Drehkondensator Drehkondensatoren, deren Kapazität als Funktion vom
Eindrehwinkel linear verläuft, sind für Drehwinkel von i8o° bekannt. Hierbei ist
die Rotorrandkurve halbkreisförmig ausgebildet. Auch für Drehwinkel von a70° sind
bereits Drehkondensatoren mit kreisförmig abgestuftem Rotor entwickelt worden, d.
h. der 27o°-Rotor läuft in bzw. durch einen go°-Stator. Dabei muß der Aufbau derart
sein, daß nach go° der kleine Rotorquadrant I (Abb. i) in dem Augenblick aus dem
Stator läuft, in dem der mittlere Rotorquadrant II einzutauchen beginnt. Analog
muß dies beim mittleren, II, und großen, III, Rotorquadranten der Fall sein. Zu
erreichen ist dies durch vollkommen genauen Aufbau und Einstellung. Andernfalls
treten naturgemäß in der Kapazitätskurve Unstetigkeiten auf, die vom geforderten
geradlinigen Kapazitätsverlauf in Abhängigkeit vom Drehwinkel stark abweichen können.
Für einen stetigen Kurvenverlauf bei einem Drehwinkel von größer als 18ö° ist demnach
eine andere als kreisförmige mathematisch-stetige Randkurve für den Rotor und, wie
sich auch zeigen wird, für den Stator zu wählen, denn
die Kreisform
bürgt ja nur für einen stetigen geradlinigen Verlauf der Kapazität bis zu einem
Drehwinkel von i8 o°.Rotary capacitor Rotary capacitors, their capacitance as a function of the
Rotation angles are linear, are known for rotation angles of 180 °. Here is
the rotor edge curve is semicircular. Also for angles of rotation of a70 ° are
Rotary capacitors with a circular stepped rotor have already been developed, d.
H. the 27o ° rotor runs in or through a go ° stator. The structure must be like this
be that after go ° the small rotor quadrant I (Fig. i) at the moment from the
Stator is running, in which the middle rotor quadrant II begins to immerse. Analogue
this must be the case for the middle, II, and large, III, rotor quadrant. to
this can be achieved through a completely precise structure and setting. Otherwise
naturally there are discontinuities in the capacity curve, those of the required
rectilinear capacity curve can vary greatly depending on the angle of rotation.
For a steady course of the curve at an angle of rotation of greater than 18 °, accordingly
another than circular mathematical-continuous boundary curve for the rotor and how
will also show to choose for the stator because
the circular shape
only guarantees a steady, straight-line course of the capacity up to one
Rotation angle of i8 o °.
Nun sind auch bereits Kondensatoren mit schwenkbaren Platten, deren
Umrißlinie etwa nach einer parabolischen Spirale geformt ist, entwickelt worden.
Diese Kondensatoren haben aber als Statorplattenrandkurven immer noch eine Kreisform.
Eine derartige Ausführung kann aber nie eine gerade Kennlinie ergeben, da, wie oben
schon erwähnt, nur Kreisrotor in Kreisstator eine solche für C = f (a) haben
kann, sobald der Drehwinkel größer-als iSo° wird. Allerdings kann bei a _< i8o°
der Stator noch ohne weiteres kreisförmig ausgeschnitten sein, während z. B. die
Rotorrandkurv e schon spiralförmig ist. Dabei werden ja ebenfalls wie beim Kreisrotor
die Platten nur gleichmäßig und bei jeder Winkelstellung gleichviel von der ihnen
eigenen Spiralform in den Stator hineingedreht; d. h. auch hier steigt die Kapazität
stetig.Capacitors with pivotable plates, the contour of which is shaped like a parabolic spiral, have now also been developed. However, as stator plate edge curves, these capacitors still have a circular shape. However, such a design can never produce a straight characteristic curve, since, as already mentioned above, only a circular rotor in a circular stator can have one for C = f (a) as soon as the angle of rotation is greater than iSo °. However, at a _ <180 ° the stator can easily be cut out in a circle, while z. B. the rotor edge curve e is already spiral. As in the case of a circular rotor, the plates are turned into the stator uniformly and in every angular position with the same amount of their own spiral shape; ie here, too, the capacity is steadily increasing.
