DE29601328U1 - Elektromagnetische Induktionsspule - Google Patents

Description

Die Neuerung betrifft eine elektromagnetische Induktionsspule, die vorteilhaft in einer Vorrichtung zum induktiven Erwärmen von Gegenständen verwendet werden kann.

Es ist wohlbekannt, daß Magnetmaterialien induktiv erwärmbar sind, indem sie mit hochfrequenten Wechselmagnetfeldern gekoppelt werden, die durch Aufbringen einer Wechselspannung über eine Arbeitsspule erzeugt werden, die aus einer Anzahl Windungen aus elektrischem Draht oder einem anderen langen elektrischen Leiter gebildet ist. Im Betrieb wirkt die Induktionsspule als die Primärwicklung eines Transformators, und das Werkstück ist als die Sekundärwicklung wirksam. Das zu erwärmende Material ist nicht Teil eines geschlossenen elektrischen Kreises, und die Erzeugung von Wärme geht auf den induzierten elektrischen Strom zurück, der in dem Werkstück fließt. Das Erwärmen des Werkstücks ist das Ergebnis innerer Energieverluste, und zwar entweder aufgrund von

Widerstandsverlusten oder Hystereseverlusten im Fall von ferromagnetische™ Material, was bewirkt, daß die Temperatur ansteigt. Leitfähige Metallrohre können als Spulenleiter

verwendet werden, um im Betrieb das Leiten von Kühlfluid 5

durch die Spule zu ermöglichen. Die tatsächliche Spannung und Frequenz sind von mehreren Faktoren abhängig, u. a. von der Größe des Netzgeräts, des Werkstücks und von dem Spulentyp. Der Erfolg des Induktionserwärmungsvorgangs hängt in hohem Maß von der richtigen Auslegung der Arbeitsspulen ab, die als Induktoren wirksam sind. Induktionsspulen, die das Werkstück während des Erwärmungsvorgangs vollständig umgeben, sind für den Gebrauch unzweckmäßig, wenn das zu erwärmende Objekt solche Größe oder Gestalt hat, daß es nicht ohne weiteres durch die Enden der Spule entlang der inneren

Achse der Spule eingeführt und daraus entnommen werden kann. Ein solcher Typ von Gegenstand ist ein elektrisches Verdrahtungsbündel bzw. ein Kabelbaum, von dem ein kurzer Bereich in der Spule angeordnet werden soll, um Materialien induktiv zu erwärmen, die für noch zu beschreibende Zwecke

Zwischenräume in dem Kabelbaum verschließen sollen.

Dieser Nachteil kann gemildert werden, indem eine offenseitige Spule verwendet wird, in die und aus der der zu erwärmende Gegenstand in einer zu der inneren Spulenachse quer 25

verlaufenden Richtung anstatt entlang der Achse, wie das bei einer geschlossenen Spule unvermeidlich ist, bewegt werden kann. Eine solche offenseitige Induktionsspule kann beispielsweise hergestellt werden, indem ein geeigneter Leiter zu einer einfachen flachen "Pfannkuchen"- bzw. Flachspule

mit Rechteckform gewickelt und die Flachspule um eine Mittellinie gebogen wird, die mit den kürzeren Seiten des Rechtecks parallel verläuft, so daß die längeren Seiten der Rechteckspule sich bogenförmig wölben, um einen im allgemeinen U- oder C-förmigen Innenraum der so gebildeten offenseitigen Spule zu definieren. Mit zunehmender Größe von solchen offenseitigen Spulen in Form eines "gebogenen Pfannkuchens", um größere induktiv erwärmbare Gegenstände

aufzunehmen, beispielsweise die größeren elektrischen Kabelbäume mit einem Durchmesser von 20 mm oder mehr, die heute in der AutomobilIndustrie üblich werden, werden unzweckmäßig große Generatoren benötigt, die unerwünscht hohe Spannungen und/oder Ströme und/oder Frequenzen verwenden, um ein ausreichend starkes Feld in den Spulen zu erzeugen. Sehr hohe Frequenzen (z. B. 5 MHz) haben den weiteren Nachteil, daß unannehmbare Leistungsverluste auftreten können, wenn die Spule an dem Generator über längere (1 bis 4 m) flexible Leiter zum entfernten Betrieb angebracht ist.

Die vorliegende Neuerung löst dieses Problem durch Bereitstellen einer elektromagnetischen Induktionsspule mit offenen Seiten, die wenigstens zwei Spulenabschnitte aufweist

(die bevorzugt aus elektrisch leitendem Rohr bestehen), die elektrisch parallel zueinander verbunden sind.

