EP3774123A1 - Verfahren zur herstellung eines gewendelten körpers - Google Patents

Verfahren zur herstellung eines gewendelten körpers

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EP3774123A1
EP3774123A1 EP19717481.6A EP19717481A EP3774123A1 EP 3774123 A1 EP3774123 A1 EP 3774123A1 EP 19717481 A EP19717481 A EP 19717481A EP 3774123 A1 EP3774123 A1 EP 3774123A1
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EP
European Patent Office
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powder
core
powder layer
coiled
layer
Prior art date
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Pending
Application number
EP19717481.6A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Matthias Busse
Franz-Josef Wöstmann
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Original Assignee
Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
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Filing date
Publication date
Application filed by Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV filed Critical Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Publication of EP3774123A1 publication Critical patent/EP3774123A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • C22C1/04—Making non-ferrous alloys by powder metallurgy
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Definitions

  • the invention is in the field of mechanical engineering and more specifically in the field of foundry technology. It relates to a method for producing a coiled body, for example a coil or a spring. Under such a body is in particular a strand-shaped body was ver, which is curved so that it runs in the form of a helix.
  • a coiled body for example a coil or a spring.
  • a strand-shaped body was ver, which is curved so that it runs in the form of a helix.
  • Such helical bodies may, for example, be used as electric coils and are particularly advantageous for some purposes when the coiled body itself is hollow. In this case, the coil can be traversed by a current of high current and cooled from the inside by a liquid flowing through the cavity.
  • other applications for such hollow coiled bodies are also conceivable.
  • the present invention is therefore based on the background of the prior art, the object to provide a method for producing a hollow coiled, electrically conductive body, which is carried out by simple means and allows a cost-effective production of such body.
  • the object is achieved according to the invention by a method with the Merkma len of claim 1.
  • the claims 2 to 11 relate to possible embodiments of such a method.
  • the invention relates to a method of manufacturing a hollow, coiled, electrically conductive body. Furthermore, the invention relates to the corresponding coiled body according to claim 13. Possible embodiments of the coiled body are described in claims 14 to 17.
  • a coiled core made of a heat liquefiable or vaporizable core material and then by means of a Pulverveiquessver procedure with a first powder layer of an at least partially electrically conductive first powder is coated and that thereon the coiled core with the first powder layer is heated to a first temperature at which the core liquefied or gaseous form and the first powder layer is at least partially solidified in porous form, wherein the core material emerges from the space surrounded by the powder coating and wherein after the exit of the core material from that of the first powder layer surrounding space, the first powder layer is further sintered, in particular in that the first powder layer is heated to a second temperature which is higher than the first temperature.
  • the method is such that initially a coiled core, for example of a foamed plastic, in particular of an EPS plastic (expanded polystyrene), is produced.
  • a coiled core for example of a foamed plastic, in particular of an EPS plastic (expanded polystyrene)
  • EPS plastic expanded polystyrene
  • This body thus created defines the geometry of the resulting coiled body.
  • This acting as a model core can alternatively be made of a foam material from a waxy, easily meltable material.
  • the core can be connected to one or more connection fittings, which are further treated with the core below.
  • the core thus created is then coated with an electrically conductive first powder, for example a metal powder.
  • This coating step can be realized in a known powder coating method.
  • the powder used is a sinterable powder which can be sintered by providing appropriate physical conditions, in particular heating to a necessary sintering temperature.
  • the powder layer is thus hardened while adhering to the core.
  • the core material is melted or evaporated and can escape. It is particularly advantageous if the powder is sintered only so far that the resulting solid remains porous, so that the material of the core can at least partially escape through the pores of the sintered powder layer.
  • material for the first layer it is possible to use all sinterable materials, in particular sinterable metallic powders.
  • the powder layer can be further sintered, for example, by heating to a relation to the first Tempe temperature increased second temperature.
  • other physical parameters may be changed, such as the pressure to favor further sintering.
  • the first powder can be so far sintered that it is sufficiently solidified, in particular so far that the pores are closed.
  • the temperatures can be be selected according to the sintering temperatures typical for the materials used.
  • connection fittings if present, can be coated together with the core and in this way become part of the coiled body.
  • a coiled body which takes substantially the shape of the coiled core.
  • the later coiled electrically conductive body has a cavity in its interior, which corresponds exactly to the shape of the coiled core initially therein.
  • the powder layer is self-supporting, so that a stable coiled elec trically conductive body is formed from the powder layer.
  • the coiled core defining the cavity and the powder layer may be formed in the process such that the cavity in the coiled body to be formed forms a fluid channel which, for example, at one or more predefined locations, particularly at least at one end of the coiled Body, having one or more openings.
  • the powder layer may each have an interruption at the one or more predefined locations, so that the core is exposed there.
  • the interruption can be introduced, for example, each by no powder is applied to the appropriate location (such as by covering the location and subsequent removal of the cover), or by previously removed powder is removed in a post-processing step, such as by cutting a portion of the core.
  • the geometry of the core can be chosen so that the spaces between the individual spirals of the created electrically conduct the body are minimized and thus an optimized space filling / space utilization is achieved with the coiled electrically conductive body, for example, with a space filling above 95%.
  • the sintering can be controlled in such a way that the first powder layer is sintered at the first temperature, by which the first powder layer is solidified, but remains so porous that the liquefiable or vaporizable core material can escape through the sintered powder layer ,
  • the first powder layer is formed in the form of a plurality of successively applied partial layers of the first powder.
  • the thickness of the powder layer can be controlled well, and in particular partial layers can be applied successively in this way, which can be dried or partially solidified, in particular also partially sintered, at least stepwise before application of the next layer.
  • At least one second powder layer of a second powder is applied to the first powder layer.
  • the sintered layer can be made suitable, and the resulting bobbin can be provided with the required line cross-section.
  • all of the powder layers may have the interruptions described above to create openings in the cavity.
  • one or more interruptions may be provided in the powder coating with the first and / or second powder layer to produce one or more openings for the cavity defined by the coiled core that is delimited by the powder coating and then formed in the manufactured one coiled body extends.
  • the second powder consists of an electrically isolie-generating material and forms an insulating layer after sintering.
  • a material for the second powder layer about sinterable ceramic powder or other electrically insulating sinterable powder can be used.
  • the body as a whole can be produced as a functional and insulated coil body / bobbin.
  • the second powder layer as well as the first powder layer is sintered simultaneously with this or after this.
  • another mode of solidification of the second layer such as drying or setting, may be used.
  • the powder coating by the first or a second or further layer can be provided that the powder coating with the first and / or a second powder layer by spraying, dipping or Ver use of a fluidizing powder bed or by several different successive said coating types.
  • the entire surface of the coiled body of the core can be uniformly coated, even if the distance between adjacent turns of the coil is small. In this way, a coiled body can be made with minimal spacing between each helix.
  • the powder coating takes place with powder slip and / or a Pulverfeedstock.
  • powder slurry is thereby understood a mushy mass comprising a powder in a carrier liquid speed with the addition of a viscous binder.
  • powder feedstock Under a powder feedstock a homogeneous mixture of powder and binder is ver, which allows a particularly good dimensional stability during sintering.
  • Suitable sintering methods are all known sintering processes which are expedient for the particular powder used, for example also using a suitable gas atmosphere or inert gas atmosphere.