Anders dagegen liegt es bei Drehkondensatoren, bei denen sich Rotor
und Stator jeweils in ihrem Gesamt-,vinkel unterscheiden: z. B. bei einem Rotorwinkel
aR j i8o@ und einem Statorwinkel aSt< i8o°. Hierbei nimmt bis zur Größe des Statorwinkels
beim Eindrehen des Rotors in den Stator die gedeckte Fläche zwischen Rotor und Stator,
also die Kapazität, ständig und auch der stetigen Spiralenrotorrandkurv e entsprechend
stetig zu. Sobald nun der Drehwinkel größer wird, so daß der Rotor auf der anderen
Seite des Stators wieder austaucht, ist dies nicht mehr der Fall. Die gedeckte Fläche,
d. h. also wieder die Kapazität, steigt jetzt nicht mehr in gleichem Maße. Die Kennlinie,
die bis dahin geradlinig verlief, erhält nunmehr einen Knick, da jetzt ein Teil
des Rotors aus dem Stator auszutauchen beginnt. Allerdings verläuft nun die C-Kurve
wieder von neuem als Gerade, bloß unter anderem Steigungswinkel. Man würde also
eine Kapazitätskennlinie C = f (a)
erhalten, die ab a = Statorwinkel immer
eine andere (kleinere) Steigung zur Abszisse (a) bekommt als bis zu diesem Winkel.
Dadurch ist nun nicht mehr ein geradliniger Kapazitätsverlauf über den gesamten
Drehwinkelbereich gewährleistet.The situation is different with variable capacitors, in which the rotor and stator differ in their overall angle: z. B. with a rotor angle aR j i8o @ and a stator angle aSt <i8o °. Here, up to the size of the stator angle when the rotor is screwed into the stator, the covered area between the rotor and stator, i.e. the capacity, increases constantly and also steadily according to the constant spiral rotor edge curve e. As soon as the angle of rotation increases so that the rotor emerges again on the other side of the stator, this is no longer the case. The covered area, ie again the capacity, no longer increases to the same extent. The characteristic, which was straight up to that point, now has a kink, since part of the rotor now begins to emerge from the stator. However, the C-curve now runs again as a straight line, just including the slope angle. A capacitance characteristic curve C = f (a) would thus be obtained, which from a = stator angle always has a different (smaller) slope to the abscissa (a) than up to this angle. As a result, a straight capacitance curve is no longer guaranteed over the entire range of the angle of rotation.
Nun werden aber in der Hochfrequenztechnik, besonders in der Ultrakurzwellentechnik,
sowohl für hochwertige Spezialgeräte als auch für feinste Meßgeräte Drehkondensatoren
zur Rasterung möglichst vieler Kanäle benötigt. Das bedeutet also zugleich die Konstruktion
von Drehkondensatoren mit möglichst großem Drehwinkelbereich und Gewährleistung
einer geraden Kapazitätskennlinie, um mit gleichem Drehwinkel auch jeweils gleiche
Frequenzen zu rasten. Bei der spiralförmigen Kondensatorform bleibt auch die Erfindung,
um gegenüber der Kreisform eine kleinere Endkapazität zu erreichen. dadurch einen
spitzeren Steigungswinkel der Kennlinie zu erzielen und somit im Verhältnis zum
kreisförmig ausgebildeten Drehkondensator bei gleicher Drehwinkeländerung ein kleineres
J C zu erhalten. Gerade dies ist wesentlich für Ultrakurzwellengeräte.Now, however, in high-frequency technology, especially in ultra-short wave technology,
Both for high-quality special devices and for the finest measuring devices, variable capacitors
required to rasterize as many channels as possible. So that means construction at the same time
of rotary capacitors with the largest possible angle of rotation range and guarantee
a straight capacitance curve in order to be the same in each case with the same angle of rotation
Frequencies to rest. In the case of the spiral-shaped capacitor shape, the invention also remains,
in order to achieve a smaller final capacity compared to the circular shape. thereby one
to achieve a more acute slope angle of the characteristic curve and thus in relation to the
circularly designed variable capacitor with the same change in angle of rotation a smaller one
J C get. This is precisely what is essential for ultra-short wave devices.
