Flachspulen

Zwischenzeitlich habe ich mit einem weiteren Werkstoff experimentiert, Polystyrol. Dieses Material hat hervorragende Hochfrequenzeigenschaften und ist, speziell bei höheren Frequenzen, sehr verlustarm. Zudem sind mir einige Daten zum Verlustfaktor verschiedener Dielektrika untergekommen, welche in einem Diagramm anschaulich verdeutlichen, warum z.B. Görler schon recht frühzeitig auf Polystyrol als Material für seine Spulenkörper zurückgegriffen hat. Auch der gängige Konstruktionswerkstoff von Görler war ein mit Quarzmehl gefülltes Polystyrol, womit die hervorragenden Eigenschaften beider Werkstoffe geradezu genial kombiniert wurden. Der eine oder andere wird die gelblichgraue Masse noch kennen, welche unter dem Namen Amenit für Bandfilterhalterungen, Wellenschalter und ganze Chassis-Konstruktionen verwendet wurde. Ein bekannter Handelsname für Polystyrol war Trolitul. 

Auf Grund der neuen Erkenntnisse habe ich jetzt die Flachspulenbausätze auf Polystyrol-Spulenkörper umgestellt. Damit sind noch höhere Gütewerte erreichbar als mit dem vorher verwendeten Polyamid (PA6.6 glasfaserverstärkt). Die passenden Buchsen sind nach wie vor mit dabei, jetzt auch in verlustarmer Polystyrolausführung (abweichend vom Bild gelblich-weißes Material, für beide Bausätze die lange Ausführung BU4x3-9,5-PS).

Bausatz für Flachspulen 19mm

Grundkörper Polystyrol glasklar 2mm, Durchmesser max. 90mm, beiliegend dazu 2 Steckerstifte 4mm (nicht federnd) sowie Lötösen und Schrauben/Muttern zur Befestigung. Die passende Buchse ist im Lieferumfang enthalten (nur 2 Kontakte bestückt)

FLSP90-BS                6,60 EUR

Bausatz für Flachspulen 2 x 9,5mm

ergänzend gibt es eine 2. Variante, bei gleichem Aufbau hat diese Spule 3 Anschlüsse im Abstand von je 9,5mm zum Herausführen einer zusätzlichen Anzapfung/Koppelwicklung, die passende Buchse ist ebenfalls mit dabei.

FLSP93-BS                 8,25 EUR

NEU !

Mit Polystyrol ist nun die Materialfrage für die Fertigung von Spulenkörpern für Spulen hoher Güte geklärt. Aber auch Polystyrol bringt, trotz seiner guten Eigenschaften, noch Verluste in die Spule. Der nächste Schritt ist also folgerichtig, die Menge des verwendeten Materials weitgehend zu reduzieren. Dazu wird alles überflüssige Material weggefräst, bis nur das für eine noch brauchbare Stabilität notwendige übrig bleibt. Anfangs war ich gar nicht so sehr überzeugt, daß das Ergebnis diesen Aufwand rechtfertigen könnte. Aber der Versuch brachte eine deutliche Verbesserung im Güteverlauf, speziell im problematischen Bereich am oberen Bandende des MW-Bereiches. Die Masse des Spulenkörpers konnte von 15 auf 4,5 g reduziert werden.

Unter HF-Litzen ist ein Diagramm zu finden, wo man die erreichte Gütesteigerung sehen kann

Bausatz für Flachspulen höchster Güte

ergänzend zu den bisherigen Typen gibt es speziell für Schwingkreisspulen höchster Güte die Bausätze mit ausgefrästem Spulenkörper. Abmessungen und Anschlüsse wie bei den anderen Bausätzen.

FLSP-HQ2  (2 Stifte)                 14,85 EUR

FLSP-HQ3  (3 Stifte)                  16,50 EUR

NEU !

Wie man deutlich erkennen kann, hat Pertinax die mit Abstand schlechtesten HF-Eigenschaften. Als Isolationsmaterial für Konstruktionsteile ist es auf Grund der mechanischen festigkeit und seines guten Isolierverhaltens mit hoher Durchschlagsspannung hervorragend geeignet, die Verwendung als Trägermaterial für HF-Spulen war sicher naheliegend, für verlustarme Spulen ist es jedoch völlig ungeeignet. Der Verlustfaktor bei 1MHz ist ca. 75 mal schlechter als der von Trolitul. Und neuere Polystyroltypen liegen noch einmal günstiger, es werden Verlustfaktoren im Bereich um 1*10^-4 erreicht, was sonst nur noch Quarz schafft. Leider sind die Hersteller heute recht sparsam mit diesbezüglichen Informationen,oft werden nur Werte für 50Hz und 1MHz angegeben. Ein weiteres Problem ist die Verfügbarkeit verlustarmen Materials als Plattenware. Die gehandelten Sorten sind alle mehr oder weniger modifiziert, um die mechanischen Eigenschaften zu verbessern. Diese Zusätze sowie auch Einfärbungen beeinträchtigen die Güte, weshalb hier Spritzguß die einzige Möglichkeit ist, mit Material ohne Zusätzen zu arbeiten.

