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Hochfrequenzspule abgleichbarer Induktivität und abgleichbarer Güte
Die Erfindung betrifft Hochfrequenzspulen abgleichbarer Induktivität und abgleichbarer
Güte mit einem ferromagnetischen Kernkörper, bei dem quer zu einem Mittelbutzen
ein Luftspalt und im Inneren des Mittelbutzens ein bewegbar angeordneter ferromagnetischer
Abgleichstift vorgesehen sind und bei dem die Spulenwicklung am Mittelbutzen angeordnet
ist.
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Für den Einsatz bei hohen Frequenzen, vorzugsweise zwischen 2 und
20 MI1z fehlen Spulen kleiner, in diesem Frequenzgebiet benötigter Induktivitätswerte
von beispielsweise 0,2 bis 10 gH mit hohen Güten von etwa Q
> 500. Solche Spulen sollen sowohl in ihrem Induktivitätswert als
auch in ihrer Güte abgleichbar sein. Außerdem müssen sie hinreichend geringe Temperaturabhängigkeit
und kleine zeitliche Inkonstanz, insbesondere der Induktivität, aufweisen.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine speziell für solche Anwendungsfälle
geeignete Hochfrequenzspule zu schaffen.
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Die bisher benutzten, unter dem Namen Siferrit-Schalenkemspulen bekannten
Spulenanordnungen weisen bei einem Induktivitätswert von etwa 2 bis 10 [tH
bis etwa 5 MHz maximale Gütewerte von 400 bis 500 bei Verwendung normaler
Ferritsorten und Drahtsorten auf. Dies ist unter anderem auch durch die am Butzenluftspalt
in der Wicklung entstehenden Wirbelstromverluste bedingt. Bei Einsatz von dem unter
dem Namen Perminvar-Ferrit bekannten Material kann dieser Luftspalt wegen der Kleinheit
der Kernverluste zwar vermieden und es können so höhere Gütewerte erreicht werden,
aber nur bei ungenügender Konstanz.
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Die Erfindung geht von der in F i g. 1 dargestellten bekannten
Schalenkernspule aus. Eine solche Schalenkernspule ist aus den beiden Schalenhälften
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und 2 derart zusammengesetzt, daß die Schalenhälften am äußeren Umfang an
der Stelle 3 ohne Luftspalt aufeinanderliegen. Der Querschnitt solcher Schalenkerne
ist bekanntlich kreisförmig. Die Mittelbutzen 4 und 5 der beiden Schalenhälften
1 und 2 stehen sich iin Innern der Schalenkemspule in einem bestimmten Abstand
gegenüber und legen so die Ab-
messungen des quer zum Mittelbutzen verlaufenden
Luftspaltes 6 fest. In der Bohrung 7 des Mittelbutzens 4,
5 ist der ferromagnetische Abgleichstift 8
bewegbar angeordnet. Auf
dem Wickelkörper 9, der bei dem gezeichneten Beispiel etwas vom Luftspalt
abgesetzt angeordnet ist, befindet sich die eigentliche Spulenwicklung
10. In der F i g. 1 ist der Längsschnitt durch einen bekannten Schalenkern
dargestellt. Der Querschnitt eines solchen Kerns weist bekanntlich Kreisform auf.
Als Kernmaterial wird z. B. das unter dem Namen Siferrit 80 K 1 bekannte
Material verwendet.
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Die Hochfrequenzspule wird gemäß der Erfindung so ausgebildet, daß
der Kernkörper aus einem zwei pilzförinige Teile aufweisenden inneren und einem
davon getrennten, zwei Halbschalen aufweisenden äußeren, den inneren Kein unter
Bildung weiterer Luftspalte allseitig umschließenden ferromagnetischen Kein besteht
und daß ein oder mehrere Eisenstifte für den Güteabgleich im Luftspalt zwischen
den Stirnflächen des inneren und dem äußeren Kernkörper angeordnet sind. Ferner
ist es vorteilhaft, die Lage der beiden Teile des inneren Kerns zueinander und die
Größe des Luftspaltes am Mittelbutzen durch den Spulenkörper für die Spulenwicklung
festzulegen.
