DE7437929U - Spule - Google Patents

Description

Die Neuerung bezieht sich auf eine Spule für ein Gerät zum Erwärmen von Speisegeschirr mittels eines Generators und eines offenen Magnetwechselfeldes.

Ein derartiges offenes Magnetwechselfeld kann über einigen räumliehen Abstand hinweg zur induktiven Übertragung von elektrischer Energie von einem die Schaltung enthaltenden Primärgerät auf entsprechend ausgestattete bzw, ausgebildete Sekundärgeräte dienen, die in den Wirkungsbereich dieses offenen Magnetwechselfeldes eingebracht werden. Art und Weise, vor allem Leistungsumsatz und Wirkungsgrad der Gleichstrom-Wechselstrom-Umformung sind von Frequenz- bzw. Wellenform des das offene Magnetwechselfeld erzeugenden elektrischen Stromes und der hierbei eintretenden Spannungsform abhängig, Neben den dafür erforderlichen und möglichen Schaltungen und den Schaltmitteln spielt für Wirkungsgrad und Leistungsumsatz die Ausbildung der Spule eine wichtige Rolle,

Der Neuerung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine im Aufbau möglichst einfache Spulenform zu erstellen, welche mit bestmöglichem Wirkungsgrad die zu übertragende Leistung abgeben kann.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Spule aus mindestens zwei konzentrisch ineinander angeordneten Abschnitten besteht und als Flachspule ausgebildet ist. Insbesondere bei der Ausbildung der Flachspule als einlagige Flachspule ist eine besonders einfache und preiswerte Herstellung möglich, andererseits eignen sich solche Flachspulen besonders gut zur Wirbelstromerhitzung entsprechender, in einigem Abstand befindlicher Sekundärgeräte und auch zur kontaktlosen und berührungssicheren elektrischen Energieübertragung auf eine entsprechende Induktionsspule eines stromweiterverarbeitenden Sekundärgerätes, Eine besonders günstige

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Leistungsauskopplung ist mit dieser Spulenbauform möglich. Die ] Ausbildung von zwei konzentrisch ineinander angeordneten Abschnit- I ten einer solchen Flachspule ist gerade dann besonders vorteilhaft, j

wenn eine Schaltung zur Erzeugung eines offenen Magnetwechselfel- j

des Verwendung findet, bei welcher, ausgehend von einem Schalttransistorgenerator mit wenigstens zwei gegentaktgesteuerten Transistoren und einem diesen zugeschalteten Schwingkreis, dessen Spule gleichzeitig die das offene Magnetwechselfeld erzeugende Induktionsspule ist, dadurch, daß dieser ersten, durch eine Parallelkapazität auf die Grundfrequenz abgestimmten Spule in Serie eine zweite Spule zugeschaltet ist, die durch eine zweite Parallelkapazität in Resonanz mit der dritten Oberwelle abgestimmt ist, wobei die beiden Spulen der zwei auf die Grundwellen- und auf die dritte Oberwellenresonanz abgestimmten Schwingkreise in sich gegenseitig nicht dämpfender Zuordnung und Bemessung angeordnet sind und schließlich Mittel zur Lieferung eines zeitlichen Kollektorstromablaufes zur Erzeugung eines angenähert rechteckigen Spannungsverlaufes durch Addition der entstehenden beiden Resonanzspannungen vorgesehen sind,

Die Selbstinduktionen und Resonanzkapazitäten des Grundwellenschwingkreises und des dritten Oberwellenschwingkreises sind vorteilhafterweise im Verhältnis 3 : 1 gehalten, wobei die beiden Spulenabschnitte etwa gleiche Windungszahl aufweisen und die Blindwiderstände im Grundwellen- und im dritten Oberwellenschwingkreis eine ein Verhältnis von Wirkwiderstand des Verbrauchers ß Blindwiderstand von größer als 2 ergebenden Bemessung aufweisen.

