Litzenleitung

Die Erfindung geht aus von einer Litzenleitung, insbesondere für eine Induktionsheizvor- richtung, mit zumindest einem Satz von Einzeldrähten nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Es sind Litzenleitungen bekannt, die einen Satz von dünnen Einzeldrähten aufweisen, welche von einer gemeinsamen Isolierhülle umschlossen sind. Diese werden beispiels- weise bei Induktionsspulen zur Erzeugung von magnetischen Wechselfeldern, insbesondere bei Induktionsheizvorrichtungen, eingesetzt. Ein unerwünschter Effekt des erzeugten, zeitlich veränderlichen Magnetfelds ist die Induktion von elektrischen Strömen, den so genannten Wirbelströmen oder Eddy-Strömen, innerhalb der Litzenleitung, die Leistungsverluste verursachen.

Die Aufgabe der Erfindung besteht insbesondere darin, eine gattungsgemäße Litzenleitung mit verbesserten Eigenschaften hinsichtlich einer Reduzierung von Leistungsverlusten bereitzustellen.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst, während vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung den Unteransprüchen entnommen werden können.

Die Erfindung geht aus von einer Litzenleitung, insbesondere für eine Induktionsheizvor- richtung, mit zumindest einem Satz von Einzeldrähten.

Es wird vorgeschlagen, dass die Litzenleitung ein stromabgekoppeltes Abstandsmittel aufweist, welches dazu vorgesehen ist, benachbarte Einzeldrähte über eine magnetische Schwächungsdistanz voneinander entfernt zu halten, wodurch Leistungsverluste, die ins- besondere aufgrund eines magnetischen Wechselfelds in der Litzenleitung hervorgerufen werden, vermindert werden können.

Unter einer "magnetischen Schwächungsdistanz" soll insbesondere ein Abstand zu einem Einzeldraht verstanden werden, bei dem die Feldstärke des Magnetfelds, das von einem im Einzeldraht fließenden Strom erzeugt wird, wesentlich geringer als die Feldstärke des Magnetfelds am Rand dieses Einzeldrahts ist. Die Feldstärke an einem vom Einzeldraht beabstandeten Punkt ist "wesentlich geringer" als die Feldstärke am Rand des Einzeldrahts, wenn die Feldstärke am beabstandeten Punkt insbesondere weniger als 80 %, vorteilhaft weniger als 70 % und bevorzugt weniger als 50 % der Feldstärke am Rand des Einzeldrahts beträgt.

Unter der "Feldstärke" eines magnetischen Wechselfelds an einem Punkt kann in diesem Zusammenhang eine zeitliche Mittelung der Feldstärke des zeitabhängigen Magnetfelds an diesem Punkt verstanden werden. Dabei kann das zeitabhängige Magnetfeld durch die magnetische Flussdichte B oder die magnetische Feldstärke H beschrieben werden. In diesem Text wird ein Magnetfeld durch die magnetische Flussdichte B beschrieben. Werden der Punkt durch den Vektor x , die Zeit durch den Parameter t und die Feldstärke des zeitabhängigen Magnetfelds durch den Betrag der magnetischen Flussdichte, und zwar B(x,t) = B(x,t) , bezeichnet, kann die zeitliche Mittelung der Feldstärke des zeitabhängigen Magnetfelds am Punkt x über eine Periode T, z.B. durch

< B ² (x) >= , ermittelt werden. Es kann unter "Feldstärke" des magneti- sehen Felds am Punkt x in diesem Text die Größe B(x) =< B ² (x) > ^1/2 , auch mit B bezeichnet, verstanden werden.

Fließt ein Wechselstrom in einer herkömmlichen Litzenleitung, erfährt ein Einzeldraht der Litzenleitung ein magnetisches Wechselfeld, das von einem Strom in einem den Einzel- draht umgebenden Einzeldraht erzeugt ist. Dieses Wechselfeld kann im Einzeldraht elektrische Wirbelströme (auch Eddy-Ströme genannt) induzieren, die Leistungsverluste der Litzenleitung verursachen. Diese Leistungsverluste, hier mit P bezeichnet, hängen an einem Punkt x der Litzenleitung von der Feldstärke des magnetischen Wechselfelds an diesem Punkt mit dem Verhältnis P(x) ∞ B ² (x) ab. Die Feldstärke des Magnetfelds, das von einem umgebenden Einzeldraht erzeugt wird, fällt mit dem Abstand zum Rand des

