DE10237255A1 - Transformatorspule - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Transformatorspule, insbesondere zur Materialverformung oder Beschleunigung von Objekten gemäß dem Thomson-Effekt. Die Transformatorspule umfasst einen leitenden Grundkörper und eine Primärwicklung, die elektrisch zu dem Grundkörper isoliert ist und allseitig von diesem umgeben ist. Ein Ende des Leiters der Primärwicklung ist leitend mit dem Grundkörper verbunden, so dass der Strompfad der Primärwicklung über den als Sekundärwicklung dienenden Grundkörper geschlossen wird. DOLLAR A Die Transformatorspule eignet sich für eine koaxiale Anschlusstechnik, so dass elektromagnetische Störfelder minimiert werden können. Die Primärwicklung ist spiralförmig gewickelt. Ein sich in radialer Richtung erstreckender Schlitz unterteilt den Grundkörper in eine Mehrzahl von Sekundärwicklungssegmenten. Die in dem Grundkörper fließenden Sekundärströme werden von dem Schlitz zu einer zentralen Öffnung umgelenkt, wo es zu einer Konzentration der magnetischen Flussdichte kommt.

Description

  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Transformatorspule mit den Merkmalen nach Patentanspruch 1. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der rückbezogenen Unteransprüche.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Nachfolgend wird die Erfindung in beispielhafter Weise und unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben werden, worin:
  • 1 eine schematische Draufsicht auf eine Grundkörperhälfte einer erfindungsgemäßen Transformatorspule darstellt; und
  • 2 in einer Draufsicht und in einem Querschnitt schematisch den Leiter der Primärwicklung mit einem Anschlussabschnitt zur Verbindung der Primärwicklung mit einem Koaxialkabel darstellt.
  • In den Figuren bezeichnen identische Bezugszeichen identische oder gleichwirkende Elemente und Funktionsgruppen.
  • Die 1 zeigt in einer schematischen Draufsicht eine Hälfte eines Grundkörpers einer erfindungsgemäßen Transformatorspule 1.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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 ...
  • 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.

Claims (17)

  1. Transformatorspule umfassend einen leitenden Grundkörper (2) und zumindest einen Leiter (6), der zu dem Grundkörper (2) elektrisch isoliert ist und wenigstens einmal umläuft, um eine Primärwicklung (3) auszubilden, wobei ein Ende des Leiters (3) der Primärwicklung leitend mit dem Grundkörper (2) verbunden ist, so dass ein Strompfad der Primärwicklung (3) über den Grundkörper (2) geschlossen ist.
  2. Transformatorspule nach Anspruch 1, bei der der Leiter (6) jeweils von einer Isolation (7) umgeben ist und so in den Grundkörper (2) eingesetzt ist, dass der Grundkörper (2) den jeweiligen Leiter (6) der Primärwicklung allseitig umgibt.
  3. Transformatorspule nach einem der vorgehenden Ansprüche, bei der der Grundkörper (2) zweiteilig ausgebildet ist, wobei in zumindest einer Hälfte des Grundkörpers zumindest eine Vertiefung zur Aufnahme der Primärwicklung (3) in den Grundkörper (2) ausgebildet ist.
  4. Transformatorspule nach Anspruch 3, bei der ein Ende des jeweiligen Leiters (6) der Primärwicklung nicht isoliert ist, wobei das nicht isolierte Ende mit zumindest einer Hälfte des Grundkörpers verbunden ist, um den Strompfad der Primärwicklung (3) zu schließen.
  5. Transformatorspule nach einem der vorgehenden Ansprüche, bei der der Grundkörper (2) eine zentrale, sich axial erstreckende Öffnung (9) aufweist, die im wesentlichen im Zentrum der Primärwicklung (3) angeordnet ist, wobei der Grundkörper (2) zumindest einen sich radial von der Öffnung (9) erstreckenden Schlitz (10) aufweist.
  6. Transformatorspule nach Anspruch 5, bei der der Grundkörper (2) als Sekundärwicklung wirkt, wobei der Schlitz (10) den Grundkörper (2) in eine Anzahl von Sekundärwicklungssegmenten (S1-S3) unterteilt.
  7. Transformatorspule nach einem der Ansprüche 5 bis 7, bei der ein Anschlussabschnitt (4) der Primärwicklung (3) in Verlängerung des Schlitzes (10) auf einer dem Schlitz (10) diametral gegenüberliegenden Seite der Öffnung (9) angeordnet ist.
  8. Transformatorspule nach Anspruch 5 oder 6, bei der die Primärwicklung (3) den Schlitz (10) überbrückt.
  9. Transformatorspule nach Anspruch 8, bei der der Anschlussabschnitt (4) um zumindest eine, bevorzugter um zumindest zwei und noch bevorzugter um zumindest drei Wandstärken eines Sekundärwicklungssegmentes (S1-S3) beabstandet zur zentralen Öffnung (9) angeordnet ist.
  10. Transformatorspule nach einem der Ansprüche 5 bis 9, bei der ein Ende des jeweiligen Primärleiters (6), das zur Schließung der Primärwicklung (3) elektrisch leitend mit dem Grundkörper (2) verbunden ist, auf der selben Seite der Öffnung (10) angeordnet ist wie der Anschlussabschnitt (4).
  11. Transformatorspule nach Anspruch 5, bei der der Grundkörper (2) mehrere sich radial erstreckende Schlitze aufweist, die punktsymmetrisch zu einer sich axial erstreckenden Öffnung (9) verlaufen.
  12. Transformatorspule nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der ein Anschlussabschnitt (4) zur Verbindung eines Koaxialkabels mit der Primärwicklung (3) ausgelegt ist.
  13. Transformatorspule nach Anspruch 12, bei der der Anschlussabschnitt (4) einen elektrischen Leiter (15) umfasst, der elektrisch zu dem Grundkörper (2) isoliert ist und über einen Verbindungsabschnitt (17) elektrisch leitend mit dem jeweiligen Leiter (6) der Primärwicklung (3) verbunden ist.
  14. Transformatorspule nach einem der Ansprüche 1 bis 13, bei der die Primärwicklung (3) spiralförmig und um wesentlichen in einer Ebene umlaufend ausgebildet ist.
  15. Transformatorspule nach einem der Ansprüche 1 bis 13, bei der die Primärwicklung (3) schraubenförmig in einer axialen Richtung des Grundkörpers (2) verläuft.
  16. Transformatorspule nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Primärwicklung (3) mehr als einen Leiter (6) umfasst.
  17. Anordnung umfassend eine Mehrzahl von Transformatorspulen (1) nach einem der vorgehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 12, bei der zumindest zwei Transformatorspulen in Reihe und/oder zumindest zwei Transformatorspulen parallel geschaltet sind.
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