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Die vorliegende Erfindung betrifft
eine Transformatorspule. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung
eine Transformatorspule mit Flusskonzentrator zur Erzeugung hoher
magnetischer Flussdichten, wie sie beispielsweise zur Materialverformung oder
zur Herstellung von Verbindungselementen, beispielsweise durch Aufpressen,
Stauchen, Formen oder dergleichen, benötigt werden.
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Spulen werden in der Industrie vermehrt
eingesetzt, beispielsweise zur Materialverformung. Mit neuen Technologien
können
die zur Erzeugung hoher magnetischer Flussdichten nötigen Energien
geschaltet und bereitgestellt werden. Dabei kommt Transformatorspulen
mit Flusskonzentrator größere Bedeutung
zu, da sie beispielsweise eine höhere
mechanische Stabilität
aufweisen.
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Beim elektrischen Anschluss von Spulen
gehen vom Übergang
vom Leitungssystem zur Spule elektrische und magnetische Störfelder
aus, die insbesondere beim Schalten hoher Energien, etwa im industriellen
Einsatz, größere Probleme
aufwerfen.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung
ist es, eine Transformatorspule zu schaffen, insbesondere eine Transformatorspule
mit Flusskonzentrator, mit der hohe magnetische Flussdichten bei
vergleichsweise geringen elektromagnetischen Störfeldern erzeugt werden können.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch
eine Transformatorspule mit den Merkmalen nach Patentanspruch 1.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der rückbezogenen
Unteransprüche.
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Die vorliegende Erfindung geht aus
von einer Transformatorspule, die einen leitenden Grundkörper und
zumindest einen Leiter einer Primärwicklung umfasst, der jeweils
elektrisch zu dem leitenden Grundkörper isoliert ist und wenigstens
einmal umläuft,
um eine Primärwicklung
auszubilden. Erfindungsgemäß ist ein
Ende des jeweiligen Leiters der Primärwicklung leitend mit dem Grundkörper verbunden,
so dass ein Strompfad der Primärwicklung über den Grundkörper geschlossen
wird. Vorteilhaft ist, dass diese Auslegung der Transformatorspule
eine koaxiale Anschlusstechnik ermöglicht, bei der der Leiter
eines Koaxialkabels mit dem Leiter der Primärwicklung verbunden wird und
bei der die Abschirmung eines Koaxialkabels über einen üblichen Anschlussstecker mit
dem als Rückleiter
dienenden Grundkörper
verbunden werden kann. Dies möglicht
eine Minimierung elektromagnetischer Störfelder, die im Stand der Technik
vom Übergang
vom Leitungssystem zur Spule ausgehen. Erfindungsgemäße Transformatorspulen
zeichnen sich deshalb durch eine ausgezeichnete EMV (elektromagnetische
Verträglichkeit) aus.
Vorteilhaft ist auch, dass eine koaxiale Anschlusstechnik in einfacher
Weise beliebige Reihen- und Parallelschaltungen von Transformatorspulen
ermöglicht.
