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Die
Erfindung betrifft einen Impuls-Transformator für schnelle Strom- und Magnetfeld-Impulse nach
dem Oberbegriff des Anspruches 1.
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Aus
DE 44 23 992 C2 ist
ein elektromagnetischer Generator für schnelle Strom- und Magnetfeld-Impulse
bekannt, bei dem die Magnetfeldspulen paarweise angeordnete Primärwicklungen
eines Impuls-Transformators sind und ihre Primärströme auf der Sekundär-Seite
des Impuls-Transformators einen einzigen Strom-Impuls erzeugen.
Der Impuls-Transformator besitzt als Sekundär-Spule ein längsgeschlitztes
Rohr aus Kupfer oder aus einem anderen elektrisch gut leitenden
Werkstoff, auf dem unmittelbar voneinander isolierte Magnetfeldspulen
als Primärwicklungen
aufgebracht sind. Zum Anschluß einer äußeren nieder-ohmigen
Hochstrom-Schleife, die auch als Magnetfeldkonzentrator oder Feldformer bezeichnet
werden kann, sind in der Mitte des Rohres neben dem Längsschlitz
Kontaktblöcke
angeordnet, zum Beispiel angelötet
oder aufgeschraubt.
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Die
Kopplung zwischen den Primär-Spulen und
der Sekundär-Spule des Impuls-Transformators wird
durch ein lamelliertes Paket aus Transformator-Blechen erhöht, das
einen größeren Fluß-Hub erlaubt.
Durch einen langen Strom-Impuls in negativer Richtung kann der remanente
Fluß Br
im Eisen der Transformator-Bleche umgekehrt werden, so daß ein größerer Fluß-Hub (von –Br nach
Bs statt von +Br nach Bs im B(H)-Diagramm) und damit eine höhere Belastung
des Transformators möglich
ist.
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Bei
dem bekannten Impuls-Transformator ist die an die Kontaktblöcke in der
Mitte des Rohres neben dem Längsschlitz
befestigte Hochstromschleife, die als Magnetfeld-Konzentrator dient,
von einem Verstärkungs-Block
zur Aufnahme der hohen radialen mechanischen Kräfte bei den Magnetfeld-Impulsen
umgeben.
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Bei
dem Einsatz solcher Impuls-Generatoren hat es sich gezeigt, daß das als
Sekundär-Spule
dienende längsgeschlitzte
Rohr durch die für
die Verformung von Metallteilen erzeugten starken Magnetfeld-Impulse
sehr hohen mechanischen Beanspruchungen ausgesetzt ist.
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Dadurch
können
auch Kontaktprobleme zu dem Magnetfeldkonzentrator entstehen. Außerdem kann
die Kühlung
des Impuls-Transformators insbesondere bei rascher Impulsfolge Schwierigkeiten
bereiten.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Impuls-Generator der eingangs
genannten Art so auszubilden, daß die beim Verformen von Metallteilen
in dem Magnetfeldkonzentrator auftretenden hohen mechanischen Beanspruchungen und
Wärmebelastungen
ohne Auswirkung auf den Impuls-Transformator und insbesondere auf
das als Sekundär-Spule
dienende längsgeschlitzte
Rohr aus Kupfer oder aus einem anderen elektrisch gut leitenden
Werkstoff bleiben.
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Diese
Aufgabe wird bei einem Impuls-Transformator für schnelle Strom- und Magnetfeld-Impulse mit
einer oder mehreren auf bzw. an einem rohrförmigen Hochstromleiter angeordneten
Primärwicklungen
gemäß der Erfindung
dadurch gelöst,
daß der Hochstromleiter
einen mit ihm fest verbundenen Kragen besitzt, der wie der Hochstromleiter
aus einem massiven elektrisch gut leitenden Material besteht und über den
Durchmesser der Primärwicklungen
hinausragt.
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Besonders
vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Ansprüchen 2 bis
18 gekennzeichnet.