Nach einem weiteren Merkmal der Neuerung wird vorgeschlagen, daß der innere Abschnitt der Spule in zwei Spulenteile mit gegenläufigem Wicklungssinn aufgeteilt ist. Diese beiden Spulenteile sind den angewandten Oberwellen zugeordnet, werden durch den gegenläufigen Wicklungssinn gegenläufig vom Strom durchflossen und sind dadurch insgesamt gegen die Grundwellenspule magnetisch entkoppelt.

Ein weiterer Vorteil der Neuerung ist darin zu sehen, daß die Spule aus drei konzentrisch ineinander angeordneten Abschnitten besteht. Eine solche Spulenanordnung ermöglicht in besonders anpassungsfähiger Weise die Aufteilung der Spule in einen Grundwellenabschnitt und zwei Oberwellenabschnitte. Dabei befindet sich der

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Grundwellenabschnitt in der Mitte zwischen den beiden Oberwellenabschnitten.

Die Neuerung sieht vor, daß die Stromzuleitungen der einzelnen Spulenabschnitte gesondert herausgeführt sind. Auf diese Weise ist eine sehr große Freizügigkeit in der Art des Anschlusses der einzelnen Spulenabschnitte untereinander gegeben.

Eine ganz besonders preiswerte Ausführung der Spule kann dadurch erzielt werden, daß sämtliche Wicklungen der einzelnen Spulenabschnitte die gleiche kreisförmige Wicklungsrichtung aufweisen. Damit können herkömmliche, einfache Spulenwiekelmaschinen zum Herstellen der Spule eingesetzt werden und in Verbindung mit den einzeln herausgeführten Stromzuleitungen ist es möglich, auch hier die Oberwellenspulenteile mit gegenläufig fließendem Strom zu versorgen, um so eine magnetische Entkoppelung gegenüber der Grundwellenspule zu erzielen.

Die Neuerung wird nachfolgend an Hand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen im einzelnen:

Fig. 1 die schematische Anordnung von Grundwellen- und drittem Oberwellenkreis in einer Einfach-Brückenschaltung mit Komplementärtransistoren;

Fig. 2 die elektrischen Gegebenheiten dieses Schaltkreises;

Fig, 3 die Prinzipschaltung eines Gegentakt-Transistor-Generators mit fasenreiner Rückkopplung durch Fasenumkehrstufen;

Fig« 4 die gleiche Schaltung mit Rückkopplungsübertrager und Fasenkorrektur;

Fig. 5 eine abgewandelte Schaltung gern, Fig.. 4 zur Herstellung trapezförmiger Kollektorströme;

Fig, 6 den zeitliehen Verlauf einer solchen günstigen Trapezform des Kollektorstromes;

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Fig. 7 eine Schaltung mit übertrager;

Fig. 8 eine Kollektorstromform mit verkürztem Rechteckverlauf und einem Vorimpuls;

Fig. 9 eine Doppelbrückenschaltung mit Komplementärtransistoren und Übertragerrückkopplung;

Pig. 10 eine Abwandlung der Schaltung gern, Fig. 9;

Fig. 11 ein Schaltungsbeispiel für einen Grundwellen- und dritten Oberwellenkreis in Gegentaktschaltung;

Pig, 12 eine schematische Darstellung der räumlichen Ausbildung und Zuordnung der Induktionsspulen für die Grundwelle und für die dritte Oberwelle;

Fig, 13 eine Flachspulenbauart;

Fig, 14 eine Flachspulenbauart mit kreisförmig angeordneten Spulen,

Lie Schaltung nach Fig, 1 weist zwei Schalttransistoren 1 und 2, zwei in Serie geschaltete Parallelschwingkreise 3, 4 für die Grundfrequenz und 5, 6 für die dritte Oberwellenfrequenz auf. Die Spulen 3 und 5 der beiden Schwingkreise sind zugleich die das offene Magnetfeld erzeugenden Induktionsspulen, in welche ein Verbraucher, z, B, in Gestalt einer einzigen geschlossenen Spulenwindung 7, eingebracht wird. Zur Schaltung gehören desweiteren zwei Sperrdioden 8 und 9 an den Kollektoren der Transistoren 1 und 2,