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Bevorzugt ist der jeweilige Leiter
der Primärwicklung
so in den Grundkörper
eingesetzt, dass der Grundkörper
den Leiter allseitig umgibt. Zur elektrischen Isolation gegenüber dem
elektrisch leitenden Grundkörper
ist der Leiter der Primärwicklung
somit von einer Isolation umgeben. Bei dieser Ausführungsform
können
beispielsweise geeignet geformte Vertiefungen, Rillen oder dergleichen
in dem Grundkörper
ausgebildet sein, in die der Leiter eingesetzt wird. Oder der Leiter
der Primärwicklung
wird in geeigneter Form auf einer Hälfte des Grundkörpers aufgedampft
oder in anderer Weise stoffschlüssig
mit diesem verbunden, wobei die Hälfte dann von einer zweiten
Hälfte
des Grundkörpers
abgeschlossen wird, um zu gewährleisten,
dass die Primärwicklung allseitig
von dem Grundkörper
umgeben ist. Bei dieser Ausführungsform
wirkt der Grundkörper
nicht nur als Teil des Strompfades der Primärwicklung sondern bildet gleichzeitig
die Sekundärwicklung
aus. Dies erhöht
die Kopplung zwischen Primär-
und Sekundärwicklung
und erhöht
damit den Wirkungsgrad der Transformatorspule vorteilhaft. Gleichzeitig
dient der Grundkörper
der mechanischen Abstützung
der Primärwicklung,
so dass erfindungsgemäß eine vorteilhaft
hohe mechanische Stabilität
und Standfestigkeit der Transformatorspule gewährleistet werden kann. Die
Wandstärke
der als Sekundärwicklung
dienenden Abschnitte des Grundkörpers
ist bevorzugt so bemessen, dass sie zumindest so groß ist wie
die durch den Skin-Effekt vorgegebene Eindringtiefe des elektrischen
Wechselstromes in die als Sekundärwicklung
dienenden Abschnitte des Grundkörpers. Die
in die Berechnung der Eindringtiefe eingehende Frequenz wird dabei
bevorzugt durch die Induktivität der
Transformatorspule selbst und durch Kapazitäten in der verwendeten elektronischen
Schaltung gegeben.
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Die Primärwicklung der Transformatorspule lässt sich
in besonders einfacher Weise ausbilden, wenn der Grundkörper zumindest
zweiteilig ausgebildet ist, wobei die Primärwicklung in zumindest einer Hälfte des
Grundkörpers
ausgebildet ist, beispielsweise in zumindest eine dort ausgebildete
Vertiefung eingesetzt ist, auf die Hälfte aufgedampft ist, mit dieser
stoffschlüssig
verbunden ist oder dergleichen. Durch Aufsetzen der bevorzugt als
passendes Gegenstück
ausgebildeten zweiten Hälfte
des Grundkörpers
kann der Grundkörper
so zusammen gefügt werden,
dass dieser die Primärwicklung
allseitig umgibt.
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Um den Strompfad der Primärwicklung
in einfacher Weise zu schließen,
ist bevorzugt ein Ende des Leiters der Primärwicklung nicht isoliert und
mit zumindest einer Hälfte
des Grundkörpers
in geeigneter Weise verbunden. Grundsätzlich kommen als Verbindungstechnik
stoffschlüssige,
kraftschlüssige oder
formschlüssige
Verbindungen in Frage. Zur Vermeidung von Störfeldern ist auf einen besonderes
innigen Kontakt des Leiters der Primärwicklung mit dem Grundkörper zu
achten.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist
der Grundkörper
eine zentrale und sich axial erstreckende Öffnung auf, die bevorzugt kreisförmig ist, wobei
der Grundkörper
zur Konzentration der magnetischen Flussdichte zumindest einen sich
radial erstreckenden Schlitz aufweist, der sich ausgehend von der
zentralen Öffnung
bis zu einem Umfangsrand der Transformatorspule in radialer Richtung
erstreckt. Der dem Primärstrom
entgegen gerichtet fließende
Sekundärstrom,
der in dem als Sekundärwicklung
wirkenden Grundkörper
fließt,
wird somit am Radialschlitz umgelenkt in Richtung auf die zentrale Öffnung.
Der Sekundärstrom
fließt
dann entlang des Radialschlitzes zu der zentralen Öffnung,
fließt
dann entlang dem Rand der zentralen Öffnung zurück zu der anderen Seite des
Radialschlitzes und entlang von diesem in Richtung auf den Umfangsrand
der Transformatorspule. Somit umfließt der Sekundärstrom die
zentrale Öffnung
in engem Abstand, was die Erzeugung hoher magnetischer Flussdichten
in einfacher Weise ermöglicht.
Durch geeignete Formgebung der zentralen Öffnung lassen sich in vorteilhaft
einfacher Weise nahezu beliebige Feldverläufe bei vorteilhaft hohen magnetischen
Flussdichten erzielen.
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Die Flusskonzentration kann noch
weiter verstärkt
werden, wenn die Primärwicklung
so gewickelt ist, dass sie den Grundkörper in eine Mehrzahl von Sekundärwicklungssegmenten
unterteilt, so dass in jedem Sekundärwicklungssegment ein Sekundärstrom fließt, der
von dem radial laufenden Schlitz in Richtung auf die zentrale Öffnung umgelenkt
wird, wo sich die Mehrzahl von Sekundärströmen zu einem Gesamt-Sekundärstrom addieren,
der einem Vielfachen des Sekundärstromes
in einem einzelnen Sekundärstromsegment
entspricht. Zu diesem Zweck überbrückt die
Primärwicklung
jeweils den sich radial erstreckenden Schlitz. Weil der Leiter der
Primärwicklung
elektrisch von dem Grundkörper isoliert
ist, werden die Sekundärwicklungssegmente in
den Überbrückungsbereichen
nicht durch die Primärwicklung
kurzgeschlossen. Die Breite des Schlitzes wird bevorzugt möglichst
niedrig gewählt,
um einerseits eine ausreichende mechanische Abstützung der Primärwicklung
zu gewährleisten
und um andererseits elektrische Überschläge zwischen
den beiden Seiten des Schlitzes gerade noch zu verhindern.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist
ein Anschlussabschnitt zur elektrischen Versorgung der Primärwicklung
auf einer dem Schlitz diametral gegenüberliegenden Seite der zentralen Öffnung angeordnet.
Da sich der Sekundärstrom
entlang dem Schlitz und der zentralen Öffnung konzentriert, kann somit
der Anschlussabschnitt in einem Bereich der Transformatorspule angeordnet
werden in dem die elektromagnetischen Felder und die Ströme relativ
schwach sind. Vorteilhaft ist, dass elektromagnetische Störfelder
der Transformatorspule noch weiter reduziert werden können. Vorteilhaft
ist auch, dass sich bei geeigneter Positionierung des Anschlussabschnittes
elektromagnetische Störfelder, etwa
hervorgerufen durch die entlang des sich radial erstreckenden Schlitzes
fließenden
Sekundärströme, kompensiert
werden können.
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Bevorzugt ist der Anschlussabschnitt
für die Primärwicklung
in einem Abstand zu der zentralen Öffnung geordnet, der zumindest
dem einfachen, bevorzugter zumindest dem zweifachen und noch bevorzugter
zumindest dem dreifachen der Wandstärke eines Sekundärwicklungssegmentes
entspricht, wobei diese Wandstärke
bevorzugt durch die Eindringtiefe des Skin-Effektes bei den bestimmungsgemäßen Kreisfrequenzen
der Transformatorspule vorgegeben wird. Somit können elektromagnetische Störfelder
noch weiter verringert werden.
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Ganz besonders bevorzugt ist das
Ende des Leiters der Primärwicklung,
das zum Schließen
des Strompfads der Primärwicklung
elektrisch leitend mit dem Grundkörper verbunden ist, auf der
selben Seite der zentralen Öffnung
angeordnet wie der Anschlussabschnitt, d.h. ebenfalls auf der Gegenseite
des sich radial erstreckenden Schlitzes. Vorteilhaft ist, dass so die
Länge des
Strompfades der Primärwicklung
minimiert werden kann, was den Wirkungsgrad der Transformatorspule
noch weiter erhöht.
Außerdem können so
elektromagnetische Störfelder
noch weiter verringert werden.
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Grundsätzlich kann der Grundkörper auch mehr
als einen sich radial erstreckenden Schlitz aufweisen. Dabei ist
bevorzugt auf eine punktsymmetrische Anordnung der sich radial erstreckenden
Schlitze in Bezug auf die zentrale, sich axial erstreckende Öffnung zu
achten.
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Gemäß einem weiteren, auch unabhängig beanspruchbaren
Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung ist eine erfindungsgemäße Transformatorspule
durch einen Anschlussabschnitt für
die Primärwicklung
gekennzeichnet, der für
eine Verbindung der Primärwicklung
mit einem Koaxialkabel ausgelegt ist. Vorteilhaft ist, dass so eine
elektromagnetische Störfelder
weitestgehend verhindernde Anschlusstechnik in einfacher Weise realisiert
werden kann, wobei zum elektrischen Anschluss auf elektrische Standardkomponenten
zurückgegriffen
werden kann, wie sie aus der Hochfrequenztechnik bekannt sind.
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Bevorzugt umfasst der Anschlussabschnitt einen
in den Grundkörper
eingesetzten elektrischen Leiter, der elektrisch zu dem Grundkörper isoliert
ist und über
einen Verbindungsabschnitt elektrisch leitend mit dem Leiter der
Primärwicklung
verbunden ist, der bevorzugt allseitig von dem als Sekundärwicklung
dienenden Grundkörper
umgeben ist. Bevorzugt weist der in den Grundkörper eingelassene elektrische
Leiter einen Aufnahmeabschnitt zur Aufnahme eines Anschlusses der
koaxialen Anschlusstechnik oder eines Innenleiters eines Koaxialkabels auf.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist
die Primärwicklung
spiralförmig
und im wesentlichen in einer Ebene umlaufend ausgebildet, was insbesondere
die Fertigung der Transformatorenspule aus zwei Hälften ermöglicht.
Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf eine ebene Anordnung
der Primärwicklung
beschränkt.
Somit kann gemäß einer weiteren Ausführungsform
die Primärwicklung
auch schrauben- bzw. helixförmig
in Axialrichtung verlaufend ausgebildet sein.
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Grundsätzlich kann die als Primärspule wirkende
Primärwicklung
auch mehr als einen Leiter umfassen, der jeweils in der vorgenannten
Art in die Transformatorspule eingesetzt und angesteuert wird.
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Nachfolgend wird die Erfindung in
beispielhafter Weise und unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen
beschrieben werden, worin:
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1 eine
schematische Draufsicht auf eine Grundkörperhälfte einer erfindungsgemäßen Transformatorspule
darstellt; und
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2 in
einer Draufsicht und in einem Querschnitt schematisch den Leiter
der Primärwicklung mit
einem Anschlussabschnitt zur Verbindung der Primärwicklung mit einem Koaxialkabel
darstellt.
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In den Figuren bezeichnen identische
Bezugszeichen identische oder gleichwirkende Elemente und Funktionsgruppen.
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Die 1 zeigt
in einer schematischen Draufsicht eine Hälfte eines Grundkörpers einer
erfindungsgemäßen Transformatorspule 1.
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Der Grundkörper 2 ist im wesentlichen
kreisförmig
und ist aus einem elektrisch leitenden Material ausgebildet, beispielsweise
aus Kupfer, Aluminium, Legierungen oder dergleichen. Der Grundkörper 2 weist
eine zentrale, sich in axialer Richtung erstreckende Öffnung 9 auf,
die in Entsprechung zu der Primärwicklung 3 kreisförmig ausgebildet
ist, die jedoch grundsätzlich
auch beliebig anders geformt sein kann, beispielsweise elliptisch,
rechteckförmig,
trapezförmig
oder dergleichen. Von der zentralen Öffnung 9 ausgehend
erstreckt sich in radialer Richtung ein den Radius des Grundkörpers 2 überspannender Schlitz 10,
der die zentrale Öffnung 9 mit
dem Umfangsrand der Transformatorspule 1 verbindet. Die Spaltbreite
des Schlitzes 10 ist so gewählt, dass bei den zu erwartenden
elektrischen Feldstärken
Funkenüberschläge beim
bestimmungsgemäßen Einsatz
zuverlässig
verhindert werden können,
dass jedoch andererseits eine ausreichende mechanische Stabilität der in
den Grundkörper 2 eingesetzten
Primärwicklung 3 gewährleistet
werden kann.