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Durch diese Maßnahme wird insbesondere der zentrale Butzenluftspalt
des bekannten Schalenkerns zum großen Teil an die Butzenenden, und zwar außerhalb
des Wicklungsraumes verlegt. Dadurch wird die Verteilung des Streuflusses so günstig,
daß mit normalen Litzen und normalen Ferriten Gütewerte Q > 600 bis
6 MHz erzielbar sind. Darüber hinaus können durch Einsatz von HF-Litzen mit
extrem dünnen Adern von z. B. 0,02 Kupferlackdraht Gütesteigerungen um etwa 100%
erreicht werden. Diese Maßnahme ist bei der Spulenanordnung nach der Erfindung auch
vorteilhaft in einem Frequenzgebiet von > 8 MIlz anwendbar, wo bekanntlich
bisher für Spulenwicklungen Volldraht bevorzugt eingesetzt wurde. Verwendet man
insbesondere für die inneren Kernteile der Spulenanordnungen nach der Erfindung
das
unter dem Namen Perminvar bekannte Material, so kann schließlich die Güte auf Werte
Q > 800
zwischen 2 und 20 MHz gesteigert werden, wenn für Anwendungsfälle
ab 6 MHz die erwähnte BF-Litze mit extrem dünnen Adern eingesetzt wird. Dabei
wird die Wicklung einlagig ausgeführt, um die dielektrischen Verluste einzudämmen.
In dem inneren zweiteiligen Kern der Anordnung nach der Erfindung, der wie bereits
erwähnt, aus einem Schalenkern mit Luftspalt am Mittelbutzen durch Entfernen- des
äußeren Mantels zu einem speziellen Rollenkern umgestaltet wurde, tritt eine so
große Scherung auf, daß auch bei Einsatz von dem unter dem Namen Perminvar bekannten
Material die von hochwertigen Filterspulen geforderte Konstanz gewährleistet ist.
Für die äußeren Kernschalen kann beispielsweise vorteilhaft der unter dem Namen
Siferrit 80 K 1 bekannte Werkstoff verwendet werden. Diese äußeren
Schalen verhüten unter anderem auch die bei Verwendung von Perminvar in Schalenkernform
sonst mögliche, bleibende Güteverminderung nach Einwirkung großer Magnetfelder.
Der Gesamtaufbau ist ferner so getroffen, daß der Güteabgleich den Induktivitätswert
nicht beeinflußt. Für gewisse Anwendungsfälle kann auch der zweiteilige innere Kern
als Rollenkern mit Luftspalt und Abgleichstift für sich allein zum Aufbau einer
Hochfrequenzspule hoher Güte benutzt werden.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird die Hochfrequenzspule
so ausgebildet, daß der innere Kern zwischen zwei stimseitig angeordneten Isolierstoffscheiben
und seitlichen Führungsstegen drehsicher gehaltert ist. Seitliche Aussparungen an
den Stimseiten der beiden Teile des inneren Kerns greifen dabei in die seitlichen
Führungsstege ein.
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Die Anordnung kann ferner so ausgebildet sein, daß die seitlichen
Führungsstege, insbesondere zwei gegenüberliegende Stege, mit der einen Isolierstoffscheibe
fest verbunden, vorzugsweise mittels Isolierstoffschrauben verschraubt sind und
daß die zweite Isolierstoffscheibe seitliche Aussparungen aufweist und am freien
Ende der Stege derart aufsetzbar ist, daß die inneren Kernteile zwischen den beiden
Isolierstoffscheiben festklemmbar sind und daß die seitlichen Stege über die aufsetzbare
Isolierstoffscheibe so weit hinausragen, daß sie bei aufgesetztem äußerem ferromagnetischem
Kern in stirnseitige Durchbrüche des äußeren Kerns hineinragen. Die seitlichen Isolierstoffstege
weisen dann zweckmäßig Längsbohrungen auf für die Aufnahme des Eisenabgleichstiftes
für den Abgleich der Güte. An der oberen und/oder unteren Isolierstoffscheibe und
an der oberen und/oder unteren Halbschale des äußeren Kerns ist eine Mittelbohrung
für die Betätigujig des im Mittelbutzen des inneren Kerns angeordneten ferromagnetischen
Abgleichstiftes vorgesehen. Der ferromagnetische Abgleichstift ist als kleiner Zylinder
ausgebildet und am kopfseitigen Ende einer Isolierstoffschraube befestigt, die in
dem Fußteil einer im
Mittelbutzen angeordneten Isolierstoffhülse derart einschraubbar
ist, daß der Abgleichstift in der längsgeschlitzten und am übergang zwischen Fußteil
und längsgeschlitzein Hülsenteil zusätzlich an der Seite des Längsschlitzes teilweise
auch quergeschlitzten Isolierstoffhülse bewegbar ist. Zwischen der aufsetzbaren
Isolierstoffscheibe und der inneren Stirnfläche des äußeren Kerns fügt man zweckmäßig
ein elastisches Material, insbesondere einen elastischen Isolierstoffring, ein.