Die durch die Schaltung gewonnene rechteekähnliciie Summenspannung ist besonders vorteilhaft, Die Snergieanteile der Frequenzen f und 3f, die zeitlich rechteckig gesteuerten Kollektorströmen *I und "I der Schalttransistoren 1 und 2 enthalten sind, werden durch die Parallelschwingkreise 3, 4 und 5, 6 aufgenommen und können auf den Schwingkreisspulen 5 und 5 über induktive Ankopplung an den durch das Sekundärgerät 7 dargestellten Verbraucher abgegeben werden. Der an den Komplementärtransistoren 1 und 2 größtzulässige Spannungshereich. zwischen den Betriebsgleichspannungen *U

bzw. -U (Gleichspannung) abzüglich der Kollektor-Emitter-Sättigungsspannungen U , ist bei rechteckähnlichem Verlauf der Kollektorwechselspannung U (Wechselspannung) sehr viel besser ausnutzbar, als vergleichsweise bei einer Sinusspannung. Die Amplitude der Grundwellenspannung kann bis zum 1,27fachen dieses Gleichspannungsbereiches betragen, Hinzu kommt ein Amplitudenanteil von etwa O₃43 der dritten Oberwelle, ohne daß der Spannungsbereich überschritten wird. Gleiches gilt aber auch für den rechteckigen Kollektorstrom. Das Produkt aller Ströme und diesen zugehörigen Spannungen ergibt daher eine Wechselstromleistung von etwa 90 % der zugeführten Gleichstromleistung. Daneben ist die Kollektor-Emitter-Spannung an dem betreffenden stromführenden Transistor über die größte Zeit einer Halbwelle niedrig, Sie erreicht nur während der kurzen Anstiegs- und Abfallzeiten der rechteckähnlichen Summenspannung hohe Spitzenwerte. Die Summe aller Produkte aus Kollektorstrom χ Kollektor-Emitter-Spannung ergibt daher über die Gesamtzeit einer Periode eine sehr niedrige Kollektorverlustleistung Μ., Auch dies trägt zum erreichten hohen Transistorwirkungsgrad bei.

Desweiteren bedeutet voller Kollektorstrom I während einer Halbwelle und weitgehender Ausnutzung der Betriebsgleichspannung U (Gleichspannung) einen großen Leistungsumsatz. Es sind deshalb nur verhältnismäßig kleine Transistoren notwendig, was die bei großen Transistoren bei hohen Frequenzen nachteiligen Schaltverzögerungen ausschließt und zu einer entsprechend wirtschaftlichen Arbeitsweise beiträgt.

Schließlich ergibt die Anordnung von Grundwellen- und drittem Oberwellenschwingkreis bei Abschwächung der Verbraucherankopplung ein besonders günstiges Regelverhalten des Generators, Mit dem Belastungswiderstand steigt nämlich die Summenspannung und überschreitet mit ihren Höckern zeitweise die Kollektor-Sättigungsspannung U _t, so daß der Kollektorstrom zunächst in diesen Zeitbereichen ausbleibt. Mit fortschreitender Verbraucherentkopplung bis zum Leerlauf verbleihen im Kollektorstrom pro Halbwelle nur noch zwei kleinere Randzacken als Anstöße für den dritten Oherwellenschwingkreis und ein schwacher Mittelirapuls für den Grundwellenschwingkreis. Dabei können die Spannungshöcker nicht allein die Kollektor-Sättigungsspannung überschreiten, sondern auch erheblich über

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die Nullspannungsgrenze hinausgehen. Eine damit verbundene Umpolung der Transistoren wird mit den Sperrdioden 8 und 9 verhindert. Ansonsten wurden inverse Transistorströme eine unerwünschte Schwingungskreisdämpfung ausüben. Der Kollektorgleichstrom geht im Leerlauf auf wenige Prozente des Maximalstromes bei Vollast zurück und dient vorwiegend dazu, die geringen Eigenverluste der Schwingungskreise zu decken.

Die Generatortransistoren mit fester Frequenz zu steuern, wäre jedoch in der Praxis ungünstig, weil sich die Resonanzlage der Schwingungskreise 3, ^ und 5, 6 je nach Verbraucher ändert, so daß bei Verstimmung gegen Festfrequenz die Transistoren nicht mehr fasenrein belastet sind und thermische Überlastungsgefahr besteht. Durch Selbsterregung des Generators mit fasenreiner Rückkopplung kann dies vermieden werden. Es erregt sich dann stets diejenige Frequenz, die genau der jeweiligen Resonanzlage des Schwingungskreises einschließlich des durch das Sekundärgerät gegebenen Verbrauchers entspricht, Eei der neuerungsgemäßen Schaltung bestehen sogar zwei Resonanzkreise und es können sich Selbsterregungsbedingungen für zwei verschiedene Frequenzen ergeben, wenn die Rückkopplungsspannung aus der rechteckähnlichen Kollektorspannung gewonnen wird. In den nachstehend erläuterten Spannungen ist deshalb die Rückkopplungsspannung allein vom Grundwellenschwingkreis abgezweigt bzw, mittels Übertrager herabtransformiert ,

Die fasenreine Rückkopplung erfordert, daß der Basiswechselstrom um genau l80° gegen die Kollektorspannung des Grundwellenschwingkreises gedreht ist. Dies kann durch Einfügen einer Transistorumkehrstufe 30 jeweils zwischen Grundwellenkreis und Basis der Schalttransistoren 1 und 2 erfolgen, wie dies in Fig, 3 dargestellt ist. Bei der wiedergegebenen Gegentaktschaltung der Transistoren werden entsprechend zwei getrennte Umkehrstufen 30 benötigt.

Eine bessere, weil sparsamer, Lösung ist in Fig, 4 wiedergegeben, wo die Schaltung mit einem übertrager 31 ausgestattet ist. Hier wird nicht so viel Leistung in Vor- und Zusatzwiderständen verbraucht wie in den Umkehrstufen 30 nach Fig. 3. Die Herabsetzung der zumeist hohen Grundwellenspannung auf die zum Übersteuern der

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Basis der Schalttransistoren 1 und 2 ausreichenden Spannungswerte von etwa 2...3 Volt (Wechselspannung) bedingt ein hohes übersetzungsverhältnis des Übertragers und stellt demgemäß genügend Steuerstrom auf der Basisseite zur Verfügung. Um den Pasenfehler möglichst klein zu halten, ist der übertrager 31 mit einem geschlossenen, ferromagnetischen Kern ausgestattet. Bei Basisweehselspannung über 3 Volt ist es zweckmäßig, je einen Vorwiderstand 34 als Strombegrenzer zur Kleinhaltung von übertragerlast und Pasenfehler vorzusehen. Zum Ausgleich des Fasenfehlers kann desweiteren ggf. ein primärseitiges, aus Widerstand 32 und Kondensator 33 bestehendes Fasenkorrekturglied vorgesehen sein. Ein Hochohmwiderstand 35 dient als Anschwinghilfe.

C-. Die Schaltung mit einem übertrager gem. Fig. 4 bietet den Vorteil mehrerer galvanisch getrennter Niederspannungswicklungen, z. B. für die Anwendung von Doppelbrücken-Transistorenschaltungen, bei welchen die Transistoren auf sehr verschiedenen Gleich- und Wechselspannungspotentialen liegen können. Desweiteren kann der übertrager zur Impulsformung des Kollektorstromes herangezogen werden, wie es nachstehend noch an entsprechenden Beispielen gezeigt werden wird.

Die durch über die volle Halbwellenzeit der Grundfrequenz andauernden rechteckverlaufenden Kollektorstromimpulse gegebene Wirkung auf die Summenspannung von Grundwellen- und drittem Oberwellenschwingkreis läßt sich noch verbessern, wenn es gelingt, den Kollektorstromimpulsen Trapezform zu geben. Eine solche Trapezform des Kollektorstromes läßt sich mit einer Schaltung nach Fig, 5 mit sinusförmiger Basisspannung von 1,3»..1,5 Volt (Wechselspannung), angehoben um 0,6.,,0,8 Volt Gleichspannung, gegen Emitter aussteuern, wozu ein Vorwiderstand 38 mit Stabilisierungsdioden 39 dient.

