DE102013111266A1

DE102013111266A1 - Spulenvorrichtung und Reparaturverfahren für ein Formteil

Info

Publication number: DE102013111266A1
Application number: DE201310111266
Authority: DE
Inventors: Markus Kaden; Marvin Schneider
Original assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Current assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Priority date: 2013-10-11
Filing date: 2013-10-11
Publication date: 2015-04-16

Abstract

Spulenvorrichtung, umfassend mindestens eine stromtragende Hochfrequenzlitze (18) und einen Träger (12) für die mindestens eine Hochfrequenzlitze (18), wobei der mindestens eine Träger (12) ein Maschennetz (14) ist und wobei die mindestens Hochfrequenzlitze (18) über einen oder mehrere Haltefäden (46), welche an der mindestens einen Hochfrequenzlitze (18) und Stegen (16) des Maschennetzes (14) anliegen, gehalten ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Spulenvorrichtung, umfassend mindestens eine stromtragende Hochfrequenzlitze und einen Träger für die mindestens eine Hochfrequenzlitze.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Reparaturverfahren für ein Formteil aus einem Kunststoffmaterial, bei dem ein Reparaturteil aus einem Kunststoffmaterial auf einem Reparaturbereich des Formteils aufgelegt wird und durch Einbringung von Wärme das Reparaturteil mit dem Reparaturbereich des Formteils verbunden wird.
Aus der DE 10 2011 076 463 A1 ist ein Reparaturverfahren für ein Formteil aus einem Kunststoffmaterial bekannt, bei dem ein Reparaturelement aus dem Kunststoffmaterial auf einen beschädigten Bereich des Formteils aufgebracht und durch Einwirkung von Wärme mit diesem stoffschlüssig verbunden wird. Die Wärme wird mittels eines passiven Heizelements aus einem elektrisch leitenden Material erzeugt, indem das Heizelement mit einem magnetischen Wechselfeld beaufschlagt wird.
Aus der EP 0 271 250 ist eine Induktionsheizungsspule bekannt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Spulenvorrichtung der eingangs genannten Art bereitzustellen, welche variable Einsatzmöglichkeiten aufweist.
Diese Aufgabe wird bei der eingangs genannten Spulenvorrichtung erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der mindestens eine Träger einen Maschennetz ist und dass die mindestens eine Hochfrequenzlitze über einen oder mehrere Haltefäden, welche an der mindestens einen Hochfrequenzlitze und Stege des Maschennetzes anliegen, gehalten ist.
Durch das Maschennetz ist ein flexibler und insbesondere biegbarer Träger bereitgestellt. Dies ermöglicht es, die Spulenvorrichtung in ihrer geometrischen Flächengestalt zu modifizieren und beispielsweise in einer einfach oder mehrfach gekrümmten Flächengestalt auszubilden.
Die Stege der Maschen stellen Anlageelemente zur Fixierung der mindestens einen Hochfrequenzlitze über einen oder mehrere Haltefäden bereit. Dadurch lässt sich auf einfache Weise eine sichere Fixierung der mindestens einen Hochfrequenzlitze an dem Maschennetz erreichen. Die Fixierung lässt sich dabei wiederum so ausbilden, dass eine Anpassung der geometrischen Flächengestalt möglich ist.
Es lässt sich so auf einfache Weise eine biegbare Spulenvorrichtung und insbesondere Flächeninduktionsheizvorrichtung bereitstellen.
Insbesondere sind die Maschen des Maschennetzes zwischen Stegen des Maschennetzes gebildet. Die Stege können als Anlageelement für den mindestens einen Haltefaden dienen. Durch die Maschen hindurch kann ein Haltefaden durchgetaucht werden, um Halteschleifen zu bilden.
Ganz besonders vorteilhaft ist es, wenn die mindestens eine Hochfrequenzlitze über den mindestens einen Haltefaden mit dem Maschennetz vernäht ist. Dadurch lässt sich auf einfache Weise eine Wicklung an dem Maschennetz herstellen und fixieren.