Im folgenden Diagramm sind einige Meßreihen zur Bewicklung der Flachspulen zu sehen. Damit wird der Einfluß des Spulenträger-Materials deutlich sichtbar:

Aus den Meßreihen ergeben sich einige interessante Schlußfolgerungen:

  1. Der Güteverlauf der LW-Spulen ist optimal, im Bereich 150-350KHz ist die Güte fast proportional zur Frequenz, das sorgt für gleichbleibende Bandbreite über den gesamten Bereich. Die Leerlaufbandbreite beträgt etwa 2,7KHz, bei Bedämpfung durch die Antennenankoppelspule vergrößert sich dieser Wert. Die Verwendung von Polystyrol verbessert das Verhalten zu höheren Frequenzen hin drastisch. Die Musterspule mit 170Wdg. funktioniert bis zum Anfang des MW-Bereiches hervorragend.
  2. größerer Drahtquerschnitt bedeutet nicht automatisch höhere Güte, ein zu geringer Querschnitt senkt die Güte ebenfalls. Verursacht wird das durch die schneller steigenden Wirbelstromverluste bei größerem Drahtquerschnitt. Im Vergleich der hellblauen und blauen Kurve zeigt sich, daß beiniedrigeren Frequenzen der größere Querschnitt bessere Werte ergibt, aber bei oberhalb von 1,3MHz bereits die Wirbelstromverluste einen Rückgang der Güte verursachen. Die Bewicklung mit  HF-Litze 16x0,071 liegt zwar etwas schlechter, hat aber erst zwischen 1,4 und 1,5MHz den Maximalwert erreicht. Daraus ergibt sich eine optimale Bewicklung für MW-Spulen mit der Litze 16x0.071 CuLS, nur wenn der Bereich geteilt wird, bringt der etwas größere Querschnitt Vorteile, für 500KHz beträgt die Leerlaufbandbreite knapp 2,3Khz gegenüber 2,7KHz für HFL16x0,071.
  3. Die braune Kurve zeigt sehr schön die größeren Verluste von Pertinax gegenüber dem neuen Material bei höheren Frequenzen. Mit identischer Bewicklung sieht man sehr schön den Einfluß der dielektrischen Verluste. Die MW-Spule mit 60Wdg. 16x0,071 (mit identischer Geometrie und damit gleichen Wirbelstromverlusten) zeigt deutlich den Einfluß des Verlustfaktors. Alle 3 Spulen haben bei 500KHz fast identische Gütewerte
  4. ein geringerer Querschnitt verursacht weniger Wirbelstromverluste bei höheren Frequenzen, das ist vorteilhaft für den Güteverlauf über der Frequenz. Die rote Kurve hat zwar eine insgesamt geringere Güte, aber diese steigt bis zu höheren frequenzen noch an. Damit steigt die Bandbreite bei zunehmender Frequenz langsamer. Das kann für Audionschaltungen vorteilhaft sein, wo eine zusätzliche Entdämpfung für geringere Bandbreite sorgt. Der nächste Versuch wird also sein, diese bewicklung auch auf einem Polystyrolkörper zu messen.

Diagramm zur Bestimmung der notwendigen Windungen für eine MW-Spule:

Ausgangspunkt ist die Kapazität des Drehkos bei eingedrehten Platten.

Vorgehensweise:

auf der linken Achse die Kapazität suchen, dann waagerecht bis zur blauen Kurve gehen. Von da aus kann direkt auf der X-Achse über eine gedachte Senkrechte die Windungszahl abgelesen werden. Gleichzeitig ergibt der schnittpunkt der gedachten Senkrechten mit der roten Kurve die dazugehörige Induktivität, diese kann auf der rechten Seite abgelesen werden.

Je nach unterschiedlichem Aufbau kann das Ergebnis 1-2 Windungen abweichen, deshalb immer erst ein paar Windungen mehr wickeln und dann in der Schaltung auf den notwendigen Wert verringern!

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