DE10020708C2 - Mehrwindungsspule zur Erzeugung starker Magnetfeldimpulse - Google Patents
Mehrwindungsspule zur Erzeugung starker MagnetfeldimpulseInfo
- Publication number
- DE10020708C2 DE10020708C2 DE2000120708 DE10020708A DE10020708C2 DE 10020708 C2 DE10020708 C2 DE 10020708C2 DE 2000120708 DE2000120708 DE 2000120708 DE 10020708 A DE10020708 A DE 10020708A DE 10020708 C2 DE10020708 C2 DE 10020708C2
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- coil
- strong magnetic
- magnetic field
- turn coil
- metal insert
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
- H01F7/00—Magnets
- H01F7/06—Electromagnets; Actuators including electromagnets
- H01F7/20—Electromagnets; Actuators including electromagnets without armatures
- H01F7/202—Electromagnets for high magnetic field strength
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Electromagnets (AREA)
- Coils Of Transformers For General Uses (AREA)
Description
Die Erfindung betrifft eine armierte Mehrwindungsspule zur Erzeugung starker Magnetfeld
impulse oberhalb von 15 Tesla, wie sie in der DE 43 35 935 A1 beschrieben ist. Diese
Mehrwindungsspulen sind meist einlagige Zylinderspulen aus einem mit Glasseide
umsponnenem rechteckigen Kupferdraht, dessen Querschnitt wenige Quadratmillimeter
beträgt. Mit einem kurzen Stromstoß von wenigen 10 µs Dauer wird ein magnetisches Feld
mit einem Spitzenwert der Flußdichte im Bereich von 15 bis 25 Tesla erzeugt. Durch einen
einzelnen Stromstoß erwärmt sich die Spule wegen der kurzen Dauer nur um wenige Kelvin.
Der magnetische Druck in der Spule erreicht einen hohen Wert, z. B. 250 MPa bei 20 T,
weshalb die Spule mit einem Panzer armiert werden muß.
Solche Magnetfeldspulen werden eingesetzt bei der impulsmagnetischen Umformung von
elektrisch gut leitfähigen Metallen, insbesondere zum Fügen von Aluminium- oder
Kupferrohren auf Metall-, Keramik- oder Kunststoffkerne.
Die Armierung solcher Magnetfeldspulen besteht gewöhnlich aus einem
Faserverbundwerkstoff, der nicht elektrisch leitfähig sein darf. Besonders bewährt hat sich die
Para-Aramid-Faser (Kevlar), die eine extrem hohe Zugfestigkeit besitzt. Wegen der hohen
Stoßbelastung ist ihre schwingungsdämpfende Eigenschaft ein besonderer Vorteil. Sie besitzt
jedoch eine schlechte Wärmeleitfähigkeit.
Beim Einsatz der Magnetfeldspulen in industriellen Fertigungsprozessen mit kurzen
Taktzeiten akkumuliert sich die pro Impuls erzeugte geringe Erwärmung, so daß eine
Kühlung der Spule notwendig ist. Kapillarrohr als Spulendraht, durch das eine Kühlflüssigkeit
geführt werden könnte, scheidet wegen der starken Druckstöße aus. Bisher wurde die in der
Spule entstandene Wärme an der Innenfläche der Spule, an der sich nur eine dünne
Isolierschicht befindet, abgeführt. Die Kühlung durch einen Luftstrom in den Taktpausen ist
meist nicht ausreichend. Ein Kühlkanal an der Innenfläche der Spule erhöht die Spaltbreite
zwischen Werkstück und Spule, die mit magnetischer Energie gefüllt werden muß und eine
Erhöhung der Energie der Impulsstromanlage erfordert. Ebenso führt eine kühlbare
Metalleinlage im Inneren der Spule zu zusätzlichen Verlusten, bedingt durch starke
Wirbelströme und zusätzliche Spalte, die mit magnetischer Energie gefüllt werden müssen,
wie es von Feldformern bekannt ist.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Kühlung der armierten Spule zu realisieren, die nicht eine
Erhöhung der in der Stoßstromanlage gespeicherten Energie, die schließlich zusätzlich als
Wärme abgeführt werden müßte, erfordert.
Diese Aufgabe wird erfindungsmäßig dadurch gelöst, daß in oder unter die Armierung eine
die Wärme ableitende Metalleinlage eingefügt ist, wobei diese Metalleinlage so ausgebildet
ist, daß Ringströme in ihr vermieden werden.