Günstig ist es, wenn das Maschennetz eine erste Seite und eine der ersten Seite gegenüberliegende zweite Seite aufweist, wobei die mindestens eine Hochfrequenzlitze an der zweiten Seite angeordnet ist, wobei insbesondere mindestens 80 % und vorzugsweise mindestens 90 % der mindestens einen Hochfrequenzlitze bezogen auf ihre Gesamtlänge an der zweiten Seite angeordnet ist. Dadurch lässt sich ein größter Teil einer Wicklung der Hochfrequenzlitze an nur einer Seite des Maschennetzes anordnen. Dadurch lässt sich auf einfache Weise eine Flachspule realisieren, um insbesondere eine Heizspule zu realisieren.
Es kann vorgesehen sein, dass an der ersten Seite mindestens eine Magnetflusskonzentratorlage angeordnet ist, wobei insbesondere die mindestens eine Magnetflusskonzentratorlage flexibel ausgebildet ist. Dadurch lässt sich eine Flusskonzentration auf ein Vorfeld vor der zweiten Seite realisieren, um beispielsweise eine effektive Heizspule zu realisieren.
Ferner können eine erste äußere elektrische Isolierlage und eine zweite äußere elektrische Isolierlage vorgesehen sein, zwischen welchen das Maschennetz positioniert ist, wobei insbesondere die erste äußere elektrische Isolierlage und die zweite äußere elektrische Isolierlage flexibel ausgebildet sind. Es lässt sich dadurch eine kompakt aufgebaute Spulenvorrichtung realisieren, welche gegenüber der Umgebung geschützt ist.
Konstruktiv günstig ist es, wenn das Maschennetz ein textiles Gebilde ist. Insbesondere ist es aus einem elektrisch nicht leitenden Material hergestellt.
Ganz besonders vorteilhaft ist es, wenn das Maschennetz biegbar ist. Dadurch lässt sich die Spulenvorrichtung in eine variable geometrische Flächengestalt bringen, wobei diese Flächengestalt beispielsweise einfach oder mehrfach gekrümmt ist oder beispielsweise auch eine oder mehrere Kanten aufweisen kann.
Bei einem Ausführungsbeispiel sind Maschen des Maschennetzes rechteckförmig oder quadratisch. Ein solches Maschennetz lässt sich auf einfache Weise herstellen.
Es ist eine Hochfrequenzquelleneinrichtung vorgesehen, an welcher die mindestens eine Hochfrequenzlitze angeschlossen ist. Die Hochfrequenzquelleneinrichtung stellt das entsprechende elektromagnetische Wechselfeld bereit, über welches beispielsweise eine Induktionsheizung realisierbar ist.
Die Spulenvorrichtung ist insbesondere ausgebildet als Flächeninduktionsheizvorrichtung. Es lässt sich dadurch definiert Wärme einbringen, wobei die Form der Wärmequelle geometrisch anpassbar ist.
Die mindestens eine Hochfrequenzlitze ist in einer Flachwicklung an dem Maschennetz angeordnet. Dadurch lässt sich auf effektive Weise eine Flächeninduktionsheizvorrichtung realisieren.
Bei dem eingangs genannten Reparaturverfahren lässt sich eine erfindungsgemäße Spulenvorrichtung auf vorteilhafte Weise verwenden, wobei die Spulenvorrichtung in ihrer geometrischen Form an den Reparaturbereich und/oder das Reparaturteil angepasst wird.
Es lassen sich so Reparaturen an Formteilen auch mit komplexer und insbesondere einfach oder mehrfach gekrümmter geometrischer Gestalt durchführen.
Insbesondere ist der Reparaturbereich und/oder das Reparaturteil einfach oder mehrfach gekrümmt und das Maschennetz der Spulenvorrichtung und damit die gesamte Spulenvorrichtung wird angepasst gekrümmt. Es lässt sich dadurch eine optimierte Wärmeinbringung erreichen.
Die nachfolgende Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen dient im Zusammenhang mit den Zeichnungen der näheren Erläuterung der Erfindung. Es zeigen:
1 eine schematische Draufsicht auf ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Spulenvorrichtung;
2 eine Schnittansicht längs der Linie 2-2 gemäß 1;
3 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Hochfrequenzlitze;
4 ein Ausführungsbeispiel einer ersten geometrischen Gestalt der Spulenvorrichtung; und
5 ein zweites Ausführungsbeispiel einer geometrischen Gestalt.