  • a suitable gas atmosphere or inert gas atmosphere As sintered metal powder or metal alloy powder or mixtures of different metal powder or metal alloy powder can be used in particular.
  • the coiled core is produced in a casting process or a foaming process, wherein the core is in particular composed of several parts to sammenshow.
  • cores in complicated shapes for example in the form of a helical or spiral spring, easy to produce.
  • the foam can be foamed in a mold or produced by extrusion and subsequent shaping.
  • the core is produced as a blank and then brought into the shape of a helix by generating a helical recess.
  • the blank may, for example, cylindrical or cuboidal shape, wherein the blank can have him through, cylindri rule, prismatic or cuboidal cavity, which passes through him completely from a first end to the second end.
  • the blank may thus have the shape of a hollow cylinder.
  • the helical recess is generated by an axis passing through an axis rotating and at the same time steadily advanced along the axis tool.
  • the axis of the core about which the tool rotates can penetrate both the blank and the cavity in its interior, so that the tool at least partially rotates within the cavity and at its radially outer end passes through and removes the material of the blank.
  • the axis about which the tool rotates the longitudinal axis of a Be hollow cylinder, which forms the blank.
  • the tool can then rotate about the axis, which introduces a recess into the wall of the hollow cylinder, for example cuts, mills or saws.
  • the tool can be designed, for example, in the manner of a knife or a saw or a rasp.
  • the tool can also rotate during the machining process about its own longitudinal axis or perform along its longitudinal axis a sawing, oscillating or vibrating movement.
  • the tool can also be heated to melt the material of the blank.
  • the tool In addition to the rotating pivoting movement of the tool, it can be advanced continuously parallel to the longitudinal axis of the blank, so that the tool generates a helical recess in the blank and thus transforms the blank into an at least partially helical body.
  • the helical body has a cavity.
  • the cavity is made as described above with the help of the core and the dimen solutions of the cavity are defined by the dimensions of the core.
  • the helical body has in one embodiment as a cavity a fluid channel with at least one, preferably at least two openings.
  • the openings may, for example, be provided at opposite ends of the helical body. It may alternatively or additionally be provided openings that are not at the ends of the helical body but, for example, laterally to the windings.
  • the fluid channel may have a constant or a ver Sli Chen cross section over its length.
  • the core may be designed for the production of the fluid channel according to by having a constant or variable thickness.
  • the coiled body has external dimensions, which may be in the centimeter to decimeter range, for example.
  • the Be body cylindrical or cuboid so have a round or rectangular base and a height extending in the direction of the cavity and the longitudinal axis.
  • the body may, however, for example, be tapered in the direction of its height, so that it has, for example, a truncated cone or a truncated pyramid shape.
  • the outer dimen- sions can be, for example, between 3 cm and 1 m in each spatial direction, ie the base area can have, for example, a diameter or lateral dimensions (eg side lengths) of between 3 cm and 1 m.
  • the height can for example be between 3 cm and 1 m.
  • the cross section of the fluid channel can be, for example, polygonal or elliptical, in particular rectangular or circular.
  • the dimensions of the cross-section of the fluid channel may alternatively or additionally, for example, in the range of a few millimeters to a few centimeters.
  • Cross sectional area may be approximately between 10 mm 2 and 50 cm 2 .
  • the dimensions-for example, a diameter or a side length of the cross-sectional area of the fluid channel, depending on the geometry thereof- may be at least 5 mm and / or at most 5 cm.
  • a wall thickness of the material surrounding the cavity, which is made of the first powder layer or of the first and the second powder layer, may for example be between 1 mm and 20 mm.
  • FIG. 1 is a perspective view of a helical body / a coil
  • Fig. 2 shows a winding of a coil / a helical body in
  • Cross-section, 3 is a coil of another helical body in cross-section
  • FIG. 5 shows a device for producing a helical core and a core, in which a recess has been partially introduced
  • Figure 1 shows a perspective view of an electrically conductive coil 1 as a helical body, the / by a coiled, insulated, strand-shaped electrical conductor 2 is formed.
  • an electrically conductive coil 1 as a helical body, the / by a coiled, insulated, strand-shaped electrical conductor 2 is formed.
  • Figure 1 is a quadrangular cross-section, in particular square coil Darge presents, wherein the conductor forming the coil, for itself also has a rectangular cross-section.
  • the various helical layers of the conductor are rectangular in shape and superimposed with small distances.
  • the coiled body has external dimensions that correspond to a cuboid, with a rectangular (square) base area a x b and a height h, along which extends in the direction of the cavity.
  • the body may, for example, also have a different base surface and / or be tapered in the direction of its height, so that it has, for example, a truncated cone shape or a truncated pyramidal shape.
  • the outer dimen- sions a, b and h are each between 3 cm and 1 m.
  • Figure 2 shows an example of the cross section of an insulated conductor, which can be used for example for the production of a coil, as shown in Figure 1.
  • the hollow, formed of a sintered powder outer part is denoted by 3, and it is within the powder coating 3 nor the core 4 is shown, which consists for example of a foam, in particular EPS.
  • the constellation shown in FIG. tion arises, for example, directly after the coating of the coiled core 4 with a first powder 3.
  • the powder 3 is electrically at least partially conductive and consists of an electrically conductive material, such as a metal or a metal alloy. It may also consist of a mixture of two or more powders, the preference as all are electrically conductive.
  • the coated core 4 can be heated to a temperature below the melting temperature of the first powder, whereby the material of the core 4 either evaporates or liquefies.
  • the material of the core may then escape at one end of the layer / coating or through the coating itself, leaving only the coating that is simultaneously sintered and solidified.
  • the sintering process is usually controlled so that in a first phase of the sintering, when the first powder layer 3 is still permeable to gas or fluid, the core is liquefied or made gaseous and can thus escape, for example, through the coating 3 / powder layer 3.
  • the sintering can be continued further, either by keeping the temperature stable for a further time or by slightly raising the temperature, so that the sintering process continues to progress. This can be continued until a compaction of the first powder layer has taken place, so that it has become gas / fluid impermeable.
  • the sintering process can be carried out, for example, in a protective atmosphere.
  • a cross-sectional area pxq of the rectangular in this example fluid channel is for example between 10 mm 2 and 50 cm 2 .
  • Side lengths p and q of the cross-sectional area of the channel may, in examples, corresponding to the cross-sectional area, be a few millimeters to a few centimeters.
  • a wall thickness w of the material surrounding the cavity, which comprises the first powder layer, may for example be between 1 mm and 20 mm. It may alternatively or additionally also openings of the fluid channel beariage provides that are not at the ends of the helical body but, for example, laterally to the windings.
  • the fluid channel may have a constant or a ver Sli Chen cross section over its length.
  • FIG. 3 shows a constellation with a cross-sectionally round core 4 'which is surrounded by a first powder layer 3' and an outer second powder layer 5.
  • the first powder layer 3 ' consists of an electrically conductive powder, for example a metal powder
  • the second powder layer 5, which surrounds the first powder layer 3' made of an electrically insulating material, such as a sinterable ceramic powder or other sinterable electrically insulating powder, exists or is made.
  • the inner layer 3 ' is electrically conductive and forms the conductor of the coiled body and the outer layer 5 forms an outer insulation for the conductor 3'.
