DE202015100080U1

DE202015100080U1 - Induktionsheizvorrichtung

Info

Publication number: DE202015100080U1
Application number: DE202015100080.4U
Authority: DE
Original assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Current assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Priority date: 2015-01-09
Filing date: 2015-01-09
Publication date: 2015-02-11
Anticipated expiration: 2025-01-10

Abstract

Induktionsheizvorrichtung, umfassend einen Träger (12) und eine Spulenvorrichtung (14), welche an dem Träger (12) angeordnet ist, wobei die Spulenvorrichtung (14) eine Mehrzahl von spiralförmigen Wicklungen (28) umfasst, welche in Reihen (30) und Spalten (32) angeordnet sind, und wobei die spiralförmigen Wicklungen (28) so ausgebildet sind, dass bei Stromdurchfluss der spiralförmigen Wicklungen (28) eine Stromrichtung in benachbarten Randwicklungsabschnitten (42a, 42b; 44a, 44b) von in einer Reihe (30) oder Spalte (32) benachbarten spiralförmigen Wicklungen (38a, 38b; 40a, 40b) mindestens näherungsweise gleich ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Induktionsheizvorrichtung, umfassend einen Träger und eine Spulenvorrichtung, welche an dem Träger angeordnet ist.
In der nicht vorveröffentlichten deutschen Patentanmeldung Nr. 10 2013 111 266.8 vom 11. Oktober 2013 ist eine Spulenvorrichtung beschrieben, umfassend mindestens eine stromtragende Hochfrequenzlitze und einen Träger für die mindestens eine Hochfrequenzlitze, wobei der mindestens eine Träger ein Maschennetz ist und die mindestens eine Hochfrequenzlitze über einen oder mehrere Haltefäden, welche an der mindestens einen Hochfrequenzlitze an Stegen des Maschennetzes anliegen, gehalten ist.
Aus der DE 10 2008 037 224 A1 ist eine Entspannungsmatte zur Übertragung von durch magnetische Felder erzeugten Schwingungen auf Organismen bekannt, welche mindestens eine Flachspule aufweist, über welcher, das Magnetfeld der Flachspule schneidend, Permanentmagneten flächig nebeneinander angeordnet sind.
Aus der DE 101 55 935 A1 ist ein intelligentes Etikett bekannt, welches einen textilen Träger umfasst und einen flexiblen draht- und/oder fadenartigen elektrischen Leiter umfasst, wobei der Leiter an oder in dem textilen Träger angeordnet ist.
Aus der DE 10 2011 106 648 A1 ist ein tragbarer Datenträger mit Antenne bekannt, wobei die Antenne durch Verbindung von Längsfäden und Querfäden eines elektrischen leitfähigen Gewebes hergestellt ist.
Aus der DE 10 2008 036 101 A1 ist ein industriell gefertigtes textiles Material bekannt, das mindestens eine elektrisch leitende Struktur in Form mindestens einen Musters aufweist.
Aus der DE 32 05 048 A1 ist eine Magnetspule bekannt, welche aus flachen, flexiblen Leiterlitzen besteht.
Aus der DE 196 15 647 C2 ist eine Spulenmatte zur Erzeugung eines flächenhaften Magnetfelds bekannt.
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 Induktionsheizspule bekannt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Induktionsheizvorrichtung der eingangs genannten Art bereitzustellen, mittels welcher sich eine flächenhaft homogene Erwärmung von Bauteilen erreichen lässt.
Diese Aufgabe wird bei der eingangs genannten Induktionsheizvorrichtung erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Spulenvorrichtung eine Mehrzahl von spiralförmigen Wicklungen umfasst, welche in Reihen und Spalten angeordnet sind, und wobei die spiralförmigen Wicklungen so ausgebildet sind, dass bei Stromdurchfluss der spiralförmigen Wicklungen eine Stromrichtung in benachbarten Randwicklungsabschnitten von in einer Reihe oder Spalte benachbarten spiralförmigen Wicklungen mindestens näherungsweise gleich ist.
Durch die entsprechende Ausbildung der spiralförmigen Wicklungen wird dafür gesorgt, dass am Zwischenbereich zwischen benachbarten spiralförmigen Wicklungen keine gegenseitige Auslöschung von elektromagnetischen Feldern erfolgt. Durch die geometrische Anordnung von Windungen der spiralförmigen Wicklungen über entsprechende Anordnung und Ausbildung der Randwicklungsabschnitte ist dafür gesorgt, dass in diesem Zwischenbereich der Strom an benachbarten spiralförmigen Wicklungen in die gleiche Richtung fließt und dadurch eine Feldabschwächung vermieden wird.
Ein Randwicklungsabschnitt ist dabei ein Abschnitt einer äußeren Windung.
Beispielsweise tritt beim Vorsehen einer einzigen spiralförmigen Wicklung eine stark inhomogene Energiedichteverteilung auf. Durch das Vorsehen einer Mehrzahl von spiralförmigen Wicklungen mit der erfindungsgemäßen Ausbildung erhält man im Betrieb bei Stromdurchfluss eine Homogenisierung der Energiedichteverteilung, wodurch wiederum eine homogene Erwärmung von Bauteilen realisierbar ist.
Bezogen auf die Fläche des Trägers, an welchem spiralförmige Wicklungen angeordnet sind, lässt sich dadurch eine homogene Erwärmung realisieren.