Ein Ausführungsbeispiel einer Spulenvorrichtung, welches in den 1 und 2 dargestellt und dort mit 10 bezeichnet ist, umfasst einen Träger 12. Dieser Träger 12 ist als Maschennetz 14 ausgebildet.
Das Maschennetz ist beispielsweise ein textiles Gebilde, wie ein Gewebe oder Gewirke.
Das Maschennetz 14 umfasst Stege 16, welche beispielsweise aus einem Fadenmaterial hergestellt sind. Die Stege begrenzen Maschen 17. Die Maschen 17 des Maschennetzes 14 sind insbesondere rechteckförmig oder quadratisch.
Das Maschennetz 14 ist als Ganzes biegbar.
An dem Maschennetz 14 ist eine stromtragende Hochfrequenzlitze 18 angeordnet.
Die Hochfrequenzlitze 18 dient zum Tragen eines hochfrequenten Wechselstroms. Die Hochfrequenzlitze 18 ist ein Drahtbündel 20 von Einzeldrähten 22, welche jeweils durch eine Isolierung 24 gegeneinander elektrisch isoliert sind. Es lässt sich dadurch effektiv eine Vergrößerung des am Stromfluss beteiligten Querschnitts im Vergleich zu einem Volldraht erreichen, wobei der Einfluss des Skin-Effekts reduziert ist. Ferner wird die Ladungsträger-Verdrängung an eine Seite des entsprechenden Leiters durch das Magnetfeld einer daraus hergestellten Spule verringert (Proximity-Effekt).
Das Drahtbündel 20 ist bei einer Ausführungsform in einer Umhüllung 26 angeordnet, welche insbesondere mehrlagig ist.
Der Spulenvorrichtung 10 ist eine Hochfrequenzquelleneinrichtung 28 zugeordnet (1). Alle Einzeldrähte 22 des Drahtbündels 20 sind mit entsprechenden Anschlüssen 30a, 30b der Hochfrequenzquelleneinrichtung 28 elektrisch wirksam verbunden.
Die Hochfrequenzquelleneinrichtung 28 dient zur Erzeugung eines hochfrequenten elektromagnetischen Wechselfelds, mit welchem die Hochfrequenzlitze 18 beaufschlagt wird. Die Frequenz liegt bei mindestens 20 kHz und liegt typischerweise bei ca. 150 kHz.
Die Hochfrequenzquelleneinrichtung 28 umfasst eine elektronische Schalteinrichtung zur Erzeugung des entsprechenden Wechselfelds, wenn die primäre elektrische Quelle eine Gleichstromquelle ist.
Die Hochfrequenzlitze 18 ist ein linearbiegeflexibles Kabel.
Das Maschennetz 14 hat eine erste Seite 32 und eine der ersten Seite gegenüberliegende zweite Seite 34 (2). Die Hochfrequenzlitze 18 ist ausschließlich oder zum größten Teil an der zweiten Seite 34 angeordnet.
Bei dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel hat die Hochfrequenzlitze 18 ein erstes Ende 36, welches elektrisch an den Anschluss 30a angeschlossen ist, und ein zweites Ende 38, welches elektrisch an den Anschluss 30b angeschlossen ist. Das erste Ende 36 ist an der zweiten Seite 34 des Maschennetzes 14 angeordnet.
Das zweite Ende 38 ist an einem Bereich 40 der Hochfrequenzlitze 18 angeordnet. Dieser Bereich 40 kann, wenn ein Überlapp von Bereichen des Hochfrequenzlitze 18 übereinander vermieden werden soll, an der ersten Seite 32 positioniert sein.
Mindestens 80 % der Länge der Hochfrequenzlitze 18 bezogen auf die Gesamtlänge der Hochfrequenzlitze 18 sind an der zweiten Seite 34 des Maschennetzes 14 angeordnet.
Die Hochfrequenzlitze 18 ist an dem Maschennetz 14 als Flachspule positioniert. Sie weist beispielsweise eine spiralförmige Anordnung auf.
Die Hochfrequenzlitze 18 schließt einen Flächenbereich 42 ein, wobei in dem Flächenbereich 42 Windungen der Hochfrequenzlitze 18 liegen.
Eine Windungsachse 44 der Hochfrequenzlitze 18 liegt quer und insbesondere senkrecht zu dem Maschennetz 14.
Die Hochfrequenzlitze 18 ist über einen oder mehrere Haltefäden 46 an dem Maschennetz 14 gehalten. Ein Haltefaden 46 liegt dabei an der Hochfrequenzlitze 18 und an einem Steg 16 des Maschennetzes 14 an und liegt dabei in Gegenrichtungen an, um eine Fixierung der Hochfrequenzlitze 18 über den oder die Haltefäden 46 an dem Maschennetz 14 zu erhalten.
Die Hochfrequenzlitze 18 ist über den oder die Haltefäden 46 an das Maschennetz 14 angenäht.