  • the powder layers 3 'and 5 can also be applied one after the other and sintered. Since the powder coating with the usual powder coating method, such as dipping or spraying, requires very little space, even close to each other turns of the coil, as shown in Figure 1, evenly covered with a powder layer, which is then solidified by sintering. Thus, a production of a coiled electrically conductive body with a small footprint and low clearance between the individual turns and optionally with an insulation in a simple manner can be produced. By such a coiled body is under optima ler space use a coil or spring produced.
  • a cross-sectional area of the core 4 in this case round or fluid channel has the radius r, which is for example between 5 mm and 5 cm.
  • the area may alternatively or additionally be, for example, between 10 mm 2 and 50 cm 2 .
  • a wall thickness w 'of the material surrounding the cavity, which comprises the first and the second powder layer, may for example be between 1 mm and 20 mm.
  • FIG. 4 shows an enlarged schematic representation of a first powder layer 3 and a core 4, wherein individual grains of the powder layer can be distinguished.
  • the material of the core is vaporized or liquefied and can pass through the pores of the first powder layer 3 according to the arrows 6, 7, as long as the material of the first powder layer has not yet been sintered to a fluid tightness.
  • FIG. 5 shows a hollow cylinder 8 which serves as a blank for producing the core.
  • This blank 8 may for example be made of a foam, but also of a wax or a similar meltable mass be.
  • the cylinder 8 has a cylindrical cavity 9, so that it is formed in total as a hollow cylinder with a hollow cylinder wall 10.
  • the longitudinal axis of the hollow cylinder is designated by 11.
  • a device for introducing a helical recess in the hollow cylinder 8 which has a vertically arranged shaft 12 which is rotatably mounted on a holder 17 about its longitudinal axis.
  • a tool 13 is arranged, which protrudes perpendicularly from the shaft 12.
  • the tool 13 is connected by means of a vibration or shegeantriebs 14 with the shaft 12.
  • This drive 14 can cause an oscillatory movement of the tool 13 in the direction of the double arrow 15.
  • a heater for the tool 13 may be provided.
  • the tool 13 moves in a circular path about the axis 11 and thereby divides the hollow cylinder 8 when the tool makes its way through the cylinder wall 10. This can be done for example by a rasping or sawing movement, as far as the tool 13 has a toothing. It may also be provided a heating of the tool 13 in order to heat it so far that it melts the material of the hollow cylinder 8. Simultaneously with the rotational movement about the axis 11, an axial feed of the tool 13 in the direction of the axis 11 is provided, for example, with a constant Speed is done. However, the feed rate may also be changed to produce different sections of different pitch.
  • a helical recess 16 is introduced into the hollow cylinder 8.
  • the recess between the individual passages of the continuous recess 16 remaining part of the hollow cylinder 8 also has the shape of a helix.
  • This body can be used as the core for the body
  • a hollow, coiled electrically conductive body used and later covered with a first layer of powder. After sintering the first powder layer and removing the core material, a hollow, coiled electrically conductive body remains in the form of a coil.
  • Fig. 6 shows an end portion of a hollow coiled body 1 in a perspective view.
  • the coiled body may have the shape of a spiral with a diameter decreasing or increasing from turn to turn of the coil, but also the shape of a constant diameter screw.
  • the coiled body 1 has at one or both ends a connection fitting 20, which takes the form of a sleeve, in particular a cylindrical sleeve.
  • the sleeve 20 may be made of a metal, such as iron, steel, stainless steel, copper or brass.
  • the sleeve 20 may have a metallic terminal tab 21 for the produc- tion of an electrically conductive compound.
  • Fig. 7 shows that in the manufacturing process, the core 4 connected to the connection fitting 20 and then both together with a powder layer 3, 3 'are coated. This is indicated by the arrows 22.
  • FIG. 8 shows that in the connection of the core 4 with the fitting 20, the core 4 ends at the fitting and this can be attached to the core.
  • FIG. 9 shows that the core 4 can also extend into a through opening 20a of the fitting.
  • the core 4 can be poured into this during its manufacture on and in the fitting 20.
  • the Fign. 8 and 9 show that the coating 23 is applied to both the core 4 and the sleeve 20, so that the sleeve 20 without further Measures after the removal of the core with the formed by the coating 23 parts of the coiled body 1 is connected. Such a connection may be provided at both ends of the body 1.
  • the sleeve (s) 20 may also have an electrical connection as well
  • a sleeve may also have a screw thread 24 (see Fig. 10) and / or a bayonet lock and / or a seal and / or a seal seat.
  • a hollow coiled body with a small footprint and high space utilization can be created, which can be used very efficiently as an electric coil by the possibility of internal cooling.

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines hohlen gewendelten, elektrisch leitenden Körpers (1), bei dem zunächst ein gewendelter Kern (8) aus einem unter Wärmeeinwirkung verflüssigbaren oder verdampfbaren Kernmaterial hergestellt und danach mittels eines Pulverbeschichtungsverfahrens mit einer ersten Pulverschicht (3, 3') eines wenigstens teilweise elektrisch leitenden ersten Pulvers beschichtet wird und bei dem darauf der gewendelte Kern mit der ersten Pulverschicht auf eine erste Temperatur erhitzt wird, bei der der Kern verflüssigt oder in Gasform überführt und die erste Pulverschicht in poröser Form wenigstens teilweise verfestigt wird, wobei das Kernmaterial aus dem von der Pulverbeschichtung umgebenen Raum austritt und wobei nach dem Austritt des Kernmaterials aus dem von der ersten Pulverschicht umgebenen Raum die erste Pulverschicht weiter gesintert wird, insbesondere dadurch, dass die erste Pulverschicht auf eine zweite Temperatur erhitzt wird, die höher ist als die erste Temperatur. Die Erfindung bezieht sich ebenfalls auf den gewendelten Körper.

Description

Verfahren zur Herstellung eines gewendelten Körpers
Die Erfindung liegt auf dem Gebiet des Maschinenbaus und konkreter auf dem Gebiet der Gießereitechnik. Sie betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines gewendelten Körpers, beispielsweise einer Spule oder einer Feder. Unter einem solchen Körper wird insbesondere ein strangförmiger Körper ver standen, der derart gekrümmt ist, dass er in Form einer Wendel verläuft. Solche wendelförmigen Körper können beispielsweise als elektrische Spulen verwendet werden und sind insbesondere dann für einige Zwecke vorteilhaft, wenn der gewendelte Körper selbst hohl ist. In diesem Fall kann die Wendel von einem Strom großer Stromstärke durchflossen und von der Innenseite her durch eine den Hohlraum durchströmende Flüssigkeit gekühlt werden. Es sind jedoch auch andere Anwendungen für derartige hohle gewendelte Körper denkbar.
Wird ein derartiger gewendelter Körper, beispielsweise in Form einer Spule, verwendet, so lassen sich höhere Leistungsdichten ohne die Gefahr einer Überhitzung erreichen als mit massiven Spulen. Die Raumnutzung kann somit effizienter gestaltet werden. Allerdings ist die Formung derartiger
gewendelter hohler Körper bisher nur mit großem Aufwand möglich.
Zudem lassen sich mit einem derartig ausgestatteten wendelförmigen/ gewendelten Körper auch Auswirkungen des Skineffekts, d.h. der Verdrän gung des Stroms zur Oberfläche eines Leiters hin, reduzieren.
Der vorliegenden Erfindung liegt somit vor dem Hintergrund des Standes der Technik die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines hohlen gewendelten, elektrisch leitenden Körpers zu schaffen, das mit einfachen Mitteln durchzuführen ist und eine kostengünstige Herstellung solcher Körper erlaubt.
Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch ein Verfahren mit den Merkma len des Patentanspruchs 1 gelöst. Die Patentansprüche 2 bis 11 beziehen sich auf mögliche Ausgestaltungen eines solchen Verfahrens.
Demgemäß bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zur Herstellung eines hohlen, gewendelten, elektrisch leitenden Körpers. Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf den entsprechenden gewendelten Körper gemäß Anspruch 13. Mögliche Ausgestaltungen des gewendelten Körpers sind in den Ansprüchen 14 bis 17 beschrieben.
Konkret ist bei dem Verfahren vorgesehen, dass zunächst ein gewendelter Kern aus einem unter Wärmeeinwirkung verflüssigbaren oder verdampfbaren Kernmaterial hergestellt und danach mittels eines Pulverbeschichtungsver fahrens mit einer ersten Pulverschicht eines wenigstens teilweise elektrisch leitenden ersten Pulvers beschichtet wird und dass darauf der gewendelte Kern mit der ersten Pulverschicht auf eine erste Temperatur erhitzt wird, bei der der Kern verflüssigt oder in Gasform überführt und die erste Pulverschicht in poröser Form wenigstens teilweise verfestigt wird, wobei das Kernmaterial aus dem von der Pulverbeschichtung umgebenen Raum austritt und wobei nach dem Austritt des Kernmaterials aus dem von der ersten Pulverschicht umgebenen Raum die erste Pulverschicht weiter gesintert wird, insbesondere dadurch, dass die erste Pulverschicht auf eine zweite Temperatur erhitzt wird, die höher ist als die erste Temperatur.
Das Verfahren stellt sich demnach derart dar, dass zunächst ein gewendelter Kern, beispielsweise aus einem geschäumten Kunststoff, insbesondere aus einem EPS-Kunststoff (expandiertes Polystyrol), hergestellt wird. Dieser so hergestellte Körper definiert die Geometrie des entstehenden gewendelten Körpers. Dieser als Modell wirkende Kern kann alternativ zu einem Schaum stoff auch aus einem wachsartigen, leicht schmelzbaren Werkstoff hergestellt werden.
Der Kern kann mit einer oder mehreren Anschlussarmaturen verbunden werden, die im Folgenden mit dem Kern weiter behandelt werden.
Der auf diese Weise geschaffene Kern wird dann mit einem elektrisch leiten den ersten Pulver, beispielsweise einem Metallpulver, beschichtet. Dieser Beschichtungsschritt kann in einem bekannten Pulverbeschichtungsverfahren realisiert werden. Bei dem verwendeten Pulver handelt es sich um ein sinter bares Pulver, das durch das Schaffen entsprechender physikalischer Bedin gungen, insbesondere die Aufheizung auf eine notwendige Sintertemperatur, gesintert werden kann. Die Pulverschicht wird somit erhärtet, während sie an dem Kern haftet. Gleichzeitig wird das Kernmaterial geschmolzen oder verdampft und kann austreten. Besonders vorteilhaft ist dabei, wenn das Pulver nur so weit gesintert wird, dass der entstehende Festkörper porös bleibt, so dass das Material des Kerns wenigstens teilweise durch die Poren der gesinterten Pulverschicht austreten kann. Als Material für die erste Schicht können alle sinterfähigen Materialien, insbesondere sinterfähige metallische Pulver verwendet werden.
Nach dem Austritt des Kernmaterials kann die Pulverschicht weiter gesintert werden, beispielsweise durch Erhitzen auf eine gegenüber der ersten Tempe ratur erhöhten zweiten Temperatur. Zudem können auch andere physikali sche Parameter geändert werden, wie beispielsweise der Druck, um eine weitere Sinterung zu begünstigen. Damit kann das erste Pulver so weit gesintert werden, dass es ausreichend verfestigt wird, insbesondere auch so weit, dass die Poren geschlossen werden. Die Temperaturen können dabei gemäß den für die jeweils verwendeten Materialien typischen Sintertempera turen gewählt werden.
Die Anschlussarmaturen können, sofern vorhanden, mit dem Kern gemeinsam beschichtet werden und werden auf diese Weise zu einem Teil des gewendelten Körpers.
Damit ist ein gewendelter Körper geschaffen, der im Wesentlichen die Form des gewendelten Kerns annimmt. Konkret weist der spätere gewendelte elektrisch leitende Körper einen Hohlraum in seinem Inneren auf, der genau der Form des anfangs darin befindlichen gewendelten Kerns entspricht. Die Pulverschicht ist dabei selbsttragend, so dass ein stabiler gewendelter elek trisch leitender Körper aus der Pulverschicht entsteht.
Der gewendelte Kern, der den Hohlraum vorgibt, und die Pulverschicht können in dem Verfahren derart ausgebildet werden, dass der Hohlraum in dem herzustellenden gewendelten Körper einen Fluidkanal bildet, der bei spielsweise an einer oder mehreren vordefinierten Stellen, insbesondere an zumindest an einem Ende des gewendelten Körpers, eine oder mehrere Öffnungen aufweist. Beispielsweise kann die Pulverschicht an der einen oder den mehreren vordefinierten Stellen jeweils eine Unterbrechung aufweisen, so dass der Kern dort freiliegt. Die Unterbrechung kann beispielsweise jeweils eingebracht werden, indem auf die entsprechende Stelle kein Pulver aufge bracht wird (etwa durch Abdecken der Stelle und anschließendes Entfernen der Abdeckung), oder indem in einem Nachbearbeitungsschritt, etwa durch Abschneiden eines Abschnitts des Kerns zuvor aufgebrachtes Pulver entfernt wird. Es ist allerdings auch möglich, den gewendelten Körper mit einem geschlossenen Hohlraum herzustellen und die Öffnungen in einem Nachbear beitungsschritt nach dem Sintern einzubringen.
Die Geometrie des Kerns kann dabei so gewählt werden, dass die Zwischen räume zwischen den einzelnen Wendeln des geschaffenen elektrisch leiten den Körpers minimiert sind und somit eine optimierte Raumfüllung/Raum nutzung mit dem gewendelten elektrisch leitenden Körper erreicht ist, bei spielsweise mit einer Raumfüllung oberhalb von 95 %. Wie oben bereits erwähnt, kann die Sinterung derart gesteuert werden, dass bei der ersten Temperatur eine Versinterung der ersten Pulverschicht erfolgt, durch die die erste Pulverschicht verfestigt wird, dabei jedoch derart porös bleibt, dass das verflüssigbare oder verdampfbare Kernmaterial durch die versinterte Pulverschicht entweichen kann.
Es ist jedoch auch denkbar, die erste Pulverschicht in einem einzigen Schritt oder durchgehend zu sintern, insbesondere wenn sichergestellt ist, dass das Material des Kerns an einem Ende des Kerns / der zu schaffenden Spule austreten kann. Das ist insbesondere dann möglich, wenn die oben beschrie bene eine Öffnung oder die mehreren Öffnungen der Fluidkanäle bereits vor dem Erhitzen durch die auf den gewendelten Kern aufgebrachte Pulverschicht definiert sind, d.h., wenn die Pulverschicht die entsprechenden Unterbre chungen - etwa am Ende des Kerns bzw. an den Enden des Kerns - aufweist.
Es kann insbesondere für die Stromtragfähigkeit und die Schaffung eines geringen elektrischen Widerstands vorteilhaft sein, dass bei der zweiten Temperatur eine Versinterung der ersten Pulverschicht erfolgt, durch die die erste Pulverschicht derart verdichtet wird, dass sie für Flüssigkeiten und insbesondere auch für Gase undurchlässig wird.
Zudem kann vorgesehen sein, dass die erste Pulverschicht in Form von mehreren nacheinander aufgebrachten Teilschichten des ersten Pulvers ausgebildet wird. Damit lässt sich die Dicke der Pulverschicht gut steuern, und insbesondere lassen sich auf diese Weise auch nacheinander Teilschichten aufbringen, die jeweils vor Aufbringen der nächsten Schicht wenigstens schrittweise getrocknet oder teilverfestigt, insbesondere auch teilgesintert werden können.
Es ist auch denkbar, dass auf die erste Pulverschicht wenigstens eine zweite Pulverschicht eines zweiten Pulvers, insbesondere vor oder nach einem ersten Sinterschritt, aufgebracht wird. Auch auf diese Weise kann die Sinterschicht geeignet gestaltet werden, und der entstehende Spulenkörper kann mit dem benötigten Leitungsquerschnitt versehen werden. Dabei können auch ver schiedene Pulverschichten nacheinander aufgebracht werden, um eine bestimmte Stromverteilung oder andere gewünschte elektrische Eigenschaf ten zu verwirklichen.
Wenn mehrere Pulverschichten vorgesehen sind, können beispielsweise alle Pulverschichten die oben beschriebenen Unterbrechungen zum Erzeugen von Öffnungen des Hohlraums aufweisen. Bei dem Verfahren können also in der Pulverbeschichtung mit der ersten und/oder einer zweiten Pulverschicht eine oder mehrere Unterbrechungen bereitgestellt werden zum Herstellen einer oder mehrerer Öffnungen für den durch den gewendelten Kern definierten Hohlraum, der von der Pulverbeschichtung begrenzt wird und sich dann in dem hergestellten gewendelten Körper erstreckt.
Es kann vorgesehen sein, dass das zweite Pulver aus einem elektrisch isolie renden Werkstoff besteht und nach dem Sintern eine Isolierschicht ausbildet. Typischerweise können als Material für die zweite Pulverschicht etwa sinter fähige keramische Pulver oder sonstige elektrisch isolierende sinterfähige Pulver verwendet werden. In diesem Fall kann der Körper insgesamt als funktionsfähiger und isolierter Wendelkörper/Spulenkörper hergestellt werden. Dabei kann vorgesehen sein, dass die zweite Pulverschicht ebenso wie die erste Pulverschicht gleichzeitig mit dieser oder nach dieser gesintert wird. Es kann jedoch auch eine andere Verfestigungsart der zweiten Schicht, wie Trocknen oder Abbinden, gewählt werden.
Bei der Pulverbeschichtung durch die erste oder eine zweite oder weitere Schicht kann vorgesehen sein, dass die Pulverbeschichtung mit der ersten und/oder einer zweiten Pulverschicht durch Sprühen, Eintauchen oder Ver wendung eines fluidisierenden Pulverbetts oder durch mehrere verschiedene aufeinander folgende der genannten Beschichtungsarten erfolgt. Durch die genannten Beschichtungsarten kann die gesamte Oberfläche des gewendelten Körpers des Kerns gleichmäßig beschichtet werden, auch wenn der Abstand zwischen benachbarten Gängen der Wendel gering ist. Auf diese Weise kann insgesamt ein gewendelter Körper mit minimalen Abständen zwischen den einzelnen Wendeln gefertigt werden.
Es kann auch vorgesehen sein, dass die Pulverbeschichtung mit Pulver schlicker und/oder einem Pulverfeedstock erfolgt. Unter Pulverschlicker wird dabei eine breiartige Masse verstanden, die ein Pulver in einer Trägerflüssig keit unter Zusatz eines viskosen Bindemittels umfasst. Unter einem Pulver- feedstock wird eine homogene Mischung von Pulver und Bindemittel ver standen, die eine besonders gute Maßhaltigkeit beim Sintern ermöglicht.
Als Sinterverfahren kommen alle bekannten und für das jeweils verwendete Pulver sinnvollen Sinterverfahren in Frage, beispielsweise auch unter Ver wendung einer geeigneten Gasatmosphäre oder Schutzgasatmosphäre. Als Sintermaterialien können insbesondere Metallpulver oder Metalllegierungs pulver oder Mischungen verschiedener Metallpulver oder Metalllegierungs pulver verwendet werden.
Bei der Herstellung des Kerns kann insbesondere vorgesehen sein, dass der gewendelte Kern in einem Gießverfahren oder einem Schäumverfahren hergestellt wird, wobei der Kern insbesondere aus mehreren Teilen zu sammengesetzt wird. Damit sind auch Kerne in komplizierten Formen, bei spielsweise in der Form einer Schrauben- oder Spiralfeder, einfach herstellbar. Der Schaum kann dabei in einer Form aufgeschäumt oder durch Extrusion und anschließende Formgebung hergestellt werden.
Es ist auch denkbar, dass der Kern als Rohling hergestellt und danach durch Erzeugen einer wendelförmigen Ausnehmung in die Form einer Wendel gebracht wird. Der Rohling kann beispielsweise zylindrische oder quader förmige Gestalt haben, wobei der Rohling einen ihn durchsetzenden, zylindri schen, prismatischen oder quaderförmigen Hohlraum aufweisen kann, der ihn vollständig von einem ersten Ende zum zweiten Ende durchsetzt. Beispiels weise kann der Rohling somit die Gestalt eines Hohlzylinders aufweisen.
Es kann zudem vorgesehen sein, dass in dem Kern die wendelförmige Aus nehmung durch ein um eine den Kern durchsetzende Achse rotierendes und gleichzeitig entlang der Achse stetig vorgeschobenes Werkzeug erzeugt wird. Die Achse des Kerns, um die das Werkzeug rotiert, kann sowohl den Rohling als auch den Hohlraum in seinem Inneren durchsetzen, so dass das Werkzeug wenigstens teilweise innerhalb des Hohlraums rotiert und an seinem radial äußeren Ende das Material des Rohlings durchsetzt und entfernt. Beispiels weise kann die Achse, um die das Werkzeug rotiert, die Längsachse eines Hohlzylinders sein, der den Rohling bildet. Um die Achse kann dann das Werkzeug rotieren, welches eine Ausnehmung in die Wand des Hohlzylinders einbringt, beispielsweise schneidet, fräst oder sägt. Das Werkzeug kann beispielsweise nach Art eines Messers oder einer Säge oder einer Raspel ausgebildet sein. Das Werkzeug kann auch während des Bearbeitungs vorgangs um seine eigene Längsachse rotieren oder entlang seiner Längsachse eine sägende, oszillierende oder vibrierende Bewegung ausführen. Das Werkzeug kann zum Aufschmelzen des Materials des Rohlings auch beheizt werden.