Im Bereich außerhalb der Spule, wo sich die Armierung befindet, ist die magnetische
Feldstärke vernachlässigbar gering verglichen mit der Feldstärke im Spuleninneren. Deshalb
existiert außerhalb der Spule nur ein praktisch wirbelfreies elektrisches Ringfeld. Der
Ringstrom in der Metalleinlage kann z. B. dadurch unterbunden werden, indem man ein
Metallrohr mit mindestens einem Längsschlitz als Metalleinlage in der Armierung verwendet.
Die Erfindung nutzt die Wirbelfreiheit des induzierten elektrischen Feldes außerhalb der
Spule, wobei dieser Bereich als wirbelfrei bezeichnet wird, da die Rotation des elektrischen
Feldvektors hier praktisch null ist im Vergleich zum Bereich innerhalb der Spule.
Die Einlage aus hochfestem Metall erleichtert die Armierung von Spulen mit nicht
kreisförmigem Querschnitt. So läßt sich z. B. eine Spule zur Kompression eines
Rechteckrohres mit Hilfe eines längsgeschlitzten Hohlprofils armieren, dessen innere Kontur
an die Rechteckspule angepaßt ist, entsprechend Patentanspruch 2. Zur Erleichterung der
Armierung wird man die äußere Kontur kreisförmig gestalten, wie in Fig. 2 dargestellt. Als
Material für derartige Hohlprofile ist z. B. CuCrZr, AlMgCu1,5 oder auch Edelstahl geeignet.
Dickwandige Metalleinlagen kann man mit Kühlkanälen versehen. Dünnwandige
längsgeschlitzte Rohre läßt man an mindestens einem Spulenende herausragen, wie in Abb. 1
dargestellt und kühlt sie dort mit einem Luftstrom oder einer Flüssigkeit.
Die Erfindung ermöglicht die Anwendung von Mehrwindungsspulen als Werkzeug bei der
Massenfertigung von Fügeverbindungen mittels der impulsmagnetischen Umformung.
Mehrwindungsspulen ermöglichen eine optimale Anpassung an den Impulsgenerator. Bei zu
niedriger Windungszahl, wie es meistens bei Einwindungsspulen der Fall ist, wird der größte
Teil der im Impulsgenerator gespeicherten Energie nutzlos zum Aufbau magnetischer Energie
in den Bauteilen des Impulsgenerators verbraucht. Bei zu hoher Windungszahl wird der
Spitzenwert der magnetischen Feldstärke verzögert und die durch Ohmsche Verluste
verursachte Dämpfung erniedrigt ihn.
Fig. 1 veranschaulicht eine Kompressionsspule nach Anspruch 1. Die einlagige Zylinder
spule 1 ist aus rechteckigem mit Glasseide umsponnenem Kupferdraht gewickelt. Das die
Spule umschließende Kupferrohr 2 mit Längsschlitz 3 ist zur zusätzlichen elektrischen
Isolation auf seiner Innenseite mit einer 50 µm dicken Polyimidfolie mit erhöhter
Wärmeleitfähigkeit (Kapton CR50) belegt. Das Kupferrohr 2, soweit es die Spule umschließt,
ist mit Para-Aramid-Garn (Kevlar) umwickelt, was im wesentlichen die Armierung 4
bestimmt. An den herausragenden Teil des geschlitzten Kupferrohres wird gewöhnlich eine
von Kühlflüssigkeit durchströmte Kupferrohrleitung, die in der Fig. 1 nicht eingezeichnet ist,
angelötet. Die beiden Zuleitungen von den Spulenenden zu den Anschlußplatten 5 werden
gewöhnlich durch den Schlitz 3 geführt, wofür der Schlitz, falls er nicht breit genug ist, an
den Durchführungsstellen verbreitert werden kann. Dieses System aus Kupferwicklung 1,
geschlitztem Kupferrohr 2 und Armierung 4 ist mit Epoxidharz getränkt. Zur Vermeidung des
Hohlraums im Längsschlitz 3 ist dieser mit einem druckfesten Material gefüllt, z. B. mit einem
Streifen aus Hartgewebe. Zwischen den Anschlußplatten 5 befindet sich eine in der
Abbildung nicht eingezeichnete 0,3 mm dicke Isolierfolie.
Experimentelle Untersuchungen an einer Spule mit 15 Windungen aus 5,5 × 1,8 mm hochkant
gewickeltem Kupferdraht mit einem inneren Spulendurchmesser von 25 mm und einer
Spulenlänge von 34 mm ergaben bei einem Wasserdurchlauf von 0,5 Liter pro Minute und
100 W zugeführter elektrischer Verlustleistung eine Temperaturerhöhung gegenüber der
Kühlwassertemperatur von 30 K. Diese Messung wurde an einer leeren Spule mit Impulsen
im 10-Sekunden-Takt durchgeführt. Im praktischen Betrieb mit Umformung von
Werkstücken bei Annahme von 50% Leistungsverlust in der Spule kann im 10-Sekunden-
Takt mit 2 kJ gearbeitet werden. Bei einem Durchmesser des Werkstücks von 24 mm beträgt
der Spitzenwert der magnetische Flußdichte im Spalt zwischen Werkstück und Spule 18 T,
was einem magnetischen Druck von über 200 MPa entspricht.