Indem auf diese Weise die Spule in elektrisch parallelen Abschnitten aufgebaut ist, ermöglicht die Neuerung auf vor-

teilhafte Weise, daß die gewünschten größeren Spulen zweckmäßig aus Rohren mit kleiner Bohrung oder aus Draht mit relativ kleinem Durchmesser hergestellt werden, während gleichzeitig die Gesamtspuleninduktivität ausreichend niedrig gehalten wird, um von relativ niedrigen und sicheren Spannungen (z. B. unterhalb 250 V) mit hohen Frequenzen {z. B. 0,5 bis 1,5 MHz) angetrieben zu werden, die von handelsüblichen Generatoren zu erhalten sind, beispielsweise von den CEIA-Generatoren "Power Cube" (Wz) von 120 V, 1 MHz, 2,5 kW, die gelegentlich mit kleinen Spulen verwendet wer-

den, um kleine Metallgegenstände in der Juwelierbranche zu erwärmen.

Bevorzugt umfaßt bei den Spulen gemäß der vorliegenden Neuerung jeder dieser Spulenabschnitte einen proximalen Bereich, der um die innere Spulenachse gebogen ist, einen distalen Bereich, der um die innere Spulenachse gebogen ist, und einen Verbindungsbereich, der sich im wesentlichen in der

gleichen Richtung wie die innere Spulenachse erstreckt und den proximalen Bereich mit dem distalen Bereich so verbindet, daß zwischen ihnen ein Raum in einer Richtung, die entlang der inneren Spulenachse liegt, vorhanden ist.

"Proximale" und "distale" Bereiche bedeuten Bereiche eines gegebenen Spulenabschnitts, die näher bei (proximal) bzw. weiter von (distal) einem Betrachter liegen, der von einem Ende der Spule entlang der innere Spulenachse blickt. Bezugnahmen darauf, daß diese proximalen und distalen Bereiche um die innere Spulenachse "gebogen" sind, sollen die Bogenbereiche nicht auf irgendeine bestimmte Gestalt beschränken. Bögen mit Winkelgestalt, die beispielsweise drei Seiten eines Rechtecks bilden, wären denkbar, obwohl stärker ge-

wölbte Formen bevorzugt sein können, um gleichmäßigere Felder in der Spule zu erzeugen. Bögen, die "Schenkel" auf beiden Seiten der inneren Spulenachse haben, wobei die Schenkel von der Seitenöffnung in einer relativ geraden Linie ausgehen und sich dann um ungefähr 180° um die Spu-

lenachse in Richtung zu den Schenkeln auf der anderen Seite wölben, können bevorzugt werden, um Spulen von zweckmäßiger Tiefe und Seitenöffnungsbreite zu bilden, die fähig sind, relativ große Gegenstände vollständig in dem inneren Spulenraum aufzunehmen. Im wesentlichen kreisförmige Bögen, die sich bevorzugt unter einem Winkel von wenigstens 180°, bevorzugt 225° oder möglicherweise 270° um ihre zentrale Spulenachse gegenüberliegen, können ebenfalls brauchbar sein.

Es versteht sich, daß der proximale (oder distale) gebogene

Bereich eines Spulenabschnitts diskontinuierlich sein kann, wenn es gewünscht wird, den Bogen aus den zwei freien Endzonen des fortlaufenden Spulenabschnitts zu bilden. Bevorzugt sind die freien Endzonen ausreichend nahe beieinander positioniert, so daß jede solche Diskontinuität eine annehmbar geringe Auswirkung auf die Gleichförmigkeit des Felds hat, das beim Gebrauch in der Spule erzeugt wird. Alternativ können die freien Enden jedes Spulenabschnitts in dem vorge-

nannten Verbindungsbereich angeordnet sein, was es beiden gebogenen Abschnitten erlaubt, aus fortlaufenden Längen des Spulenabschnitt-Leiters gebildet zu werden. Es ist auch denkbar, daß die Spule sowohl an den proximalen als auch den distalen Bereichen jedes Abschnitts diskontinuierlich sein könnte. Eine solche Spule könnte aus separaten Abschnitten auf jeder Seite der inneren Spulenachse aufgebaut sein, wobei jeder Abschnitt einen proximalen und einen distalen Bereich hat und diese beiden Bereiche sich um die Achse in Richtung zu dem entsprechenden separaten Spulenabschnitt auf der entgegengesetzten Seite der Achse herumwölben. Diese Konstruktion hätte jedoch die Tendenz, die elektrischen und Kühlfluid-Verbindungen zu einer überlappten Serie von solchen "linksseitigen und rechtsseitigen" Spulenabschnitten zu

komplizieren. Fortlaufende Spulenabschnitte, die entlang einer Seite der Spulenachse verlaufen und sich um sie herum biegen, um entlang der anderen Seite der Achse zurückzuverlaufen, werden daher bevorzugt.