Die spiralförmigen Wicklungen an dem Träger bilden gewissermaßen Inseln, wobei die Inseln so gewickelt sind, dass eine Feldauslöschung im Zwischenbereich zwischen benachbarten spiralförmigen Wicklungen vermieden ist.
Grundsätzlich lässt sich die entsprechende Induktionsheizvorrichtung bezüglich der Fläche beliebig erweitern.
Insbesondere ist es vorgesehen, dass eine erste spiralförmige Wicklung einen ersten Randwicklungsabschnitt aufweist und eine zweite spiralförmige Wicklung einen zweiten Randwicklungsabschnitt aufweist, wobei die erste spiralförmig Wicklung und die zweite spiralförmige Wicklung benachbart sind und wobei der erste Randwicklungsabschnitt und der zweite Randwicklungsabschnitt benachbart sind, und wobei bei Stromfluss die Stromrichtung in dem ersten Randwicklungsabschnitt und dem zweiten Randwicklungsabschnitt mindestens näherungsweise gleich ist. Dadurch wird in dem Zwischenbereich zwischen der benachbarten ersten spiralförmigen Wicklung und der zweiten spiralförmigen Wicklung eine Feldauslöschung vermieden. Dies wiederum ermöglicht eine homogene Erwärmung eines Bauteils, welches mit der entsprechenden Induktionsheizvorrichtung beheizt wird.
Aus dem gleichen Grund ist es günstig, wenn bei Stromdurchfluss in benachbarten Randwicklungsabschnitten von benachbarten spiralförmigen Wicklungen sowohl in einer Reihe als auch in einer Spalte mindestens näherungsweise die gleiche Stromrichtung vorliegt. Dadurch wird in den Zwischenbereichen zwischen benachbarten spiralförmigen Wicklungen auf einer zweidimensionalen Fläche eine Feldauslöschung in Zwischenbereichen vermieden.
Es kann vorgesehen sein, dass benachbarte spiralförmige Wicklungen beabstandet sind oder einander überlappen, je nach Anwendungsfall.
Wenn benachbarte spiralförmige Wicklungen beabstandet sind, dann sind auch entsprechende benachbarte Randwicklungsabschnitte beabstandet. Wenn benachbarte spiralförmige Wicklungen einander überlappen, dann kann es vorgesehen sein, dass benachbarte Randwicklungsabschnitte sich in einer Projektion auf den Träger kreuzen.
Für eine homogene Energiedichteverteilung ist es günstig, wenn die spiralförmigen Wicklungen bezüglich der Spalten und Reihen in einem zweidimensionalen Gitter an dem Träger angeordnet sind. Dadurch lässt sich eine homogene Bedeckung des Trägers erreichen, wodurch wiederum eine homogene Energiedichteverteilung realisierbar ist.
Es ist insbesondere vorteilhaft, wenn das Gitter ein Rechteckgitter und vorteilhafterweise Quadratgitter ist, um eine homogene Energiedichteverteilung und dadurch homogene Erwärmbarkeit eines Bauteils zu erreichen.
Günstig ist es, wenn spiralförmige Wicklungen mindestens eines gleichen Typs bezüglich einer äußeren Einhüllenden gleich ausgebildet sind. Dadurch lässt sich eine hohe Homogenität erreichen.
Aus dem gleichen Grund ist es günstig, wenn spiralförmige Wicklungen mindestens eines gleichen Typs bezüglich der Anzahl an Windungen gleich ausgebildet sind.
Es hat sich als günstig erwiesen, wenn eine spiralförmige Wicklung mindestens zwei Windungen und insbesondere mindestens drei Windungen aufweist.
Es hat sich ebenfalls als günstig erwiesen, um eine gleichmäßige Erwärmbarkeit zu realisieren, wenn eine spiralförmige Wicklung höchstens acht Windungen und insbesondere höchstens sieben Windungen aufweist.
Günstig ist es, wenn die Spulenvorrichtung einen ersten Typ von spiralförmigen Wicklungen umfasst, bei welchem Windungen von einer Ausgangsstelle weg nach außen mit zunehmendem Abstand von der Ausgangsstelle verlaufen, und einen zweiten Typ umfassen, bei welchem Windungen zu einer Ausgangsstelle hin von außen nach innen mit abnehmendem Abstand zu der Ausgangsstelle verlaufen. Die entsprechende Richtung (nach außen oder nach innen) kann dabei auf den Stromfluss bezogen werden. Durch das Vorsehen von zwei unterschiedlichen Typen an spiralförmigen Wicklungen kann auf einfache Weise realisiert werden, dass der Stromfluss in Randwicklungsabschnitten von benachbarten spiralförmigen Wicklungen näherungsweise die gleiche Richtung hat.
Es ist dann besonders vorteilhaft, wenn in den Reihen und Spalten spiralförmige Wicklungen vom ersten Typ und vom zweiten Typ alternierend angeordnet sind. Dadurch kann auf einfache Weise erreicht werden, dass sowohl in den Reihen als auch in den Spalten die Randwicklungsabschnitte von benachbarten spiralförmigen Wicklungen einen Strom mit mindestens näherungsweise der gleichen Stromrichtung tragen. Dadurch wiederum wird eine Feldauslöschung in den entsprechenden Bereichen vermieden.
Günstigerweise ist ein Drehsinn eines elektrischen Stroms innerhalb einer spiralförmigen Wicklung gleichsinnig und die Drehsinne in benachbarten spiralförmigen Wicklungen sind entgegengesetzt. Dadurch lässt es sich auf einfache Weise erreichen, dass benachbarte Randwicklungsabschnitte von benachbarten spiralförmigen Wicklungen Ströme tragen, deren Richtung mindestens näherungsweise gleich ist.
Eine spiralförmige Wicklung zeichnet sich dadurch aus, dass ausgehend von einem Punkt (Ausgangsstelle) bzw. einer Achse der Abstand zunimmt oder abnimmt. Grundsätzlich kann diese Zunahme bzw. Abnahme monoton sein. Es ist auch möglich, dass die entsprechende spiralförmige Wicklung über mindestens näherungsweise gerade Windungsabschnitte gebildet ist. Dadurch ist die Zunahme bzw. die Abnahme nicht monoton, sondern es liegt nur abschnittsweise eine Zunahme bzw. Abnahme vor. Eine solche spiralförmige Wicklung mit geraden Windungsabschnitten lässt sich auf einfache Weise herstellen.
Es ist dann günstig, wenn benachbarte Randwicklungsabschnitte benachbarter spiralförmiger Wicklungen mindestens näherungsweise parallel zueinander orientiert sind. Es lässt sich dadurch auf einfache Weise erreichen, dass in diesen benachbarten Randwicklungsabschnitten mindestens näherungsweise die gleiche Stromrichtung vorliegt.
Es ist vorgesehen, dass eine Mehrzahl von spiralförmigen Wicklungen elektrisch in Reihe geschaltet sind. Insbesondere sind benachbarte spiralförmige Wicklungen elektrisch in Reihe geschaltet. Dadurch lässt sich auf einfache Weise erreichen, dass der Stromfluss in benachbarten Randwicklungsabschnitten die gleiche Stromrichtung aufweist.
Beispielsweise sind die spiralförmigen Wicklungen in einer Reihe oder in einer Spalte elektrisch in Reihe geschaltet, und entsprechend sind dann Reihen oder Spalten spiralförmiger Wicklungen elektrisch in Reihe geschaltet. Es ergibt sich dadurch bezüglich einer Hauptstromrichtung ein mäanderförmiger Verlauf des Stromflusses.
Es kann vorgesehen sein, dass eine elektrische Verbindung zwischen benachbarten spiralförmigen Wicklungen innerhalb einer Reihe oder Spalte über Randwicklungsabschnitte erfolgt, oder über eine Verbindung zwischen Ausgangsstellen für Windung einer spiralförmigen Wicklung erfolgt. Es ist dadurch möglich, spiralförmige Wicklungen mit einer "Einwärtsorientierung" und einer "Auswärtsorientierung" zu verbinden. Dies wiederum ermöglicht unterschiedliche Drehsinne für den Stromfluss innerhalb benachbarter spiralförmiger Wicklungen. Dadurch wiederum ist es auf einfache Weise möglich, in benachbarten Randwicklungsabschnitten benachbarter spiralförmiger Wicklungen mindestens näherungsweise die gleiche Stromrichtung zu realisieren.
Insbesondere erfolgt innerhalb einer Reihe oder einer Spalte die elektrische Verbindung zwischen Randwicklungsabschnitten und Ausgangsstellen alternierend. Dadurch lässt sich ein alternierender Drehsinn für den Strom erreichen. Es wird dadurch eine homogene Energiedichte realisiert.
Günstigerweise erfolgt eine elektrische Verbindung zwischen benachbarten Reihen oder Spalten über einen Randwicklungsabschnitt und eine Ausgangsstelle für Windungen benachbarter spiralförmiger Wicklungen. Dadurch lässt sich auf einfache Weise eine elektrische Verbindung zwischen benachbarten Reihen bzw. Spalten erreichen.
Günstig ist es, wenn die spiralförmigen Wicklungen als Flachspulen ausgebildet sind. Dadurch lässt sich auf einfache Weise eine Flächeninduktionsheizvorrichtung realisieren.
Bei einem Ausführungsbeispiel sind die spiralförmigen Wicklungen durch mindestens eine Hochfrequenzlitze gebildet. Es lässt sich dadurch auf einfache Weise eine Spulenvorrichtung realisieren, welche an einem Träger angeordnet ist.
Günstig ist es, wenn die mindestens eine Hochfrequenzlitze über einen oder mehrere Haltefäden an dem Träger gehalten ist. Die mindestens eine Hochfrequenzlitze lässt sich dadurch in der entsprechenden Form gelegt auf einfache Weise an dem Träger fixieren. Es lässt sich dadurch ein flexibler Träger mit flexibler Hochfrequenzlitze realisieren. Es lässt sich eine Induktionsheizvorrichtung insbesondere als Flächenheizvorrichtung realisieren, welche biegeflexibel ist. Dadurch können beispielsweise gekrümmte Bauteile geheizt werden bzw. eine entsprechende Induktionsheizvorrichtung lässt sich in ein gekrümmtes Werkzeug integrieren. Es wird in diesem Zusammenhang auf die DE 10 2013 111 266.8 vom 11. Oktober 2013 vollinhaltlich Bezug genommen.
Insbesondere ist es vorgesehen, dass der Träger ein Maschennetz ist und die mindestens eine Hochfrequenzlitze mit dem Maschennetz vernäht ist. Dadurch lässt sich auf einfache Weise eine Hochfrequenzlitze in einer definierten geometrischen Lage mit den spiralförmigen Wicklungen mit dem Träger verbinden.
Günstig ist es, wenn der Träger ein textiles Gebilde ist. Dadurch lässt sich auf einfache Weise eine biegeflexible Ausbildung realisieren.
Die nachfolgende Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen dient im Zusammenhang mit den Zeichnungen der näheren Erläuterung der Erfindung. Es zeigen:
1 eine Draufsicht auf ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Induktionsheizvorrichtung;
2 eine schematische Darstellung einer Spulenvorrichtung der Induktionsheizvorrichtung gemäß 1, wobei die Richtung A in 2 der Richtung A gemäß 1 entspricht;
3 die Drehsinne von elektrischen Strömen in spiralförmigen Wicklungen an der Spulenvorrichtung gemäß 2;
4 eine thermografische Aufnahme eines Metallblechs, welches mit der Induktionsheizvorrichtung gemäß 1 erhitzt wurde;
5(a) ein erstes Ausführungsbeispiel der Anordnung von benachbarten spiralförmigen Wicklungen (ohne Überlappung von Randwicklungsabschnitten); und
5(b) ein zweites Ausführungsbeispiel der Anordnung von benachbarten spiralförmigen Wicklungen (mit Überlappung von Randwicklungsabschnitten).
Ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Induktionsheizvorrichtung, welches in 1 in einer Draufsicht gezeigt ist und dort mit 10 bezeichnet ist, umfasst einen Träger 12. Dieser Träger 12 ist als Maschennetz ausgebildet.
Das Maschennetz ist beispielsweise ein textiles Gebilde, wie ein Gewebe oder Gewirke.
Das Maschennetz umfasst Maschen mit Stegen, welche insbesondere rechteckförmig oder quadratisch sind. Die Stege sind beispielsweise durch ein Fadenmaterial hergestellt.
Der Träger 12 mit dem Maschennetz ist als Ganzes biegbar.
An dem Träger 12 ist eine Spulenvorrichtung 14 angeordnet. Die Spulenvorrichtung ist durch eine stromtragende Hochfrequenzlitze 16 gebildet.
Die Hochfrequenzlitze 16 dient zum Tragen eines hochfrequenten Wechselstroms. Die Hochfrequenzlitze 16 ist ein Drahtbündel von Einzeldrähten, welche jeweils durch eine Isolierung 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 ist bei einer Ausführungsform in einer Umhüllung 18 angeordnet, welche insbesondere mehrlagig ist.
Bezüglich weiterer Details der Ausbildung der Hochfrequenzlitze 16 wird auf die deutsche Patentanmeldung Nr. 10 2013 111 266.8 vom 11. Oktober 2013 des gleichen Anmelders verwiesen. Auf diese Anmeldung wird ausdrücklich und vollinhaltlich Bezug genommen.
Der Spulenvorrichtung 14 ist eine Hochfrequenzquelleneinrichtung 20 (vergleiche 2) zugeordnet. Die Einzeldrähte des Drahtbündels der Hochfrequenzlitze 16 sind beim Betrieb der Induktionsheizvorrichtung 10 mit entsprechenden Anschlüssen 22a, 22b der Hochfrequenzquelleneinrichtung 20 elektrisch wirksam verbunden.
Die Hochfrequenzlitze 16 weist dazu an einem ersten Ende einen Anschluss 24 und an einem zweiten Ende einen Anschluss 26 auf.
Die Hochfrequenzquelleneinrichtung 20 dient zur Erzeugung eines hochfrequenten elektromagnetischen Wechselfelds, mit welchem die Hochfrequenzlitze 16 beaufschlagt wird. Die Frequenz liegt bei mindestens 20 kHz und liegt typischerweise bei ca. 150 kHz.
Die Hochfrequenzquelleneinrichtung 20 umfasst eine elektronische Schalteinrichtung zur Erzeugung des entsprechenden Wechselfelds, wenn die primäre elektrische Quelle eine Gleichstromquelle ist.
Die Hochfrequenzlitze 16 ist ein linearbiegeflexibles Kabel.
Die Spulenvorrichtung 14 umfasst eine Mehrzahl von spiralförmigen Wicklungen 28. Diese spiralförmigen Wicklungen 28 sind an dem Träger 12 in Reihen 30 und Spalten 32 angeordnet. Zur Ausbildung einer Flächeninduktionsheizvorrichtung 10 sind die spiralförmigen Wicklungen 28 an dem Träger 12 gleichmäßig verteilt angeordnet. Die spiralförmigen Wicklungen 28 sind an der Hochfrequenzlitze 16 ausgebildet.
Insbesondere sind die spiralförmigen Wicklungen 28 durch die Reihen 30 und Spalten 32 an dem Träger 12 in einem zweidimensionalen Gitter angeordnet. Dieses zweidimensionale Gitter ist insbesondere ein Rechteckgitter und vorzugsweise ein Quadratgitter.
Eine jeweilige spiralförmige Wicklung 28 weist eine Mehrzahl von Windungen 34 auf, welche auf eine Ausgangsstelle 36 bezogen sind. Eine Ausgangsstelle 36 liegt auf einer Windungsachse der Windungen 34 der spiralförmigen Wicklung 28. Die Windungsachse ist senkrecht zum Träger 12 orientiert. Die Spirale einer spiralförmigen Wicklung 28 ist als Kurve definiert, welche sich von der Ausgangsstelle 36 bzw. der Windungsachse entfernt bzw. annähert. Die Entfernung kann dabei monoton zunehmend sein bzw. die Annäherung kann monoton abnehmend sein, oder sie kann abschnittsweise zunehmend bzw. abnehmend sein.
Die Anordnung der spiralförmigen Wicklungen 28 an dem Träger 12 bestimmt die Temperaturverteilung an einem zu erwärmenden Gegenstand.
Erfindungsgemäß ist die Spulenvorrichtung 14 so ausgebildet, dass über die Fläche der Spulenvorrichtung 14 eine homogene Feldverteilung erreicht wird und insbesondere im Bereich zwischen benachbarten spiralförmigen Wicklungen 28 eine "Feldauslöschung" der erzeugten magnetischen Felder vermieden wird.
Bei Stromdurchfluss einer spiralförmigen Wicklung 28 ist innerhalb einer spiralförmigen Wicklung 28 der Drehsinn des durchfließenden Stroms gleichsinnig. Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, dass sowohl für Reihen 30 als auch für Spalten 32 der Drehsinn für den Stromdurchfluss in benachbarten spiralförmigen Wicklungen 38a, 38b bzw. 40a, 40b entgegengerichtet ist. Dadurch lässt sich die beschriebene Auslöschung des elektromagnetischen Felds vermeiden.
Die spiralförmigen Wicklungen 28 der Spulenvorrichtung 14 sind elektrisch in Reihe geschaltet. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel (1 bis 3) sind die spiralförmigen Wicklungen 28 in einer Reihe 30 hintereinander seriell geschaltet. Die entsprechenden Reihen 30 sind wiederum seriell geschaltet.
Die Spulenvorrichtung 14 umfasst zwei Typen an spiralförmigen Wicklungen 28, nämlich einen ersten Typ, bei dem entsprechende Windungen 34 von der jeweiligen Ausgangsstelle 36 nach außen mit zunehmendem Abstand (zumindest abschnittsweise) von der Ausgangsstelle 36 verlaufen. In 2 sind die spiralförmigen Wicklungen 38a und 40a vom ersten Typ.
Bei den spiralförmigen Wicklungen 28 eines zweiten Typs laufen die entsprechenden Windungen 34 zu der Ausgangsstelle 36 von außen nach innen mit abnehmendem Abstand (zumindest abschnittsweise) von der Ausgangsstelle 36. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 2 sind die spiralförmigen Wicklungen 38b und 40b vom zweiten Typ.
Die entsprechende Windungsrichtung des ersten Typs und des zweiten Typs ist dabei bezogen auf den entsprechenden Stromfluss.
In einer Reihe 30 sind die spiralförmigen Windungen 28 vom ersten Typ und zweiten Typ alternierend angeordnet.
Innerhalb einer Spalte 32 sind die spiralförmigen Wicklungen 28 vom ersten Typ und zweiten Typ ebenfalls alternierend angeordnet.
Es ergibt sich dadurch sowohl innerhalb einer Reihe 30 als auch innerhalb einer Spalte 32 bezüglich benachbarter spiralförmiger Wicklungen 28 bei Stromdurchfluss alternierend ein entgegengesetzter Drehsinn für den Strom.
Die jeweiligen spiralförmigen Wicklungen 28 weisen benachbarten spiralförmigen Wicklungen hin Randwicklungsabschnitte auf. Beispielsweise hat die spiralförmige Wicklung 38a einen Randwicklungsabschnitt 42a, welcher einen entsprechenden Randwicklungsabschnitt 42b der spiralförmigen Wicklung 38b benachbart ist.
Die Randwicklungsabschnitte 42a und 42b sind dabei so angeordnet, dass bei Stromdurchfluss der Spulenvorrichtung 14 die Stromrichtung in ihnen mindestens näherungsweise gleich ist.
Dadurch wird in dem entsprechenden Bereich eine "Auslöschung" der entstehenden elektromagnetischen Felder verhindert.
Entsprechend sind auch Randwicklungsabschnitte 44a, 44b von in einer Spalte 32 benachbarten spiralförmigen Wicklungen 40a, 40b so angeordnet, dass der Stromfluss in ihnen mindestens näherungsweise in gleicher Richtung erfolgt.
Die Anordnung der Randwicklungsabschnitte 42a, 42b, 44a, 44b wird durch entsprechende Anordnung von spiralförmigen Wicklungen 28 des ersten Typs und des zweiten Typs erreicht, welche sowohl in den Reihen 30 als auch in den Spalten 32 alternierend ist.
Zur Herstellung der Reihenschaltung der spiralförmigen Wicklung 28 sind innerhalb einer Reihe 30 benachbarte spiralförmige Wicklungen 28 elektrisch miteinander verbunden. Innerhalb einer Reihe 30 ist ein erster Verbindungstyp 46 vorgesehen, bei welchem Ausgangsstellen 36 benachbarter spiralförmiger Wicklungen 28 miteinander verbunden sind (durch einen entsprechenden Abschnitt 48 der Hochfrequenzlitze 16).
Bei einem zweiten Verbindungstyp 50 erfolgt die Verbindung zwischen benachbarten spiralförmigen Wicklungen 28 über einen Randwicklungsabschnitt 52.
Innerhalb einer Reihe 30 folgen der erste Verbindungstyp 46 und der zweite Verbindungstyp 50 zwischen benachbarten spiralförmigen Wicklungen 28 alternierend aufeinander.
Zur elektrischen Verbindung zwischen benachbarten Reihen 30 ist ein dritter elektrischer Verbindungstyp 54 vorgesehen. Bei diesem erfolgt eine elektrische Verbindung zwischen einer Ausgangsstelle 36 und einem Randwicklungsabschnitt 56.
Die spiralförmigen Wicklungen 28 sind als Flachspulen an dem Träger 12 durch entsprechende "Legung" der Hochfrequenzlitze 16 angeordnet.
Bei einem Ausführungsbeispiel weisen die spiralförmigen Wicklungen 28 (1 bis 3) gerade Abschnitte 58 auf. Dadurch ist die spiralförmige Wicklung 28 keine solche, welche sich monoton zunehmend von der entsprechenden Ausgangsstelle 36 entfernt bzw. monoton abnehmend annähert. Bezogen auf diese Abschnitte liegt jedoch eine abschnittsweise Entfernung bzw. Annäherung zu der entsprechenden Ausgangsstelle 36 vor.
Bei dem Ausführungsbeispiel von spiralförmigen Wicklungen 28 mit geraden Abschnitten 58 sind vorzugsweise benachbarte Randwicklungsabschnitte 42a, 42b bzw. 44a, 44b parallel zueinander orientiert. Dadurch ergibt sich eine parallele Stromrichtung dort.
Es ist grundsätzlich möglich (5(a)), dass benachbarte spiralförmige Wicklungen 60a, 60b beabstandet zueinander sind und ihre entsprechenden benachbarten Randwicklungsabschnitte 62a, 62b beabstandet zueinander sind.
Die spiralförmigen Wicklungen 28 gemäß dem Ausführungsbeispiel der 1 bis 3 sind so angeordnet.
Es ist auch möglich (vergleiche 5(b)), dass benachbarte spiralförmige Wicklungen 64a, 64b einander überlappen und dadurch Windungen übereinander liegen. (Die Hochfrequenzlitze 16 ist nach außen isoliert.)
Es ist dabei möglich, dass Randwicklungsabschnitte 66a, 66b, welche benachbart sind, einander (in der Projektion auf den Träger 12) überkreuzen.
Jede spiralförmige Wicklung 28 der Spulenvorrichtung 14 weist eine Mehrzahl von Windungen 34 auf. Vorzugsweise weist jede spiralförmige Wicklung 28 mindestens zwei und vorzugsweise mindestens drei Windungen 34 auf. Es ist ferner günstig, wenn jede spiralförmige Wicklung 28 höchstens acht und vorzugsweise höchstens sieben Windungen 34 aufweist.
Grundsätzlich ist es vorteilhaft, wenn die spiralförmigen Wicklungen 28 zumindest des gleichen Typs gleich ausgebildet sind bezüglich Windungszahl und äußerer Einhüllendenfläche.
Das Maschennetz hat eine erste Seite 68 und eine der ersten Seite gegenüberliegende zweite Seite. Die Hochfrequenzlitze 16 ist vorzugsweise ausschließlich oder zum größten Teil an der ersten Seite 68 angeordnet.
Die entsprechenden Windungsachsen der spiralförmigen Wicklungen 28 liegen quer und insbesondere senkrecht zu dem Träger 12.
Die Hochfrequenzlitze 16 ist über einen oder mehrere Haltefäden 70 an dem Träger 12 fixiert und insbesondere mit diesem vernäht. Durch diese Fixierung über Haltefäden 70 wird auch die Windungsstruktur der Spulenvorrichtung 14 an dem Träger 12 hergestellt.
Bezüglich der Fixierung über Haltefäden 70 der Spulenvorrichtung 14 an dem Maschennetz des Trägers 12 wird auf die deutsche Patentanmeldung Nr. 10 2013 111 266.8 vom 11. Oktober 2013 des gleichen Anmelders verwiesen.
Es kann vorgesehen sein, dass der Spulenvorrichtung 14 eine Magnetflusskonzentratorlage zugeordnet ist, welche insbesondere an derjenigen Seite des Trägers 12 angeordnet ist, welche abgewandt zu der ersten Seite 68 ist. Eine solche Magnetflusskonzentratorlage, welche aus einem Material mit entsprechender magnetischer Permeabilität hergestellt ist, dient dazu, den Magnetfluss, welcher beim Betrieb der Spulenvorrichtung 14 erzeugt wird, in ein Vorfeld vor der ersten Seite 68 zu konzentrieren.
Es können ferner äußere elektrische Isolatorlagen vorgesehen werden, zwischen welchen dann der Träger 12 mit daran fixierter Spulenvorrichtung 14 und gegebenenfalls die Magnetflusskonzentratorlage angeordnet ist. Solche äußeren elektrischen Isolierlagen sind beispielsweise aus einem Silikonmaterial hergestellt.
Die äußeren elektrischen Isolierlagen bzw. die Magnetflusskonzentratorlage sind flexibel ausgestaltet.
Der Träger 12 ist biegsam. Die Hochfrequenzlitze 16 ist mit dem Träger 12 biegbar. Die Verbindung der Hochfrequenzlitze 16 mit dem Träger 12 über den oder die Haltefäden 70 ermöglicht die Biegbarkeit.
Die Induktionsheizvorrichtung 10 kann in unterschiedliche geometrische Formen gebracht werden. Es ist beispielsweise eine einfache Krümmung oder mehrfache Krümmung möglich.
Die Induktionsheizvorrichtung ist als Flächeninduktionsheizvorrichtung ausgebildet, bei welcher durch die Anordnung der spiralförmigen Wicklungen 28 Bereiche mit sich gegenseitig auslöschenden elektromagnetischen Feldern vermieden sind. Dadurch lässt sich bei hoher Flexibilität eine homogene Erwärmung erreichen.
Die spiralförmigen Wicklungen 28 auf dem Träger 12 bilden felderzeugende Inseln. Durch die entsprechende Ausbildung der Inseln lässt sich grundsätzlich die "Heizfläche" beliebig erweitern bzw. es lässt sich eine Größenanpassung durchführen. Dies wird dann durch entsprechende "Legung" der Hochfrequenzlitze 16 an dem Träger 12 erreicht.
In 4 ist eine thermografische Aufnahme einer Metallplatte 72 gezeigt, welche mit der Induktionsheizvorrichtung 10 gemäß 1 erwärmt wurde. Die in der Figur sichtbaren hellen Bereiche 74 sind gegenüber den dunkleren Bereichen kühlere Bereiche. Man erkennt die relativ hohe Homogenität bezüglich der Temperaturverteilung auf der Metallplatte 72.
Erfindungsgemäß wird eine Spulenvorrichtung 14 bereitgestellt, bei welcher aufgrund der Vermeidung von sich gegenseitig auslöschenden Feldern eine Energiedichteverteilung hoher Homogenität bereitstellbar ist. Es lassen sich dadurch homogene Erwärmungen erreichen.
Solche homogenen Erwärmungen können aufgrund der Biegbarkeit des Trägers 12 auch an gekrümmten Werkstücken erreicht werden.
Eine erfindungsgemäße Induktionsheizvorrichtung 10 lässt sich beispielsweise im Zusammenhang mit der Reparatur von Faserverbundwerkstoff-Bauteilen einsetzen. Beispielsweise können durch eine erfindungsgemäße Induktionsheizvorrichtung 10 auch Werkzeuge zur Herstellung von Faserverbundwerkstoff-Bauteilen geheizt werden. Ferner können Werkzeuge zum Fügen von Faserverbundwerkstoff-Bauteilen geheizt werden.
Bezugszeichenliste

10: Induktionsheizvorrichtung
12: Träger
14: Spulenvorrichtung
16: Hochfrequenzlitze
18: Umhüllung
20: Hochfrequenzquelleneinrichtung
22a: Anschluss
22b: Anschluss
24: Anschluss
26: Anschluss
28: Spiralförmige Wicklung
30: Reihe
32: Spalte
34: Windung
36: Ausgangsstelle
38a: Spiralförmige Wicklung
38b: Spiralförmige Wicklung
40a: Spiralförmige Wicklung
40b: Spiralförmige Wicklung
42a: Randwicklungsabschnitt
42b: Randwicklungsabschnitt
44a: Randwicklungsabschnitt
44b: Randwicklungsabschnitt
46: Erster Verbindungstyp
48: Abschnitt
50: Zweiter Verbindungstyp
52: Randwicklungsabschnitt
54: Dritter elektrischer Verbindungstyp
56: Randwicklungsabschnitt
58: Gerader Abschnitt
60a: Spiralförmige Wicklungen
60b: Spiralförmige Wicklungen
62a: Randwicklungsabschnitte
62b: Randwicklungsabschnitte
64a: Spiralförmige Wicklungen
64b: Spiralförmige Wicklungen
66a: Randwicklungsabschnitte
66b: Randwicklungsabschnitte
68: Erste Seite
70: Haltefaden
72: Metallplatte

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 102013111266 [0002, 0041, 0058, 0098]
DE 102008037224 A1 [0003]
DE 10155935 A1 [0004]
DE 102011106648 A1 [0005]
DE 102008036101 A1 [0006]
DE 3205048 A1 [0007]
DE 19615647 C2 [0008]
DE 102011076463 A1 [0009]
EP 0271250 [0010]

Claims

Induktionsheizvorrichtung, umfassend einen Träger (12) und eine Spulenvorrichtung (14), welche an dem Träger (12) angeordnet ist, wobei die Spulenvorrichtung (14) eine Mehrzahl von spiralförmigen Wicklungen (28) umfasst, welche in Reihen (30) und Spalten (32) angeordnet sind, und wobei die spiralförmigen Wicklungen (28) so ausgebildet sind, dass bei Stromdurchfluss der spiralförmigen Wicklungen (28) eine Stromrichtung in benachbarten Randwicklungsabschnitten (42a, 42b; 44a, 44b) von in einer Reihe (30) oder Spalte (32) benachbarten spiralförmigen Wicklungen (38a, 38b; 40a, 40b) mindestens näherungsweise gleich ist.
Induktionsheizvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste spiralförmige Wicklung (38a; 40a) einen ersten Randwicklungsabschnitt (42a; 44a) aufweist und eine zweite spiralförmige Wicklung (38b; 40b) einen zweiten Randwicklungsabschnitt (42b; 44b) aufweist, wobei die erste spiralförmige Wicklung (38a; 40a) und die zweite spiralförmige Wicklung (38b; 40b) benachbart sind und wobei der erste Randwicklungsabschnitt (42a; 44a) und der zweite Randwicklungsabschnitt (42b; 44b) benachbart sind, und wobei bei Stromfluss die Stromrichtung in dem ersten Randwicklungsabschnitt (42a; 44a) und dem zweiten Randwicklungsabschnitt (42b; 44b) mindestens näherungsweise gleich ist.
Induktionsheizvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei Stromdurchfluss in benachbarten Randwicklungsabschnitten (42a, 42b; 44a, 44b) von benachbarten spiralförmigen Wicklungen (38a, 38b; 40a, 40b) sowohl in einer Reihe (30) als auch in einer Spalte (32) mindestens näherungsweise die gleiche Stromrichtung vorliegt.
Induktionsheizvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass benachbarte spiralförmige Wicklungen (60a, 60b; 64a, 64b) beabstandet sind oder einander überlappen.
Induktionsheizvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass benachbarte Randwicklungsabschnitte (62a, 62b; 66a, 66b) beabstandet sind oder in einer Projektion auf den Träger (12) sich kreuzen.
Induktionsheizvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die spiralförmigen Wicklungen (28) in einem zweidimensionalen Gitter an dem Träger (12) angeordnet sind.
Induktionsheizvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Gitter ein Rechteckgitter und insbesondere Quadratgitter ist.
Induktionsheizvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass spiralförmige Wicklungen (28) mindestens eines gleichen Typs bezüglich einer äußeren Einhüllenden gleich ausgebildet sind.
Induktionsheizvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass spiralförmige Wicklungen (28) mindestens eines gleichen Typs bezüglich der Anzahl an Windungen (34) gleich ausgebildet sind.
Induktionsheizvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine spiralförmige Wicklung (28) mindestens zwei Windungen (34) und insbesondere mindestens drei Windungen (34) aufweist.
Induktionsheizvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine spiralförmige Wicklung (28) höchstens acht Windungen (34) und insbesondere höchstens sieben Windungen (34) aufweist.
Induktionsheizvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spulenvorrichtung (14) einen ersten Typ von spiralförmigen Wicklungen umfasst, bei welchem Windungen (34) von einer Ausgangsstelle (36) weg nach außen mit zunehmendem Abstand von der Ausgangsstelle (36) verlaufen, und einen zweiten Typ umfassen, bei welchem Windungen (34) zu einer Ausgangsstelle (36) hin von außen nach innen mit abnehmendem Abstand zu der Ausgangsstelle (36) verlaufen.
Induktionsheizvorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass in den Reihen (30) und Spalten (32) spiralförmige Wicklungen (28) vom ersten Typ und vom zweiten Typ alternierend angeordnet sind.
Induktionsheizvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Drehsinn eine elektrischen Stroms innerhalb einer spiralförmigen Wicklung (28) gleichsinnig ist und dass die Drehsinne in benachbarten spiralförmigen Wicklungen (28) entgegengesetzt sind.
Induktionsheizvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass spiralförmige Wicklungen (28) durch mindestens näherungsweise gerade Windungsabschnitte (58) gebildet sind.
Induktionsheizvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass benachbarte Randwicklungsabschnitte (42a, 42b; 44a, 44b) benachbarter spiralförmiger Wicklungen (38a, 38b; 44a, 44b) mindestens näherungsweise parallel zueinander orientiert sind.
Induktionsheizvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl von spiralförmigen Wicklungen (28) elektrisch in Reihe geschaltet sind.
Induktionsheizvorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die spiralförmigen Wicklungen (28) in einer Reihe (30) oder in einer Spalte (32) elektrisch in Reihe geschaltet sind, und dass Reihen (30) oder Spalten (32) spiralförmiger Wicklungen (28) elektrisch in Reihe geschaltet sind.
Induktionsheizvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine elektrische Verbindung zwischen benachbarten spiralförmigen Wicklungen (28) innerhalb einer Reihe (30) oder Spalte (32) über Randwicklungsabschnitte erfolgt, oder über eine Verbindung zwischen Ausgangsstellen (36) für Windungen (34) einer spiralförmigen Wicklung (28) erfolgt.
Induktionsheizvorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb einer Reihe (30) oder Spalte (32) die elektrischen Verbindungen zwischen Randwicklungsabschnitten und Ausgangsstellen (36) alternierend sind.
Induktionsheizvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine elektrische Verbindung zwischen benachbarten Reihen (30) oder Spalten (32) über einen Randwicklungsabschnitt und eine Ausgangsstelle (36) für Windungen (34) benachbarter spiralförmiger Wicklungen (28) erfolgt.
Induktionsheizvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die spiralförmigen Wicklungen (28) als Flachspulen ausgebildet sind.
Induktionsheizvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die spiralförmigen Wicklungen (28) durch mindestens eine Hochfrequenzlitze (16) gebildet sind.
Induktionsheizvorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Hochfrequenzlitze (16) über einen oder mehrere Haltefäden (70) an dem Träger (12) gehalten ist.
Induktionsheizvorrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (12) ein Maschennetz ist und insbesondere die mindestens eine Hochfrequenzlitze (16) mit dem Maschennetz vernäht ist.
Induktionsheizvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (12) ein textiles Gebilde ist.