Zusätzlich zu der rotierenden Schwenkbewegung des Werkzeugs kann dieses parallel zu der Längsachse des Rohlings stetig vorgeschoben werden, so dass das Werkzeug eine wendelförmige Ausnehmung in dem Rohling erzeugt und damit den Rohling in einen wenigstens teilweise wendelförmigen Körper umformt.
Es versteht sich, dass mit der vorliegenden Anmeldung ebenfalls Schutz für den auf die beschriebene Weise hergestellten wendelförmigen Körper bean sprucht wird. Der wendelförmige Körper hat einen Hohlraum. Der Hohlraum ist dabei wie oben beschrieben mit Hilfe des Kerns hergestellt und die Abmes sungen des Hohlraums sind über die Abmessungen des Kerns definiert.
Der wendelförmige Körper weist in einer Ausführung als Hohlraum einen Fluidkanal mit mindestens einer, vorzugsweise mindestens zwei Öffnungen auf. Die Öffnungen können beispielsweise an entgegengesetzten Enden des wendelförmigen Körpers bereitgestellt werden. Es können alternativ oder zusätzlich auch Öffnungen bereitgestellt sein, die nicht an Enden des wendel förmigen Körpers liegen sondern beispielsweise seitlich an den Windungen.
Der Fluidkanal kann über seine Länge einen konstanten oder einen veränderli chen Querschnitt aufweisen. Der Kern kann für die Herstellung des Fluidkanals entsprechend ausgestaltet sein, indem er eine konstante oder veränderliche Dicke aufweist.
Der gewendelte Körper hat äußere Abmessungen, die beispielsweise im Zentimeter- bis Dezimeterbereich liegen können. Wie erwähnt, kann der Körper zylinderförmig oder quaderförmig sein, also eine runde oder recht eckige Grundfläche aufweisen und eine sich in Richtung des Hohlraums und der Längsachse erstreckende Höhe. Der Körper kann aber beispielsweise auch in Richtung seiner Höhe verjüngt sein, so dass er beispielsweise eine Kegel stumpfform oder eine Pyramidenstumpfform aufweist. Die äußeren Abmes sungen können in jede Raumrichtung bspw. zwischen 3 cm und 1 m betragen, d.h. die Grundfläche kann beispielsweise einen Durchmesser bzw. laterale Abmessungen (z.B. Seitenlängen) von zwischen 3 cm und 1 m haben. Die Höhe kann beispielsweise zwischen 3 cm und 1 m betragen.
Der Querschnitt des Fluidkanals kann beispielsweise polygonal oder elliptisch, insbesondere rechteckig oder kreisförmig sein. Die Abmessungen des Quer schnitts des Fluidkanals können alternativ oder zusätzlich beispielsweise im Bereich einiger Millimeter bis einiger Zentimeter liegen. Eine
Querschnittsfläche kann etwa zwischen 10 mm2 und 50 cm2 betragen. In einem Beispiel können die Abmessungen - beispielsweise ein Durchmesser oder eine Seitenlänge der Querschnittsfläche des Fluidkanals, je nachdem welche Geometrie dieser aufweist - mindestens 5 mm und/oder höchstens 5 cm betragen. Eine Wandstärke des den Hohlraum umgebenden Materials, welches aus der ersten Pulverschicht oder aus der ersten und der zweiten Pulverschicht gefertigt ist, kann beispielsweise zwischen 1 mm und 20 mm betragen.
Es sei betont, dass Merkmale, die nur im Zusammenhang mit dem Verfahren beschrieben sind auch für die Vorrichtung beansprucht werden können und umgekehrt.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen in Figuren einer Zeichnung gezeigt und nachfolgend erläutert. Dabei zeigt
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines wendelförmigen Körpers / einer Spule,
Fig. 2 eine Windung einer Spule / eines wendelförmigen Körpers im
Querschnitt, Fig. 3 eine Wendel eines weiteren wendelförmigen Körpers im Quer schnitt,
Fig. 4 in schematisch vergrößerter Form die pulverbeschichtete
Oberfläche eines gewendelten Körpers in einem Querschnitt
Fig. 5 eine Vorrichtung zum Herstellen eines wendelförmigen Kerns sowie einen Kern, in den teilweise eine Ausnehmung einge bracht worden ist,
Fign. 6
bis 10 in verschiedenen Ansichten Teile eines gewendelten Körpers mit einem Stromanschluss und/oder einem Fluidanschluss.
Figur 1 zeigt in perspektivischer Darstellung eine elektrisch leitende Spule 1 als wendelförmigen Körper, die/der durch einen gewendelten, isolierten, strangförmigen elektrischen Leiter 2 gebildet ist. In der Darstellung der Figur 1 ist eine im Querschnitt viereckige, insbesondere quadratische Spule darge stellt, wobei der Leiter, der die Spule bildet, für sich ebenfalls einen recht eckigen Querschnitt aufweist. Die verschiedenen Wendellagen des Leiters sind rechteckig geformt und mit geringen Abständen übereinandergelegt.
Der gewendelte Körper hat äußere Abmessungen, die einem Quader entspre chen, mit einer rechteckigen (quadratischen) Grundfläche a x b und einer Höhe h, entlang derer sich in Richtung der Hohlraum erstreckt. Der Körper kann aber beispielsweise auch ein andere Grundfläche aufweisen und/oder in Richtung seiner Höhe verjüngt sein, so dass er beispielsweise eine Kegel stumpfform oder eine Pyramidenstumpfform aufweist. Die äußeren Abmes sungen a, b und h betragen jeweils zwischen 3 cm und 1 m.
Figur 2 zeigt beispielhaft den Querschnitt eines isolierten Leiters, der bei spielsweise zur Herstellung einer Spule verwendet werden kann, wie sie in Figur 1 dargestellt ist. In Figur 2 ist der hohle, aus einem gesinterten Pulver gebildete äußere Teil mit 3 bezeichnet, und es ist innerhalb der Pulver beschichtung 3 noch der Kern 4 dargestellt, der beispielsweise aus einem Schaumstoff, insbesondere EPS, besteht. Die in Figur 2 dargestellte Konstella- tion ergibt sich beispielsweise direkt nach der Beschichtung des gewendelten Kerns 4 mit einem ersten Pulver 3. Das Pulver 3 ist elektrisch wenigstens teilweise leitend ausgebildet und besteht aus einem elektrisch leitenden Werkstoff, beispielsweise einem Metall oder einer Metalllegierung. Es kann auch aus einer Mischung von zwei oder mehr Pulvern bestehen, die vorzugs weise alle elektrisch leitend sind.
In der dargestellten Konstellation kann der beschichtete Kern 4 auf eine Temperatur unterhalb der Schmelztemperatur des ersten Pulvers erwärmt werden, wobei das Material des Kerns 4 entweder verdampft oder sich verflüssigt. Das Material des Kerns kann dann an einem Ende der Schicht/ Beschichtung oder durch die Beschichtung selbst hindurch entweichen, so dass nur die Beschichtung übrig bleibt, die gleichzeitig gesintert und damit verfestigt wird. Der Sintervorgang wird üblicherweise so gesteuert, dass in einer ersten Phase der Sinterung, wenn die erste Pulverschicht 3 noch gas- oder fluiddurchlässig ist, der Kern verflüssigt oder gasförmig gemacht wird und damit beispielsweise auch durch die Beschichtung 3 / Pulverschicht 3 austreten kann.