Einzeldrahts mit dem bekannten Skalierungsverhältnis B(r) = B _o r _o Ir ab, wobei rden Abstand zum Mittelpunkt des Einzeldrahts, r _o den Radius des Einzeldrahts und B ₀ die Feldstärke am Rand des Einzeldrahts bezeichnen. Durch das Abstandsmittel, welches vorzugsweise einen Einzeldraht über die Schwächungsdistanz von den benachbarten Ein- zeldrähten entfernt hält, können die oben beschriebenen und Leistungsverluste verursachenden Umgebungseffekte (oder proximity effects) vorteilhaft reduziert werden. Unter "benachbarten Einzeldrähten" können in diesem Zusammenhang unmittelbar benachbarte Einzeldrähte verstanden werden. Ein "Abstand" und eine "Distanz" sind in diesem Zusammenhang vorzugsweise Abstände im Querschnitt der Litzenleitung senkrecht zur Ver- laufsrichtung der Litzenleitung. Ferner kann unter einem Abstand "zu" einem Draht ein Abstand zum Mittelpunkt oder zum Rand des Drahts verstanden werden. Unter einem Abstand "zwischen" zwei Drähten kann ein Abstand zwischen dem Mittelpunkt oder dem Rand des ersten Drahts und dem Mittelpunkt oder dem Rand des zweiten Drahts verstanden werden.

Unter einem "Einzeldraht" kann in diesem Zusammenhang insbesondere ein elektrisch leitender Draht der Litzenleitung verstanden werden, in welchem bei einem in der Litzenleitung fließenden Strom ein Teil des Stroms fließt. Der Satz der Litzenleitung weist vorzugsweise mehr als drei Einzeldrähte auf. Der Einsatz des Abstandsmittels eignet sind insbesondere für Litzenleitungen, die vorteilhaft mindestens zwanzig Einzeldrähte, bevorzugt mindestens fünfzig Einzeldrähte und besonders vorteilhaft mindestens hundert Einzeldrähte aufweisen, wodurch eine hohe Reduzierung von Leistungsverlusten erreicht werden kann.

Unter einem "stromabgekoppelten" Mittel der Litzenleitung soll insbesondere ein Mittel der Litzenleitung verstanden werden, welches bei einem in den Einzeldrähten fließenden Strom stromfrei verbleibt. Um Leistungsverluste durch induzierte Ströme im Abstandsmittel zu verhindern, ist das Abstandsmittel vorteilhafterweise aus einem elektrisch isolierenden Material hergestellt.

Um eine besonders effektive Reduzierung von Leistungsverlusten zu erzielen, beträgt die magnetische Schwächungsdistanz vorteilhaft zumindest 20 % einer Einzeldrahtquer- schnittserstreckung. Dadurch kann eine Reduzierung von zumindest 50 % der Leistungs-

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verluste erzielt werden. Unter einer "Einzeldrahtquerschnittserstreckung" soll in diesem Zusammenhang insbesondere eine Erstreckung eines Einzeldrahts in dessen Querschnitt verstanden werden. Dabei ist der Querschnitt vorzugsweise ein gedanklicher Schnitt entlang einer Ebene, die senkrecht zur Verlaufsrichtung des Einzeldrahts ausgerichtet ist. Diese Einzeldrahtquerschnittserstreckung ist von der Ausgestaltung des Einzeldrahtquerschnitts abhängig. Weist ein Einzeldraht beispielsweise einen kreisförmigen Querschnitt auf, entspricht die Einzeldrahtquerschnittserstreckung vorzugsweise dem Einzeldrahtdurchmesser. Weist die Litzenleitung Einzeldrähte auf, die eine unterschiedliche Einzel- drahtquerschnittserstreckung aufweisen, kann unter der Einzeldrahtquerschnittserstre- ckung die kleinste, durchschnittliche oder maximale Einzeldrahtquerschnittserstreckung im Satz von Einzeldrähten verstanden werden.

Es wird außerdem vorgeschlagen, dass das Abstandsmittel sich über zumindest 20 % des Strombereichs des Litzenleitungsquerschnitts erstreckt. Dadurch kann eine geringe Stromdichte erreicht werden, wodurch eine geringe magnetische Feldstärke innerhalb der Litzenleitung erzielt werden kann. Unter dem "Strombereich" kann in diesem Zusammenhang insbesondere der Bereich des Litzenleitungsquerschnitts verstanden werden, welcher für die Einzeldrähte vorgesehen ist. Vorzugsweise ist dieser Bereich von einer Isolierhülle der Litzenleitung begrenzt.