Die dergestalt erzielten trapezförmig verlaufenden Kollektorstromimpulse sind in Fig. 6 wiedergegeben. Mit solchen Impulsen kann innerhalb der kritischen Zeitintervalle der auf- und absteigenden Flanken der Summenspannung der Kollektorstrom kleiner als bei Rechteckverlauf gehalten werden. Damit werden die in Fig. 2 dargestellten Kollektorverlustspitzen N vermindert. Ein Optimum ist erreichbar bei Trapezströmen mit X zwischen 15° und 20°. Die Am-

plituden von Grundwelle und dritter Oberwelle sind nur geringfügig kleiner als bei Rechteckstrom, jedoch geht der vom Generator aufgenommene Gleichstrom etwas zurück (entsprechend der Trapezfläche gegenüber der Rechteckfläche), so daß ein Maximalwirkungsgrad von etwa 95 % als oberste Grenze errechenbar ist.

Weitere Untersuchungen haben ergeben, daß sich dagegen reine Rechteckimpulse, die gegenüber einer Halbwelle von 18O° beidseitig merklich verkürzt sind, nicht so gut eignen, weil ihr dritter Ober wellengehalt zu Gunsten anderer Oberwellen zum Teil falsche Fasenlage aufweist und demgemäß rächt ausreicht, um am Grundwellen- und dritten Oberwellenschwingkreis die angestrebte, rechteckähnliche Summenspannung herzustellen. Sie erweisen sich aber dann f\ ale brauchbar, wenn entweder die Schaltung zur Erzeugung eines einzeln stehenden Vorimpulses (eines Vortrabanten) kurz nach erfolgtem Grundwellen-Nulldurchgang oder zur Erzeugung einer Stromlücke in der Mitte, des Rechteckimpulses vorgesehen wird.

Der erwünschte Kollektorstromverlauf mit Vortrabant kann mit gerin£3m technischem Aufwand mit einer Schaltung nach Pig, 7 mit Hilfe des Übertragers 31 und der Parallelschaltung je eines Widerstandes 40 .ait einem Kondensator 41 zu den Transistoren herbeigeführt werden.

In Fig. 8 ist der Kollektorstromverlauf dargestellt. Durch den einzeln stehenden Vortrabanten kurz nach erfolgtem Grundwellen- ^x~- ■' Nulldurchgang wird der dritte Oberwellenschwingkreis energisch angestoßen, der für die Grundwellenleistung maßgeblich lange Rechteckimpuls wird getrennt nachgeliefert. Die Impulsform dieses Vortrabanten ist nicht kritisch. Es genügt eine Schaltvorgang-Zacke von etwa 18 bis 26 Dauer, worauf nach weiteren ca, 8 Zwischenpause der Haupt-Rechteckimpuls erfolgt. Dieser ist gegen eine Halbwelle um etwa 26° am Ende verkürzt, damit der Ausräumvorgang noch zu einer Zeit erfolgt, in welcher die Summenspannung der Schwingkreise noch nicht wieder hohe Werte erreicht hat. Der Vortrabant versteuert auffallend die absteigende Spannungsflanke der Summenspannung und unterdrückt weitgehend das Zustandekommen einer nachteiligen Kollektorverlustspitze in diesem Intervall,

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Bei dieser Schaltung wird die sekundäre Steuerspannung des Übertragers 31 verhältnismäßig hoch gewählt, um zu erreichen, daß mit aufsteigender Spannung die Transistorschwellgrenze zeitlich dicht auf den Spannungsnulldurchgang erfolgt. Dort setzt Basisstrom ein und löst basisseitig einen kurzen Einschwingvorgang aus. Durch entsprechende Bemessung der Streuinduktivität des Übertragers 31 und der Größen von Kondensator 40 und Widerstand 41 läßt sich ein etwa aperiodischer Verlauf erzielen. Eine Vollschwingung des Vorganges würde größenordnungsmäßig etwa der zehn- bis dreißigfachen Frequenz der Grundwelle entsprechen. Ferner erzeugen Kondensator und Widerstand eine mit bestimmter Zeitkonstante ansteigende Basisgleichspannung, die sich der steuernden Basiswechselspannung entgegenwirkend überlagert, so daß sich eine erwünschte, gegen- i'\ über der Grundhalbwelle verfrühte Sperrung des "ollektorstromes erzielen läßt. Der 'iiderstand 35 dient wiederum als Anschwinghilfe beim Einschalten des Generators. Mit dieser Schaltung kann annähernd der Leistungsumsatz wie bei Trapezform des Kollektorstromes erreicht werden, zugleich ergehen sich wiederum Transistorwirkungsgrade von praktisch über 90 %,