Die beiden Teile des äußeren Kerns, die in an sich bekannter Weise Aussparungen
für die Herausführung der Wicklungsenden aufweisen, kön-
nen auf einer Grundplatte
mittels eines federnden Haltebügels befestigt sein, der Aussparungen für die Betätigung
der Abgleichstifte und Befestigungsmittel für Lötanschlußstreifen aufweist.
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In der F i g. 2 ist als Ausführungsbeispiel nach der Erfindung
eine Hochfrequenzspule im Längsschnitt dargestellt. Der zweiteilige innere Kern
besteht aus den Kemhälften 11 und 12, die durch den Spulenkörper
13 in ihrer gegenseitigen Lage zueinander so gehaltert sind, daß dadurch
der mittlere Luftspalt 14 definiert ist. Der Spulenkörper wird zweckmäßig aus einem
Material mit kleinem Temperatur-Ausdehnungskoeffizienten und hoher mechanischer
Stabilität, z. B. Keramik, hergestellt. Der aus den beiden Schalenhälften
11 und 12 bestehende zweiteilige innere Kein ist aufgebaut wie ein an sich
bekannter zweiteiliger Schalenkern mit Mittelbutzen 15, Luftspalt 14 und
Abgleichstift 16, bei dem jedoch der äußere Mantel auf der gesamten Wicklungsbreite
von der einen Stirnseite 17 bis zur anderen Stirnseite 18 entfernt
ist. Durch das hier näher bezeichnete Entfernen des äußeren Mantels ergibt sich
also für den inneren Kein der Hochfrequenzspule ein Rollenkern mit definiertem mittlerem
Luftspalt und Abgleichstift an der Stelle des Luftspaltes. Der äußere ferromagnetische
Kein besteht aus den beiden Kernhälften 19
und 20 und ist aufgebaut wie ein
an sich bekannter zweiteiliger Schalenkern, bei dem jedoch der Mittelbutzen entfernt
ist. Die beiden Kernhälften 19 und 20 liegen also wie bei dem bekannten Schalenkern
an der Stelle 21 ohne Luftspalt aufeinander. Lediglich die Drahtausführungsöffnungen
sind bevorzugt an der Stelle 21, wie beim bekannten Schalenkern, angebracht. Ein
bekannter Schalenkern ist in F i g. 1 dargestellt. Bei der in F i
g. 2 dargestellten Hochfrequenzspule nach der Erfindung umschließt der äußere
zweiteilige Kein 19, 20 den inneren zweiteiligen Rollenkern 11, 12
derart, daß der für die Hochfrequenzspule maßgebliche Luftspalt zum großen Teil
an die Butzenenden außerhalb des Wickelraumes verlegt wird, so daß sich der Kraftlinienverlauf
22, 23 ergibt. In die so entstandenen Luftspalte zwischen den Stirnflächen
der Stimseiten der inneren Kernteile 11,
12 sind Eisenabgleichstifte 24,
25 für den Güteabgleich eingefügt. An der äußeren Kemhälfte 19 sind
Durchbrüche 26, 27 für die Betätigung der Eisenabgleichkerne 24,
25 vorgesehen. Ferner ist ein weiterer Durchbruch 28 vorhanden, der
die Betätigung des Abgleichstiftes im Mittelstutzen für den Abgleich der Induktivität
ermöglicht. Die zwischen innerem und äußerem Kein befindlichen Isolierstoffscheiben
29 und 30 sowie die seitlich angeordneten Führungsstege
31 und 32 sind strichliert angedeutet. Die Eisenabgleichkerne 24 und
25 können iin Inneren der Führungsstege 31, 32 beispielsweise als drehbare
Gewindestifte angeordnet sein. Die für die gegenseitige Befestigung der beiden äußeren
Kernteile vorgesehenen Mittel sind in der F i g. 2 nicht dargestellt. Im
einfachsten Fall können die beiden Kernteile, wie an sich bekannt, gegeneinander
verklebt und/oder mittels federnder Montagebügel befestigt werden.