Diese Bedingungen sind mit den bisher üblichen Drehkondensatoren nicht
zu erfüllen. Die Erfindung betrifft demnach einen Spiralendrehl-zondensator, der
diesen Forderungen gerecht wird. indem der Drehwinkel zu 270-genommen wird und indem
über den gesamten Drehbereich die Kapazitätskennlinie stetig und geradlinig verläuft.
Zugleich wird hierbei auch an der berechneten, archimedischen Spirale festgehalten,
während bei den bisherigen Ausführungen die Umrißlinie nur etwa nach einer archimedischen
bzw. parabolischen Spirale geformt war. Man wich bisher deshalb davon ab, um die
Verluste, die durch den kreisbogenförmigen Ausschnitt an den Statorplatten zwecks
Durchgang der Dreh-,velle entstanden, dadurch zu kompensieren, daß an die Fläche
der spiralförmigen Drehplatten dieser Kreisausschnitt, außen gleichmäßig verteilt,
angefügt wurde: Erreicht werden nun all die oben angeführten Notwendigkeiten, wenn
für die spiralförmige Rotorplattenform auch eine entsprechende für den Stator gefunden
wird. Anfangs wurde unter Abb. i gezeigt, daß iran für einen gestuften Kreisplattenkondensator
ebenfalls mit einem kreisförmigen Stator eine Kapazitätsgerade erhält. Beim Spiralenrotor
sind nun gemäß Abb. 2 jeweils die Rotorquadranten 1, 11, 111 um die Flächen
A, ß, C
vergrößert, die nun in einem kreisförmigen Stator bis jeweils
zu go@ ihres Ouadranten, also bei go°, 18ö'=, 270= des Gesamtrotors, eine stärkere
Kapazitätserhöhung bringen als bei den anderen Winkelstellungen. denn laut theoretischer
Überlegungen und gemäß angestellter Versuche ist in jedem Ouadranten ab .1o bzw.
13o bzw. 22o, immer ein stärkeres Ansteigen der Kapazitätskennlinie zu beobachten
als bis zu diesen Winkeln. Man würde eine Kurve wie unter Abb. 3 erhalten. Es muß
demnach diese Mehrkapazität, die durch die Spiralenform des Rotors entsteht, wieder
acii Stator ausgeglichen werden.These conditions cannot be met with the rotary capacitors customary up to now. Accordingly, the invention relates to a spiral rotary capacitor which meets these requirements. by taking the angle of rotation to 270 ° and by keeping the capacitance curve steady and straight over the entire range of rotation. At the same time, the calculated Archimedes' spiral is retained, while in the previous versions the outline was only shaped roughly like an Archimedean or parabolic spiral. So far, it has been deviated from in order to compensate for the losses caused by the circular arc-shaped cutout on the stator plates for the purpose of passage of the rotary shaft by adding this circular cutout, evenly distributed on the outside, to the surface of the spiral-shaped rotary plates: Achieved All of the above-mentioned necessities will now become, if a corresponding one for the stator is found for the spiral-shaped rotor plate shape. At the beginning it was shown under Fig. I that iran receives a straight capacitance line for a stepped circular plate capacitor likewise with a circular stator. In the spiral rotor, the rotor quadrants 1, 11, 111 are now enlarged by the areas A, ß, C according to Fig. 2, which are now in a circular stator up to go @ of their ouadrant, i.e. at go °, 18ö '=. 270 = of the entire rotor, bring a greater increase in capacity than with the other angular positions. because according to theoretical considerations and according to the experiments, in every quadrant from .1o or 13o or 22o, a greater increase in the capacity characteristic can be observed than up to these angles. A curve like the one in Fig. 3 would be obtained. This additional capacity, which arises from the spiral shape of the rotor, must therefore be compensated for by acii stator.
Das wird nun erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß der Stator ebenfalls
in seiner Randkurve die Form einer archimedischen Spirale erhält. Somit wird in
Abhängigkeit des Drehwinkels unter Berücksichtigung der Streukapazität der Kapazitätswert
durch den Stator um so viel verkleinert, wie der Rotor mehr gibt.