Die Figuren 9 und 10 zeigen weitere Beispiele für Schaltungen mit einem übertrager zur Steuerung mit Vortrabant und nachfolgendem, gegenüber der Grundhalbzeitwelle zeitlich verkürztem Kollektorstrom, Es handelt sich um Vollbrückenschaltungen mit jeweils vier Transistoren 1, 2 und 1', 2', von denen in der ersten Halbwelle der Grundfrequenz das erste Diagonalpaar 1, 2 gleich- *» zeitig durchschaltet, während in der zweiten Halbwelle das zweite Diagonalpaar l^r, 2' abwechselnd mit dem ersteren durchschaltet. Auch hier wird das vorstehend erläuterte Grundprinzip angewendet. Die Schaltung nach Fig. 9 verwendet Komplementärtransistoren 1,2 und 1', 2'. Dies hat den Vorteil, daß die Höhe der Wechselspannung der Schwingkreise ausschließlich an den Kollektoren der Transistoren zunimmt, während deren Basis-Emitter-Steuerzeiten, wenn auch auf positiver bzw, negativer Betriebsgleichspannung V, so doch wechselspannungsmäßig auf null liegen. Bei der Schaltung nach Fig. 10 mit Transistoren 1, 2 und 1', 2' von nur einer Leitfähigkeitsrichtung entfällt der Vorteil der Schaltung nach Fig, 9, so daß an Durchschlagfestigkeit und geringere Kapazitäten zwischen den einzelnen Übertragerwicklungen erhöhte Anforderungen, -vornehmlich bei hoher Generatorfrequenz, zu stellen sind, Diese Schal-

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tung ist jedoch bei Generatoren größerer Leistungen, z. B. über 1 kW, verwendbar, solange auf dem Markt geeignete Hochspannungskomplementärtypenpaare von Transistoren noch nicht zur Verfügung stehen. Der Anschwinghilfswiderstand 35' erhält zusätzlich eine hochinduktive Vorschaltdrossel 36, um zur Aufrechterhaltung der Schaltungssymmetrie dessen gegengekoppelte Wirkung auf den oberen linken Schalttransistor 1 zu unterdrücken.

Schließlich kann nach Fig. 11 auch die klassische Gegentaktschaltung mit zwei Schalttransistoren 1 und 2 gewählt werden, falls Transistoren gleicher Leitfähigkeitsrichtung mit besonders hoher KollektorSpannungsfestigkeit zur Verfügung stehen. Diese Schaltung erlaubt die unmittelbare Stromversorgung über Gleichrichter aus dem 220-V-Wechselstromnetz. Hier erhält der Grundwellenschwingkreis 3, 4 zwecks Zuführung der Gleichspannung eine Mittelanzapfung 50, Der dritte Oberwellenschwingkreis besteht aus zwei einzelnen abgestimmten Teilen 5', 6' und 5¹', 6¹¹, die zusammen gegen die Grundwelle entkoppelt sind. Bei geeigneter Dimensionierung des Kondensators 40 und des Widerstandes 41 sowie der Streuinduktivität des Übertragers 31 ist eine Vortrabantensteuerung nach Fig, 8 erzielbar, Es können aber auch trapezförmige Kollektorstromimpulse nach Fig. 6 ausgebildet werden, wenn der Kondensator 40 und der Widerstand 41 durch eine Diode entsprechend der Diode 39 nach Fig, 5 oder durch einen 0,8-V-Gleichspannungskonstanthalter ersetzt werden. Die mit den vorstehend beschriebenen Schaltungen unter Zugrundelegung des Transistorwechselrichterprinzips mit Grundwellen- und dritten Oberwelleninduktionskreisen unter Voraussetzung bestimmter Kollektorstromformen nicht nur theoretisch, sondern auch praktisch erreichbaren hohen Wirkungsgrade und Leistungsumsätze bedeuten gegenüber den bisher vorgeschlagenen und verwirklichten Möglichkeiten eine außerordentliche Verbesserung, die noch dazu überraschenderweise mit gegenüber dem bekannten Schaltungsaufwand einfachen und billigen Mitteln erzielt werden können,

