Abgleichrobrstiftes
11 bewirken. Der Ansatz 13 weist ferner einen Schlitz 18 zum Eingreifen eines Abstimmwerkzeuges
auf.
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Mit Hilfe dieses Abstimmwerkzeuges läßt sich der Abgleichrobrstift
11 in der Durchführungsöffnung 9 axial verstellen und damit eine Induktivitätsänderun.g
der Spule 6 erreichen. Durch das Zusammenwirken des Kunststoffes des Tragorgans
12 mit dem metallenen Gewindebolzen 16 und die Abstützung der Führungsrippen 17
an der Wandung 24 des Kernbutzens 8 wird. eine erschütterungs- und temperaturfeste
Halterung des Abgleichrohrstiftes 11 und damit eine hohe Konstanz der Spuleninduktivität
und -gute erzielt.
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Falls ein Innenschleifen der Wandung 24 der Durchführungsöffnung 9,
insbesondere wenn der Kernteil 1 aus Ferrit besteht, vermieden werden soll, kann
in der Durchführungsöffnung 9 eine dünnwandige Buchse aus Messing od. dgl. mit eng
toleriertem Innendurchmesser angebracht werden, mit der die Führungsrippen 17 des
Tragorgans 12 zusammenwirken.
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Der Spulenkern nach den Fig. 3 und 4 ist dem Spulenkern nach den Fig.
1 und 2 ähnlich. Gleichartige Teile haben gleiche Bezugszeichen erhalten. Im Gegensatz
zum Ausführungsbeispiel nach Fig.1 besteht beim Spulenkern nach Fig.3 das Tragorgan
12 für den Abgleichrohrstift 11 aus zwei verschiedenen Teilen, nämlich einem kopfartigen
Ansatz 13 aus Kunststoff und einer Innengewinde-hülse 19 aus Messing od. dgl. Die
Gewindehülse 19 ist in den Abgleichrohrstift 11 eingeklebt. Die Länge dieser Gewindehülse
19 ist so. bemessen, daß ihr vom Gewindebolzen 16 abgewandtes Ende in einem Abstand
vom Ende des Abgle.ichroh!rstiftes 11 endet, der etwa einem Fünftel der Abgleichstiftlänge
entspricht. Auf diese Weise wird die Gewindehülse 19 durch den Abgleichrohrstift
11 gegen das Kraftlinienfeld des Luftspaltes 10 stets abgeschirmt, so daß die Gewindehülse
19 keine Verluste verursachen kann. Über der Gewindehülse 19 ist der Ansatz 13 in
den Abgleichrohrstift 11 eingeklebt bzw. eingespritzt. Zur bessern Kraftübertragung
vom Ansatz 13 auf die Gewindehülse 19 und den Abgleichrohrstift 11 ist die Gewindehülse
19 am oberen Ende mit einer Nase 20 versehen, die in das -,I#Taterial des Kunststoffansatzes
13 eingreift.
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Der Halterungsdeckel3 weist eine in die Durchführungsöffnung 9 hineinragende
Buchse 21 mit Innengewinde auf. Diese Buchse 21 dient als zusätzliches Führungsorgan
für den Ansatz 13 des Tragorgans 12. Beim Einschrauben des Abgleichrohrstiftes 11
in die Durchführungsöffnung 9 schneidet sich in den Ansatz 13 ein Außengewinde entsprechend
dem Innengewinde der Buchse 21 selbsttätig ein. Die doppelte Gewindeführung zwischen
Gewindehülse 19 und Gewindebolzen 16 und zwischen der Buchse 21 und dem Ansatz 13
garantiert eine sichere, unverschiebbare Halterung des Abgleichrohrstiftes 11.
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Die Buchse 21 braucht nicht unbedingt mit dem Halterungsdeckel3 aus
einem Stück zu bestehen, sondern kann als vom Halterungsdeckel unabhängige, in die
Durchführungsöffnung 9 eingeldebte Gewindebuchse ausgebildet sein. Die Buchse 21
endet zur Vermeidung von Verlusten in einem Abstand vom Luftspalt 10, der mindestens
der Länge des Luftspaltes 10 entspricht.
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Bei beiden dargestellten Ausführungsbeispielen sind die Längen der
Teile 9 bis 19 bei gegebener Länge der Kernhälften 1 und 2 so gewählt, daß der Ansatz
13 des Tragorgans 12 auch beim Überstreichen des größtmöglichen Abgleichbereiches,
d. h. der größtmöglichen axialen Verstellung des Abgleichrohrstiftes 11, nicht über
den Halterungsdeckel 3 hinausragt.
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Ferner sei nochmals darauf hingewiesen, daß das Tragorgan 12 für den
Abgleichrohrstift 11 zur festen Halterung und zur Vermeidung von Verlusten nur in
Führungsorganen geführt wird, die beiderseits des Luftspaltes 10 und außerhalb des
Luftspalt-Kraftlinienfeldes angeordnet sind.
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Infolge der Führung des Tragorgans 12 durch den Gewindebolzen 16 wird
erreicht, daß der Außendurchmesser des Abgleichrohrs,tiftes 11 praktisch bis auf
den Innendurchmesser der Durchführungsöffnung 9 vergrößert werden kann, so daß durch
Auswechseln des Abgleichrohrstiftes jede gewünschte Abgleichcharakteristik erhältlich
ist.
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Selbstverständlich kann die Ausbildung und Anordnung des Ansatzes
13 und der Buchse 21 und/oder der Gewindehülse 19 des Spulenkernes nach Fig. 3 auch
auf den Spulenkern nach Fig. 1 übertragen werden, und umgekehrt.
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Um eine genaue Zentrierung des am Halterun.gsdeckel 4 befestigten
Gewindebolzens 16 in der Durchführungsöffnung 9 zu erreichen, kann entweder der
Außendurchmesser des Bundes 22 des Gewindebolzens 16 dem Durchmesser der Durchführungsöffnung
9 genau angepaßt oder der Halterungsdeckel 4 mit der Spulenkernhälfte 2 in einer
Zentriervorrichtung fest verbunden werden. Die Verbindung der Halterungsdeckel 3
und 4 mit den Spulenkernhälften 1 und 2 kann entweder durch Umspritzen mit einem
insbesondere wärmefesten Kunststoff oder durch Kleben erfolgen. In den Fig. 1 und
3 ist eine Schicht Klebemittel zwischen den Halterungsdeckeln 3 und 4 und den Kernteilen
1 und 2 mit 23 angedeutet. Die an die Halterungsdeckel 3 und 4 angrenzenden Kernteile
1 und 2 können gegebenenfalls auch mit einer Metallschicht, z. B. einer Silberschicht,
überzogen
werden; hierbei erfolgt die Verbindung der metallenen
HaIterungsdeckel 3 und 4 mit den Kernteilen 1 und 2 durch Löten.