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Die
Erfindung hat den Vorteil, daß der
Hochstromleiter durch den mit ihm fest verbundenen Kragen eine hohe
Stabilität
gegen die bei hohen Stromimpulsen von 500 kA oder mehr auftretenden
elektromagnetischen Kräfte
hat.
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Außerdem bestehen
auch keine Engpässe für den Hochstrom
von dem Hochstromleiter zu dem Magnetfeldkonzentrator wie bei den
bekannten Kontaktblöcken,
und es ergibt sich auch eine einfache Herstellung solcher Impuls-Transformatoren,
insbesondere wenn der Kragen plattenförmig oder blockförmig ausgebildet
ist.
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Der
rohrförmige
Hochstromleiter und der Kragen weisen in radialer Richtung des Rohrquerschnittes
einen gemeinsamen Schlitz in Längsrichtung
des Hochstromleiters auf. Der Kragen kann dabei mit dem rohrförmigen Hochstromleiter
verlötet, verschweißt oder
auf den rohrförmigen
Hochstromleiter aufgeschrumpft sein. Der Kragen kann aber in einer
besonders vorteilhaften Ausführungsform
mit dem rohrförmigen
Hochstromleiter auch als ein Teil gefertigt sein.
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Der
Kragen besitzt hierbei im Bereich des Schlitzes Kontaktflächen zum
Anschluß von
Magnetfedelkonzentratoren, die vorzugsweise nach
DE 44 36 615 A1 ausgebildet
sind.
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Besonders
vorteilhaft ist es dabei weiterhin, wenn der Kragen mit dem rohrförmigen Hochstromleiter
und dem Magnetfeldkonzentrator einteilig ausgebildet ist.
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Der
Magnetfeldkonzentrator kann aber auch teilbar sein und das Einlegen
von Teilen mit einem größeren Durchmesser
an den Enden, zum Beispiel Fittinge, erlauben.
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Zweckmäßig wird
der teilbare Magnetfeldkonzentrator durch hohen Druck auf seine
obere Fläche
geschlossen, wobei der Kragen als Widerlager dient.
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Besonders
gute Verformungsleistungen werden erreicht, wenn der Kragen aus
einer elektrisch gut leitenden, hochfesten Legierung von Kupfer
mit festigkeitserhöhenden
Elementen, wie Cobalt, Nickel, Beryllium, Chrom, Zirkon und/oder
anderen Legierungsbestandteilen, besteht.
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Um
die bei den starken Magnetfeld-Impulsen erzeugte Wärme abzuführen, kann
der Kragen weiterhin mit einem System von Bohrungen zum Durchleiten
von Kühlflüssigkeiten,
wie Öl,
Wasser oder dergleichen, versehen sein.
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Durch
die Ausbildung des Hochstromleiters mit dem damit fest verbundenen
Kragen aus einem massiven elektrisch gut leitenden Material gemäß der Erfindung
wird trotz der massiven Bauweise unerwarteterweise ein sehr gutes Übersetzungsverhältnis I2/I1 erreicht, wobei
der Strom nur wenig, das heißt nur
einige Zehntel mm, in den Kragen eindringt und eng um die Öffnung der
Feldformer-Bohrung herumfließt.
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Die
einteilige Ausführungsform
von rohrförmigem
Hochstromleiter und Kragen hat gegenüber einer mechanischen Verbindung
zwischen Hochstromleiter und Kragen den besonderen Vorteil, daß kein Härteverlust
durch Löten
oder sonstige Wärmebehandlung
eintritt, und zwar weder an dem rohrförmigen Hochstromleiter noch
an dem Kragen selbst. Außerdem
hat die vollständig
einteilige Ausführung von
Kragen und Magnetfeldkonzentrator den weiteren Vorteil, daß jegliche
Kontaktprobleme zwischen dem eigentlichen Impuls-Transformator und
dem Magnetfeldkonzentrator vermieden werden.