Aus
den geforderten Werten für die Anfangskapazität CA und die. veränderliche Kapazität
Cy lassen sich die Größen der Rotor-und Statorspiralenabschnitte bestimmen: d. h.
welcher Winkelbereich der archimedischen Spirale r = a - ü dafür notwendig
ist. Ebenfalls ist daraus die Größe der Konstanten a auszurechnen, die natürlich
für Rotor 'und Stator verschieden ist. Unter Berücksichtigung der Streukapazität
liegen dem Rotor und dem Stator erfindungsgemäß folgende Integrale zugrunde:
Diese Integrale gelten dann generell für jede Größe eines solchen Drehkondensators,
nur ist der entsprechende Maßstab zu verwenden.This is now achieved according to the invention in that the stator also has the shape of an Archimedean spiral in its edge curve. Thus, depending on the angle of rotation, taking into account the stray capacitance, the capacitance value is reduced by the stator by as much as the rotor gives more. From the required values for the initial capacitance CA and the. variable capacitance Cy, the sizes of the rotor and stator spiral sections can be determined: ie which angular range of the Archimedean spiral r = a - u is necessary for this. The size of the constant a must also be calculated from this, which of course is different for the rotor and the stator. Taking into account the stray capacitance, the rotor and the stator are based on the following integrals according to the invention: These integrals then generally apply to every size of such a variable capacitor, only the corresponding scale is to be used.
Nun ist aber die Mehrkapazitätszunahme in bezug auf einen Kreisplattenkondensator
in den einzelnen Quadranten nicht gleich, sondern liegt, wie aus Abb.2 ersichtlich
(auch hier wurde beispielsweise ein Drehwinkel von a=270° angenommen), bei größeren
Winkeln höher (A < B < C). Notwendig wäre zur Erzielung der geforderten
geraden Kennlinie: A = B = C. Erfindungsgemäß wird aber der spiralförmige
Statorausschnitt für den zweiten Rotorquadrantenabschnitt B hergestellt. Der Ausgleich
hierfür wird für die anderen beiden Quadranten derart geschaffen, daß beim dritten
durch Fortfall des Flächenstückes D (Abb.2) dieser, nämlich C, die Größe des zweiten
(Flächenstück B in Abb. 2) erhält: C = B; dadurch erreicht man zugleich eine
für den geradlinigen Kapazitätsverlauf im ersten Quadranten sich günstig auswirkende
Änfangskapazität. Um diese recht klein zu halten, ist es noch zweckmäßig, den Statorwinkelbereich
noch kleiner als 9o° (etwa 85'°) zu machen, um bei noch nicht begonnener Eindrehung
des Rotors (kleiner Radius) einen genügend großen Abstand zwischen Stator und Rotorende
(großer Radius) zu erreichen. Somit erhält man nämlich gleich vom Nullpunkt an einen
stetig geraden Kapazitätsverlauf über einen möglichst breiten Drehw inkelbereich,
praktisch so groß wie der des gesamten -Rotors. Wichtig ist, daß aber stets bei
der berechneten Spiralform für die Randkurven bei Rotor und Stator verblieben wird.But now is the more increased capacity in relation to a circular plate capacitor in each quadrant are not equal, but is, as shown in Fig.2 (again, a rotation angle of a = 270 ° has been assumed for example), at larger angles higher (A <B < C). The following would be necessary to achieve the required straight characteristic curve: A = B = C. According to the invention, however, the spiral-shaped stator cutout for the second rotor quadrant section B is produced. The compensation for this is created for the other two quadrants in such a way that in the third, by omitting the area D (Fig. 2), this, namely C, has the size of the second (area B in Fig. 2): C = B; this at the same time achieves an initial capacitance which has a favorable effect on the straight-line capacitance profile in the first quadrant. In order to keep this very small, it is also useful to make the stator angle range smaller than 90 ° (about 85 °) in order to have a sufficiently large distance between the stator and rotor end (large Radius). Thus, right from the zero point, one obtains a steadily straight capacitance curve over the widest possible range of angles of rotation, practically as large as that of the entire rotor. It is important, however, that the spiral shape calculated for the edge curves for the rotor and stator is always retained.