Der Hinweis, daß der genannte Verbindungsbereich jedes Spulenabschnitts im wesentlichen in der gleichen Richtung wie die innere Spulenachse verläuft, soll die Anordnung nicht auf streng parallele Ausfluchtungen beschränken. Der Verbindungsbereich braucht nicht vollständig gerade zu sein und

kann eine Neigung haben oder in gewissem Maß zu der inneren Spulenachse hin bzw. davon weg verlaufen unter der Voraussetzung, daß das Ziel erreicht wird, den distalen Bereich ausreichend weit von dem proximalen Bereich entlang der Achse zu beabstanden. Diese Beabstandung in Längsrichtung

ist bevorzugt ausreichend, um den Grad der zerstörenden Wechselwirkung zwischen den entgegengesetzten Feldern, die in den jeweiligen proximalen und distalen Bogenbereichen jedes bevorzugten Spulenabschnitts erzeugt werden, zu verringern oder zu Null zu machen, wobei diese Bogenbereiche als in Gegenrichtungen um die innere Spulenachse "wandernd" gedacht werden können, wenn man dem Spulenabschnitt von einem seiner freien Enden zu dem anderen folgt.

Die Beabstandung in Längsrichtung ist zusätzlich vorteilhaft, wenn mit einem ersten der Spulenabschnitte wenigstens ein anderer genannter Spulenabschnitt in dem genannten Raum zwischen den proximalen und distalen Bereichen des ersten Spulenabschnitts mit dem (den) distalen Bereich(en) des (der) genannten anderen Spulenabschnitts (Spulenabschnitte) über den distalen Bereich des ersten Spulenabschnitts hinaus ausgefluchtet ist.

Diese Anordnung der Spulenbereiche erlaubt sämtlichen proximalen Bogenbereichen, die in einer Richtung (z. B. im Uhrzeigersinn) um die innere Spulenachse herum "wandern", zusammen gruppiert zu werden, und zwar separat von der

entsprechenden Gruppe (weiter entlang der Spulenachse) von distalen Bogenbereichen, die in der anderen Richtung (z. B. im Gegenuhrzeigersinn) "wandern". Eine zerstörende Feldwechselwirkung wird dadurch eher auf einen kleinen zentralen Bereich der Spule zwischen den jeweiligen proximalen und

distalen Gruppen begrenzt. Die Beabstandung zwischen unmittelbar benachbarten Bogenbereichen wird bevorzugt gewählt, um die axiale Länge der Spule zu maximieren, während gleichzeitig ein annehmbar gleichförmiges Feld für die vorgesehenen Zwecke im Betrieb aufrechterhalten wird. Die

Bezugnahme darauf, daß die proximalen oder distalen Bereiche "ausgefluchtet" sind, soll die Bedeutung vermitteln, daß die Spulenabschnitte angeordnet sind, um eine erkennbare Spulenkonstruktion zu bilden, die die vier (oder mehr) Bogenbereiche enthält, die von den zwei (oder mehr) Spulenabschnitten

gebildet sind. Eine genaue Ausfluchtung ist nicht ausschlaggebend, und eine gewisse Abweichung hinsichtlich Ausfluchtung und/oder Gestalt kann toleriert werden, wenn das von der Spule im Betrieb erzeugte Feld einen Gleichförmigkeitsgrad hat, der für den jeweiligen Zweck geeignet ist.

Bei einer besonders bevorzugten Form der Spulen gemäß der vorliegenden Neuerung sind zwei oder mehr, bevorzugt nicht

mehr als fünf, der genannten anderen Spulenabschnitte mit ihren jeweiligen proximalen Bereichen in dem genannten Raum des ersten Spulenabschnitts und mit ihren jeweiligen distalen Bereichen über den Raum des ersten Spulenabschnitts hinausgehend ausgefluchtet. Bei dieser Anordnung wird die Längsdistanz zwischen dem proximalen und dem distalen Bereich des ersten Spulenabschnitts gewählt, um den kombinierten Breiten der dazwischenliegenden proximalen Bereiche der anderen Spulenabschnitte gemeinsam mit dem freien Raum zwischen benachbarten proximalen Bereichen zu entsprechen. Es wird außerdem bevorzugt, daß der distale Bereich jedes folgenden anderen Spulenabschnitts über den distalen Bereich des vorhergehenden Spulenabschnitts hinaus ausgefluchtet ist. Das erlaubt den jeweiligen Spulenabschnitten auf vor-

teilhafte Weise, einander in bezug auf Größe und Gestalt und Beabstandung zwischen proximal und distal relativ weitgehend zu gleichen, wobei nur solche geringfügigen Abweichungen vorhanden sind, die notwendig sein können, um die überlappenden Spulenabschnitte "nestartig" ineinanderzusetzen, um

eine erkennbare, bevorzugt im wesentlichen gleichförmig ausgefluchtete offenseitige Spule zu bilden.

Die elektrisch parallele Verbindung der separaten Spulenabschnitte ermöglicht es, daß sie vorteilhaft aus Metallrohr (z. B. Kupferrohr) mit kleiner Bohrung, z. B. mit einem Außendurchmesser von nicht mehr als 5 mm, bevorzugt bis zu 4 mm, stärker bevorzugt bis zu 3,5 mm, speziell 2,8 bis 3,2 mm hergestellt werden. Das wiederum ermöglicht jedem Spulenabschnitt, zweckmäßig dadurch hergestellt zu werden,

daß eine separate kontinuierliche Länge des Rohrs mit im wesentlichen gleichmäßigem Durchmesser gebogen wird, wohingegen bei Rohr mit mehr als 5 mm Durchmesser die Tendenz besteht, daß Schneiden und Zusammenfügen notwendig sind, weil es zu weit ist, um zu den erforderlichen komplexen Formen gebogen zu werden. Jeder Spulenabschnitt hat bevorzugt eine Gesamtlänge des um die innere Spulenachse gebogenen Rohrs, die die Gesamtlänge der Verbindungsabschnitte über-

schreitet, die sich im wesentlichen in der gleichen Richtung wie die Spulenachse erstrecken. Im Gebrauch ist eine Flüssigkeitskühlung der Spule gewöhnlich vorteilhaft, und in diesem Fall wird es bevorzugt, daß erste Enden der Spulenabschnitte parallel mit einer gemeinsamen Kühlflüssigkeits-Einlaßsammelleitung und die anderen Enden der Spulenabschnitte parallel mit einer gemeinsamen Kühlflüssigkeits-Auslaßsammelleitung verbunden sind. Diese Sammelleitungen können zweckmäßig auch die jeweiligen Enden der Spulenabschnitte elektrisch parallel miteinander verbinden, wobei die jeweiligen Sammelleitungen mit entgegengesetzten Enden der HF-Erregerschaltung elektrisch verbunden sind.

Brauchbare Spulen gemäß der Neuerung für die Zwecke der

Blockierung von Kraftfahrzeug-Kabelbäumen können bevorzugt eine Seitenöffnung mit einer Breite von wenigstens 20 mm, bevorzugt wenigstens 25 mm, stärker bevorzugt wenigstens 30 mm sowie eine Tiefe von wenigstens 20 mm, bevorzugt wenigstens 25 mm, stärker bevorzugt wenigstens 30 mm haben.

Axiale Spulenlängen von wenigstens 45 mm, bevorzugt wenigstens 50 mm, gemessen entlang der inneren Spulenachse vorzugsweise von dem ersten proximalen Bereich bis zu dem letzten distalen Bereich sämtlicher Spulenabschnitte, können ebenfalls bevorzugt werden.

Die Spule kann mehr oder weniger starr an einem HF-Generator angebracht sein, der die übrigen bekannten Bauelemente eines sogenannten "Tankkreises¹¹ aufweist, der fähig ist, mit der gewünschten Frequenz zu schwingen, und in diesem Fall werden

induktiv zu erwärmende Gegenstände normalerweise zu der Spule gebracht. Es kann aber häufig zweckmäßiger sein, und zwar besonders zum Erwärmen großer Gegenstände wie etwa von Kabelbäumen, wenn die Spule als Teil eines Tankkkreises in einem selbständig bewegbaren Modul angeordnet ist, das fähig ist, elektrisch-induktiv mit einem entfernten HF-Generator gekoppelt zu werden. Bevorzugt ist das Modul elektrischinduktiv mit einem entfernten HF-Generator durch eine fIe-

xible elektrische Leitung einer Länge von wenigstens 1 m, bevorzugt wenigstens 2 m, stärker bevorzugt 3 m, insbesondere 3,8 bis 4,2 m gekoppelt.

Die Induktionsspule ist bei diesem entfernten Tankkreis der Induktor, und Kapazität wird der Spule hinzugefügt. Durch Anpassen der Kapazität und Induktivität dieses entfernten Tankkreises wird ein durchgestimmter Schwingkreis gebildet, der mit einer Spannung gespeist werden kann, die mit der

Resonanzfrequenz wechselt, um Verluste in den Leitungen sehr klein zu halten. Es wird bevorzugt, die Kapazität des entfernten Tankkreises und die Induktivität der Spule so zu wählen, daß die Schwingungsfrequenz innerhalb des Betriebsbereichs eines handelsüblichen Generators liegt, dessen

Ausgangsfrequenz bevorzugt selbstabgleichend ist, um derjenigen des entfernten Tankkreises zu entsprechen. Da die Verluste in diesem System niedrig sind, können Leistung und physische Größe des Generators zweckmäßig klein gehalten werden. Um elektrische Verluste in den Leitungen zu ver-

ringern, wird der durch sie fließende Strom bevorzugt durch die Abstimmung der Frequenzen auf ein Minimum verringert. Um das zu erreichen, wird die Spule bevorzugt direkt mit den Kondensatoren des Tankkreises in einem entfernten Gehäuse verbunden, das an den Enden der flexiblen Leitungen ange-

bracht ist. Um jedoch einen ausreichenden Strom zu erhalten, um einen erwünscht hohen Magnetfluß in der Spule zu erzeugen, ist der Blindwiderstand der Spule bevorzugt möglichst niedrig, bevorzugt kleiner als 5 W, stärker bevorzugt kleiner als 2 W, insbesondere kleiner als IW; und um erwünschte

Leistungspegel bereitzustellen, sind die Kondensatoren in dem entfernten Gehäuse bevorzugt möglichst groß, bevorzugt größer als 200 nF, stärker bevorzugt größer als 350 nF, insbesondere größer als 500 nF. Bei einer Frequenz von 1 MHz, die zum induktiven Erwärmen von sehr kleinen metallisehen Teilchen, wie noch beschrieben wird, sehr wirkungsvoll ist, erfordert eine Kapazität von 500 nF eine entsprechende Induktivität von 0,05 &mgr;&EEgr;, was bevorzugt gemäß der Neuerung

dadurch erreicht wird, daß die Zahl der parallel miteinander verbundenen Spulenabschnitte erhöht wird, um die Spuleninduktivität auf den gewünschten Wert herabzusetzen.

Ein Verfahren zum elektromagnetischen Induktionserwärmen, ist dadurch gekennzeichnet, daß eine Spule gemäß einem bzw. jedem Aspekt der Neuerung von einem geeigneten HF-Generator erregt wird und ein Gegenstand, der fähig ist, durch elektromagnetische Induktion erwärmt zu werden, in das Feld gebracht wird, das in der Spule erzeugt wird, und dadurch induktiv erwärmt wird. Bei einer Ausführungsform dieses Verfahrens ist der induktiv zu erwärmende Gegenstand isolierten elektrischen Drähten zugeordnet, bevorzugt Teil eines Kabelbaums, und so angeordnet, daß die Drähte in einer Richtung

im wesentlichen parallel zu der inneren Spulenachse verlaufen, so daß dadurch die induktive Erwärmung der Drähte minimiert wird. Die induktive Erwärmung der Drähte wird annähernd verdoppelt, wenn die Magnetflußlinien in der Spule die Drähte rechtwinklig kreuzen, anstatt wie bei dieser bevor-

zugten Anordnung im wesentlichen entlang den Drähten zu verlaufen. Wenn andererseits der induktiv erwärmbare Gegenstand eine wärmeschrumpfbare rohrförmige Hülse aufweist, die induktiv erwärmbare magnetische Partikel trägt oder in sich aufweist, wird diese bevorzugt so angeordnet, daß die Rohr-

achse der Hülse im wesentlichen parallel zu der inneren Achse der Spule liegt (was von selbst eintritt, wenn die Hülse den vorgenannten Teil eines Kabelbaums umgibt). Dabei maximiert die Ausfluchtung das induktive Erwärmen der Hülse (und veranlaßt die Hülse bevorzugt zum Schrumpfen), da die

Magnetflußlinien, die entlang der Richtung der Hülsenwand fließen, mehr Gelegenheit zur Wechselwirkung mit den induktiv erwärmbaren Teilchen haben, als dies bei Flußlinien der Fall wäre, die durch die Hülsenwand rechtwinklig zu ihrer Mantelfläche gehen. Somit kann die Hülse durch induktives Erwärmen aufgeschrumpft werden, während gleichzeitig und überraschend die Gefahr einer thermischen Beschädigung der Drahtisolation minimiert wird.

Bei einem besonders bevorzugten Verfahren weist der induktiv erwärmbare Gegenstand den genannten Teil eines Kabelbaums auf, der von einer wärmeschrumpfbaren Hülse, bevorzugt einer induktiv erwärmbaren wärmeschrumpfbaren Hülse umgeben ist (d. h. bevorzugt von einer Hülse, die induktiv erwärmbare Magnetpartikel trägt oder diese enthält), und die Hülse umschließt außerdem einen separaten Körper aus durch Wärme aktivierbarem Dichtmaterial, bevorzugt induktiv erwärmbarem durch Wärme aktivierbaren Dichtmaterial (das bevorzugt die vorgenannten induktiv erwärmbaren Magnetpartikel enthält), das schmilzt und fließt, um die Zwischenräume in dem genannten Teil des Kabelbaums zu verschließen bzw. zu blockieren, wenn die Hülse und/oder das Dichtmaterial und/oder die Dräh-

te des Kabelbaums von dem Feld in der Spule induktiv erwärmt werden. Induktiv erwärmbare Materialien und Induktionsheizverfahren zum Verschließen von elektrischen Kabeln oder Kabelbäumen sind in US-A-5 378 879 (MP1474) beschrieben, deren Offenbarung hier summarisch eingeführt wird.

Die Neuerung wird nachstehend auch hinsichtlich weiterer Merkmale und Vorteile anhand der Beschreibung von Ausführungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Die Zeichnungen zeigen in:

Fig. 1 zu Vergleichszwecken als schematische Perspektivansicht ein Beispiel der vorbekannten Spulen in Form eines "gebogenen Pfannkuchens";

Fig. 2 eine schematische Perspektivansicht einer Spule gemäß der Neuerung, die aus drei parallel miteinander verbundenen Abschnitten besteht;

Fig. 3A

und 3B schematische Ansichten vom Ende und in die Seitenöffnung einer Spule ähnlich derjenigen, die in Fig. 2 gezeigt ist;

Fig. 4A,

4B, 4C schematische Ansichten einer ähnlichen Spule gemäß der Neuerung, die fünf Spulenabschnitte anstelle der drei nach den Fig. 2 und 3 hat; und

Fig. 5 eine schematische Darstellung einer möglichen Form eines Moduls oder Gehäuses für die Spule und andere Komponenten des Tankkreises zur Verwendung mit einem entfernt angeschlossenen Generator.

Die bekannte offenseitige Spule gemäß Fig. 1 besteht aus einer einzigen Länge Kupferrohr 10, das von einem Einlaßende 11 zu einem Auslaßende 12 verläuft, wobei die ursprünglich flache Pfannkuchen-Spule mit grob rechteckiger Gestalt wie

gezeigt um die innere Spulenachse, die durch die Linie A angedeutet ist, gebogen ist, um proximale und distale Bogenbereiche zu bilden, die in den durch die Pfeile an den Bögen angezeigten Richtungen "wandern", wobei Verbindungsbereiche 13 ungefähr parallel mit der inneren Achse A verlaufen. Auch bei Verwendung des größten biegbaren Durchmessers (ca. 5 mm) von Kupferrohr, um die Induktivität zu minimieren, ist die größte Rohrlänge für eine Spule dieser Bauart in einem System mit einem entfernten Tankkreis ca. 300 mm, was die in der Praxis nutzbaren Spulendimensionen auf einen Innen-

durchmesser und eine Tiefe von jeweils höchstens ca. 20 mm und die Spulenlänge entlang der inneren Achse auf höchstens ca. 40 mm begrenzt. Das beschränkt den Durchmesser von Drahtbündeln, die im Inneren der Spule angeordnet werden können, auf ca. 15 mm, was ein Bündel von nur bis zu ca. 30 Drähten darstellt, was für die Arten von Drähten, die gewöhnlich in modernen Fahrzeug-Kabelbäumen verwendet werden, klein ist.

Im Gegensatz zu der Spule von Fig. 1 ist die in Fig. 2 gezeigte Spule gemäß der Neuerung aus drei separaten Spulenabschnitten gebildet, die jeweils proximale Bereiche 20, 21, 22 und distale Bereiche 23, 24, 25 haben, die um die innere Achse A gebogen sind und in der Richtung der Pfeile auf den Bögen "wandern", wobei entsprechende Verbindungsbereiche 26, 27, 28 ungefähr parallel zu der inneren Achse A verlaufen. Es ist ersichtlich, daß die von den proximalen Bereichen 21 und 22 gebildeten Bögen in dem Raum zwischen dem proximalen Bereich 20 und seinem entsprechenden distalen Bereich 23 geringfügig weiter als die Bögen sind, die von dem ersten proximalen Bereich 20 und den drei distalen Bereichen 23, 24, 25 gebildet sind. Man tut dies, um die bevorzugte überlappte Anordnung der drei allgemein gleichartigen Spulenabschnitte zu erhalten, wobei der zweite distale Bereich 24 nach dem ersten distalen Bereich 23 und der dritte distale Bereich 25 nach dem zweiten distalen Bereich 24 positioniert ist. Falls gewünscht, könnte das Rohr so gebogen werden, daß die proximalen Bereiche 21 und 22 über den größten Teil

ihrer Länge enger mit den anderen Bogenbereichen ausgefluchtet sein könnten, wobei die Erweiterung nur in der Zone erfolgt, in der die proximalen Bereiche 21 und 22 den Verbindungsbereichen 27 und 28 sehr nahe sind.

.