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Bevorzugte
Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in der Zeichnung schematisch dargestellt. Es
zeigen
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1 eine
perspektivische Ansicht einer ersten Ausführungsform eines Impuls-Transformators
für schnelle
Strom- und Magnetfeld-Impulse,
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2 eine
gegenüber 1 abgewandelte Ausführungsform
eines solchen Impuls-Transformators mit einem teilbaren Magnetfeldkonzentrator,
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3 eine
weitere abgewandelte Ausführungsform
eines derartigen Impuls-Transformators, bei dem der Kragen mit dem
rohrförmigen
Hochstromleiter und dem Magnetfeldkonzentrator ein völlig einteiliges
Bauteil bildet,
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4 eine
schematische Stirnansicht eines rohrförmigen Hochstromleiters mit
Längsschlitz
und radial geschlitztem Kragen,
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5 einen
Schnitt gemäß Schnittlinie
V-V von 4, wobei der rohrförmige Hochstromleiter und
der Kragen aus zwei Bauteilen zusammengefügt und fest miteinander verbunden
sind, und
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6 ebenfalls
einen Schnitt gemäß Schnittlinie
V-V von 4 durch eine weiter vereinfachte
Ausführungsform,
bei der der rohrförmige Hochstromleiter
und der Kragen eine in sich geschlossene einteilige Baueinheit bilden.
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Jeder
der in 1 bis 3 gezeigten Impuls-Transformatoren 1 für schnelle
Strom- und Magnetfeld-Impulse hat zwei an einem rohrförmigen Hochstromleiter 2 angeordnete
Primärwicklungen 3, 4.
Der Hochstromleiter 2 dient als Sekundärwicklung und besitzt zwischen
den beiden Primärwicklungen 3, 4 einen
mit ihm fest verbundenen Kragen 5, der wie der Hochstromleiter 2 aus
einem massiven elektrisch gut leitenden Material besteht und über den Durchmesser
der Primärwicklungen 3, 4 radial
hinausragt. Die Primärwicklungen 3, 4 sind
gegenüber dem
Hochstromleiter 2 durch eine erste Isolierschicht 6 elektrisch
isoliert, und im Inneren des Hochstromleiters 2 befindet
sich ein Eisenkern 7 aus übereinandergeschichteten Transformatorblechen,
der ebenfalls durch eine zweite Isolierschicht 8 gegenüber dem
Hochstromleiter 2 elektrisch isoliert ist. Der Eisenkern 7 kann
in bekannter Weise als ein- oder beidseitig geschlossener Transformatorkern
gebildet sein.
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Der
Kragen 5 am Hochstromleiter 2 ist plattenförmig oder
blockförmig
ausgebildet. Der rohrförmige
Hochstromleiter 2 und der Kragen 5 weisen in radialer
Richtung des Rohrquerschnittes einen gemeinsamen Schlitz 9 in
Längsrichtung
des Hochstromleiters 2 auf. Der Kragen 5 liegt
in der Mitte zwischen den beiden Primärwicklungen 3, 4 an
dem Hochstromleiter 2.
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Der
Kragen 5 ist, wie in 5 gezeigt
ist, üblicherweise
mit dem rohrförmigen
Hochstromleiter 2 verlötet,
verschweißt
oder auf den rohrförmigen Hochstromleiter
aufgeschrumpft. Der Kragen 5 kann aber gemäß der Schnittdarstellung
von 6 mit dem rohrförmigen Hochstromleiter 2 auch
als ein Teil gefertigt sein.
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Der
Kragen
5 besitzt, wie in
1 und
2 gezeigt
ist, im Bereich des Schlitzes Kontaktflächen
10,
11 zum
Anschluß von Magnetfeldkonzentratoren
12.
Diese sind vorzugsweise nach Patent
DE
44 36 615 ausgebildet.