Bei einem Ausführungsbeispiel ist ein Haltefaden 46 vorgesehen, welcher an der Hochfrequenzlitze 18 anliegt, durch Maschen 17 durchgeführt ist und an einer der Hochfrequenzlitze 18 abgewandten Seite der Steg 18 wiederum anliegt. Der Haltefaden 18 verläuft zickzackförmig oder mäanderförmig.
Bei einem Ausführungsbeispiel ist an der ersten Seite 32 des Maschennetzes 14 eine Magnetflusskonzentratorlage 48 angeordnet. Diese Magnetflusskonzentratorlage 48, welcher aus einem Material mit entsprechender magnetischer Permeabilität hergestellt ist, dient dazu, den Magnetfluss, welcher beim Betrieb der Spulenvorrichtung 10 erzeugt wird, in ein Vorfeld vor der zweiten Seite 34 zu konzentrieren.
Es kann ferner eine erste äußere elektrische Isolierlage 50 vorgesehen sein und eine entsprechende zweite äußere elektrische Isolierlage 52. Diese äußeren elektrischen Isolierlagen 50 und 52 bilden die Oberfläche der Spulenvorrichtung 10. Zwischen diesen ist das Maschennetz 14 mit daran angeordneter Hochfrequenzlitze 18 und gegebenenfalls der Magnetflusskonzentratorlage 48 angeordnet.
Die äußeren elektrischen Isolierlagen 50, 52 sind beispielsweise aus einem Silikonmaterial hergestellt.
Die äußeren elektrischen Isolierlagen 50, 52 und die Magnetflusskonzentratorlage 48 sind flexibel ausgestaltet.
Das Maschennetz 14 ist biegsam. Die Hochfrequenzlitze 18 ist mit dem Maschennetz 14 biegbar. Die Verbindung der Hochfrequenzlitze 18 mit dem Maschennetz 14 über den oder die Haltefäden 46 ermöglicht die Biegbarkeit.
Die Spulenvorrichtung 10 kann in unterschiedliche geometrische Formen gebracht werden, wie in 4 und 5 angedeutet. Es ist beispielsweise eine einfache Krümmung oder mehrfache Krümmung möglich.
Die Spulenvorrichtung 10 ist als Flächeninduktionsheizvorrichtung ausgebildet. Durch diese ist ein entsprechendes elektromagnetisches Feld emittierbar, welches insbesondere eine Intensitätsverteilung in dem Vorfeld vor der zweiten Seite 34 hat, welche beispielsweise glockenförmig ist und durch welche eine Induktionsheizung realisierbar ist.
Die Lage der Hochfrequenzlitze 18 an dem Maschennetz 14 bestimmt dabei die Feldausbildung.
Durch die Biegbarkeit der Spulenvorrichtung 10 lässt sich die geometrische Gestalt für eine Flächenbeheizung einstellen. Es lässt sich dadurch gewissermaßen eine Heizfläche bereitstellen, welche an eine Anwendung anpassbar ist und insbesondere auch an eine einfach oder mehrfach gekrümmte Fläche einer Anwendung anpassbar ist.
Ein Anwendungsverfahren ist ein Reparaturverfahren für ein Formteil aus einem Kunststoffmaterial. Das Kunststoffmaterial kann faserverstärkt oder nicht faserverstärkt sein.
Bei einem solchen Verfahren, wie es beispielsweise in der DE 10 2011 076 463 A1 beschrieben ist, auf die ausdrücklich Bezug genommen wird, wird ein Reparaturelement aus einem Kunststoffmaterial (welches das gleiche Material wie das des Formteils sein kann oder ein anderes Material sein kann) auf einen beschädigten Bereich des Formteils aufgelegt und durch Einwirkung von Wärme wird eine stoffschlüssige Verbindung erreicht.
Erfindungsgemäß ist es dann vorgesehen, dass dazu die Spulenvorrichtung 10 verwendet wird. Die Spulenvorrichtung 10 wird dabei in ihrer geometrischen Gestalt über das Maschennetz 14 an die Gestalt des Reparaturbereichs des Formteils und/oder die geometrische Gestalt des Reparaturelements angepasst, um eine optimierte Wärmeinbringung zu ermöglichen. Es ist dadurch eine Reparatur auch an geometrisch komplizierten Bauteilen möglich, bei denen ein Reparaturbereich insbesondere eine einfach oder mehrfach gekrümmte geometrische Gestalt hat.
Erfindungsgemäß wird eine in seiner geometrischen Gestalt variable Spulenvorrichtung bereitgestellt. Insbesondere wird eine in ihrer geometrischen Gestalt variable Flächeninduktionsheizvorrichtung bereitgestellt.
Bezugszeichenliste