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Wie in der 1 dargestellt, ist die Primärwicklung 3 spiralförmig gewickelt
und erstreckt sich von einem Anschlussabschnitt 4, der
der elektrischen Verbindung der Primärwicklung 3 mit einem
Anschlusskabel, beispielsweise einem Koaxialkabel dient, zu dem
Endabschnitt 5. Bei jedem Umlauf der Primärwicklung 3 um
die zentrale Öffnung 9 überbrückt die
Primärwicklung 3 den
Schlitz 10 in den Bereichen 11, so dass der Grundkörper 2 in
eine Mehrzahl von Sekundärwicklungssegmenten
Is1-Is3 unterteilt wird.
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Die Primärwicklung 3 besteht
aus einem elektrisch leitenden Material, das geeignet geformt und
dann in eine entsprechend ausgebildete Vertiefung, Rille oder dergleichen
des Grundkörpers 2 eingesetzt
wird. Bevorzugt ist die Primärwicklung 3 passgenau
zu der nicht dargestellten Vertiefung, Rille oder dergleichen in
dem Grundkörper 2 ausgebildet. Für eine noch
bessere mechanische Verbindung von Primärwicklung 3 und Grundkörper 2 können geeignete
weitere Maßnahmen
getroffen werden: Beispielsweise kann die Primärwicklung 3 stoffschlüssig, beispielsweise
durch Kleben, Löten
oder dergleichen, mit dem Grundkörper 2 verbunden
werden oder mittels nicht dargestellter Verbindungseinrichtungen,
beispielsweise Schrauben oder dergleichen, innig mit dem Grundkörper 2 verbunden
werden. Grundsätzlich
kann die Primärwicklung 3 auch
auf den Grundkörper 2 aufgesetzt
werden oder aufgedampft werden. Durch Aufsetzen einer nicht dargestellten
aber entsprechend ausgebildeten zweiten Hälfte des Grundkörpers wird
dann die Transformatorspule 1 vervollständigt, wobei die Primärwicklung 3 mechanisch
stabil zwischen den beiden Gehäusehälften 2 der
Transformatorspule 1 gehalten wird.
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Der Leiter 6 der Primärwicklung 3 ist
mittels einer Isolation 7 zu dem Grundkörper 2 elektrisch
isoliert. Zu diesem Zweck ist der vorteilhaft radialsymmetrisch
ausgebildete Leiter 6 allseitig von einer geeigneten Isolation 7 umgeben,
wie schematisch in der 2 dargestellt.
Grundsätzlich
kann die Primärwicklung 3 auch
mehrere Leiter 6 (nicht dargestellt) umfassen.
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An dem Endabschnitt 5 ist
der Leiter 6 der Primärwicklung 3 abisoliert
und elektrisch leitend mit dem Grundkörper 2 verbunden,
so dass über
den elektrisch leitenden Grundkörper 2 ein
Strompfad der Primärwicklung
geschlossen wird, nämlich
zwischen dem Endabschnitt 5 des Leiters 6 und
dem Anschlussabschnitt 4 der Primärwicklung 3, wie in
der 1 schematisch durch
den Pfeil Ip angedeutet, der den Strompfad der Primärwicklung 3 darstellt.
In dem Endbereich 5 ist auf einen ausreichenden elektrischen
Kontakt zwischen dem Leiter 6 der Primärwicklung 3 und dem
Grundkörper 2 zu
achten. Geeignete Maßnahmen
sind dem Fachmann beim Studium der vorliegenden Anmeldung ersichtlich.
Beispielsweise kann der Leiter 6 stoffschlüssig, beispielsweise durch
Hartlöten,
mit dem Grundkörper 2 verbunden werden.
Oder der Leiter 6 ist passgenau in eine in den beiden Hälften des
Grundkörpers 2 ausgebildete Vertiefung
(nicht dargestellt) eingelassen, so dass beim Verbinden der beiden
Grundkörperhälften 2 der Leiter 6 mechanisch
geklemmt wird, um einen elektrischen Kontakt zwischen Leiter 6 und
Grundkörper 2 zu
gewährleisten.
Dieser elektrische Kontakt kann durch weitere Maßnahmen, beispielsweise Einbringen
einer elektrisch leitenden Paste oder dergleichen, noch weiter verbessert
werden.