In einer bevorzugten Ausführungsvariante der Erfindung wird vorgeschlagen, dass das Abstandsmittel zumindest einen Satz stromabgekoppelter Drähte aufweist. Dadurch kann eine besonders flexible Litzenleitung erzielt werden, die leicht gebogen und/oder gewickelt werden kann. Die stromabgekoppelten Drähte verlaufen zwischen den Einzeldrähten vor- zugsweise zumindest überwiegend über die Länge der Litzenleitung. Dabei verlaufen die Drähte insbesondere über mindestens 50 %, bevorzugt über mindestens 70 % und besonders vorteilhaft über mindestens 90 % der Länge der Litzenleitung. Um eine minimale Anpassung einer herkömmlichen Struktur einer Litzenleitung und ein einfaches Herstellen zu erreichen, können die Drähte vorteilhafterweise die Länge der Einzeldrähte aufweisen.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass das Abstandsmittel ein Beschichtungsmittel aufweist, mit welchem die Einzeldrähte beschichtet sind. Dadurch kann ein einfacher, gängiger Herstellungsprozess der Litzenleitung erreicht werden. Um eine große Schwächungsdistanz zu erreichen, erstreckt sich das Beschichtungsmittel

um einen Einzeldraht über einen Abstand im Querschnitt der Litzenleitung, welcher vorzugsweise zumindest 10 % der Einzeldrahtquerschnittserstreckung des Einzeldrahts beträgt.

In einer weiteren Ausführung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass das Abstandsmittel ein Einbettungsmittel aufweist, in welchem zumindest ein Teil des Satzes von Einzeldrähten eingebettet ist. Dadurch können ein besonders einfaches Herstellen und eine robuste Litzenleitung erreicht werden. Der Teil ist beispielsweise von Innendrähten des Satzes von Einzeldrähten gebildet. Unter einem "Innendraht" kann in diesem Zusammenhang insbesondere ein Einzeldraht des Satzes von Einzeldrähten verstanden werden, welcher von dem Satz von Randdrähten, die am Rand der Litzenleitung angeordnet sind, umschlossen ist. Dabei kann das Einbettungsmittel einen Zwischenraum zwischen benachbarten Innendrähten und/oder zwischen Innendrähten und Randdrähten, die diesen Innendrähten benachbart sind, mit Material vollständig füllen. Ferner kann das Einbet- tungsmittel einen Zwischenraum zwischen den Randdrähten und einer Isolierhülle der Litzenleitung vollständig füllen.

Es wird außerdem vorgeschlagen, dass das Abstandsmittel aus einem gummielastischen Material hergestellt ist. Dadurch kann eine besonders flexible Litzenleitung erreicht wer- den und ein kostengünstiges elektrisch isolierendes Material kann eingesetzt werden. Unter einem "gummielastischen" Material soll in diesem Zusammenhang insbesondere ein Material verstanden werden, welches mittels eines natürlichen Gummis, wie z.B. Kautschuk, und/oder eines künstlich hergestellten Gummis, wie z.B. eines Elastomers, hergestellt ist, oder ein weiteres, dem Fachmann als sinnvoll erscheinendes Material, das die elastischen Eigenschaften von Gummi aufweist. Um eine robuste und langlebige Litzenleitung zu erreichen, ist das Abstandsmittel vorzugsweise aus einem, insbesondere temperaturbeständigen Elastomer hergestellt.

Es wird ferner vorgeschlagen, dass das Abstandsmittel aus einem Silikonmaterial herge- stellt ist, wodurch ein kostengünstiges Abstandsmittel erreicht werden kann. Insbesondere kann das Abstandsmittel aus einem Silikonelastomer hergestellt sein, wodurch ein temperaturbeständiges Abstandsmittel kostengünstig erreicht werden kann.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Einzeldrähte über den Litzenleitungsquerschnitt gleichmäßig verteilt sind. Es kann dadurch eine optimale Ausnutzung des für die Einzeldrähte zur Verfügung gestellten Raums im Litzenleitungsquerschnitt erzielt werden. Ferner kann eine gleichmäßige Stromdichte über einen großen Bereich des Litzenleitungsquerschnitts erreicht werden und es können dadurch lokale Erhöhungen der magnetischen Feldstärke vermieden werden. Beispielsweise können die Einzeldrähte im Litzenleitungsquerschnitt eine regelmäßige Gitterstruktur aufweisen.

Vorteilhafterweise ist die Litzenleitung als Induktionsspulenleitung für eine Induktionsheizvorrichtung ausgebildet. In einer solchen Induktionsheizvorrichtung können durch die Induktionsspule starke Magnetfelder erzeugt werden, die bei maximaler Leistung der Induktionsheizvorrichtung z.B. bis 40 mT betragen können. Es ist insbesondere bei einer solchen Anwendung von Vorteil, wenn für die Induktionsspule der Induktionsheizvorrichtung eine erfindungsgemäße Litzenleitung eingesetzt wird, da im Hinblick auf die erzeugten magnetischen Felder besonders hohe Leistungsverluste vermieden werden können.

Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In der Zeich- nung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Die Zeichnung, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.

Es zeigen:

Fig. 1 ein Induktionskochfeld in einer Ansicht von oben mit Kochzonen und den Kochzonen zugeordneten Induktionsheizvorrichtungen, Fig. 2 eine Ansicht einer Induktionsheizvorrichtung mit einer Induktions- spule,

Fig. 3a einen Leitungsquerschnitt einer Litzenleitung der Induktionsspule, Fig. 3b einen Längsschnitt der Litzenleitung aus Figur 3a,

Fig. 4 den Verlauf der magnetischen Flussdichte als Funktion des radialen Abstands zum Mittelpunkt eines Strom leitenden Drahts der Litzenleitung,

Fig. 5 einen Leitungsquerschnitt einer herkömmlichen Litzenleitung, Fig. 6 einen Leitungsquerschnitt einer erfindungsgemäßen Litzenleitung mit beabstandeten Drähten,

Fig. 7 die Verläufe der quadrierten magnetischen Flussdichte entlang des Querschnitts der Litzenleitungen aus den Figuren 5 und 6,

Fig. 8 den Verlauf der magnetischen Flussdichte in der Induktionsspule aus Figur 2 im Vergleich zum Verlauf der magnetischen Flussdichte in einer herkömmlichen Induktionsspule,

Fig. 9 eine alternative Ausführungsform der Litzenleitung mit in einem isolierenden Material eingebetteten leitenden Drähten und

Fig. 10 eine weitere Ausbildung der Litzenleitung mit leitenden Einzeldräh- ten, die mit einem isolierenden Material beschichtet sind.

Figur 1 zeigt ein Induktionskochfeld 10 in einer Ansicht von oben. Dieses weist einen Befestigungsrahmen 12, welcher an einer Arbeitsplatte befestigt werden kann, eine Koch- platte 14 zum Auflegen von einem Kochgeschirr, auf welcher Kochzonen 16 bezeichnet sind, und ein Bedienfeld 18 auf. Unterhalb der Kochplatte 14 ist eine Induktionsheizvorrichtung 20 angeordnet. Die Induktionsheizvorrichtung 20 umfasst eine Leistungselektronik und Induktionsspuleneinheiten 22, die jeweils einer Kochzone 16 zugeordnet sind.

In Figur 2 ist eine Detailansicht einer der Induktionsspuleneinheiten 22 der Induktionsheizvorrichtung 20 dargestellt. Die Induktionsspuleneinheit 22 weist eine Induktionsspule 24 auf, von welcher der übersichtlichkeit halber nur ein Teilbereich dargestellt ist. Die Induktionsspule 24 ist auf einer Trägerplatte 26 angeordnet. Die Induktionsspule 24 weist eine gewickelte Induktionsspulenleitung auf, die als Litzenleitung 28 ausgebildet ist.

Figur 3a zeigt den Leitungsquerschnitt der Litzenleitung 28, welcher einem Schnitt entlang einer Ebene senkrecht zur Verlaufsrichtung der Litzenleitung 28 entspricht. Die Litzenleitung 28 weist einen Satz von Drähten auf, die von einer Isolierhülle 30 aus Kunststoff umschlossen sind. Wie der Figur anhand der verschiedenen Schraffuren zu entnehmen ist, sind die Drähte in zwei Sätze verschiedener Natur geteilt. Der erste Satz umfasst leitende

Einzeldrähte 34, die im Betrieb der Induktionsspuleneinheit 22 einen elektrischen Strom leiten. Bei diesem Betrieb fließt in einem Einzeldraht 34 ein Bruchteil eines durch die Litzenleitung 28 fließenden Stroms. Dabei stehen die Einzeldrähte 34 vorzugsweise unter gleicher Spannung. Der zweite Satz umfasst weitere Drähte 38, welche stromabgekoppelt sind. Im Betrieb der Induktionsspuleneinheit 22 verbleiben diese stromabgekoppelten Drähte 38 stromfrei, während ein Strom durch die Einzeldrähte 34 fließt. In der Figur sind diese Drähte 38 mittels einer Kunststoff schraffur dargestellt. Hierbei sollte diese Schraffur unabhängig vom Material der Drähte 38 auf die Tatsache hindeuten, dass die Drähte 38 im Gegensatz zu den Einzeldrähten 34 stromabgekoppelt sind. Der übersichtlichkeit hal- ber ist in der Figur die Litzenleitung 28 mit einer kleinen Anzahl von Einzeldrähten 34 dargestellt. Die Litzenleitung 28 kann mit einer größeren Anzahl von Einzeldrähten, wie z.B. zumindest 30, 50 oder 100 Einzeldrähten, versehen sein.

Der Satz von stromabgekoppelten Drähten 38 bildet ein Abstandsmittel 40, durch welches zwei benachbarte leitende Einzeldrähte 34 über eine magnetische Schwächungsdistanz m voneinander beabstandet sind. Diese Schwächungsdistanz m beträgt ca. 90 % einer Einzeldrahtquerschnittserstreckung d, die dem Durchmesser der Einzeldrähte 34 entspricht. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Drähte 38 aus einem Silikon- Elastomer hergestellt. Die Drähte 38 verlaufen zwischen den Einzeldrähten 34 über die gesamte Länge der Litzenleitung 28, wie der Figur 3b zu entnehmen ist, in der die Litzenleitung 28 in einer Schnittansicht entlang der Linie Illb-Illb in Figur 3a dargestellt ist. Das Verhältnis der Einzeldrähte 34 zu den Drähten 38 im Ausführungsbeispiel der Figur 3a beträgt 45 %. Das Abstandsmittel 40 erstreckt sich daher im Leitungsquerschnitt über zumindest 50 % eines von der Isolierhülle 30 begrenzten und für die Einzeldrähte 34 und die Drähte 38 vorgesehenen Strombereichs 42 der Litzenleitung 28. In diesem Beispiel weisen die Drähte 38 und die Einzeldrähte 34 identische Durchmesser auf. Weitere Ausführungsvarianten, in denen die Drähte 38 und die Einzeldrähte 34 unterschiedliche Durchmesser aufweisen und/oder die Litzenleitung 28 ein weiteres Verhältnis der Einzeldrähte 34 zu den Drähten 38 aufweist, sind denkbar.

Die Funktion des Abstandsmittels 40 und der Begriff der magnetischen Schwächungsdistanz m sind anhand von Figur 4 weiter beschrieben. In Figur 4 ist ein Einzeldraht 34 der Litzenleitung 28 dargestellt, welcher von der Litzenleitung 28 entfernt ist. Der Einzeldraht 34 weist einen kreisförmigen Querschnitt mit Radius r ₀ = d/2 auf. Es wird angenommen,

dass ein elektrischer Wechselstrom durch den Einzeldraht 34 fließt. Es entsteht dadurch ein magnetisches Wechselfeld innerhalb und in der Umgebung des Einzeldrahts 34. Wie oben schon beschrieben, wird in diesem Text ein magnetisches Feld mittels der magnetischen Flussdichte B beschrieben. Es wurde oben ebenfalls schon beschrieben, dass unter der Feldstärke B(x) eines magnetischen Wechselfelds an einem Punkt x die über die Zeit t gemittelte Feldstärke des zeitabhängigen Wechselfelds B(x,t) , und zwar B(χ) = [< B ² (x,t) > _t ] ¹¹² , verstanden werden kann. In Figur 4 ist ferner in einem Diagramm der Verlauf der Feldstärke B(r) als Funktion des radialen Abstands rzum Mittelpunkt des Einzeldrahts in dessen Querschnitt dargestellt. Auf der y-Achse ist die Fraktion BfB ₀ aufgetragen, wobei S ₀ = S (r ₀ ) die magnetische Feldstärke am Rand des Einzeldrahts 34 darstellt. Auf der x-Achse ist das Verhältnis r/r ₀ aufgetragen. Wie dem Diagramm zu entnehmen ist, fällt ab dem Rand des Einzeldrahts 34 die magnetische Flussdichte mit dem radialen Abstand rab. Es wird jetzt angenommen, dass ein weiterer elektrisch leitender Einzeldraht 34' (gestrichelt dargestellt) in der Umgebung des dargestellten Einzeldrahts 34 angeordnet ist. Durch das vom Einzeldraht 34 erzeugte magnetische

Wechselfeld werden elektrische Ströme im Einzeldraht 34' erzeugt. Diesen Strömen, auch Eddy-Strömen genannt, entspricht eine Leistung P(r), die für eine weitere Anwendung, hier ein Erwärmen einer Speise durch Induktionseffekte, verloren geht. Diese Leistung an einem Abstand r ist proportional zur Feldstärke der magnetischen Flussdichte bei diesem Abstand im Quadrat: P(r) ∞ B ² (r) . Durch eine Anordnung des weiteren Einzeldrahts 34' mit einem bestimmten Abstand zum Rand des Einzeldrahts 34 kann der Leistungsverlust gering gehalten werden. Unter einem Abstand rdes weiteren Einzeldrahts 34' wird der Abstand rdes Rands des Einzeldrahts 34' zum Einzeldraht 34 verstanden. Es ist nun von Vorteil, insbesondere im Hinblick auf eine Anwendung für eine Induktionsspulenleitung, dass eine Reduzierung von zumindest 35 % der Leistungsverluste erreicht wird. Hierbei bezieht sich der Begriff "Reduzierung" auf die Anordnung der Einzeldrähte 34 und 34', in welcher diese aneinander anliegen. Die erwünschte Reduzierung von 35 % entspricht dem Abstand r/r ₀ = 1 .25, wobei der Leistungsverlust im Einzeldraht 34' ca. 65 % des Leistungsverlustes beträgt, der entstehen würde, wenn der Einzeldraht 34' in direktem Kontakt mit dem Einzeldraht 34 angeordnet wäre. Der Wert r/r ₀ = 1.25, bei welchem die Feldstärke der magnetischen Flussdichte 80 % der Feldstärke am Rand des Einzeldrahts 34 beträgt, kann als Grenzwert angesehen werden, über welche eine vorteilhafte Reduzierung der

Leistungsverluste, und zwar um zumindest 35 %, im Hinblick auf eine Anwendung für eine Induktionsspulenleitung erreicht werden kann. über diesen Grenzwert hinaus kann ein Abstand r > 1.25r ₀ als magnetische Schwächungsdistanz m im Hinblick auf die oben genannte Anwendung bei Induktionsspulen betrachtet werden. Besonders vorteilhaft kann eine Reduzierung von zumindest 50 % der Leistungsverluste erreicht werden, wenn der Abstand rdem Verhältnis rl r ₀ > 1.4 entspricht. Dabei beträgt der Abstand des weiteren

Einzeldrahts 34' zum Rand des Einzeldrahts 34 zumindest 40 % des Radius r ₀ und daher zumindest 20 % der als Durchmesser ausgebildeten Einzeldrahtquerschnittserstreckung d des dargestellten Einzeldrahts 34.

Die Wirkung des Abstandsmittels 40 kann des Weiteren durch eine Zusammenschau der Figuren 5 bis 7 wahrgenommen werden. Der übersichtlichkeit halber werden in den Figuren 5 und 6 Litzenleitungen mit einer geringen Anzahl von Einzeldrähten 34 dargestellt. Diese Beschreibung kann für eine beliebige Anzahl von Einzeldrähten 34 verallgemeinert werden.

In Figur 5 ist eine Litzenleitung 44 mit einem Satz von elektrisch leitenden Einzeldrähten 34 dargestellt, wobei die Einzeldrähte 34 in direktem Kontakt zueinander angeordnet sind. Figur 6 zeigt eine Litzenleitung 46 mit einer gleichen Anzahl von elektrisch leitenden Ein- zeldrähten 34, die durch ein Abstandsmittel 48 voneinander über eine magnetische

Schwächungsdistanz m beabstandet sind, welche einer als Durchmesser ausgebildeten Einzeldrahtquerschnittserstreckung d der Einzeldrähte 34 entspricht. Das Abstandsmittel 48 ist als ein Satz von stromabgekoppelten Drähten 50 ausgebildet, deren Durchmesser der Einzeldrahtquerschnittserstreckung d entspricht.

Figur 7 zeigt in einem Diagramm den Verlauf der quadrierten Feldstärke des Magnetfelds innerhalb der Litzenleitung 44 entlang einer Linie V-V (gestrichelte Linie) sowie innerhalb der Litzenleitung 46 entlang einer Linie Vl-Vl (durchgezogene Linie). Im Diagramm entspricht die x-Achse dem Abstand x entlang der Linie V-V bzw. der Linie Vl-Vl. Dabei ent- spricht der Nullpunkt einem Mittelpunkt 52 der Anordnung der Einzeldrähte 34 in beiden

Konfigurationen. Auf der y-Achse wird die quadrierte Feldstärke B ² (x) an dem Abstand x in der Einheit 10 ⁶ kg ² / (s ⁴ A ² ) aufgetragen, wobei kg einem Kilogramm, s einer Sekunde und A einem Ampere entsprechen.

Die gezeigten quadrierten Feldstärken werden durch einen Wechselstrom in den Litzenleitungen 44, 46 erzeugt, der eine Intensität von 25 A und eine Frequenz von 25000 Hz aufweist, was typische Werte einer Anwendung der Litzenleitungen 44, 46 für die Induktionsheizvorrichtung 20 sind. Das Abstandsmittel 48 bewirkt, dass bei einer gleich großen Stromintensität in den Litzenleitungen 44, 46 die Stromdichte in der Litzenleitung 46 geringer ist als in der Litzenleitung 44. Daher ist der über die Distanz x durchschnittliche Wert der quadrierten Feldstärke für die Litzenleitung 46 wesentlich geringer als bei der Konfiguration ohne Abstandsmittel 48. Ferner tauchen bei dem Verlauf Vl-Vl Minima auf, die auf erhebliche lokale Reduzierungen der magnetischen Feldstärke innerhalb der Lit- zenleitung 46 hindeuten. Auf eine quantitative Weise betrachtet, kann festgestellt werden, dass der maximale Wert der quadrierten Feldstärke, der in beiden Konfigurationen dem Rand der Litzenleitungen 44, 46 entspricht, um ca. 65 % vermindert wird.

Das Ausführungsbeispiel der Figur 3a betrachtend kann die Wirkung des Einsatzes der Litzenleitung 28 bei der Induktionsspule 24 mittels des Diagramms in Figur 8 wahrgenommen werden. Auf der y-Achse ist die Feldstärke der magnetischen Flussdichte B in der Einheit 10 ^'4 Tesla aufgetragen. Die durchgezogene Linie entspricht dem Verlauf der Feldstärke der magnetischen Flussdichte B entlang der Linie VIII-VIII in radialer Richtung der Induktionsspule 24 (siehe Figur 2). Auf der x-Achse ist der radiale Abstand x ab dem Mittelpunkt der Induktionsspule 24 entlang der Linie VIII-VIII aufgetragen. Dabei ist der Abstand x in Einheit des Radius der Induktionsspule 24 ausgedrückt. Die gestrichelte Linie stellt den Verlauf der magnetischen Flussdichte B entlang der gleichen Linie VIII-VIII dar, wobei die Induktionsspule 24 mit einer Litzenleitung versehen ist, die die Struktur der Litzenleitung 44 aus Figur 5 aufweist. Es wird angenommen, dass in beiden Konfiguratio- nen die Induktionsspule 24 mit einem Wechselstrom gespeist wird, der eine gleiche Intensität und eine gleiche Frequenz aufweist. Es wird ferner angenommen, dass die Litzenleitung 28 und die Litzenleitung mit der Struktur aus Figur 5 die gleiche Anzahl von Strom leitenden Einzeldrähten 34 aufweisen, so dass die Litzenleitung 28 mit dem Abstandsmittel 40 in ihrem Querschnitt größer als die andere Litzenleitung ist. Daher weist die Indukti- onsspule 24 in der Konfiguration mit der Litzenleitung 28 einen größeren Radius als in der Konfiguration mit der anderen Litzenleitung auf. Um beide Konfigurationen mittels einer gemeinsamen Skala direkt vergleichen zu können, ist auf der x-Achse der Abstand x vom Mittelpunkt der Induktionsspule 24, welcher dem Nullpunkt im Diagramm entspricht, in Einheit des Durchmessers der jeweiligen Induktionsspule 24 aufgetragen und ist daher dimensionslos. Wie einem Vergleich der Kurven entnommen werden kann, kann durch

den Einsatz der erfindungsgemäßen Litzenleitung 28 eine Reduzierung der Feldstärke der magnetischen Flussdichte innerhalb der Induktionsspule 24 bis zu 25 % erreicht werden, insbesondere im Mittelbereich der Induktionsspule 24. Ferner können durch die Litzenleitung 24 lokale Spitzen der Feldstärke der magnetischen Flussdichte innerhalb der Induk- tionsspule 24 vermieden werden. Der Verlauf der Feldstärke der magnetischen Flussdichte ab dem Rand der Induktionsspule 24 nach außen ist im Wesentlichen identisch in beiden Konfigurationen.

Figur 9 zeigt eine alternative Ausführungsform einer Litzenleitung 54 für die Induktions- heizvorrichtung 20 in einer Querschnittdarstellung. Diese weist eine Isolierhülle 56 aus Kunststoff auf, welche einen Strombereich 57 begrenzt, innerhalb dessen ein Satz von elektrisch leitenden Einzeldrähten 34 verläuft. Der übersichtlichkeit halber wurde eine geringe Anzahl von Einzeldrähten 34 dargestellt. Durch ein Abstandsmittel 58 sind benachbarte Einzeldrähte 34 über eine magnetische Schwächungsdistanz m beabstandet. Hierzu weist das Abstandsmittel 58 ein Einbettungsmittel 60 auf, in welchem die Einzeldrähte 34 eingebettet sind. Die magnetische Schwächungsdistanz m beträgt eine Einzel- drahtquerschnittserstreckung d, die dem Durchmesser der Einzeldrähte 34 entspricht. Das Einbettungsmittel 60, welches als eine Silikonmasse ausgeführt ist, bildet eine im Litzenleitungsquerschnitt zusammenhängende Fläche und füllt Zwischenräume zwischen benachbarten Einzeldrähten 34 sowie zwischen Einzeldrähten 34 am Rand des Strombereichs 57 und der Isolierhülle 56 vollständig mit Material. Das Einbettungsmittel 60 ist aus einem Silikon-Elastomer hergestellt.

Eine weitere Ausbildung einer Litzenleitung 62 für die Induktionsheizvorrichtung 20 ist in Figur 10 dargestellt. Die Litzenleitung 62 weist die Isolierhülle 56 auf, die den Strombereich 57 begrenzt. Es ist ein Satz von elektrisch leitenden Einzeldrähten 34 zu sehen, welche mit Hilfe eines Abstandsmittels 64 über eine magnetische Schwächungsdistanz m voneinander beabstandet sind. Hierzu weist das Abstandsmittel 64 Beschichtungsmittel 66 auf, mit welchen die Einzeldrähte 34 jeweils beschichtet sind. Die mit diesem Be- Schichtungsmittel 66 versehenen Einzeldrähte 34 liegen aneinander an. Die Beschichtungsmittel 66 weisen eine Dicke t auf, die dem Radius der Einzeldrähte 34 entspricht. Somit beträgt die magnetische Schwächungsdistanz m eine Einzeldrahtquerschnitts- erstreckung d, die dem Durchmesser der Einzeldrähte 34 entspricht. Die Beschichtungsmittel 66 sind jeweils als eine Schicht aus einem Silikon-Elastomer ausgebildet.

In den Ausführungsbeispielen der Figuren 3a, 6, 9 und 10 sind die Einzeldrähte 34 über den Litzenleitungsquerschnitt gleichmäßig verteilt. Insbesondere weisen die entsprechenden Sätze von Einzeldrähten 34 eine regelmäßige Gitterstruktur auf.

Bezugszeichen

10 Induktionskochfeld 62 Litzenleitung

12 Befestigungsrahmen 64 Abstandsmittel

14 Kochplatte 66 Beschichtungsmittel

16 Kochzone m magnetische Schwächungs¬

18 Bedienfeld distanz

20 Induktionsheizvorrichtung d Einzeldrahtquerschnittserstre

22 Induktionsspuleneinheit ckung t Dicke

24 Induktionsspule

26 Trägerplatte

28 Litzenleitung

30 Isolierhülle

34 Einzeldraht

34' Einzeldraht

38 Draht

40 Abstandsmittel

42 Strombereich

44 Litzenleitung

46 Litzenleitung

48 Abstandsmittel

50 Draht

52 Mittelpunkt

54 Litzenleitung

56 Isolierhülle

57 Strombereich

58 Abstandsmittel

60 Einbettungsmittel