10: Spulenvorrichtung
12: Träger
14: Maschennetz
16: Stege
17: Masche
18: Hochfrequenzlitze
20: Drahtbündel
22: Einzeldraht
24: Isolierung
26: Umhüllung
28: Hochfrequenzquelleneinrichtung
30a, b: Anschluss
32: Erste Seite
34: Zweite Seite
36: Erstes Ende
38: Zweites Ende
40: Bereich
42: Flächenbereich
44: Windungsachse
46: Haltefaden
48: Magnetflusskonzentratorlage
50: Erste äußere elektrische Isolierlage
52: Zweite äußere elektrische Isolierlage

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102011076463 A1 [0003, 0061]
EP 0271250 [0004]

Claims

Spulenvorrichtung, umfassend mindestens eine stromtragende Hochfrequenzlitze (18) und einen Träger (12) für die mindestens eine Hochfrequenzlitze (18), dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Träger (12) ein Maschennetz (14) ist und dass die mindestens Hochfrequenzlitze (18) über einen oder mehrere Haltefäden (46), welche an der mindestens einen Hochfrequenzlitze (18) und Stegen (16) des Maschennetzes (14) anliegen, gehalten ist.
Spulenvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Maschen (17) des Maschennetzes (14) zwischen Stegen (16) des Maschennetzes (14) gebildet sind.
Spulenvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Hochfrequenzlitze (18) über den mindestens einen Haltefaden (46) mit dem Maschennetz (14) vernäht ist.
Spulenvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Maschennetz (14) eine erste Seite (32) und eine der ersten Seite (32) gegenüberliegende zweite Seite (34) aufweist, wobei die mindestens eine Hochfrequenzlitze (18) an der zweiten Seite (34) angeordnet ist, wobei insbesondere mindestens 80 % der mindestens einen Hochfrequenzlitze (18) bezogen auf ihre Gesamtlänge an der zweiten Seite (34) angeordnet sind.
Spulenvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass an der ersten Seite mindestens eine Magnetflusskonzentratorlage (48) angeordnet ist, wobei insbesondere die mindestens eine Magnetflusskonzentratorlage (48) flexibel ausgebildet ist.
Spulenvorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, gekennzeichnet durch eine erste äußere elektrische Isolierlage (50) und eine zweite äußere elektrische Isolierlage (52), zwischen welchen das Maschennetz (14) positioniert ist, wobei insbesondere die erste äußere elektrische Isolierlage (50) und die zweite äußere elektrische Isolierlage (52) flexibel ausgebildet sind.
Spulenvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Maschennetz (14) ein textiles Gebilde ist.
Spulenvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Maschennetz (14) biegbar ist.
Spulenvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Maschen (17) des Maschennetzes (14) rechteckförmig oder quadratisch sind.
Spulenvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Hochfrequenzquelleneinrichtung (28), an welcher die mindestens eine Hochfrequenzlitze (18) angeschlossen ist.
Spulenvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Ausbildung als Flächeninduktionsheizvorrichtung.
Spulenvorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Hochfrequenzlitze (18) in einer Flachwickelung an dem Maschennetz (14) angeordnet ist.
Reparaturverfahren für ein Formteil aus einem Kunststoffmaterial, bei dem ein Reparaturteil aus einem Kunststoffmaterial auf einem Reparaturbereich des Formteils aufgelegt wird und durch Einbringung von Wärme das Reparaturteil mit dem Reparaturbereich des Formteils verbunden wird, wobei die Wärme mit einer Spulenvorrichtung gemäß einem der vorangehenden Ansprüche eingebracht wird und die Spulenvorrichtung in ihrer geometrischen Form an den Reparaturbereich und/oder das Reparaturteil angepasst wird.
Reparaturverfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Reparaturbereich und/oder das Reparaturteil einfach oder mehrfach gekrümmt ist und das Maschennetz der Spulenvorrichtung angepasst gekrümmt wird.