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Hierbei
kann der Magnetfeldkonzentrator 12, wie in 2 gezeigt
ist, teilbar sein, um das Einlegen von Teilen mit einem größeren Durchmesser
an den Enden, zum Beispiel Fittinge, zu erlauben. Der Magnetfeldkonzentrator 12 besteht
dann aus einem Unterteil 12a, das an den Kontaktflächen 10 und 11 des Kragens 5 befestigt
ist, und aus einem Oberteil 12b. Der Kragen 5 selbst
kann aber auch zweiteilig ausgebildet sein und aus einem Basisteil 5a,
auf welchem die Primärwicklungen
angeordnet sind, und einem damit lösbar verbundenen Aufsatzstück 5b mit
der Öffnung 14 für das zu
verformende Werkstück
bestehen, wie in 3 mittels einer gestrichelten
Trennlinie 5c angedeutet ist. Das Basisteil 5a und
das Aufsatzstück 5b des
Kragens 5 können
durch Zertrennen eines gemeinsamen Ausgangsformstückes hergestellt
werden.
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Der
teilbare Magnetfeldkonzentrator 12 von 2 wird
durch hohen Druck "P" auf seine obere Fläche geschlossen,
wobei der Kragen 5 als Widerlager dient.
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Bei
allen gezeigten Ausführungsbeispielen besteht
der Kragen 5 aus einer elektrisch gut leitenden, hochfesten
Legierung von Kupfer mit festigkeitserhöhenden Elementen, wie Cobalt,
Nickel, Beryllium, Chrom, Zirkon und/oder anderen Legierungsbestandteilen.
Der Schlitz 9 ist mit einem elektrischen Isoliermaterial
versehen.
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Statt
mit einem aufgesetzten Magnetfeldkonzentrator 12 kann der
Kragen 5 mit dem rohrförmigen Hochstromleiter 2 und
dem Magnetfeldkonzentrator, wie in 3 gezeigt
ist, aber auch einteilig ausgebildet sein.
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Hierbei
sind der Kragen 5 und der Magnetfeldkonzentrator 12 als
ein massiver, plattenförmiger Leiterblock
aus einem elektrisch gut leitenden Material, wie Kupfer, Aluminium
oder einer anderen geeigneten Legierung ausgebildet mit einer im
Durchmesser beispielsweise größeren Öffnung 13 für den Hochstromleiter 2 mit
dem Eisenkern 7 des Impuls-Transformators 1 und
einer zweiten Öffnung 14 für den Magnetfeldkonzentrator,
die durch einen engen radialen Schlitz 9 miteinander verbunden
sind. Die den Hochstromleiter 2 umschließenden Primärwicklungen 3, 4 des
Impuls-Transformators 1 sind an beiden Seiten der Öffnung 13 mit
dem plattenförmigen
Kragen 5 fest verbunden.
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Dabei
kann der Kragen 5 rings um die Mittelöffnung 13 mehrere,
in der Zeichnung nicht gezeigte Durchführungen für Haltebolzen aufweisen, die
die aufgesetzten Primärwicklungen 3, 4 von
beiden Seiten koaxial an den Kragen 5 anpressen.
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Statt
der dargestellten Wicklungsformen können die Primärwicklungen
3,
4 des
Impuls-Transformators
1 in einer nicht gezeigten Ausführungsform auch
als Magnetspulen mit scheibenförmigen
Stromleitern und dazwischen angeordneten Isolierscheiben nach
DE 36 10 690 C2 ausgebildet
sein.
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- 1
- Impuls-Transformator
- 2
- Hochstromleiter
- 3
- Primärwicklung
- 4
- Primärwicklung
- 5
- Kragen
- 5a
- Basisteil
- 5b
- Aufsatzstück
- 5c
- Trennlinie
- 6
- Isolierschicht
- 7
- Eisenkern
- 8
- Isolierschicht
- 9
- Schlitz
- 10
- Kontaktfläche
- 11
- Kontaktfläche
- 12
- Magnetfeldkonzentrator
- 12a
- Unterteil
- 12b
- Oberteil
- 13
- Öffnung
- 14
- Öffnung
- "P"
- Druck