Die freien Enden der Spulenabschnitte sind jeweils mit einer Kühlfluid-Einlaßsammelleitung 29 und einer -Auslaßsammelleitung 30 aus Kupfer verbunden, wodurch die erforderliche elektrische Verbindung der drei Spulenabschnitte parallel zueinander hergestellt wird. Bei dieser Konstruktion kann

die Spule aus Kupferrohr mit 3 mm Durchmesser hergestellt sein, wobei jeder der drei Abschnitte 300 mm lang ist, was eine Gesamtlänge von 900 mm leicht biegbarem Kupferrohr in der Spule ergibt, während gleichzeitig noch eine Gesamtinduktivität erreicht wird, die gut innerhalb des Betriebsbereichs liegt (z. B. weniger als 0,5 &mgr;&EEgr;, bevorzugt weniger als 0,3 &mgr;&EEgr;, stärker bevorzugt 0,08 bis 0,12 &mgr;&EEgr;), der zur Verwendung in einem System mit einem entfernten Tankkreis

geeignet ist. Das macht es möglich, die Spule mit einem wesentlichen besser nutzbaren Arbeitsvolumen herzustellen, und zwar mit einer inneren Weite von ca. 30 mm, einer Tiefe von ca. 32 mm und einer Länge entlang der inneren Achse A von ca. 50 mm, wobei die Spule fähig ist, die immer häufiger werdenden Kraftfahrzeug-Leiterbündel mit einem Durchmesser von bis zu 25 mm aufzunehmen, die ungefähr 60 Leiterdrähte in einem durchschnittlichen Kraftfahrzeug-Kabelbaum umfassen.

Die Fig. 3A und 3B zeigen jeweils schematische Darstellungen von einem Ende und in die Seitenöffnung von Spulen, die ungefähr der in Fig. 2 gezeigten Spule entsprechen, wobei die verschiedenen Teile entsprechende Bezugsziffern haben.

Die vorgenannten weiteren Bögen der proximalen Bereiche 21 und 22 sind in Fig. 3A gezeigt, und die bevorzugte Biegung der Verbindungsbereiche 27 und 28, um ihre jeweiligen distalen Bogenbereiche 24 und 25 in Ausrichtung mit dem ersten distalen Bereich 23 zu bringen, ist in Fig. 3B ge-

. .
zeigt.

Fig. 4A ist eine Ansicht, die derjenigen von Fig. 3B allgemein gleicht, und zeigt eine Spule, die fünf überlappte Spulenabschnitte aufweist, wobei die proximalen Bereiche 41, die distalen Bereiche 42 und die Verbindungsbereiche 43 auf eine Weise angeordnet sind, die allgemein derjenigen von Fig. 3B gleicht. Bei dieser Darstellung sind die Einlaß- und Auslaß-Sammelleitungen weggelassen.

Fig. 4B zeigt eine Endansicht, die derjenigen von Fig. 3A allgemein gleicht, wobei eine Spule 45 an einem Modul 46 angebracht ist, das andere Komponenten des vorgenannten entfernten Tankkreises enthält. Diese Ansicht zeigt auch die vorher erwähnte alternative Anordnung, bei der die proximalen und distalen Bogenbereiche sämtlich mehr oder weniger ausgefluchtet sind und eine Erweiterung nur in Zonen 47 nahe dem Verbindungsbereich 48 vorhanden ist, um die Überlap-

pungsstruktur aufzunehmen. In sämtlichen Versionen kann die Spule zu ihrem Schutz eingebettet sein, wobei bekannte Kunstharze und Verfahren angewandt werden, wie die Strichlinien 49 zeigen.

Fig. 4C zeigt eine idealisierte Seitenansicht der fünf Abschnitte aufweisenden Spule, die wie vorher proximale Bogenbereiche 50, die mit Ein- und Auslaß-Sammelleitungen 51, 52 verbunden sind, distale Bogenbereiche 53 und Verbindungsbereiche 54 in überlappter Anordnung hat.

Fig. 5 zeigt schematisch eine bevorzugte Konstruktion zum robusten industriellen Einsatz wie etwa auf Fertigungsstraßen von Kraftfahrzeug-Kabelbäumen, wobei eine Spule 51 gemäß

der Neuerung in einem Gehäuse 52 eingeschlossen ist, das eine vorspringende Lippe 53 hat, das die Spule vor direktem Kontakt mit einem Gegenstand wie etwa einem Kraftfahrzeug-Kabelbaum schützt, um den herum die Spule im Gebrauch zu positionieren ist. Dieses Gehäuse 52 kann zweckmäßig die

übrigen Komponenten des entfernten Tankkreises enthalten, um ein selbständig bewegbares Modul zu bilden, das im Gebrauch mit dem erforderlichen HF-Generator durch die vorgenannten flexiblen elektrischen Leitungen verbunden wird, die bevorzugt Kühlfluidleitungen enthalten.

Claims (18)

1. Elektromagnetische Induktionsspule mit offenen Seiten, dadurch gekennzeichnet,

daß sie wenigstens zwei Spulenabschnitte, bevorzugt aus elektrisch leitendem Rohr, aufweist, die elektrisch parallel miteinander verbunden sind.

