Willkommen ! - Rechercheergebnis zu den historischen Spulen mit Traumwerten

Rechercheergebnis zu den historischen Spulen mit Traumwerten

Ich habe weiter recherchiert und nachgerechnet, und zwar zu den Traumwerten, welche die Spulen am Anfang dieses Themas haben sollen, die M. B. Sleeper in seinen Geräten mit Testergebnissen anpries, die doch sehr weit hergeholt schienen.

**** Zitat aus dem Artikel von Sleeper ****************************************************
Bei den ersten Tests des Gerätes wurden die üblichen kreuzgewickelten konzentrierten Spulen verwendet. Überraschenderweise erhöhte sich die Signalstärke um 50 bis 75 %, als die Lagen- gewickelten Spulen eingesetzt wurden.
Ein Grund dafür ist der deutlich geringere Gleichstromwiderstand und die geringeren Verluste durch Lack, da der Lack nur auf die äußere Schicht aufgetragen wird.
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Ergebnis: Die "Traumwerte" sind gar keine- sie sind wirklich erreichbar !

Das möchte ich erörtern.

Kreuzwicklung
Bei Kreuzwickelspulen kreuzen sich Drähte steil (ca. 90 Grad). Das Magnetfeld "sieht" Nachbarwindungen nur punktuell. Bei der Bankwicklung liegen die Drähte fast parallel und nah beieinander. Die magnetische Kopplung (M) ist viel effektiver. Man benötigt für 87 mH deutlich weniger Drahtmeter.
EIne gleichwertige Spule benötigt ca. 20 Prozent mehr Draht für gleiches L.
Bewirkt wir das durch die Besonderheit der Geometrie:
Kreuzwickelspulen benötigen für denselben Induktivitätswert aufgrund der "Zick-Zack-Führung" und der nötigen Abstände zur Kapazitätsminderung ca. 20-25 % mehr Drahtlänge.
Eine Kreuzwickelspule kann den Draht nicht so eng packen wie eine Bankwicklung. Um die Eigenkapazität niedrig zu halten, kreuzt der Draht die Spulenbreite in einem Winkel. Das führt zu zwei Effekten:
1. Volumenzunahme: Die Windungen liegen lockerer (geringerer Füllfaktor).
2. Drahtmehrverbrauch: Da der Draht nicht senkrecht zur Achse, sondern im Zick-Zack
    läuft, ist der Weg pro Windung länger. Der Faktor beträgt geometrisch bedingt
     ca. 1,2 bis 1,25.
"Magnete" liegen über Kreuz. Kraftlinien schneiden sich nur im Punkt. Viel Feld entweicht ungenutzt (geringere M).

Bankwicklung
Die Bankwicklung erlaubt eine extrem kompakte Packung.
Windungen liegen wie flache Magnete bündig aufeinander. Kraftlinien durchdringen Nachbarn fast vollständig (maximale M).

Rechnerischer Nachweis

Gegeben:
1178 Wdg. in 3 Abschnitten, 429 Windungen pro Abschnitt (39 Wdg. á 11 Lagen).
Um bei 429 Wdg. auf 29 mH zu kommen (bei 1,2 cm Länge), muss der mittlere Durchmesser (Dm) bei ca. 9,2 cm liegen.
Der Umfang ist Pi * D = 28,9 cm.
Die Drahtlänge ergibt sich aus Umfang multipliziert mit Windungszahl: l = u * N
Der Ohmsche Widerstand R ergibt sich aus dem spezifischen WIderstand von Kupfer mal Drahtlänge.
Der Blindwiderstand ist für beide Spulen gleich, hier berechnet bei 100 kHz:
XL = 2Pi * f * L
Die Güte Q ergibt sich aus dem Blindwiderstand dividiert durch den ohmschen Widerstand: Q = XL / R
Der Resonanzwiderstand Rres = L / (C * RL) = Q * 2Pi * f * L

Ergebnisse Kreuzwickelspule:
Drahtlänge: ca. 155 m pro Abschnitt (465 m gesamt).
Ohmscher Widerstand: Bei 0,25 mm Draht ca. 55 Ohm/Abschnitt (165 Ohm gesamt)..
Blindwiderstand (XL): ca. 54.660 Ohm.
Q = ca. 330
Resonanzwiderstand RL ca. 16,4 MOhm.

Ergebnisse Bankwickel- Spule:
Drahtlänge: ca. 124 m pro Abschnitt (372 m gesamt).
Ohmscher Widerstand: Bei 0,25 mm Draht ca. 44 Ohm/Abschnitt (132 Ohm gesamt)..
Blindwiderstand (XL): ca. 54.660 Ohm.
Q = ca. 420
Resonanzwiderstand RL ca. 22,9 MOhm..

"Die Bank gewinnt"
Die Kreuzwickelspule "erkauft" zwar niedrige Kapazität durch einen deutlich längeren
Drahtweg, aber da die Bankwicklung durch ihre spezielle Lagenfolge die Kapazität
ebenfalls sehr effektiv senkt, dafür den Drahtweg minimal kurz hält, ist ihr Q-Faktor (und
damit die Signalspannung am Schwingkreis) deutlich höher.

Die von Sleeper beschriebene "doppelte Empfangsstärke" resultiert aus der Kombination zweier Effekte:
- Höhere Güte: Durch den geringeren Drahtverbrauch pro Induktivitätseinheit sinkt
der Widerstand R bedeutend. Dazu kommt, ass bei 100 kHz der Skineffekt beider längeren
Kreuzwicklung die Verluste noch weiter in die Höhe treibt, als es die reine
Gleichstromrechnung oben zeigt.
- Geringere dielektrische Verluste: Bei der Bankwicklung liegen Windungen mit hoher
Potenzialdifferenz nicht direkt übereinander, was die Verluste im Isolierstoff minimiert
und die effektive Güte im Vergleich zur Standard-Lagenwicklung weiter steigert.

Ergebnis: Sehr hoher Leistungsgewinn:
Der Resonanzwiderstand (Rres = Q * XL) ist bei der Bankwicklung deutlich höher (ca. 22,9 MOhm zu 16,4 MOhm).
Das entspricht einem Gewinn von ca. 3 dB, was physikalisch einer Leistungsverdopplung entspricht ("doppelte Empfangsstärke").

Die beschriebene Überlegenheit der Bankwicklung (Sleeper 1921) liegt in der effizienteren Raumnutzung und der daraus resultierenden höheren Güte (Q-Faktor), welche einen sehr hohen Resonanzwiderstand bewirkt.
An einem Schwingkreis kann -wie bei Sleeper an dem sehr hochohmigen Eingang einer Röhrenstufe- also eine höhere "Resonanzüberhöhung" (die Schwingungsamplitude über dem Schwingkreis bei Resonanz) wirksam werden. Damit kann ein Gerät durch die Verwendung bankgewickelter Spulen empfindlicher sein..