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Erfindungsgemäß ist somit die Primärwicklung 3 allseitig
von dem als Sekundärwicklung
dienenden elektrisch leitenden Grundkörper 2 umgeben, wobei
der Grundkörper
bzw. die Sekundärwicklung
gleichzeitig als Teil des Strompfades der Primärwicklung dient. Wird durch
Anlegen eines elektrischen Wechselstromes oder eines elektrischen
Impulses an die Primärwicklung 3 ein
Primärstrom
Ip angeregt, der wie in der 1 dargestellt
im Uhrzeigersinn von dem Anschlussabschnitt 4 zu dem Endbereich 5 und
von dort direkt zurück
zu dem Anschlussabschnitt 4 fließt, so werden in den Sekundärwicklungssegmenten
S1, S2, S3 ... des Grundkörpers 2 jeweils
Sekundärströme Is1,
Is2, Is3... induziert, die dem Primärstrom Ip entgegengerichtet,
d.h. gegen den Uhrzeigersinn, fließen. Die Sekundärströme Is erreichen
schließlich
den sich in radialer Richtung erstreckenden Schlitz 10,
werden von diesem in Richtung zur zentralen Öffnung 9 umgelenkt,
umfließen
diese, fließen
entlang der gegenüberliegenden Seite
des Schlitzes 10 zurück
zu dem Umfangsrand bzw. dem entsprechenden Sekundärwicklungssegment
des Grundkörpers 2,
um den Strompfad der Sekundärwicklung
zu schließen.
Somit addieren sich die Mehrzahl von Sekundärströmen Is bei der zentralen Öffnung 9 zu
einem Gesamt-Sekundärstrom,
der einem Vielfachen eines einzelnen Sekundärstromes Is1, Is2, Is3 ...
entspricht, entsprechend der Anzahl von Sekundärwicklungssegmenten S1, S2,
S3... Dies erhöht
die magnetische Flussdichte, die in der zentralen Öffnung 9 erzielt
werden kann. Aufgrund des vergleichsweise kleinen Durchmessers der
zentralen Öffnung 9 wird
die dort erzielbare magnetische Flussdichte noch weiter erhöht.
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Bei der Wahl der Stärke des
Grundkörpers 2 und
der Wandstärke
der einzelnen Sekundärwicklungssegmente
S1, S2, S3 ... ist darauf zu achten, dass diese zumindest der Eindringtiefe
entspricht, die durch den Skin-Effekt bei den normalen Betriebsfrequenzen
vorgegeben ist. In die dem Fachmann bekannte Beziehung für die Eindringtiefe
des Skin-Effektes geht neben dem spezifischen Widerstand des Materials
des Grundkörpers 2 auch
die Schwingfrequenz ein, die sich aus der Induktivität der Transformatorspule 1 und
der Kapazität
von in der elektronischen Schaltung vorhandenen Bauelementen und
Zuleitungen errechnet. Bei einer Schwingfrequenz von etwa 5 kHz
errechnet sich somit beispielsweise eine Mindestwandstärke des
Grundkörpers 2 bzw.
der Sekundärwicklungssegmente
von etwa 1 bis 1,5mm. Bevorzugter entspricht die Stärke des Materials
des Grundkörpers 2 bzw.
die Wandstärke der
Sekundärwicklungssegmente
einem Vielfachen der so errechneten Eindringtiefe, beispielsweise
mindestens dem zweifachen, noch bevorzugter mindestens dem dreifachen
der Eindringtiefe. Auf diese Weise wird gleichzeitig eine ausreichende
mechanische Abstützung
der Primärwicklung 3 und
eine ausreichende mechanische Stabilität und Standfestigkeit der Transformatorspule 1 gewährleistet.
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Wie durch die Pfeile Is in der 1, die den Sekundärstrom symbolisieren,
angedeutet, konzentrieren sich die Feldstärken nahe der zentralen Öffnung 9.
Somit kann der Anschlussabschnitt 4 in einem relativ feldarmen
Bereich des Grundkörpers 2 angeordnet
werden, so dass elektromagnetische Störfelder noch weiter verringert
werden können.
Bevorzugt entspricht der Abstand des Anschlussabschnittes 4 von
der zentralen Öffnung 9 zumindest dem
einfachen, bevorzugter zumindest dem zweifachen und noch bevorzugter
zumindest dem dreifachen der vorgenannten Eindringtiefe, die sich
aus dem Skin-Effekt gibt.
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Bevorzugt ist der Anschlussabschnitt 4 auf einer
diametral dem Schlitz 10 gegenüberliegenden Seite der zentralen Öffnung 9 angeordnet.
Noch bevorzugter ist auch der Endabschnitt 5, wo der Strompfad
der Primärwicklung 3 über den
Grundkörper 2 geschlossen
wird, ebenfalls auf der dem Schlitz 10 diametral gegenüberliegenden
Seite der zentralen Öffnung 9 angeordnet,
und zwar radial auswärts
relativ zu dem Anschlussabschnitt 4. Noch bevorzugter fluchtet
die Verbindungslinie zwischen dem Endabschnitt 5 und dem
Anschlussabschnitt 4 mit dem Schlitz 10. Somit
fließt
der Primärstrom
in genau entgegengesetzter Richtung zu dem Sekundärstrom, und
zwar in einem Abschnitt des Grundkörpers 2, der maximal
beabstandet zu dem Abschnitt ist, wo der Sekundärstrom entlang des Schlitzes 10 hin
zur zentralen Öffnung 9 fließt. Auf
diese Weise lassen sich elektromagnetische Störfelder noch weiter verringern.
Außerdem
kompensieren sich die durch den Rückfluss des Primärstromes
von dem Endabschnitt 5 zu dem Verbindungsabschnitt 4 und
dem entlang des Schlitzes 10 fließenden Sekundärstrom hervorgerufenen
elektromagnetischen Störfelder
gegenseitig.
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Zur Verbindung der beiden Grundkörperhälften 2 der
Transformatorspule 1 sind schematisch dargestellte Verbindungsabschnitte 12 vorgesehen,
bevorzugt in punktsymmetrischer Anordnung relativ zu der zentralen Öffnung 9.
Dem Fachmann werden beim Studium der Anmeldung geeignete Verbindungstechniken
ersichtlich werden, beispielsweise Schraubverbindungen oder dergleichen.
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Die 2 zeigt
schematisch in einer Draufsicht (oben) und in einem Querschnitt
(unten) den Leiter der Primärwicklung 3 mit
einem Anschlussabschnitt 4 zur elektrischen Verbindung
der Primärwicklung 3 mit
einer Wechselstrom- bzw. Pulsstromquelle. Der Leiter 6 der
Primärwicklung 3 ist
allseitig von einer Isolationsschicht 7 umgeben. Der Leiter 6 ist über den
elektrisch leitenden Verbindungsabschnitt 17 mit dem Leiter 15 des
Aufnahmeabschnittes 4 verbunden, der mittels einer Isolation 14 isoliert
in den Grundkörper 2 eingelassen
ist. Der Aufnahmeabschnitt 4 ist für eine elektrische Verbindung
mit einem Koaxialkabel ausgelegt. Zu diesem Zweck weist der Anschlussabschnitt 4 einen
nicht dargestellten, üblichen
Koaxialanschluss auf, so dass der Leiter 15 elektrisch
mit dem Innenleiter des Koaxialkabels verlust- und reflektionsarm verbunden werden
kann. Die als zylindrische Bohrung 16 dargestellte Aufnahme 16 dient
zur Aufnahme der koaxialen Anschlusstechnik. Die Außenseite
des Koaxialanschlusses und die Abschirmung des Koaxialkabels steht
in elektrisch leitender Verbindung mit dem elektrisch leitenden Grundkörper 2.
Somit wird über
den Endabschnitt 5, wo ein abisoliertes Ende 13 des
Leiters 6 elektrisch leitend mit dem Grundkörper 2 in
Verbindung steht, der Strompfad der Primärwicklung 3 geschlossen.
