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Kopplungsspule zum Induzieren von Wirbelströmen Die Erfindung bezieht
sich auf eine flache Kopplungsspule zum Induzieren von Wirbelströmen in einer zu
erhitzenden Fläche, z. B. in dem Boden eines Topfes, der zum Kochen erhitzt werden
soll.
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Flachspulen zur Wirbelstromheizung sind bekannt. Unter anderem ist
eine Heizplatte mit Induktionsleitern bekannt, die je nach Bedarf in Reihen- oder
Parallelschaltung oder . gruppenweise in Reihenparallelschaltung verbunden sind.
Diese bekannte Heizplatte ist aber selbstwärmend, da der Induktionsfluß in ihr selbst
verläuft. Induktive Belastungsänderungen sowie ein Anpassen der durch die Platte
aufgenommenen Heizung sind hierbei nicht möglich.
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Ferner ist eine durch Wirbelstrom beheizte Kochplatte für Drehstrom
mit mehreren Spulenabschnitten bekannt, bei der jedoch die Spulenabschnitte teilweise
in Reihe geschaltet sind und ein Anpassen der durch die Kochplatte aufgenommenen
Heizung ebenfalls nicht ermöglicht ist.
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Schließlich sind Kopplungsspulen aus mehreren Abschnitten bzw. Einzelspulen
bekannt, die auch zum Erhitzen verschieden großer Werkstücke oder Flächen anwendbar
sind. Hierzu oder bei der Bewegung eines Werkstückes aus einer Stellung in eine
andere Stellung müssen aber die elektrischen Verbindungen z. B. durch Betätigung
von Schaltern oder durch andere Mittel geändert werden. Bei einer bekannten Anordnung
dieser Art, die zum Erhitzen langgestreckter Werkstücke unter Relativbewegung zwischen
Werkstück und Induktor dient, sollen auch zwei der Einzelspulen parallel geschaltet
sein. Die Anordnung ist dabei aber derart, daß mittels mindestens dreier, den Werkstückabmessungen
angepaßter Einzelspulen gearbeitet wird, die gruppenweise in Reihe oder parallel
zusammenschaltbar sind. Der Endabschnitt des Werkstückes wird zunächst im Stillstand
aufgeheizt, und zwar von einer Spule, die der Abmessung und Gestalt dieses Abschnittes
ange. paßt ist. Während dieser Zeit ist gleichzeitig bei einer Dreieranordnung die
mittlere Spule ebenfalls zugeschaltet und sorgt für eine Temperaturerhöhung in der
Nähe des Endabschnittes. Nachdem der Endabschnitt die gewünschte Temperatur erreicht
hat, wird die diesem Abschnitt für die Stillstandheizung zugeordnete Spule abgeschaltet
und der mittleren Spule die dritte Spule zugeschaltet. Diese beiden Spulen übernehmen
nunmehr im Vorschubverfahren das Erhitzen des Restabschnittes des Werkstückes.
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Demgegenüber soll durch die Erfindung eine Kopplungsspule geschaffen
werden, die zur Erhitzung von Flächen verschiedener Form und/oder Größe, z. B. von
Töpfen mit großen und kleinen Durchmessern, verwendet werden kann, ohne daß es not=
wendig ist, irgendwelche Einstellungen vorzunehmen und z. B. Schalter zu betätigen
und elektrische Verbindungen zu ändern. Zu diesem Zweck ist die Spule gemäß der
Erfindung so ausgebildet, daß zur Beheizung von Flächen verschiedener Form oder
Größe ohne Änderung elektrischer Verbindungen zwei oder mehr Spulenabschnitte elektrisch
parallel geschaltet sind, so daß die Heizenergie eines von der zu erhitzenden Fläche
überdeckten Spulenabschnittes unabhängig von der Überdeckung oder Freilassung eines
anderen Spulenabschnittes durch eine zu erhitzende Fläche unverändert erhalten bleibt.
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Bei einer derartigen Anordnung wirkt einerseits ein Abschnitt der
Spule, wenn er als Ganzes der zu erhitzenden Fläche gegenüberliegt, als kurzgeschlossene
Transformatorwicklung, während andererseits ein Abschnitt oder einzelne Windungen
eines Abschnittes, die nicht der zu erhitzenden Fläche gegenüberliegen, eine Transformatorwicklung
von offenem Stromkreis mit erheblich gesteigerter Induktivität bilden. Wenn dagegen
ein der zu beheizenden Fläche gegenüberliegender Spulenabschnitt mit einem einer
zu erhitzenden Fläche nicht gegenüberliegenden Spulenabschnitt in Reihe geschaltet
ist, so wird der Strom durch beide Abschnitte erniedrigt und die Heizwirkung erheblich
verringert. Andererseits wird bei
Parallelschaltung der Abschnitte
durch die Erhöhung der Induktivität in einem der Abschnitte der Strom in dem anderen
Abschnitt nicht beeinflußt.