Fig. 2 zeigt im Querschnitt eine Spule nach Anspruch 2. Sie dient zum Fügen eines nicht
scharfkantigen Rechteckrohres. Die Kupferwicklung 6 ist ebenfalls aus
glasfaserumsponnenem Rechteckdraht gewickelt. Das metallische Hohlprofil 7 besitzt in
diesem Fall zwei Längsschlitze 8a, 8b und ist somit zweigeteilt. An der Innenseite und in den
Längsschlitzen 8a, 8b ist das Hohlprofil 7 ebenfalls mit Kaptonfolie belegt. Das geteilte
Hohlprofil 7 ist mit Kevlargarn umwickelt, wodurch die beiden Teile des Hohlprofils gegen
die Spulenwicklung 6 gedrückt werden. Die Schlitze 8a und 8b sind beim Wickeln des
Kevlargarns mit Keramikpulver und noch flüssigem Gießharz ausgefüllt; das Kevlargarn wird
schon beim Wickeln mit Gießharz getränkt. Die getränkte Kevlarwicklung stellt die
Armierung 9 dar. Wegen ihrer Dickwandigkeit können die beiden Teile des Hohlprofils
jeweils mit einer kleinen Bohrung in Längsrichtung für Flüssigkeitskühlung versehen werden.
Neben der Kühlmöglichkeit hat die Metalleinlage unter der Armierung den Vorteil, daß sie
wegen ihrer Steifigkeit als starres Stützgehäuse für Mehrwindungsspulen benutzt werden
kann und damit auch Mehrwindungsspulen mit nicht kreisförmigem Querschnitt realisiert
werden können, wie das Ausführungsbeispiel in Fig. 2 zeigt.
In dem Ausführungsbeispiel in Fig. 2 ist die Spulenwicklung von einem eng anliegenden
metallischen Stützgehäuse umgeben, wobei sich zwischen Spulenwicklung und Stützgehäuse
eine druckfeste Isolierschicht befindet und das Stützgehäuse so ausgebildet ist, daß ein
Ringstrom in ihm verhindert wird. Das Stützgehäuse besteht aus zwei Teilen, die auf sehr
einfache Weise durch Umwickeln mit der Faser hoher Zugfestigkeit zusammengepreßt
werden.
Der wesentliche Vorteil der Erfindung ist, daß armierte Mehrwindungsspulen gekühlt werden
können, so daß sie als Werkzeug in der industriellen Fertigung mit einer Taktzeit von
weniger als 10 Sekunden geeignet sind. Die zur Kühlung in die Armierung eingebrachten
Metallteile können außerdem als Stützgehäuse für Spulenwicklungen benutzt werden,
wodurch der Bau von Mehrwindungsspulen mit nicht kreisförmigem Querschnitt ermöglicht
wird.
Claims (2)
1. Mehrwindungsspule zur Erzeugung starker Magnetfeldimpulse oberhalb von 15 Tesla, die
mit einer elektrisch nicht leitenden Faser hoher Zugfestigkeit armiert ist, dadurch
gekennzeichnet, daß in die Armierung eine die Wärme ableitende Metalleinlage eingefügt ist,
wobei diese Metalleinlage so ausgebildet ist, daß Ringströme vermieden werden.