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Erfindungsgemäß können somit handelsübliche abgeschirmte
Koaxialkabel und handelsübliche Koaxial-Steckverbindungen,
beispielsweise BNC, TNC, Miniatur-SMA, Subminiatur LEMO und SMC oder
dergleichen, zum elektrischen Anschluss der Transformatorspule 1 verwendet
werden sowie andere Spezialverbindungen. Die koaxiale Anschlusstechnik
eignet sich vorteilhaft auch zur Ausbildung beliebiger Reihen- und
Parallelschaltungen von erfindungsgemäßen Transformatorspulen 1 und
weiteren elektrischen Bauelementen.
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Bevorzugte Materialien sind wie folgt:
Für den
Grundkörper 2 werden
elektrisch leitende Metalle bevorzugt, die einfach zu bearbeiten
sind, beispielsweise zur Ausbildung von die Primärwicklung 3 aufnehmenden
Vertiefungen, Rillen oder dergleichen. Bevorzugte Materialien sind
beispielsweise Aluminium oder Kupfer. Selbstverständlich können auch
geeignete Legierungen mit entsprechenden Eigenschaften verwendet
werden. Für
den Leiter 6 der Pri märwicklung 3 wird
besonders bevorzugt Kupfer verwendet. Für die Isolation 7 der
Primärwicklung 3 kann
PTFE oder andere durchschlagfeste Kunststoffe verwendet werden.
Die Erfindung ist jedoch nicht auf die genannten Materialien beschränkt, was
dem Fachmann beim Studium der Anmeldung ersichtlich werden wird.
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Mit der erfindungsgemäßen Transformatorspule 1 werden
somit die Sekundärströme Is1,
Is2, Is3 in der Art eines Transformators zu einem Gesamt-Sekundärstrom überlagert,
der die zentrale Öffnung 9 umfließt und einem
Vielfachen der Einzel-Sekundärströme entspricht,
entsprechend der Anzahl von Sekundärwicklungssegmenten S1, S2,
S3 ...
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Bevorzugte Anwendungen der erfindungsgemäßen Transformatorenspule 1 liegen
beispielsweise in der Materialverformung, der Herstellung von Verbindungselementen,
der starken Erhitzung beispielsweise von Schmelztiegeln oder der
Beschleunigung von Körpern
oder Projektilen. Hierzu kann der bekannte Thomson-Effekt ausgenutzt
werden. Wird etwa in der zentralen Öffnung 9 ein metallischer
Ring angeordnet, so wird in diesem durch den sich plötzlich stark ändernden
magnetischen Fluss, der von dem Sekundärstrom Is in dem Grundkörper 2 hervorgerufen
wird, ein sehr starker Strom, der im wesentlichen ein Kurzschlussstrom
ist, induziert. Dieser induzierte Strom läuft dem Sekundärstrom in
dem Grundkörper 2 entgegen,
so dass der Ring aus der zentralen Öffnung 9 fortgestoßen wird.
Dieser Effekt kann zur Beschleunigung verwendet werden, etwa von Stempeln
oder dergleichen, die der Materialverformung dienen, oder zur Beschleunigung
von miteinander zu verbindenden Elementen, beispielsweise durch
Aufpressen, Stauchen oder anderweitige Verformung. Dem Fachmann
ist auch ersichtlich, dass wenn der metallische Körper in
der zentralen Öffnung 9 festgehalten
wird, dieser stark erwärmt
wird. Wird dieser also als metallischer Schmelztiegel ausgebildet,
so kann mit der erfindungsgemäßen Transformatorspule 1 eine
sehr starke Erwärmung
bewirkt werden. Selbstverständlich
eignet sich die erfindungsgemäße Transformatorspule 1 auch
zur starken Beschleunigung von Objekten oder Projektilen, etwa für Materialtests
oder dergleichen, wobei die Beschleunigung nicht durch Gasexpansionsgeschwindigkeiten
oder dergleichen beschränkt
ist.