2. Spule nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß jeder Spulenabschnitt einen proximalen Bereich (20, 21, 22), der um die innere Spulenachse (A) gebogen ist, einen distalen Bereich (23, 24, 25), der um die innere Spulenachse (A) gebogen ist, und einen Verbindungsbereich (26, 27, 28) aufweist, der im wesentlichen in der gleichen Richtung wie die innere Spulenachse verläuft und den jeweiligen proximalen und den jeweiligen distalen Bereich miteinander verbindet, so daß zwischen ihnen ein Raum in einer entlang der inneren Spulenachse (A) liegenden Richtung vorhanden ist.

3. Spule nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in dem genannten Raum zwischen dem proximalen und dem distalen Bereich des ersten Spulenabschnitts der proximale Bereich von wenigstens einem anderen der Spulenabschnitte ausgefluchtet ist, wobei der distale Bereich (die distalen Bereiche) des anderen Spulenabschnitts (der anderen Spulenabschnitte) über den distalen Bereich des ersten Spulenabschnitts hinaus ausgefluchtet ist (sind).

4. Spule nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwei oder mehr, bevorzugt nicht mehr als fünf, andere Spulenabschnitte so ausgefluchtet sind, daß ihre jeweiligen

proximalen Bereiche xn dem genannten Raum ausgefluchtet sind und ihre jeweiligen distalen Bereiche über denjenigen des ersten Spulenabschnitts hinaus ausgefluchtet sind.

5. Spule nach Anspruch 4,

dadurch gekennzeichnet, daß der distale Bereich jedes folgenden anderen Spulenabschnitts über den distalen Bereich des vorhergehenden Spulenabschnitts hinaus ausgefluchtet ist.

6. Spule nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweiligen Spulenabschnitte einander in bezug auf Größe und Gestalt im wesentlichen gleichen.

7. Spule nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr der Spulenabschnitte einen Durchmesser von nicht mehr als 5 mm hat.

8. Spule nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,

daß jeder Spulenabschnitt einzeln aus einer separaten fortlaufenden Länge des Rohrs mit im wesentlichen gleichmäßigem Durchmesser hergestellt ist, wobei das Rohr gebogen wurde, um den jeweiligen Spulenabschnitt zu bilden.

9. Spule nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Spulenabschnitt eine Gesamtlänge des Rohrs, das um die Spulenachse herum gebogen ist, hat, die seine Länge, die im wesentlichen in der gleichen Richtung wie die Spulenachse verläuft, überschreitet.

10. Spule nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennz e i chnet,

daß der Rohrdurchmeesser bis zu 4 mm, bevorzugt bis zu 3,5 mm, stärker bevorzugt 2,8 bis 3,2 mm beträgt.

11. Spule nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet,

daß erste Enden der Spulenabschnitte aus Rohr mit einer gemeinsamen Kühlfluid-Einlaßsammelleitung (29) parallel verbunden sind und die anderen Enden der Spulenabschnitte mit einer gemeinsamen Kühlfluid-Auslaßsammelleitung (30) parallel verbunden sind.

12. Spule nach Anspruch 11, dadurch gekenn &zgr; e i chnet, daß die Sammelleitungen (29, 30) außerdem die jeweiligen Enden der Spulenabschnitte elektrisch parallel miteinander

verbinden.

13. Spule nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennz e ichnet, daß sie eine Seitenöffnung mit einer Breite von wenigstens 20 mm und einer Tiefe von wenigstens 20 mm und eine Spulenlänge entlang der Spulenachse von wenigstens 40 mm hat.

14. Spule nach Anspruch 13,
dadurch gekennzeichnet,

daß sie eine Seitenöffnung mit einer Breite von wenigstens 25 mm, bevorzugt wenigstens 30 mm, und einer Tiefe von wenigstens 25 mm, bevorzugt wenigstens 30 mm hat und/oder eine Spulenlänge von wenigstens 45 mm, bevorzugt wenigstens 50 mm, hat.

15. Spule nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,

daß sie als Teil eines Schwingungstankkreises in einem Modul (46) angeordnet ist, der mit einem entfernten HF-Generator elektrisch-induktiv verbindbar ist, der eine Schwingungsfrequenz hat, die an diejenige des Tankkreises angepaßt ist. 15

16. Spule nach Anspruch 15,
dadurch gekennz e ichnet,

daß das Modul (46) mit einem entfernten HF-Generator durch elektrische Zuleitungen elektrisch-induktiv gekoppelt ist,

die eine Länge von wenigstens 1 m, bevorzugt wenigstens 2 m, stärker bevorzugt 2,8 bis 3,2 m haben.

17. Spule nach Anspruch 16,
dadurch gekennzeichnet,

daß die elektrischen Zuleitungen Kühlfluidleitungen enthalten oder darin ausgebildet sind, wobei die Kühlfluidleitungen Kühlfluid zu und von der Spule fördern können.

18. Spule nach einem der Ansprüche 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet,

daß der Generator Frequenzen von weniger als 1 MHz, bevorzugt weniger als 500 kHz, stärker bevorzugt von 100 bis 3 00 kHz erzeugen kann.