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Durch die Erfindung ist daher ermöglicht, die Heizenergie der Größe
der zu beheizenden Fläche anzupassen. So wird z. B. bei der Erhitzung eines Topfes
großer Grundfläche, der beide oder alle Spulenabschnitte überdeckt, die größte Heizenergie
entwickelt, während bei einem Topf, der eine nur etwa halb so große Grundfläche
aufweist, nur etwa die halbe Heizenergie entwickelt wird. Um dies zu erreichen,
ist es gemäß der Erfindung nicht etwa notwendig, irgendwelche Schalterumstellungen
od. dgl. durchzuführen, sondern es braucht nur der eine Topf gegen den anderen Topf
ausgewechselt zu werden.
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Die Spule kann dabei gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung zwei
in der gleichen Richtung spiralförmig ineinandergewickelte Abschnitte aufweisen,
die mit ihren inneren Enden an die eine Klemme und mit ihren äußeren Enden an die
andere Klemme der Stromzuführung angeschlossen sind. Bei einer anderen Ausführungsform
mit ebenfalls zwei in der gleichen Richtung spiralförmig ineinandergewickelten Abschnitten
kann die Anordnung auch so sein, daß das innere Ende des inneren Abschnittes sowie
das äußere Ende des äußeren Abschnittes an die eine Klemme und das äußere Ende des
inneren Abschnittes sowie das innere Ende des äußeren Abschnittes an die andere
Klemme der Stromzuführung angeschlossen sind. Es können aber auch zwei in entgegengesetzter
Richtung spiralförmig ineinandergewickelte Spulen so angeordnet sein, daß das innere
Ende des inneren Abschnittes sowie das äußere Ende des äußeren Abschnittes an die
eine Klemme und das äußere Ende des inneren Abschnittes sowie das innere Ende des
äußeren Abschnittes an die andere Klemme der Stromzuführung angeschlossen sind.
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Die Abschnitte haben dabei vorzugsweise etwa die gleichen Flächenbereiche.
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Die Erfindung ist insbesondere auf eine Spule gerichtet, die zum Erhitzen
von Töpfen verschiedener Größe dient. Um eine maximale Heizenergie bei dem größten
Topf zu erreichen, ist es zweckmäßig, daß die Spule einen Durchmesser aufweist,
der etwa gleich dem des größten Topfes ist. Der in der Spule fließende Strom ist
davon abhängig, daß die Spule magnetisch mit dem Boden des Topfes gekoppelt ist,
der als kurzgeschlossene Transformatorwicklung wirkt. Wenn daher ein kleiner Topf
auf eine Spule mit nur einer Wicklung aufgesetzt wird, so wird der äußere Teil der
Spule nicht mit dem Boden des Topfes gekoppelt und stellt eine erhöhte Induktanz
dar, wodurch der Strom nicht nur in diesem äußeren Teil der Spule, sondern auch
in deren inneren Teil verringert wird. Wenn daher ein kleiner Topf auf eine in üblicher
Weise ausgebildete große Spule aufgesetzt wird, wird die Heizleistung je Flächeneinheit
auf einen geringen Wert herabgesetzt.
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Diese Schwierigkeit ist durch die Erfindung, gemäß der die Spule aus
mehreren parallel geschalteten Abschnitten besteht, überwunden. Wenn hierbei ein
kleiner Topf auf die Spule aufgesetzt wird, so bedeckt er den inneren Abschnitt
der Spule, der im wesentlichen den gleichen Strom führt, als wenn ein größerer Topf
auf die Spule aufgesetzt wäre. Zwar wird der Strom in dem äußeren Abschnitt auf
einem geringfügigen Wert erniedrigt, dies wirkt sich aber nicht auf den Strom in
dem inneren Abschnitt aus. Die Erfindung ist in verschiedener Weise anwendbar. Nachstehend
ist sie an Hand der in der Zeichnung als Beispiele dargestellten besonderen Ausführungsformen
beschrieben.
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F i g. 1 zeigt eine erste Ausführungsform, und F i g. 2 stellt eine
zweite Ausführung der Spule mit abgeänderter Verbindung dar.
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Nach F i g. 1 besteht die Spule 10 aus zwei Abschnitten 14
und 15, von denen jeder eine flache Ringform aufweist und aus einem schmalen Leitungsstreifen
gewickelt ist. Die Enden 16, 17 des inneren Abschnittes 14 und die Enden 18, 19
des äußeren Abschnittes 15 sind zueinandergeführt und so miteinander verbunden,
daß die beiden Abschnitte parallel geschaltet sind.
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Bei der dargestellten Ausführungsform sind das innere Ende
16 des inneren Abschnittes und das innere Ende 18 des äußeren Abschnittes
an eine Klemme angeschlossen, während das äußere Ende 17 des inneren Abschnittes
und das äußere Ende 19 des äußeren Abschnittes zusammen mit der anderen Klemme verbunden
sind. Um zu vermeiden, daß Leiter mit wesentlich verschiedenen Spannungen dicht
beieinander liegen, könnten statt dessen auch das äußere Ende 17 des inneren Abschnittes
sowie das innere Ende 18 des äußeren Abschnittes an die eine Klemme und das innere
Ende 16 des inneren Abschnittes sowie das äußere Ende 19 des äußeren Abschnittes
an die andere Klemme angeschlossen sein. Bei der Anordnung nach F i g. 1 fließt
der Strom in beiden Abschnitten in derselben Richtung (im Uhrzeigersinn oder entgegen
dem Uhrzeigersinn in einem bestimmten Augenblick), so daß beim Wegnehmen eines Topfes
die Induktanz steigt. Dies hat den Vorteil, daß der Strom automatisch verringert
wird, wenn der Topf weggenommen wird. Ferner kann es, was ebenfalls einen Vorteil
bilden kann, bei manchen Ultraschallfrequenzen sein, daß beim Wegnehmen des Topfes
die Frequenz in den Hörbereich abfällt, so daß ein Pfeifton hörbar wird, der daran
erinnert, daß der Strom noch eingeschaltet ist, aber kein Topf zum Erhitzen aufgestellt
ist.
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Die Anorcjnung nach F i g. 2 entspricht im wesentlichen der F i g.
1; nur sind hier der innere Abschnitt 21 entgegen dem Uhrzeigersinn und der
äußere Abschnitt 22 im Uhrzeigersinn gewickelt, wobei das innere Ende 23 des inneren
Abschnittes und das äußere Ende 24 des äußeren Abschnittes an die eine Stromklemme
und das äußere Ende des inneren Abschnittes 21 sowie das benachbarte innere Ende
des äußeren Abschnittes 22 bei 25 miteinander verbunden und dann an die andere Stromquelle
angeschlossen sind. Bei dieser Anordnung ist vermieden, daß Leiter verschiedener
Spannung dicht nebeneinander liegen, wobei aber außerdem der Vorteil besteht, daß
die Induktanz beim Wegnehmen eines Topfes ansteigt.
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Praktisch kann die Impedanz der beiden Abschnitte nahezu gleich gehalten
werden, was im allgemeinen erreicht wird, wenn die Spulen etwa gleiche Flächenbereiche
haben. Zum Beispiel könnte der innere Abschnitt einen Durchmesser von 12,7 Zentimeter
(5 Zoll) und der äußere Abschnitt einen Außendurchmesser von 17;78 Zentimeter (7
Zoll) haben. Wenn dabei die Abschnitte im Nebenschluß bzw. parallel geschaltet sind
und ein großer Topf aufgesetzt ist, sind die Ströme in beiden Abschnitten nahezu
gleich. Wenn der Topf groß genug ist, um
den äußeren Abschnitt zu
überdecken, so liefern beide Abschnitte Energie, und es wird die volle Leistung
erzeugt. Wenn ein Topf nur den inneren Abschnitt, nicht aber den äußeren Abschnitt
überdeckt, so wird der Strom in dem äußeren Abschnitt verringert und die Energieleistung
auf etwa die Hälfte ihres Größtwertes herabgesetzt. Dementsprechend kann für alle
Töpfe eines elektrischen Kochherdes eine einheitliche Spulenart verwendet werden,
so daß es unnötig ist, für Töpfe verschiedener Größe auch Spulen verschiedener Größe
anzuordnen. Es wird somit eine erhebliche Vereinfachung der Herstellung und eine
bessere Anpassungsfähigkeit erreicht.
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Die Erfindung kann so angewendet werden, daß die Spule Windungen enthält,
die dicht an der zu beheizenden Fläche liegen, und Windungen, die weiter weg liegen.
Zum Beispiel können die Abschnitte aus einem Geflecht gewickelt werden, das aus
einer Mehrzahl isolierter Drähte besteht, oder es kann jede Spule, begrenzt auf
einen verschiedenen Ringbereich, Windungen enthalten, die dicht an der zu beheizenden
Fläche liegen oder weiter von dieser weg.
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Die Spule nach der Erfindung kann auch in mehr als zwei Abschnitte
unterteilt sein. Wenn eine Mehrzahl von Abschnitten angewendet wird, so kann durch
Auswahl einer geeigneten Kombination von Abschnitten, die in der gleichen Richtung
gewickelt oder so geschaltet sind, daß sie in der gleichen Richtung vom Strom durchflossen
werden, und Abschnitten, die in der umgekehrten Richtung gewickelt sind oder in
der umgekehrten Richtung vom Strom durchflossen werden, erreicht werden, daß beim
Wegnehmen eines Topfes keine Änderung der Induktanz erfolgt.