Nach dem Austreten des Materials des Kerns 4 kann die Sinterung weiter fortgesetzt werden, entweder indem die Temperatur für eine weitere Zeit stabil gehalten wird oder indem die Temperatur etwas erhöht wird, so dass der Sintervorgang weiter fortschreitet. Dies kann so lange fortgeführt werden, bis eine Verdichtung der ersten Pulverschicht erfolgt ist, so dass diese gas-/ fluidundurchlässig geworden ist. Der Sintervorgang kann beispielsweise in einer Schutzatmosphäre erfolgen.
Der durch den Kern 4 definierte Hohlraum bildet dann einen Fluidkanal, der in dem Beispiel an den entgegengesetzten Enden der Spule hervortritt. Eine Querschnittsfläche p x q des in diesem Beispiel rechteckigen Fluidkanals beträgt beispielsweise zwischen 10 mm2 und 50 cm2. Seitenlängen p und q der Querschnittsfläche des Kanals können in Beispielen, der Querschnittsfläche entsprechend, einige Millimeter bis einige Zentimeter betragen. Eine Wand stärke w des den Hohlraum umgebenden Materials, welches die erste Pulver schicht umfasst, kann beispielsweise zwischen 1 mm und 20 mm betragen. Es können alternativ oder zusätzlich auch Öffnungen des Fluidkanals bereitge stellt sein, die nicht an Enden des wendelförmigen Körpers liegen sondern beispielsweise seitlich an den Windungen.
Der Fluidkanal kann über seine Länge einen konstanten oder einen veränderli chen Querschnitt aufweisen.
In Figur 3 ist eine Konstellation mit einem im Querschnitt runden Kern 4' gezeigt, der von einer ersten Pulverschicht 3' und einer äußeren zweiten Pulverschicht 5 umgeben ist. Die erste Pulverschicht 3' besteht aus einem elektrisch leitenden Pulver, beispielsweise einem Metallpulver, während die zweite Pulverschicht 5, die die erste Pulverschicht 3' umgibt, aus einem elektrisch isolierenden Werkstoff, etwa aus einem sinterfähigen keramischen Pulver oder einem sonstigen sinterfähigen elektrisch isolierenden Pulver, besteht bzw. hergestellt ist.
Beim gemeinsamen Sintern der ersten und zweiten Pulverschicht entstehen zwei harte selbsttragende Schichten, wobei die innere Schicht 3' elektrisch leitend ist und den Leiter des gewendelten Körpers bildet und die äußere Schicht 5 eine äußere Isolation für den Leiter 3' bildet. Die Pulverschichten 3' und 5 können auch nacheinander aufgebracht und gesintert werden. Da die Pulverbeschichtung mit den gängigen Pulverbeschichtungsverfahren, wie Tauchen oder Sprühen, sehr wenig Raum erfordert, können auch nah bei einander liegende Windungen der Spule, wie in Figur 1 dargestellt, gleich mäßig mit einer Pulverschicht bedeckt werden, die danach durch Sintern verfestigt wird. Damit ist eine Herstellung von einem gewendelten elektrisch leitenden Körper mit geringem Platzbedarf und geringem Freiraum zwischen den einzelnen Windungen und optional auch mit einer Isolierung in einfacher Weise herstellbar. Durch einen solchen gewendelten Körper ist unter optima ler Raumnutzung eine Spule oder Feder herstellbar.
Eine Querschnittsfläche des in diesem Fall runden Kerns 4 bzw. Fluidkanals hat den Radius r, der beispielsweise zwischen 5 mm und 5 cm beträgt. Die Fläche kann alternativ oder zusätzlich beispielsweise zwischen 10 mm2 und 50 cm2 betragen. Eine Wandstärke w' des den Hohlraum umgebenden Materials, welches die erste und die zweite Pulverschicht umfasst, kann beispielsweise zwischen 1 mm und 20 mm betragen.
Figur 4 zeigt in einer vergrößerten schematischen Darstellung eine erste Pulverschicht 3 sowie einen Kern 4, wobei einzelne Körner der Pulverschicht unterscheidbar sind. Das Material des Kerns wird verdampft oder verflüssigt und kann gemäß den Pfeilen 6, 7 durch die Poren der ersten Pulverschicht 3 hindurch gelangen, solange das Material der ersten Pulverschicht noch nicht bis zu einer Fluiddichtigkeit gesintert worden ist.
In Figur 5 ist ein Hohlzylinder 8 dargestellt, der als Rohling zur Herstellung des Kerns dient. Dieser Rohling 8 kann beispielsweise aus einem Schaumstoff, jedoch auch aus einem Wachs oder ein ähnlich schmelzbaren Masse be stehen. Der Zylinder 8 hat einen zylindrischen Hohlraum 9, so dass er insge samt als Hohlzylinder mit einer Hohlzylinderwand 10 ausgebildet ist. Die Längsachse des Hohlzylinders ist mit 11 bezeichnet.
Unterhalb des Hohlzylinders 8 ist eine Vorrichtung zur Einbringung einer wendelförmigen Ausnehmung in den Hohlzylinder 8 dargestellt, die eine vertikal angeordnete Welle 12 aufweist, die auf einem Halter 17 um ihre Längsachse drehbar gelagert ist. An der Welle 12 ist ein Werkzeug 13 ange ordnet, das von der Welle 12 senkrecht absteht. Das Werkzeug 13 ist mittels eines Vibrations- oder Sägeantriebs 14 mit der Welle 12 verbunden. Dieser Antrieb 14 kann eine Oszillationsbewegung des Werkzeugs 13 in Richtung des Doppelpfeils 15 bewirken. Anstelle des Vibrationsantriebs 14 kann auch eine Heizung für das Werkzeug 13 vorgesehen sein.
Wird die Welle 12 rotierend angetrieben, so bewegt sich das Werkzeug 13 auf einer Kreisbahn um die Achse 11 und zerteilt dabei den Hohlzylinder 8, wenn das Werkzeug sich einen Weg durch die Zylinderwand 10 bahnt. Dies kann beispielsweise durch eine raspelnde oder sägende Bewegung geschehen, soweit das Werkzeug 13 eine Zahnung aufweist. Es kann auch eine Beheizung des Werkzeugs 13 vorgesehen sein, um dieses so weit aufzuheizen, dass es das Material des Hohlzylinders 8 aufschmelzt. Gleichzeitig mit der Rotations bewegung um die Achse 11 ist ein axialer Vorschub des Werkzeugs 13 in Richtung der Achse 11 vorgesehen, der beispielsweise mit gleichbleibender Geschwindigkeit erfolgt. Die Vorschubgeschwindigkeit kann jedoch auch zur Erzeugung verschiedener Abschnitte mit unterschiedlicher Steigung geändert werden. Durch die Kombination der Rotations- und Vorschubbewegung des Werkzeugs 13 wird eine wendelförmige Ausnehmung 16 in den Hohlzylinder 8 eingebracht. Der zwischen den einzelnen Gängen der durchgehenden Aus nehmung 16 stehenbleibende Teil des Hohlzylinders 8 hat ebenfalls die Form einer Wendel. Dieser Körper kann als Kern für den herzustellenden
gewendelten Körper verwendet und später mit einer ersten Pulverschicht bedeckt werden. Nach Sintern der ersten Pulverschicht und Entfernen des Kernmaterials bleibt ein hohler, gewendelter elektrisch leitender Körper in Form einer Spule übrig.
Fig. 6 zeigt einen Endabschnitt eines hohlen gewendelten Körpers 1 in einer perspektivischen Darstellung. Der gewendelte Körper kann die Form einer Spirale mit einem sich von Windung zu Windung der Wendel verringernden oder vergrößernden Durchmesser jedoch auch die Form einer Schraube mit gleichbleibendem Durchmesser haben. Der gewendelte Körper 1 weist an einem oder beiden Enden eine Anschlussarmatur 20 auf, die die Form einer Hülse, insbesondere einer zylindrischen Hülse annimmt. Die Hülse 20 kann aus einem Metall, beispielsweise Eisen, Stahl, Edelstahl, Kupfer oder Messing bestehen. Die Hülse 20 kann eine metallische Anschlusslasche 21 zur Herstel lung einer elektrisch leitenden Verbindung aufweisen.
Die Fig. 7 zeigt, dass beim Herstellungsverfahren der Kern 4 mit der An schlussarmatur 20 verbunden und danach beide gemeinsam mit einer Pulver schicht 3, 3' beschichtet werden. Dies ist durch die Pfeile 22 angedeutet.
Die Fig. 8 zeigt, dass bei der Verbindung des Kerns 4 mit der Armatur 20 der Kern 4 an der Armatur enden und diese an den Kern angesetzt werden kann.
Die Fig. 9 zeigt, dass der Kern 4 auch in eine Durchgangsöffnung 20a der Armatur hineinreichen kann. Der Kern 4 kann dazu bei seiner Herstellung an und in die Armatur 20 eingegossen werden.
Die Fign. 8 und 9 zeigen, dass die Beschichtung 23 sowohl auf den Kern 4 als auch auf die Hülse 20 aufgebracht wird, so dass die Hülse 20 ohne weitere Maßnahmen nach der Entfernung des Kerns mit den durch die Beschichtung 23 gebildeten Teilen des gewendelten Körpers 1 verbunden ist. Eine solche Verbindung kann an beiden Enden des Körpers 1 vorgesehen sein. Die Hülse(n) 20 kann/können außer eine elektrische Verbindung auch eine
Anschlussarmatur für die Anbindung einer Fluidleitung zur Kühlung bilden. Dazu kann eine Hülse auch ein Schraubgewinde 24 (vgl. Fig. 10) und/oder einen Bajonettverschluss und/oder eine Dichtung und/oder einen Dichtungs sitz aufweisen.
Durch die Erfindung kann ein hohler gewendelter Körper mit geringem Platzbedarf und hoher Raumnutzung geschaffen werden, der als elektrische Spule durch die Möglichkeit der Innenkühlung sehr effizient eingesetzt werden kann.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung eines hohlen gewendelten, elektrisch
leitenden Körpers (1), bei dem zunächst ein gewendelter Kern (4, 4', 8) aus einem unter Wärmeeinwirkung verflüssigbaren oder verdampf baren Kernmaterial hergestellt und danach mittels eines Pulverbe schichtungsverfahrens mit einer ersten Pulverschicht (3, 3') eines we nigstens teilweise elektrisch leitenden ersten Pulvers beschichtet wird und bei dem darauf der gewendelte Kern mit der ersten Pulverschicht auf eine erste Temperatur erhitzt wird, bei der der Kern verflüssigt oder in Gasform überführt und die erste Pulverschicht in poröser Form wenigstens teilweise verfestigt wird, wobei das Kernmaterial aus dem von der Pulverbeschichtung umgebenen Raum austritt und wobei nach dem Austritt des Kernmaterials aus dem von der ersten Pulverschicht umgebenen Raum die erste Pulverschicht weiter gesintert wird, ins besondere dadurch, dass die erste Pulverschicht auf eine zweite Temperatur erhitzt wird, die höher ist als die erste Temperatur.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei der ersten Temperatur eine Versinterung der ersten Pulverschicht (3, 3') erfolgt, durch die die erste Pulverschicht verfestigt wird, dabei jedoch derart porös bleibt, dass das verflüssigbare oder verdampfbare Kern material durch die versinterte Pulverschicht entweichen kann.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei der zweiten Temperatur eine Versinterung der ersten Pulverschicht (3, 3') erfolgt, durch die die erste Pulverschicht derart verdichtet wird, dass sie für Flüssigkeiten und insbesondere auch für Gase undurchlässig wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Pulverschicht (3, 3') in Form von mehreren nacheinander aufgebrachten Teilschichten des ersten Pulvers ausgebildet wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass auf die erste Pulverschicht (3, 3') wenigstens eine zweite Pulver schicht (5) eines zweiten Pulvers, insbesondere vor oder nach einem ersten Sinterschritt, aufgebracht wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Pulver aus einem elektrisch isolierenden Werkstoff besteht und nach dem Sintern eine Isolierschicht ausbildet.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Pulverbeschichtung mit der ersten und/oder einer zweiten Pulverschicht (3, 3', 5) durch Sprühen, Eintauchen oder Verwendung eines fluidisierenden Pulverbetts oder durch mehrere verschiedene aufeinander folgende der genannten Beschichtungsarten erfolgt.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Pulverbeschichtung mit Pulverschlicker und/oder einem Pulverfeedstock erfolgt.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der gewendelte Kern (4, 4', 8) in einem Gießverfahren oder einem Schäumverfahren hergestellt wird, wobei der Kern insbesondere aus mehreren Teilen zusammengesetzt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Kern (4, 4', 8) als Rohling hergestellt und danach durch Erzeugen einer wendel förmigen Ausnehmung (16) in die Form einer Wendel gebracht wird.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Kern (4, 4', 8) die wendelförmige Ausnehmung (16) durch ein um eine den Kern durchsetzende Achse (11) rotierendes und gleichzeitig ent lang der Achse (11) stetig vorgeschobenes Werkzeug (13) erzeugt wird.
12. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Pulverbeschichtung mit der ersten und/oder einer zweiten Pulverschicht (3, 3', 5) mindestens eine Unter brechung bereitgestellt wird zum Herstellen einer Öffnung für einen durch den gewendelten Kern definierten Hohlraum, der von der Pul verbeschichtung begrenzt wird.
13. Gewendelter Körper, dadurch gekennzeichnet, dass er einen Hohlraum aufweist und in einem Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche hergestellt ist.
14. Gewendelter Körper gemäß Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlraum als Fluidkanal ausgebildet ist und mindestens eine Öffnung aufweist.
15. Gewendelter Körper gemäß einem der Ansprüche 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass äußere Abmessungen des Körpers in jede Raum richtung zwischen 3 cm und 1 m betragen.
16. Gewendelter Körper gemäß einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass eine Wandstärke eines den Hohlraum umgeben den Materials zwischen 1 mm und 20 mm beträgt.
17. Gewendelter Körper gemäß einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass ein Querschnitt des als Fluidkanal ausgebildeten Hohlraums polygonal oder elliptisch ist und eine Querschnittsfläche von zwischen 10 mm2 und 50 cm2 aufweist.
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