Neben den beschriebenen Schaltungen und den angewandten Schaltmitteln spielt für Wirkungsgrad und Leistungsumsatz die Ausbildung der Spulen 3 und 5 der Schwingkreise 3, 4, 5_S 6 eine wichtige Rolle, Diese Spulen vom Grundwellenkreis und vom dritten Oberwellenkreis sollen ja gemeinsam auf das Sekundärgerät einwirken und

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dessen Dämpfung auf jeden der beiden Kreise bei den entsprechenden Resonanzfrequenzen in gleichen Maßen übertragen. Beim Verändern der Belastung durch das Sekundärgerät sollen die eintretenden Verschiebungen der Resonanzlagen nicht zu groß werden. Vor allem soll das Frequenzverhältnis von 1 : 3 eingehalten werden, so daß stets eine rechteckähnliche Summenspannung zustande kommt. Um die Frequenzverschiebung der Grundfrequenz abhängig vom speziellen Sekundärgerät in annehmbaren Grenzen, etwa 15·,.25 %_s zu halten, muß das Verhältnis S, = R~^^Rhi Stößer als 2, ggf. bis zu 5 gewählt werden, wobei R den kollektorseitigen Grundwiderstand und R, , den Spulenblindwiderstand bedeuten. Ein großer Wert von S_b begünstigt bei den angewandten Kollektorstromimpulsformen die Schwungradeigenschaften eines Resonanzkreises. Damit auch am

( dritten Oberwellenschwingkreis eine gleiche relative Resonanzverschiebung durch den Verbraucher des Sekundärgerätes herbeigeführt wird, sind die Spulen so zu bemessen, daß sich die Selbstinduktion im Grundwellenschwingkreis zu der im dritten Oberwellenschwingkreis, desgleichen die zugehörigen Kapazitäten wie 3 '· 1 verhalten, Desweiteren müssen beide Spulen etwa mit gleicher Windungszahl ausgeführt werden, damit die Transformationsbedingungen erfüllt sind, die ein gleiches Übersetzungsverhältnis von primären Grund- und von dritter Oberwellenspule gegenüber der sekundären Last erfordern. Das wird damit erreicht, daß die dritte Oberwellenspule räumlich mit ihrem Spulenfeld oder durch ihren Formfaktor so verkleinert wird, daß sie bei gleicher Windungszahl das vorstehend geforderte Drittel der Selbstinduktion der Grundwellen-

~ spulen aufweist.

Schließlich sind die Spulen von Grundwellen- und drittem Oberwellenschwingkreis so angeordnet, daß die Kreise sich nicht gegenseitig dämpfen, im einfachsten Fall mit zueinander senkrecht stehenden Magnetfeldern, Eine beispielsweise Anordnung zeigt die Fig, 12, wo die Spulen konzentrisch einander zugeordnet sind. Diene Spulenanordnung erzeugt am Sekundärteil, z, B, einem zu erhitzenden Objekt 7, ein axiales und ein radiales Feld, Hierzu ist eine der Spulen, vorzugsweise die des dritten Oberwellenschwingkreises, in zwei Teile mit gegenläufig stromdurchflossenen Wicklungen 10 und 11 unterteilt _f so daß diese insgesamt gegen die Grundwellensehwingkreisspule 12 entkoppelt sind. Die Bemessung erfolgt nach oben gegebenen Anweisungen, Die der Grundwellenspule zugeordnete Kapa-

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zität ist mit C, die der dritten Oberwellenspule zugeordnete Kapazität mit C/3 bezeichnet,