2. Mehrwindungsspule nach Anspruch 1, mit nicht kreisförmigem, insbesondere mit
rechteckigem Querschnitt, bei der die Metalleinlage ein Hohlprofil mit mindestens einem
Längsschlitz ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Hohlprofil als biegefestes Stützgehäuse
ausgebildet ist, die Drahtwicklung außen eng umschließt und den nicht kreisförmigen
Spulenquerschnitt gegen Verformung durch den starken magnetischen Druck sichert.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE2000120708 DE10020708C2 (de) | 2000-04-27 | 2000-04-27 | Mehrwindungsspule zur Erzeugung starker Magnetfeldimpulse |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE2000120708 DE10020708C2 (de) | 2000-04-27 | 2000-04-27 | Mehrwindungsspule zur Erzeugung starker Magnetfeldimpulse |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE10020708A1 DE10020708A1 (de) | 2001-11-08 |
DE10020708C2 true DE10020708C2 (de) | 2003-07-10 |
Family
ID=7640146
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE2000120708 Expired - Fee Related DE10020708C2 (de) | 2000-04-27 | 2000-04-27 | Mehrwindungsspule zur Erzeugung starker Magnetfeldimpulse |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE10020708C2 (de) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE10304606B3 (de) | 2003-02-05 | 2004-06-03 | Magnet-Physik Dr. Steingroever Gmbh | Transformator zur Erzeugung hoher elektrischer Ströme |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3124726A (en) * | 1964-03-10 | Howland | ||
US4933657A (en) * | 1988-08-08 | 1990-06-12 | Kanazawa University | Eddy current type multilayered coil for generating intense AC magnetic field |
DE4335935A1 (de) * | 1993-10-21 | 1995-04-27 | Beerwald Hans | Mehrwindungsspule zur Erzeugung starker Magnetfeldimpulse |
DE4436615A1 (de) * | 1994-10-13 | 1996-04-18 | Steingroever Magnet Physik | Vorrichtung mit Hochstromschleife und Verfahren für die magnetische Verformung von Metallteilen |
-
2000
- 2000-04-27 DE DE2000120708 patent/DE10020708C2/de not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3124726A (en) * | 1964-03-10 | Howland | ||
US4933657A (en) * | 1988-08-08 | 1990-06-12 | Kanazawa University | Eddy current type multilayered coil for generating intense AC magnetic field |
DE4335935A1 (de) * | 1993-10-21 | 1995-04-27 | Beerwald Hans | Mehrwindungsspule zur Erzeugung starker Magnetfeldimpulse |
DE4436615A1 (de) * | 1994-10-13 | 1996-04-18 | Steingroever Magnet Physik | Vorrichtung mit Hochstromschleife und Verfahren für die magnetische Verformung von Metallteilen |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE10020708A1 (de) | 2001-11-08 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE2736091C3 (de) | Umlaufende elektrische Maschine mit supraleitendem Rotor | |
DE60126671T2 (de) | Gekühlte induktionsheizspule | |
CH641911A5 (de) | Supraleitendes kabel. | |
DE10131119A1 (de) | Elektromotor mit Kühlschlange | |
DE2619870A1 (de) | Elektromagnetisches durchfluss-mengenmessgeraet | |
EP1869757A1 (de) | Primärteil eines linearmotors und linearmotor hiermit | |
DE3530055A1 (de) | Elektromagnetischer flussmesser | |
DE10020708C2 (de) | Mehrwindungsspule zur Erzeugung starker Magnetfeldimpulse | |
DE60125577T2 (de) | Metallüberzug für einen anschluss eines dickschicht-heizelementes | |
DE102011007334A1 (de) | Flüssigkeitsgekühlte induktive Komponente | |
EP3916364B1 (de) | Magnetkreisvorrichtung für ein magnetisch-induktives durchflussmessgerät und verfahren zur fertigung einer magnetkreisvorrichtung | |
EP0106958B1 (de) | Elektrodynamische Pumpe | |
DE102014114451A1 (de) | Elektrische Maschine | |
DE102014017857B3 (de) | Anordnung elektrischer Leiter und Verfahren zur Herstellung einer Anordnung elektrischer Leiter | |
DE1514708A1 (de) | Fluessigkeitsgekuehlte Magnetspule | |
DE4301944C2 (de) | Kabelverbindung für supraleitende Kabel | |
DE1111311B (de) | Vorrichtung zum Erwaermen von stroemenden Medien, vorzugsweise aktiven Gasen oder Fluessigkeiten, bei der ein elektrisch beheizbarer, gedichteter Graphitkoerper Bohrungen oder Kanaele zum Durchleiten der Gase oder Fluessigkeiten aufweist | |
EP1808869A2 (de) | Elektromagnet aus temperaturbeständigem Material | |
DE102012103797A1 (de) | Flüssigkeitsgekühlter Widerstand | |
DE3743222C2 (de) | ||
DE19636216C2 (de) | Vorrichtung und Verfahren zur Erhitzung von Werkstücken | |
DE909013C (de) | Vorrichtung zur Waermebehandlung von Werkstuecken, insbesondere von Rohren, aus magnetisierbaren Werkstoffen mittels eines magnetischen Frequenzstromfeldes | |
DE1598606C3 (de) | Vorrichtung zur Erfassung von Gasblasen in strömenden Flüssigmetallen | |
WO2000018190A2 (de) | Induktor zur erzeugung eines elektromagnetischen wechselfeldes | |
DE1553086C3 (de) | Lineare Drehstrom-Induktionspumpe zum Umwälzen elektrisch leitender Flüssigkeiten bei hoher Temperatur |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
8304 | Grant after examination procedure | ||
8364 | No opposition during term of opposition | ||
8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |