Title:
Verfahren zum Herstellen einer Flüssigmetallspule und eine Flüssigmetallspule
Document Type and Number:
Kind Code:
A1

Abstract:

Die Erfindung betrifft eine Flüssigmetallspule mit einstellbarer Induktivität. Die Flüssigmetallspule umfasst einen zylindrischen Körper; einen ersten spulenförmig Hohlkörper mit einem ersten Hohlkörperanfang und einem ersten Hohlkörperende, welcher um den zylindrischen Körper spulenförmig angeordnet ist; einen zweiten spulenförmig Hohlkörper mit einem zweiten Hohlkörperanfang und einem zweiten Hohlkörperende, welcher zumindest teilweise parallel zu dem ersten Hohlkörper angeordnet ist; einen ersten Verbindungsbereich zwischen dem ersten Hohlkörper und dem zweiten Hohlkörper, wobei der zweite Hohlkörper mit einer ersten Seite des ersten Hohlkörpers verbunden ist, die dem zylindrischen Körper abgewandt ist; einen zweiten Verbindungsbereich zwischen dem ersten Hohlkörper und dem zylindrischen Körper, wobei der zylindrische Körper mit einer zweiten Seite des ersten Hohlkörpers verbunden ist, die dem zylindrischen Körper zugewandt ist; mindestens einen ersten flüssigkeitsdurchlässigen Bereich in dem ersten Verbindungsbereich.





Inventors:
Mayer, Hermann Georg (83209, Prien, DE)
Application Number:
DE102016214168A
Publication Date:
02/01/2018
Filing Date:
08/01/2016
Assignee:
Siemens Aktiengesellschaft, 80333 (DE)
International Classes:
H01F29/00; H01F21/02
Domestic Patent References:
DE30025ZN/A
Claims:
1. Flüssigmetallspule mit einstellbarer Induktivität, aufweisend:
– einen zylindrischen Körper (102);
– einen ersten spulenförmigen Hohlkörper (110) mit einem ersten Hohlkörperanfang (111) und einem ersten Hohlkörperende (112), welcher um den zylindrischen Körper (102) spulenförmig angeordnet ist;
– einen zweiten spulenförmigen Hohlkörper (130) mit einem zweiten Hohlkörperanfang (131) und einem zweiten Hohlkörperende (132), welcher zumindest teilweise parallel zu dem ersten Hohlkörper (110) angeordnet ist,
– einen ersten Verbindungsbereich (142) zwischen dem ersten Hohlkörper (110) und dem zweiten Hohlkörper (130), wobei
– der zweite Hohlkörper (130) mit einer ersten Seite des ersten Hohlkörpers (110) verbunden ist, die dem zylindrischen Körper (102) abgewandt ist;
– einen zweiten Verbindungsbereich (143) zwischen dem ersten Hohlkörper (110) und dem zylindrischen Körper (102),
wobei
– der zylindrische Körper (102) mit einer zweiten Seite des ersten Hohlkörpers (110) verbunden ist, die dem zylindrischen Körper (102) zugewandt ist;
– mindestens einen ersten flüssigkeitsdurchlässigen Bereich in dem ersten Verbindungsbereich.

2. Flüssigmetallspule nach Anspruch 1, zusätzlich aufweisend:
– eine erste nicht-leitende Flüssigkeit (114) in dem ersten Hohlkörper (110);
– eine erste leitende Flüssigkeit (113) in dem ersten Hohlkörper (110), wobei
– eine erste Position der ersten leitenden Flüssigkeit (113) in dem ersten Hohlkörper (110) einstellbar ist;
– eine zweite leitende Flüssigkeit (133) in dem zweiten Hohlkörper (130), wobei
– die zweite leitende Flüssigkeit (133) den zweiten Hohlkörper (130) zumindest teilweise ausfüllt;

3. Flüssigmetallspule nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei
– der zylindrische Körper (102) elektrisch leitend ist;
– ein erster Kontaktierungsbereich eine elektrisch leitende Verbindung zwischen dem ersten Hohlkörper (110), dem zweiten Hohlkörper (130) und dem zylindrischen Körper (102) definiert.

4. Flüssigmetallspule nach Anspruch 2 oder 3, wobei
– eine zweite Position des ersten Kontaktierungsbereichs durch die erste Position der ersten leitenden Flüssigkeit (113) einstellbar ist;
– durch die zweite Position eine Wicklungslänge bestimmbar ist.

5. Flüssigmetallspule nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der zylindrische Körper (102) und/oder der erste Hohlkörper (110) und/oder der zweite Hohlkörper (130) durch einen additiven Fertigungsprozess erstellt sind.

6. Flüssigmetallspule nach einem der Ansprüche 3–5, wobei die erste leitende Flüssigkeit (113) in dem ersten Hohlkörper (110) derart gefüllt ist, dass die erste leitende Flüssigkeit (113) sich in dem ersten Kontaktierungsbereich des ersten Hohlkörpers (110) teilweise parallel zur zweiten leitenden Flüssigkeit (133) in dem zweiten Hohlkörper (130) angeordnet ist.

7. Flüssigmetallspule nach einem der Ansprüche 3–6, wobei
– sich die zweite leitende Flüssigkeit (133) zwischen dem zweiten Hohlkörperanfang (131) und einschließlich des ersten Kontaktierungsbereichs befindet.

8. Flüssigmetallspule nach einem der Ansprüche 3–7, wobei
– sich die erste leitende Flüssigkeit (113) zwischen dem ersten Hohlkörperende (111) und einschließlich des ersten Kontaktierungsbereichs befindet.

9. Flüssigmetallspule nach einem der Ansprüche 2–7, wobei
– die erste leitende Flüssigkeit tropfenförmig ausgebildet ist.

10. Flüssigmetallspule nach einem der Ansprüche 3–7, wobei
– sich die erste leitende Flüssigkeit (113) in einem Bereich des ersten Kontaktierungsbereichs befindet.

11. Flüssigmetallspule nach einem der Ansprüche 2–10, wobei in dem ersten Hohlkörper (110) und in dem zweiten Hohlkörper (130) ein derartiger Druck einstellbar ist, dass ein Herausfließen der ersten leitende Flüssigkeit (113) und/oder der zweiten leitenden Flüssigkeit (133) verhinderbar ist.

12. Flüssigmetallspule nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der erste Hohlkörper (110) und der zweite Hohlkörper (130) mittels einem Rohr oder mehreren Rohren verbunden sind.

13. Flüssigmetallspule nach Anspruch 12, wobei mittels der Rohre ein dritter Druckkreislauf mit dem ersten Hohlkörper (110) und dem zweiten Hohlkörper (130) verbunden ist.

14. Flüssigmetallspule nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das erste Hohlkörperende (112) und/oder der erste Hohlkörperanfang (111) mit einem ersten Druckkreislauf verbunden sind.

15. Flüssigmetallspule nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das zweite Hohlkörperende (132) und/oder der zweite Hohlkörperanfang (131) mit einem zweiten Druckkreislauf verbunden sind.

16. Flüssigmetallspule nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der erste Verbindungsbereich (142) sich zumindest über einen Teil einer gesamten Länge zwischen dem ersten Hohlkörper (110) und dem zweiten Hohlkörper (130) erstreckt.

17. Flüssigmetallspule nach einem der vorhergehenden Ansprüche, der erste Verbindungsbereich (142) und/oder der zweite Verbindungsbereich (143) unterbrochen ist.

18. Verfahren zur Fertigung einer Flüssigmetallspule nach einem der Ansprüche 1–17, mit folgenden Verfahrensschritten:
– Erzeugen des ersten Hohlkörpers (110) und des zweiten Hohlkörpers (130) mittels eines additiven Fertigungsverfahrens;

19. Verfahren nach Anspruch 18, wobei beim Erzeugen des ersten Hohlkörpers (110) und des zweiten Hohlkörpers (130) ein zylindrischer Hohlkörper mit dem additiven Fertigungsverfahren erzeugt wird.

20. Verfahren nach Anspruch 18 oder 19, wobei beim Erzeugen des ersten Hohlkörpers (110) und des zweiten Hohlkörpers (130) durch den additiven Fertigungsprozess der erste Verbindungsbereich (142) zwischen dem ersten Hohlkörper (110) und dem zweiten Hohlkörper (130) durch ein ausschmelzbares Material ausgefüllt wird.

21. Verfahren nach einem der Ansprüche 18–20, wobei der zylindrische Körper (102) durch ein Ersetzen eines zylindrischen Platzhalterkörpers durch den elektrisch leitenden zylindrischen Körper (102) gebildet wird.

22. Computerprogrammprodukt mit Programmbefehlen zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 18–21.

23. Computerprogrammprodukt mit Programmbefehlen für ein Erstellungsgerät, das mittels der Programmbefehle konfiguriert wird, die Flüssigmetallspule nach einem der Ansprüche 1–17 zu erstellen.

24. Bereitstellungsvorrichtung für das Computerprogrammprodukt nach Anspruch 22 oder 23, wobei die Bereitstellungsvorrichtung das Computerprogrammprodukt speichert und/oder bereitstellt.

Description:

Die Erfindung bezieht sich auf eine Flüssigmetallspule mit einstellbarer Induktivität und ein Verfahren zur Herstellung der Flüssigmetallspule mit einstellbarer Induktivität.

Konventionelle Flüssigmetallspulen mit einstellbarer Induktivität wurden bisher im Wesentlichen durch folgende elektrotechnische Bauteile realisiert: Abgleichspulen mit einfahrbarem Ferritkern, Rollspulen oder Variometer (ineinander schiebbare Spulen). Diese konventionellen Metallspulen sind jedoch aufgrund der kleinen beweglichen Teile fehleranfällig und relativ aufwendig in der Fertigung. Zudem kann es leicht zu einer Korrosion der Kontaktpunkte kommen was die Leistung des Systems herabsetzt (Funkenüberschlag, erhöhter Widerstand, fehlende Genauigkeit).

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Flüssigmetallspule mit einstellbarer Induktivität und ein Verfahren zur Herstellung der Flüssigmetallspule bereitzustellen, wobei die Flüssigmetallspule robuster ist und/oder einfacher herzustellen.

Die Aufgabe wird durch die in den unabhängigen Ansprüchen angegebenen Merkmale gelöst. In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung dargestellt.

Gemäß einem ersten Aspekt betrifft die Erfindung eine Flüssigmetallspule mit einstellbarer Induktivität, aufweisend:

  • – einen zylindrischen Körper;
  • – einen ersten spulenförmig Hohlkörper mit einem ersten Hohlkörperanfang und einem ersten Hohlkörperende, welcher um den zylindrischen Körper spulenförmig angeordnet ist;
  • – einen zweiten spulenförmig Hohlkörper mit einem zweiten Hohlkörperanfang und einem zweiten Hohlkörperende, welcher zumindest teilweise parallel zu dem ersten Hohlkörper angeordnet ist,
  • – einen ersten Verbindungsbereich zwischen dem ersten Hohlkörper und dem zweiten Hohlkörper, wobei
  • – der zweite Hohlkörper mit einer ersten Seite des ersten Hohlkörpers verbunden ist, die dem zylindrischen Körper abgewandt ist;
  • – einen zweiten Verbindungsbereich zwischen dem ersten Hohlkörper und dem zylindrischen Körper, wobei
  • – der zylindrische Körper mit einer zweiten Seite des ersten Hohlkörpers verbunden ist, die dem zylindrischen Körper zugewandt ist;
  • – mindestens einen ersten flüssigkeitsdurchlässigen Bereich in dem ersten Verbindungsbereich.

Sofern es in der nachfolgenden Beschreibung nicht anders angegeben ist, beziehen sich die Begriffe "durchführen", "berechnen", "rechnergestützt", "rechnen", "feststellen", "generieren", "konfigurieren", "rekonstruieren" und dergleichen, vorzugsweise auf Handlungen und/oder Prozesse und/oder Verarbeitungsschritte, die Daten verändern und/oder erzeugen und/oder die Daten in andere Daten überführen, wobei die Daten insbesondere als physikalische Größen dargestellt werden oder vorliegen können, beispielsweise als elektrische Impulse. Insbesondere sollte der Ausdruck "Computer" möglichst breit ausgelegt werden, um insbesondere alle elektronischen Geräte mit Datenverarbeitungseigenschaften abzudecken. Computer können somit beispielsweise Personal Computer, Server, Handheld-Computer-Systeme, Pocket-PC-Geräte, Mobilfunkgeräte und andere Kommunikationsgeräte, die rechnergestützt Daten verarbeiten können, Prozessoren und andere elektronische Geräte zur Datenverarbeitung sein.

Unter „rechnergestützt“ kann im Zusammenhang mit der Erfindung beispielsweise eine Implementierung des Verfahrens verstanden werden, bei dem insbesondere ein Prozessor mindestens einen Verfahrensschritt des Verfahrens ausführt.

Unter einem Prozessor kann im Zusammenhang mit der Erfindung beispielsweise eine Maschine oder eine elektronische Schaltung verstanden werden. Bei einem Prozessor kann es sich insbesondere um einen Hauptprozessor (engl. Central Processing Unit, CPU), einen Mikroprozessor oder einen Mikrokontroller, beispielsweise eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung oder einen digitalen Signalprozessor, möglicherweise in Kombination mit einer Speichereinheit zum Speichern von Programmbefehlen, etc. handeln. Bei einem Prozessor kann es sich beispielsweise auch um einen IC (integrierter Schaltkreis, engl. Integrated Circuit), insbesondere einen FPGA (engl. Field Programmable Gate Array) oder einen ASIC (anwendungsspezifische integrierte Schaltung, engl. Application-Specific Integrated Circuit), oder einen DSP (Digitaler Signalprozessor, engl. Digital Signal Processor) handeln. Auch kann unter einem Prozessor ein virtualisierter Prozessor oder eine Soft-CPU verstanden werden. Es kann sich beispielsweise auch um einen programmierbaren Prozessor handeln, der mit Konfigurationsschritten zur Ausführung des genannten erfindungsgemäßen Verfahrens ausgerüstet wird oder mit Konfigurationsschritten derart konfiguriert ist, dass der programmierbare Prozessor die erfindungsgemäßen Merkmale des Verfahrens, der Komponente, des Sicherheitsmoduls, oder anderer Aspekte und Teilaspekte der Erfindung implementiert.

Unter einer „Speichereinheit“ kann im Zusammenhang mit der Erfindung beispielsweise ein Speicher in Form von Arbeitsspeicher (engl. Random-Access Memory, RAM) oder eine Festplatte verstanden werden.

Unter einem „Modul“ kann im Zusammenhang mit der Erfindung beispielsweise ein Prozessor und/oder eine Speichereinheit zum Speichern von Programmbefehlen verstanden werden. Beispielsweise ist der Prozessor speziell dazu eingerichtet, die Programmbefehle derart auszuführen, damit der Prozessor Funktionen ausführt, um das erfindungsgemäße Verfahren oder einen Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens zu implementieren.

Unter einer „leitenden Flüssigkeit“, insbesondere der ersten leitenden Flüssigkeit und/oder zweiten leitenden Flüssigkeit kann im Zusammenhang mit der Erfindung beispielsweise eine elektrisch leitende Flüssigkeit, beispielsweise ein Flüssigmetall mit hoher Oberflächenspannung, verstanden werden. Bei der leitenden Flüssigkeit kann es sich beispielsweise Galinstan oder ein Eutektikum aus Kalium und Natrium (mit sehr niedrigem Schmelzpunkt) handeln.

Unter einer „nicht-leitenden Flüssigkeit“ kann im Zusammenhang mit der Erfindung beispielsweise eine elektrisch nicht-leitende Flüssigkeit oder eine Flüssigkeit mit sehr hohem elektrischem Widerstand verstanden werden, wie beispielsweise Mineralöl.

Unter einem „zylindrischen Körper“ kann im Zusammenhang mit der Erfindung beispielsweise ein elektrisch leitender zylindrischer Körper, z. B. ein Kupferzylinder, ein Kupferkern einer Spule, ein Ferritkern einer Spule oder ein zylindrischer Hohlkörper, der mit einem Flüssigmetall gefüllt ist, verstanden werden. Unter einem zylindrischen Körper kann insbesondere auch ein Platzhalterkörper, der beispielsweise auch zylindrisch sein kann, verstanden werden, bei dem es sich beispielsweise um einen leeren Raum handelt, der als Platzhalter dient. Ein Platzhalterkörper kann beispielsweise auch aus einem 3D-druckbaren Material, also ein Material das mittels des additiven Fertigungsprozesses druckbar ist, erzeugt werden. Der Platzhalterkörper wird beispielsweise später durch einen elektrisch leitenden zylindrischen Körper ersetzt. Insbesondere ist unter einem zylindrischen Körper ein weitgehend zylindrischer Körper, annähernd zylindrische Körper oder nichtzylindrische Körper zu verstehen, die insbesondere dazu geeignet sind als Spulenkörper oder als Grundform für eine Spule zu dienen.

Unter einer „Spule“, „Flüssigmetallspule“ und dergleichen kann im Zusammenhang mit der Erfindung beispielsweise eine Spule, die insbesondere als elektrisches oder elektronisches Bauteil dient oder verwendet wird, verstanden werden.

Unter einer „Wicklungszahl“, „Wicklungslänge“, „Windungszahl“, „Windungslänge“ und dergleichen kann im Zusammenhang mit der Erfindung beispielsweise eine Länge der Metallspule verstanden werden. Insbesondere kann hierunter die Länge des elektrischen Leiters verstanden werden, mit dessen Hilfe ein Magnetfeld erzeugt oder detektiert wird.

Unter einem „ersten Kontaktierungsbereich“ kann im Zusammenhang mit der Erfindung beispielsweise ein Verbindungsbereich mit einer kurzen Kontaktierungsbereichslänge relativ zu der Länge der (ersten/zweiten) Hohlkörper verstanden werden, wobei vorzugsweise die Kontaktierungsbereichslänge derart gewählt wird, dass insbesondere die elektrisch leitende Verbindung groß genug ist, um die zu erreichende Induktivität möglichst genau einzustellen. Insbesondere erstreckt sich die Kontaktierungsbereichslänge entlang der Länge der (ersten/zweiten) Hohlkörper.

Unter einem „Hohlkörper“, insbesondere dem ersten Hohlkörper und/oder dem zweiten Hohlkörper, kann im Zusammenhang mit der Erfindung beispielsweise ein Hohlkörper aus einem elektrisch nicht-leitenden Material verstanden werden. Ein Hohlkörper kann beispielsweise aus ABS-Kunststoff gefertigt sein. Hierzu kann insbesondere ein additives Fertigungsverfahren eingesetzt werden. Ein Hohlkörper kann beispielsweise einen inneren Hohlraum aufweisen, der insbesondere mit einer Flüssigkeit, beispielsweise eine leitende Flüssigkeit oder eine nicht-leitende Flüssigkeit, befüllbar ist.

Insbesondere können mit dem additiven Fertigungsverfahren mehrere Baustoffe abwechselnd gedruckt werden, so können die die Hohlkörper/Hohlräume, beispielsweise der erste Hohlkörper und/oder der zweite Hohlkörper und/oder der zylindrische Körper, bereits mit den entsprechenden Flüssigkeiten gefüllt werden, indem beispielsweise das Herstellungsverfahrung bei einer Temperatur durchgeführt wird bei der die beteiligten Flüssigkeiten fest sind und insbesondere einen Füllstoff bzw. mehrere Füllstoffe bilden. Beispielsweise kann bei einer Inbetriebnahme der Flüssigmetallspule beispielsweise die Betriebstemperatur erhöht werden, sodass insbesondere die Füllstoffe aufgeschmolzen werden und beispielsweise die leitenden Flüssigkeiten der Metallspule bilden, insbesondere die erste leitende Flüssigkeit und/oder die zweite leitende Flüssigkeit, und/oder die nicht-leitenden Flüssigkeiten, z. B. die erste nicht-leitende Flüssigkeit und/oder die zweite nicht-leitende Flüssigkeit, bilden. Diese Flüssigkeiten können nun insbesondere ihre Aufgabe in flüssiger Form erfüllen (Flüssigmetall, nichtleitende Flüssigkeit).

Mit dieser Technik könnte beispielsweise auch eine Schmelzsicherung realisiert werden, indem beispielsweise die Wicklungszahl reduziert wird, sobald eine bestimmte Temperatur erreicht ist. Diese Temperatur könnte beispielsweise der Schmelzpunkt von Paraffin sein, wobei beispielsweise Paraffin bzw. die Schmelzsicherung an vordefinierte Positionen, beispielsweisezwischen jede zweite Wicklung der Flüssigmetallspule, in die Hohlkörper, beispielsweise in den ersten Hohlkörpers und/oder in den zweiten Hohlkörper, gedruckt wird. Schmilzt beispielsweise die Schmelzsicherung auf, so halbiert sich beispielsweise die Wicklungszahl, indem ein Kurzschluss zwischen den beteiligten Spulenteilen, also ein weiterer Kontaktierungsbereich, entsteht. Insbesondere durch das Schmelzen der Schmelzsicherung wird eine elektrisch leitende Sicherungsverbindung zwischen der zweiten leitenden Flüssigkeit und dem elektrisch leitenden zylindrischen Körper über die erste leitende Flüssigkeit gebildet, da insbesondere die erste leitende Flüssigkeit mit der zweiten leitenden Flüssigkeit und dem elektrischen leitenden zylindrischen Körper elektrisch verbunden ist.

Die Flüssigmetallspule ist dahingehend vorteilhaft, um in die Hohlkörper beispielsweise eine leitende Flüssigkeit einzufüllen. Insbesondere wird durch die erfindungsgemäße Flüssigmetallspule das Problem gelöst eine Spule (elektronisches Bauteil) mit variabler / einstellbarer Induktivität zur Verfügung zu stellen. Beispielsweise kann die Flüssigmetallspule mit einstellbarer Induktivität oder Wicklungszahl in einer Vielzahl von Produkten und Bereichen eingesetzt werden: z.B. Transformatoren, Hochfrequenztechnik und Funktechnik.

Zusätzlich ist die Erfindung insbesondere dahingehend vorteilhaft, dass sich beispielsweise gedruckte Flüssigmetallspule relativ unkompliziert und mit wenig Energieaufwand recyceln lassen.

Bei einer ersten Ausführungsform der Flüssigmetallspule, umfasst die Flüssigmetallspule:

  • – eine erste nicht-leitende Flüssigkeit in dem ersten Hohlkörper;
  • – eine erste leitende Flüssigkeit in dem ersten Hohlkörper, wobei
  • – eine erste Position der ersten leitenden Flüssigkeit in dem ersten Hohlkörper einstellbar ist;
  • – eine zweite leitende Flüssigkeit in dem zweiten Hohlkörper, wobei
  • – die zweite leitende Flüssigkeit den zweiten Hohlkörper zumindest teilweise ausfüllt.

Insbesondere ist in dieser Ausführungsform die erste Position durch die erste nicht-leitende Flüssigkeit einstellbar.

Die Flüssigmetallspule ist dahingehend vorteilhaft, um mit den leitenden Flüssigkeiten insbesondere die Wicklungen oder die Wicklungslänge einer Spule bzw. der Flüssigmetallspule zu bestimmen. Insbesondere lässt sich die erfindungsgemäße Flüssigmetallspule ohne bewegte mechanische Teile realisieren. Dies vermindert insbesondere die Abnutzung der Flüssigmetallspule und spart insbesondere Bauraum in der Flüssigmetallspule.

Wird das Flüssigmetall beispielsweise durch eine entfernt liegende Spule umgewälzt, so kann insbesondere eine Kühlung der Flüssigmetallspule realisiert werden, ohne dass beispielsweise für die Flüssigmetallspule zusätzlicher Bauraum benötigt wird, oder ohne dass beispielsweise für die Flüssigmetallspule zusätzliche bewegliche Teile, beispielsweise ein Lüfter, benötigt werden. Dies ist insbesondere dann von Vorteil wenn die Spule beispielsweise starken Magnetfeldern oder Strahlung ausgesetzt ist.

Bei weiteren Ausführungsformen der Flüssigmetallspule ist der zylindrische Körper elektrisch leitend und der erste Kontaktierungsbereich definiert eine elektrisch leitende Verbindung zwischen dem ersten Hohlkörper, dem zweiten Hohlkörper und dem zylindrischen Körper.

Insbesondere wird die elektrisch leitende Verbindung mittels der ersten leitenden Flüssigkeit und mittels der zweiten leitenden Flüssigkeit gebildet. Dies erfolgt beispielsweise dadurch, dass mittels der ersten leitenden Flüssigkeit vorzugsweise genau in dem ersten Kontaktierungsbereich eine elektrische Verbindung mit der zweiten leitenden Flüssigkeit und dem zylindrischen Körper hergestellt wird. Insbesondere stellt die erste leitende Flüssigkeit mit der zweiten leitenden Flüssigkeit und dem zylindrischen Köper über den ersten Verbindungsbereich und den zweiten Verbindungsbereich die elektrische Verbindung her. Hierdurch kann insbesondere auf einfache Weise eine elektrische Verbindung zwischen der zweiten leitenden Flüssigkeit und der ersten leitenden Flüssigkeit und optional mit dem zylindrischen Körper geschaffen werden.

Bei weiteren Ausführungsformen der Flüssigmetallspule ist eine zweite Position des ersten Kontaktierungsbereichs durch die erste Position der ersten leitenden Flüssigkeit einstellbar und durch die zweite Position ist eine Wicklungslänge bestimmbar.

Die Flüssigmetallspule ist dahingehend vorteilhaft, da insbesondere die Wicklungslänge der Flüssigmetallspule eingestellt werden kann. Insbesondere wird durch den ersten Kontaktierungsbereich, der beispielsweise als Verbindungsgang ausgebildet sein kann, und der ersten leitenden Flüssigkeit eine Kurzschlussstelle zwischen der zweiten leitenden Flüssigkeit und dem zylindrischen Körper definiert. Insbesondere kann die erste Position, damit insbesondere ebenfalls die zweite Position, durch Druck und/oder Temperaturschwankungen geregelt werden. So lässt sich insbesondere auf einfache Weise ein Zusammenhang zwischen Temperatur und Induktivität herstellen und insbesondere die Induktivität der Flüssigmetallspule einstellen.

Bei weiteren Ausführungsformen der Flüssigmetallspule sind der zylindrischen Körper und/oder der erste Hohlkörper und/oder der zweite Hohlkörper durch einen additiven Fertigungsprozess erstellt.

Hierdurch lässt sich insbesondere die Flüssigmetallspule auf einfache Weise erzeugen.

Bei weiteren Ausführungsformen der Flüssigmetallspule ist die erste leitende Flüssigkeit in dem ersten Hohlkörper derart gefüllt, dass die erste leitende Flüssigkeit sich in dem ersten Kontaktierungsbereich des ersten Hohlkörpers zumindest teilweise parallel zur zweiten leitenden Flüssigkeit in dem zweiten Hohlkörper angeordnet ist.

Hierdurch lässt sich insbesondere die elektrische Verbindung zwischen der zweiten leitenden Flüssigkeit und dem zylindrischen Körper insbesondere möglichst präzise einstellen.

Bei weiteren Ausführungsformen der Flüssigmetallspule befindet sich die zweite leitende Flüssigkeit zwischen dem zweiten Hohlkörperanfang und einschließlich des ersten Kontaktierungsbereichs.

Hierdurch werden insbesondere die Wicklungen der Flüssigmetallspule derart eingestellt, dass keine zusätzlichen unerwünschten störenden Magnetfelder auftreten. Hierzu kann beispielsweise je nach gewünschter Wicklungslänge eine entsprechende Menge der zweiten leitenden Flüssigkeit in den zweiten Hohlkörper, beispielsweise aus einem zweiten Flüssigkeitstank, eingefüllt werden. Dies kann beispielsweise über Druckänderungen geschehen, die mittels Temperaturschwankungen erzeugt werden. Dabei kann sich insbesondere zwischen dem zweiten Hohlkörperende und dem ersten Kontaktierungsbereich eine zweite nicht-leitende Flüssigkeit befinden.

Bei weiteren Ausführungsformen der Flüssigmetallspule befindet sich die erste leitende Flüssigkeit zwischen dem ersten Hohlkörperende und einschließlich des ersten Kontaktierungsbereichs.

Hierdurch lässt sich insbesondere auf einfache Weise die erste Position der ersten leitenden Flüssigkeit festlegen. Hierdurch kann insbesondere über Druck, der beispielsweise mittels Temperaturschwankungen eingestellt wird, insbesondere eine Menge der ersten leitenden Flüssigkeit in dem ersten Hohlkörper eingestellt werden. Hierzu kann beispielsweise über den Druck die notwendige Menge, beispielsweise aus einem ersten Flüssigkeitstank in den ersten Hohlkörper eingebracht werden, damit der erste Kontaktierungsbereich an der ersten Position bzw. an der zweiten Position gebildet wird. Dabei kann sich insbesondere zwischen dem ersten Hohlkörperanfang und dem ersten Kontaktierungsbereich die erste nicht-leitende Flüssigkeit befinden.

Bei weiteren Ausführungsformen der Flüssigmetallspule ist die erste leitende Flüssigkeit tropfenförmig ausgebildet.

Hierdurch lässt sich insbesondere der erste Kontaktierungsbereich möglichst genau definieren. Hierzu ist insbesondere eine Tropfengröße durch eine Größe des ersten Kontaktierungsbereichs definiert.

Bei weiteren Ausführungsformen der Flüssigmetallspule befindet sich die erste leitende Flüssigkeit in einem Bereich des ersten Kontaktierungsbereichs.

Hierdurch lässt sich insbesondere ein Auftreten von störenden zusätzlichen Magnetfeldern reduzieren. Dabei kann sich insbesondere zwischen dem ersten Hohlkörperanfang und dem ersten Kontaktierungsbereich die erste nicht-leitende Flüssigkeit befinden. Zusätzlich kann sich dabei insbesondere zwischen dem ersten Hohlkörperende und dem ersten Kontaktierungsbereich eine dritte nicht-leitende Flüssigkeit befinden.

Bei weiteren Ausführungsformen der Flüssigmetallspule ist in dem ersten Hohlkörper und in dem zweiten Hohlköper ein derartiger Druck einstellbar, dass ein Herausfließen der ersten leitende Flüssigkeit und/oder der zweiten leitenden Flüssigkeit verhinderbar ist.

Hierdurch wird insbesondere ein möglichst einfacher Betrieb der Flüssigmetallspule ermöglicht und vorzugsweise ein Vermischen der leitenden Flüssigkeiten (mit den nichtleitenden Flüssigkeiten verhindert) verhindert.

Bei weiteren Ausführungsformen der Flüssigmetallspule sind der erste Hohlkörper und der zweite Hohlkörper mittels einem Rohr oder mehreren Rohren verbunden.

Bei weiteren Ausführungsformen der Flüssigmetallspule ist mittels der Rohre ein dritter Druckkreislauf mit dem ersten Hohlkörper und dem zweiten Hohlkörper verbunden.

Dies ist insbesondere dahingehend vorteilhaft, um eine Anzahl an Komponenten der Flüssigmetallspule möglichst gering zu halten. Hierdurch vereinfacht sich insbesondere ein Fertigungsprozess der Flüssigmetallspule.

Bei weiteren Ausführungsformen der Flüssigmetallspule sind das erste Hohlkörperende und/oder der erste Hohlkörperanfang mit einem ersten Druckkreislauf verbunden.

Hierdurch können insbesondere auf einfache Weise die Positionen und/oder die Menge der ersten leitenden Flüssigkeit und/oder der ersten nicht-leitenden Flüssigkeit in dem ersten Hohlkörper bestimmt werden.

Bei weiteren Ausführungsformen der Flüssigmetallspule sind das zweite Hohlkörperende und/oder der zweite Hohlkörperanfang mit einem zweiten Druckkreislauf verbunden.

Hierdurch können insbesondere auf einfache Weise die Positionen und/oder die Menge der zweiten leitenden Flüssigkeit und/oder der zweiten nicht-leitenden Flüssigkeit in dem zweiten Hohlkörper bestimmt werden.

Bei weiteren Ausführungsformen der Flüssigmetallspule erstreckt sich der erste Verbindungsbereich zumindest über einen Teil einer gesamten Länge zwischen dem ersten Hohlkörper und dem zweiten Hohlkörper.

Insbesondere kann sich der erste Verbindungsbereich über die gesamte Länge zwischen dem ersten Hohlkörper und dem zweiten Hohlkörper erstecken. Hierdurch kann insbesondere über den ersten Kontaktierungsbereich, vorzugsweise an einer festlegbaren Position, insbesondere die elektrische leitende Verbindung zwischen der ersten leitenden Flüssigkeit und der zweiten leitenden Flüssigkeit und vorzugsweise dem zylindrischen Körper, hergestellt werden.

Bei weiteren Ausführungsformen der Flüssigmetallspule erstreckt sich der zweite Verbindungsbereich zumindest über einen Teil einer gesamten Länge zwischen dem ersten Hohlkörper und dem zylindrischen Körper.

Insbesondere kann sich der zweite Verbindungsbereich über die gesamte Länge zwischen dem ersten Hohlkörper und dem zylindrischen Körper erstecken. Hierdurch kann insbesondere über den ersten Kontaktierungsbereich, vorzugsweise an einer festlegbaren Position, insbesondere die elektrische leitende Verbindung zwischen der ersten leitenden Flüssigkeit und dem zylindrischen Körper und vorzugsweise der zweiten leitenden Flüssigkeit hergestellt werden.

Bei weiteren Ausführungsformen der Flüssigmetallspule ist der erste Verbindungsbereich und/oder der zweite Verbindungsbereich unterbrochen.

Dies kann insbesondere durch Blockadeelemente in dem ersten Verbindungsbereich und/oder in dem zweiten Verbindungsbereich erreicht werden. Bei additiven Fertigungsverfahren können die Blockadeelemente beispielsweise aus demselben Material wie der Hohlkörper gedruckt werden. Hierdurch kann insbesondere der erste Verbindungsbereich und/oder der zweite Verbindungsbereich regelmäßig und/oder unregelmäßig unterbrochen sein. Hierdurch wird beispielsweise erreicht, dass insbesondere die elektrisch leitende Verbindung zwischen dem zylindrischen Körper und der zweiten leitenden Flüssigkeit mit der ersten leitenden Flüssigkeit nicht an beliebigen Positionen der Hohlkörper erfolgen kann. Hierdurch ist es beispielsweise möglich die Induktivität der Flüssigmetallspule in vordefinierten Schritten oder Schrittweiten einzustellen. Hierdurch können beispielsweise bestimmte Wicklungslängen vorgegeben werden und somit insbesondere ein Einstellen anderer möglicher Wicklungslängen verhindert werden.

Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Fertigung der erfindungsgemäßen Flüssigmetallspule oder einer ihrer Ausführungsformen, mit folgenden Verfahrensschritten:

  • – Erzeugen des ersten Hohlkörpers und/oder des zweiten Hohlkörpers mittels eines additiven Fertigungsverfahrens.

Insbesondere können mit dem additiven Fertigungsverfahren mehrere Baustoffe abwechselnd gedruckt werden, so können die die Hohlkörper/Hohlräume, beispielsweise der erste Hohlkörper und/oder der zweite Hohlkörper und/oder der zylindrische Körper, bereits mit den entsprechenden Flüssigkeiten gefüllt werden, indem beispielsweise das Herstellungsverfahrung bei einer Temperatur durchgeführt wird bei der die beteiligten Flüssigkeiten fest sind und insbesondere einen Füllstoff bzw. mehrere Füllstoffe bilden. Beispielsweise kann bei einer Inbetriebnahme der Flüssigmetallspule beispielsweise die Betriebstemperatur erhöht werden, sodass insbesondere die Füllstoffe aufgeschmolzen werden und beispielsweise die leitenden Flüssigkeiten der Metallspule bilden, insbesondere die erste leitende Flüssigkeit und/oder die zweite leitende Flüssigkeit, und/oder die nicht-leitenden Flüssigkeiten, z. B. die erste nicht-leitende Flüssigkeit und/oder die zweite nicht-leitende Flüssigkeit, bilden. Diese Flüssigkeiten können nun insbesondere ihre Aufgabe in flüssiger Form erfüllen (Flüssigmetall, nichtleitende Flüssigkeit).

Bei weiteren Ausführungsformen des Verfahrens wird beim Erzeugen des ersten Hohlkörpers und des zweiten Hohlkörpers ein zylindrischer Hohlkörper mit dem additiven Fertigungsverfahren erzeugt.

Bei weiteren Ausführungsformen des Verfahrens wird beim Erzeugen des ersten Hohlkörpers und des zweiten Hohlkörpers durch den additiven Fertigungsprozess der erste Verbindungsbereich zwischen dem ersten Hohlkörper und dem zweiten Hohlkörper durch ein ausschmelzbares Material ausgefüllt.

Bei weiteren Ausführungsformen des Verfahrens wird der zylindrische Körper durch ein Ersetzen eines zylindrischen Platzhalterkörpers durch den elektrisch leitenden zylindrischen Körper gebildet.

Bei weiteren Ausführungsformen des Verfahrens werden mittels des additiven Fertigungsverfahrens eine oder mehrere weitere Merkmale der Flüssigmetallspule erzeugt. Dies können beispielsweise der zweite Verbindungsbereich und/oder der erste Kontaktierungsbereich und/oder der erste flüssigkeitsdurchlässige Bereich und/oder der zweite flüssigkeitsdurchlässige Bereich und/oder die Unterbrechungen des ersten Verbindungsbereich und/oder des zweiten Verbindungsbereichs und/oder Blockadeelemente sein.

Des Weiteren wird ein Computerprogrammprodukt mit Programmbefehlen zur Durchführung des genannten erfindungsgemäßen Verfahrens und/oder dessen Ausführungsbeispiele beansprucht, wobei mittels des Computerprogrammprodukts jeweils das erfindungsgemäße Verfahren und/oder dessen Ausführungsbeispiele durchführbar sind.

Zusätzlich wird eine Variante des Computerprogrammproduktes mit Programmbefehlen zur Konfiguration eines Erstellungsgeräts, beispielsweise ein 3D-Drucker, beansprucht, wobei das Erstellungsgerät mit den Programmbefehlen derart konfiguriert wird, dass die genannte erfindungsgemäße Flüssigmetallspule erstellt wird.

Darüber hinaus wird eine Bereitstellungsvorrichtung zum Speichern und/oder Bereitstellen des Computerprogrammprodukts beansprucht. Die Bereitstellungsvorrichtung ist beispielsweise ein Datenträger, der das Computerprogrammprodukt speichert und/oder bereitstellt. Alternativ und/oder zusätzlich ist die Bereitstellungsvorrichtung beispielsweise ein Netzwerkdienst, ein Computersystem, ein Serversystem, insbesondere ein verteiltes Computersystem, ein cloudbasiertes Rechnersystem und/oder virtuelles Rechnersystem, welches das Computerprogrammprodukt vorzugsweise in Form eines Datenstroms speichert und/oder bereitstellt.

Diese Bereitstellung erfolgt beispielsweise als Download in Form eines Programmdatenblocks und/oder Befehlsdatenblocks, vorzugsweise als Datei, insbesondere als Downloaddatei, oder als Datenstrom, insbesondere als Downloaddatenstrom, des vollständigen Computerprogrammprodukts. Diese Bereitstellung kann beispielsweise aber auch als partieller Download erfolgen, der aus mehreren Teilen besteht und insbesondere über ein Peer-to-Peer Netzwerk heruntergeladen oder als Datenstrom bereitgestellt wird. Ein solches Computerprogrammprodukt wird beispielsweise unter Verwendung der Bereitstellungsvorrichtung in Form des Datenträgers in ein System eingelesen und führt die Programmbefehle aus, sodass das erfindungsgemäße Verfahren auf einem Computer zur Ausführung gebracht wird oder das Erstellungsgerät derart konfiguriert, dass dieses die erfindungsgemäße Flüssigmetallspule erstellt.

Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die im Zusammenhang mit den Figuren näher erläutert werden. Dabei zeigen in schematischer Darstellung:

1a ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Flüssigmetallspule in einer Seitenansicht;

1b das erste Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Flüssigmetallspule in einer Draufsicht;

2a einen ersten Querschnitt durch die Hohlkörper des ersten Ausführungsbeispiels;

2b einen zweiten Querschnitt durch die Hohlkörper des ersten Ausführungsbeispiels;

3 ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens

4 ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Flüssigmetallspule;

In den Figuren sind funktionsgleiche Elemente mit denselben Bezugszeichen versehen, sofern nichts anderes angegeben ist.

Die nachfolgenden Ausführungsbeispiele weisen, sofern nicht anders angegeben oder bereits angegeben, zumindest einen Prozessor und/oder eine Speichereinrichtung auf, um das Verfahren zu implementieren oder auszuführen.

Die 1a und 1b zeigen ein erstes Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Flüssigmetallspule in unterschiedlichen Ansichten.

Im Einzelnen zeigt die 1a das erste Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Flüssigmetallspule in einer Seitenansicht.

Im Einzelnen zeigt 1b das erste Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Flüssigmetallspule in einer Draufsicht.

Die Flüssigmetallspule umfasst ein optionales Gehäuse der Flüssigmetallspule 101, einen zylindrischer Körper 102, einen ersten Hohlkörper 110 mit einem ersten Hohlkörperanfang 111 und einem ersten Hohlkörperende 112, eine erste leitende Flüssigkeit 113 im ersten Hohlkörper 110, eine erste nicht-leitende Flüssigkeit 114 im ersten Hohlkörper 110, einen zweiten Hohlkörper 130 mit einem zweiten Hohlkörperanfang 131 und einem zweiten Hohlkörperende 132, eine zweite leitende Flüssigkeit 133 in dem zweiten Hohlkörper 130, und einen ersten Kontaktierungsbereich.

Zusätzlich kann ein zweiter Kontaktierungsbereich für einen ersten Pol mittels der zweiten leitenden Flüssigkeit 133 verbunden sein. Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, indem am zweiten Hohlkörperanfang ein elektrischer Kontakt angebracht wird, der mit der zweiten leitenden Flüssigkeit 133 elektrisch leitend verbunden ist.

Das Minus- und Plussymbol bzw. die sich daraus ergebende Stromrichtung ist in der Zeichnung nur exemplarisch angedeutet. Selbstverständlich können die Pole auch vertauscht sein.

Der zylindrischen Körper 102 ist insbesondere elektrisch leitend und beispielsweise ein Kupferzylinder oder Ferritzylinder.

Zusätzlich kann ein dritter Kontaktierungsbereich für einen zweiten Pol an dem zylindrischen Körper 102 angeordnet sein und insbesondere eine weitere elektrische Verbindung mit dem zylindrischen Körper 102 aufweisen.

Der erste Hohlkörper 110 mit dem ersten Hohlkörperanfang 111 und dem ersten Hohlkörperende 112 ist spulenförmig ausgebildet und um den zylindrischen Körper 102 spulenförmig angeordnet.

Der zweite Hohlkörper 130 mit dem zweiten Hohlkörperanfang 131 und dem zweiten Hohlkörperende 132 ist ebenfalls spulenförmig ausgebildet und zumindest teilweise parallel zu dem ersten Hohlkörper angeordnet. Mit anderen Worten ist der zweite spulenförmige Hohlkörper 130 ebenfalls um den zylindrischen Körper 102 spulenförmig angeordnet, wobei der zweite Hohlkörper 130 auf dem ersten Hohlkörper 110 aufliegt. Anders formuliert ist insbesondere der zweite Hohlkörper 130 durch einen Durchmesser eines Querschnitts (so wie beispielsweise ein Querschnitt in 2a/2b dargestellt ist) des ersten Hohlkörpers 110 von dem zylindrischen Körper 102 beabstandet.

Die Flüssigmetallspule umfasst zusätzlich einen ersten Verbindungsbereich 142 zwischen dem ersten Hohlkörper 110 und dem zweiten Hohlkörper 130, wobei der zweite Hohlkörper 130 mit einer ersten Seite des ersten Hohlkörpers 110 verbunden ist, die dem zylindrischen Körper abgewandt ist. Dies ist beispielsweise in der 2a und 2b zu sehen, die jeweils einen Querschnitt durch die Spule bzw. der Hohlkörper an den Stellen C und D der 1b darstellen.

Insbesondere mittels des ersten Verbindungsbereichs werden die inneren Hohlräume der Hohlkörper 110, 130, insbesondere ein erster innerer Hohlraum des ersten Hohlkörpers 110 und ein zweiter innerer Hohlraum des zweiten Hohlkörpers 130, vorzugsweise derart verbunden, dass diese einen Doppelhohlkörper bilden, wobei die inneren Hohlräume insbesondere miteinander verbunden sind, dass diese beispielsweise einen gemeinsamen verbundenen inneren Doppelhohlraum bilden. Der Doppelhohlkörper ist somit insbesondere aus dem ersten Hohlkörper 110 und dem zweiten Hohlkörper 130 gebildet.

Die Flüssigmetallspule umfasst zusätzlich einen zweiten Verbindungsbereich zwischen dem ersten Hohlkörper 110 und dem zylindrischen Körper 102, wobei der zylindrische Körper 102 mit einer zweiten Seite des ersten Hohlkörpers 110 verbunden ist, die dem zylindrischen Körper zugewandt ist. Dies ist beispielsweise in der 2a und 2b zu sehen, die jeweils einen Querschnitt durch die Spule bzw. der Hohlkörper an den Stellen C und D der 1b darstellen.

Der erste Verbindungsbereich 143 bildet einen ersten flüssigkeitsdurchlässigen Bereich zwischen dem ersten Hohlkörper 110 und dem zweiten Hohlkörper 130.

Über eine erste Position der ersten leitenden Flüssigkeit 113 in dem ersten Hohlkörper 110 wird beispielsweise eine zweite Position des ersten Kontaktierungsbereichs definiert, wobei sich der Kontaktierungsbereich beispielsweise an der Schnittlinie D der 1b befindet. Die erste Position der ersten leitenden Flüssigkeit 113 in dem ersten Hohlkörper 110 kann insbesondere durch die erste nicht-leitende Flüssigkeit eingestellt werden.

In diesem Ausführungsbeispiel befindet sich also die erste leitende Flüssigkeit 113 vorzugsweise in dem Bereich des ersten Hohlraums, der durch die Schnittlinie D markiert ist bzw. im ersten Kontaktierungsbereich.

Die zweite leitende Flüssigkeit 133 des zweiten Hohlkörpers 130 füllt diesen zumindest teilweise aus, wobei die zweite leitende Flüssigkeit 133 den zweiten Hohlkörper 130 beispielsweise vom zweiten Hohlkörperanfang 131 bis einschließlich des ersten Kontaktierungsbereichs auffüllt, sodass mittels der ersten leitenden Flüssigkeit 113 eine elektrische Verbindung zwischen der zweiten leitenden Flüssigkeit und dem elektrisch leitenden zylindrischen Körper 102 hergestellt wird. Zusätzlich kann sich insbesondere zwischen dem zweiten Hohlkörperende 132 und dem ersten Kontaktierungsbereich eine zweite nicht-leitende Flüssigkeit befinden.

Mit anderen Worten, definiert der erste Kontaktierungsbereich eine elektrisch leitende Verbindung zwischen dem ersten Hohlkörper 110, dem zweiten Hohlkörper 130 und dem zylindrischen Körper 102, wobei die elektrisch leitende Verbindung insbesondere mittels der ersten leitenden Flüssigkeit 113 und mittels der zweiten leitenden Flüssigkeit 133 gebildet wird.

Dadurch, dass die zweite Position des Kontaktierungsbereichs über die erste leitende Flüssigkeit 113 einstellbar ist, kann damit insbesondere eine Wicklungslänge der Flüssigmetallspule eingestellt werden.

Hierzu ist die erste leitende Flüssigkeit 113 in dem ersten Hohlkörper 110 derart gefüllt, dass die erste leitende Flüssigkeit in dem ersten Kontaktierungsbereich des ersten Hohlkörpers 110 zumindest teilweise parallel zur zweiten leitenden Flüssigkeit 133 in dem zweiten Hohlkörper 130 angeordnet ist und insbesondere über den ersten flüssigkeitsdurchlässigen Bereich mit der zweiten leitenden Flüssigkeit derart verbunden ist, um die elektrische Verbindung zu bilden.

Hierzu kann sich die erste leitende Flüssigkeit 113 beispielsweise in einem Bereich des ersten Kontaktierungsbereichs befinden. Dabei kann sich insbesondere zwischen dem ersten Hohlkörperanfang 111 und dem ersten Kontaktierungsbereich die erste nicht-leitende Flüssigkeit 114 befinden. Zusätzlich kann sich dabei insbesondere zwischen dem ersten Hohlkörperende 112 und dem ersten Kontaktierungsbereich eine dritte nicht-leitende Flüssigkeit befinden. Die erste leitende Flüssigkeit 113 kann dabei tropfenförmig ausgebildet sein. Mit anderen Worten wird der erste Hohlkörper 110 bis auf den ersten Kontaktierungsbereich mit nicht-leitenden Flüssigkeiten ausgefüllt und in dem ersten Kontaktierungsbereich des ersten Hohlkörpers 110 befindet sich die erste leitende Flüssigkeit 113.

Die erste nicht-leitende Flüssigkeit 114 und/oder die zweite nicht-leitende Flüssigkeit und/oder die dritte nicht-leitende Flüssigkeit können beispielsweise die gleiche nicht-leitende Flüssigkeit sein, die beispielsweise über einen dritten Tank für nicht-leitende Flüssigkeiten und mittels eines Druckkreislaufs in den ersten Hohlkörper 110 und/oder zweiten Hohlkörper 130 eingebracht werden.

Die die zweite leitende Flüssigkeit 133 und/oder die zweite nicht-leitende Flüssigkeiten können beispielsweise über einen weiteren Druckkreislauf in den zweiten Hohlkörper 130 eingebracht werden.

Insbesondere bildet somit der zweite Hohlkörper 130 mit der zweiten leitenden Flüssigkeit 133 die Wicklungen oder den Spulenteil einer elektrischen Spule, und der erste Hohlkörper 110 bildet insbesondere mit der ersten leitenden Flüssigkeit 113 einen Kurzschlussschalter um den Spulenteil mit dem zylindrischen Körper, beispielsweise einen Ferritkern, elektrisch leitend zu verbinden.

Wie bereits erläutert, kann zur Vereinfachung der Befüllung die nicht-leitende Flüssigkeit und/oder die leitende Flüssigkeit zunächst in Festform oder als Füllstoff bei niedriger Temperatur mittels additiver Fertigungsverfahren in die Hohlräume eingebracht werden. Später wird die Flüssigmetallspule auf eine höhere Betriebstemperatur gebracht, sodass sich die Füllstoffe verflüssigen und leitenden Flüssigkeiten und/oder die nicht-leitenden Flüssigkeiten bilden.

Die 2a zeigt einen ersten Querschnitt durch die Hohlkörper des ersten Ausführungsbeispiels entlang der Schnittlinie C aus 1b, wobei sich der dargestellte Bereich nicht im ersten Kontaktierungsbereich befindet. Dabei wird deutlich, dass die zweite leitende Flüssigkeit 133 im zweiten Hohlkörper 130 keine elektrisch leitende Verbindung zu dem elektrisch leitenden zylindrischen Körper 102 hat. Es ist zwar der erste Verbindungsbereich 142 und der zweite Verbindungsbereich 143 dargestellt, jedoch ist der erste Hohlkörper 114 in dieser Darstellung beispielsweise mit der ersten nicht-leitenden Flüssigkeit 114 und/oder der dritten nicht-leitenden Flüssigkeit befüllt, die insbesondere eine elektrische Verbindung zwischen dem elektrisch leitenden zylindrischen Körper und der zweiten leitenden Flüssigkeit 133 unterbindet.

Die 2b zeigt einen zweiten Querschnitt durch die Hohlkörper des ersten Ausführungsbeispiels entlang der Schnittlinie D aus 1b, wobei sich der dargestellte Bereich im ersten Kontaktierungsbereich befindet. Dabei wird deutlich, dass die zweite leitende Flüssigkeit 133 im zweiten Hohlkörper 130 eine elektrisch leitende Verbindung zu dem elektrisch leitenden zylindrischen Körper 102 hat. Die elektrisch leitende Verbindung wird über den ersten Verbindungsbereich 142 und den zweite Verbindungsbereich 143 mit der ersten leitenden Flüssigkeit 113 hergestellt. Hierzu würde beispielsweise die erste leitende Flüssigkeit 113 über Druck, der beispielsweise durch den ersten Druckkreislauf bereitgestellt wird, insbesondere mittels der ersten nicht-leitenden Flüssigkeit 114 an eine gewünschte Position in dem ersten Hohlkörper 110 gebracht.

Mit der erfindungsgemäßen Flüssigmetallspule wird insbesondere das Problem der Verstellbarkeit der Induktivität einer Spule auf neuartige Weise gelöst. Insbesondere wird bei der erfindungsgemäßen Flüssigmetallspule auf einen Aufbau der Spule durch Drahtwicklungen verzichtet. Die Spulenfunktion wird insbesondere durch ein sich in einem spulenförmigen Doppelhohlkörper befindliches Flüssigmetall realisiert. Dieser Doppelhohlkörper wird durch den ersten Hohlkörper 110 und den zweiten Hohlkörper 130 gebildet, die über den ersten flüssigkeitsdurchlässigen Bereich in dem ersten Verbindungsbereich 142 miteinander derart in Verbindung stehen, dass ein gemeinsamer Doppelhohlkörper gebildet wird. Die Herstellung derartiger Konstruktionen wäre bisher u. a. beispielsweise an hohen Herstellungskosten und komplizierten Fertigungsprozessen gescheitert. Insbesondere durch neuartige additive Fertigungsverfahren (z.B. ABS-3D-Druck) lassen sich entsprechende Hohlkörper aber schnell und kostengünstig massenhaft herstellen. Der erste spulenförmige Hohlkörper und der zweite spulenförmige Hohlkörper werden, wie oben erwähnt, jeweils mit einer ersten leitenden Flüssigkeit und einer zweiten leitenden Flüssigkeit befüllt und können insbesondere so herkömmliche Spulen ersetzen (vgl. 1a, A, B).

Der zweite Hohlkörper 130 wird zumindest teilweise parallel, vorzugsweise möglichst parallel, zu dem ersten Hohlkörper angelegt (vgl. 1a, A). Der erste Hohlkörper 110 und der zweite Hohlkörper 130 werden über den ersten flüssigkeitsdurchlässigen Bereich in dem ersten Verbindungsbereich 142 miteinander verbunden (vgl. 1b, 2a, 2b). Der erste Verbindungsbereich 142 bzw. der erste Flüssigkeitsdurchlässige Bereich weist dabei eine Form auf, die beispielsweise durch ein Flüssigmetall mit hoher Oberflächenspannung (z.B. Galinstan) nicht verlassen wird – insbesondere zumindest solange beide verbundenen Hohlkörper druckgefüllt sind.

Der erste Kontaktierungsbereich bildet somit eine elektrisch leitende flüssigkeitsbasierte Verbindung mit dem zylindrischen Körper 102. Durch Auf- und Ab-Bewegung der ersten leitenden Flüssigkeit 133, beispielsweise in Form eines Flüssigmetalltropfens, wird die elektrische Verbindung mit dem zylindrischen Körper hergestellt und insbesondere die Wicklungslänge der Flüssigmetallspule damit variiert bzw. eingestellt.

Anstatt einer tropfenförmigen ersten leitenden Flüssigkeit kann auch der gesamte obere Teil, also der Bereich zwischen dem ersten Kontaktierungsbereich und dem ersten Hohlkörperende 112, mit der ersten leitenden Flüssigkeit aufgefüllt werden, während der untere Teil, also der Bereich zwischen dem ersten Hohlkörperanfang 111 und dem ersten Kontaktierungsbereich, mit der ersten nicht-leitenden Flüssigkeit, beispielsweise Mineralöl, gefüllt sein. Die Bewegung der Kurzschluss-Stelle oder des ersten Kontaktierungsbereichs (vgl. Schnittlinie D in 1b) erfolgt dann über Druckunterschiede in der ersten nicht-leitenden Flüssigkeit 114.

Beispielsweise kann der zweite Hohlkörper 130, der insbesondere einen Spulenteil der Flüssigmetallspule bildet, vorzugsweise nur bis zur ersten Kontaktierungsstelle, die beispielsweise als Kurzschlussstelle ausgebildet ist, mit der zweiten leitenden Flüssigkeit gefüllt sein. Der obere Teil kann insbesondere mit der zweiten nicht-leitenden Flüssigkeit, beispielsweise Mineralöl, gefüllt sein.

In diesem Fall ist eine Variante denkbar, bei der die beiden Mineralölenden des ersten Hohlkörpers 110 und des zweiten Hohlkörpers 130 und die beiden Flüssigmetallenden des ersten Hohlkörpers 110 und des zweiten Hohlkörpers 130 miteinander über Rohre verbunden werden, sodass nur ein einzelner Druckkreislauf nötig ist.

Im Einzelnen kann dies in einer bevorzugten Variante beispielsweise dadurch erfolgen, dass das zweite Hohlkörperende 132 mit dem ersten Hohlkörperanfang 111 über ein erstes Rohr verbunden ist. Dabei befindet sich in dem zweiten Hohlkörper 130 zwischen dem zweiten Hohlkörperende 132 und dem ersten Kontaktierungsbereich die zweite nicht-leitende Flüssigkeit. Zudem befindet sich in dem ersten Hohlkörper 110 zwischen dem ersten Hohlkörperanfang 111 und dem ersten Kontaktierungsbereich die erste nicht-leitende Flüssigkeit 114.

Zusätzlich ist in dieser bevorzugten Variante beispielsweise das erste Hohlkörperende 112 mit dem zweiten Hohlkörperanfang 131 über ein zweites Rohr verbunden ist. Dabei befindet sich in dem zweiten Hohlkörper 130 zwischen dem ersten Hohlkörperanfang 131 und dem ersten Kontaktierungsbereich (einschließlich des ersten Kontaktierungsbereichs) die zweite leitende Flüssigkeit 133. Zudem befindet sich in dem ersten Hohlkörper 110 zwischen dem ersten Hohlkörperende 112 und dem ersten Kontaktierungsbereich (einschließlich des Kontaktierungsbereichs) die erste leitende Flüssigkeit 113.

In einer weiteren Variante wird das erstmalige getrennte Befüllen der verbundenen Hohlkörper, also der erste Hohlkörper 110 und der zweite Hohlkörper 130, die mit dem ersten flüssigkeitsdurchlässigen Bereich in dem ersten Verbindungsbereich 142 miteinander verbunden sind, dadurch erleichtert, dass der erste Hohlkörper 110 und der zweite Hohlkörper 130 zunächst durch ein druckbares, also über den additiven Fertigungsprozess verwendbares Material, ausschmelzbares Material getrennt sind (z.B. Paraffin). Insbesondere ist mit dem ausschmelzbaren Material der erste Verbindungsbereich 142 ausgefüllt. Dieses ausschmelzbare Material wird dann vor Inbetriebnahme der Flüssigmetallspule ausgeschmolzen.

In einer weiteren Variante ist der erste Verbindungsbereich 142 zwischen dem ersten Hohlkörper 110 und dem zweiten Hohlkörper 130 nicht ununterbrochen. Mit anderen Worten ist der erste Verbindungsbereich 142 regelmäßig oder unregelmäßig an vordefinierten Stellen unterbrochen. Ist der erste Verbindungsbereich 142 und damit ebenfalls der erste flüssigkeitsdurchlässige Bereich vorzugsweise an ausgewählten Punkten vorhanden, so kann die Induktivität der Flüssigmetallspule insbesondere nur in Schritten verändert werden.

Die erfindungsgemäße Flüssigmetallspule kann beispielsweise mit dem Verfahren, das in 3 dargestellt ist, erzeugt werden.

In einer weiteren Variante umfasst die Flüssigmetallspule ein oder mehrere weitere spulenförmige Hohlkörper analog zum ersten und/oder zweiten Hohlkörper. Diese weiteren Hohlkörper können beispielsweise um den Spulenkörper, beispielsweise der zylindrische Körper um den spulenförmig der erste Hohlkörper und der zweite Hohlkörper angeordnet ist, der Flüssigmetallspule herum spulenförmig angeordnet sein. So kann insbesondere eine Flüssigmetallspule realisiert werden, bei der insbesondere mehrere verschiedene Wicklungen um den zylindrischen Körper angeordnet sind. Hierdurch lässt sich insbesondere eine Tesla-Spule realisieren. Dabei könnte die Flüssigmetallspule beispielsweise einen zusätzlichen dritten Hohlkörper analog zum ersten Hohlkörper oder einer seiner Varianten aufweisen und einen vierten Hohlkörper analog zu zum zweiten Hohlkörper oder einer seiner varianten. Der erste Hohlkörper und der zweite Hohlkörper (mit den entsprechenden leitenden und nicht-leitenden Flüssigkeiten) bilden dann insbesondere die Sekundärspule einer Flüssigmetallteslaspule. Der dritte Hohlkörper und der vierte Hohlkörper (mit den entsprechenden leitenden und nicht-leitenden Flüssigkeiten) bilden dann insbesondere die Primärspule der Flüssigmetallteslaspule. Die Primärspule kann einen anderen Wicklungszahl oder Windungszahl als die Sekundärspule aufweisen. Die Primärspule hat analog zur Sekundärspule einen ersten Primärkontaktierungsbereich über den sich analog zum ersten Kontaktierungsbereich mittels der ersten leitenden Flüssigkeit des dritten Hohlkörpers und der zweiten leitenden Flüssigkeit des vierten Hohlkörpers die Wicklungszahl der Primärspule einstellen lässt. Insbesondere kann bei der Flüssigmetallteslaspule die Wicklungszahl der Primärspule und der Sekundärspule unabhängig zueinander eingestellt werden.

Die 3 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Fertigung der erfindungsgemäßen Flüssigmetallspule.

Im Einzelnen zeigt die 3 das erfindungsgemäße Verfahren zur Fertigung der erfindungsgemäßen Flüssigmetallspule und/oder einer ihrer Ausführungsformen. Das Verfahren ist vorzugsweise rechnergestützt und kann insbesondere durch einen 3D-Drucker implementiert werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst einen ersten Verfahrensschritt 310 zum Erzeugen des ersten Hohlkörpers 110 und des zweiten Hohlkörpers 130 der Flüssigmetallspule mittels eines additiven Fertigungsverfahrens.

In einer Variante wird beim Erzeugen des ersten Hohlkörpers und des zweiten Hohlkörpers ein zylindrischer Körper, beispielsweise als zylindrischer Hohlkörper, mit dem additiven Fertigungsverfahren erzeugt. Dieser zylindrische Hohlkörper kann beispielsweise mit einer dritten leitenden Flüssigkeit gefüllt werden. Eine elektrisch leitende Verbindung zwischen der dritten leitenden Flüssigkeit und der ersten leitenden Flüssigkeit 113 in dem ersten Hohlkörper 110 kann beispielsweise über den zweiten Verbindungsbereich 143 zwischen dem ersten Hohlkörper und dem zylindrischen Hohlkörper beispielsweise über einen zweiten flüssigkeitsdurchlässigen Bereich in dem zweiten Verbindungsbereich 143 erzeugt werden. Dieser kann analog zu dem ersten Verbindungsbereich 142 in all seinen Varianten und Ausführungsbeispielen ausgestaltet sein.

In einer weiteren Variante wird beim Erzeugen des ersten Hohlkörpers 110 und des zweiten Hohlkörpers 130 durch den additiven Fertigungsprozess der erste Verbindungsbereich 142 und/oder der zweite Verbindungsbereich 143 durch ein ausschmelzbares Material ausgefüllt.

In einer weiteren Variante wird der zylindrische Körper 102 durch ein Ersetzen eines zylindrischen Platzhalterkörpers durch einen elektrisch leitenden zylindrischen Körper, beispielsweise einen Ferritkern, gebildet. Der zylindrischen Platzhalterkörper wird beispielsweise während der Erzeugung des ersten Hohlkörpers 110 und des zweiten Hohlkörpers 130 durch den additiven Fertigungsprozess miterzeugt.

Um beispielsweise einen guten Kontakt der ersten leitenden Flüssigkeit mit dem zylindrischen Körper, beispielsweise einem Ferritkern, herzustellen, könnte ein additives Fertigungsverfahren, wie in 4 gezeigt, eingesetzt werden. Dabei wird die innere Hohlspule zunächst als geschlossener Gang gedruckt (zylindrischer Platzhalterkörper). Danach wird der scharfkantige zylindrische Körper, beispielsweise der Ferritkern, durch den zylindrischen Platzhalterkörper der Flüssigmetallspule getrieben, sodass insbesondere der erste Hohlkörper 110 derart aufgebrochen wird, dass die erste leitende Flüssigkeit eine elektrisch leitende Verbindung zu dem zylindrischen Körper, beispielsweise dem Ferritkern, hat.

Mit anderen Worten zeigt die 4 beispielhaft einen Teil des Fertigungsverfahrens der Flüssigmetallspule: Beispielsweise werden beim Eintreiben des geschärften zylindrischen Körpers, beispielsweise ein geschärfter Metallzylinders, die geschlossen gedruckten Hohlräume, die auch als gedruckte Kanäle bezeichnet werden können, des ersten Hohlkörpers aufgeschnitten, sodass insbesondere die später darin befindliche leitende Flüssigkeit, beispielsweise die erste leitende Flüssigkeit, einen elektrischen Kontakt zum zylindrischen Körper hat. Dadurch wird beispielsweise eine geringere Genauigkeit des additiven Fertigungsverfahren benötigt.

In einer weiteren bevorzugten Variante ist ein Prozessor speziell dazu eingerichtet, die Programmbefehle derart auszuführen, damit der Prozessor Funktionen ausführt, um das erfindungsgemäße Verfahren oder mindestens einen der Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens zu implementieren.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann beispielsweise durch einen 3D-Drucker für ein additives Fertigungsverfahren implementiert werden. Der 3D-Drucker kann beispielsweise einen Prozessor, eine Speichereinheit und eine erste Programmkomponente umfassen, die beispielsweise durch ein Ausführen von Programmbefehlen die entsprechenden Elemente der Flüssigmetallspule mit dem additiven Fertigungsverfahren erzeugen. Der 3D-Drucker kann insbesondere weitere Module umfassen, um die erfindungsgemäßen Merkmale von Ausführungsbeispielen und Ausführungsformen zu erzeugen.

Obwohl die Erfindung im Detail durch die Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt, und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.