In Fig. 13 ist eine einlagige Flachspule dargestellt, wie sie z. E. vorzugsweise für die Wirbelstrombeheizung eines entsprechend ausgebildeten Sekundärgerätes angewendet werden kann. Die ovale Grundwellenspule 15 umschließt zwei gleiche, gegenläufig stromdurchflossene, halbkreisförmige Oberwellenwicklungen 16 und 17. Die elektrischen Daten bemessen sich selbstverständlich wiederum nach den vorstehend genannten Regeln,

Auch Fig, 14 zeigt eine Flachspule, deren Wicklungen nun alle in gleicher Wicklungsrichtung kreisförmig fortlaufen. Eine solche

Pi Flachspule eignet sich deshalD zur Herstellung auf einer normalen Wickelvorrichtung, Die Wicklungen beginnen mit dem Innenteil der Oberwellenspule mit den Endpunkten 20, 21. Es folgt eine Isolierstoffauflage 22, Dann kommt die Grundwellenspule mit den Endpunkten 23, 24, Das Wicklungsende 24 bildet gleichzeitig den Anfangspunkt des Außenteils der Oberwellenspule mit den Endpunkten 24, 25, Mit einer Drahtverbindung 26 zwischen den Punkten 21 und sind beide Spulen derart geschaltet, daß die Oberwellenspulenteile gegenläufigen Strom erhalten und insgesamt gegen die Grundwellenspule magnetisch entkoppelt sind. Zugleich bilden beide Spulen - wie gehabt - mit ihren zugehörigen Schwingkreiskondensatoren C und C/3 üe benötigte Schwingkreis-Serienschaltung, Diese Flachspulen sind sowohl zur Wirbelstromerhitzung entsprechender, in ei-

- nigem Abstand befindlicher Sekundärgeräte, als auch zur kontaktlosen und berührungssicheren elektrischen Energieübertragung auf eine entsprechende Induktionsspule eines stromweiterverarbeitenden Sekundärgerätes gleichermaßen geeignet. Eine solche Induktionsspule würde z, B, einer primären Flachspule nach. Fig, 14 nahe gegenüberstehend angeordnet, ebenfalls von ringförmiger Gestalt sein. Wenn deren mittlerer Durchmesser ca. 63 % des Primärspulensatz-Außendurchmessers beträgt, ergibt sich ein Optimum des Verhältnisses von Windungsspannung zur Streuinduktivität, also eine günstige Leistungsauskoppelung, Weist die Sekundärspule den gleichen Aufbau und die gleiche Schaltung wie der Primärspulensatz auf, dann ermöglicht dies infolge geringerer Streuung eine besonders hohe Stromentnahme bei rechteckähnlicher Ausgangsspannung.

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Die spezielle Ausbildung der Primärspulen, die ja zugleich Teile der Schwingkreise sind und zur Erzeugung der offenen Magnetfelder dienen, trägt also entscheidend zur Verbesserung von Wirkungsgrad und Leistungsumsatz der erfindungsgemäßen Schaltungen bei.

21. 12. 1976
TIPP-2 Ho/whm-

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Claims (5)

·· tilt It • * S ! SCHUTZANSPRÜCHE

1. Spule für ein Gerät zum Erwärmen von Speisegeschirr mittels eines Generators und eines offenen Magnetwechselfeldes, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus mindestens zwei konzentrisch ineinander angeordneten Abschnitten (20, 21; 23, 24; 15, i6 und 17) besteht und als Flachspule ausgebildet ist.

2. Spule nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der innere Abschnitt in zwei Spulenteile (16, 17) mit gegenläufigem Wicklungssinn aufgeteilt ist,

3. Spule nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spule aus drei konzentrisch ineinander angeordneten Abschnitten (20, 21; 23, 24; 24, 25) besteht,

4. Spule nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromzuleitungen der einzelnen Spulenabschnitte gesondert herausgeführt sind,

5. Spule nach Anspruch 1, 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß sämtliche Wicklungen der einzelnen Spulenabschnitte die gleiche kreisförmige Wicklungsrichtung aufweisen.

21, 12, 1976
TIPP-2 Ho/whm-

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