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Die
Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Erzeugung eines gepulsten
Magnetfelds mit einem im Pulsbetrieb betreibbaren Magneten, der
mindestens eine supraleitfähige
kältemittelfreie
Wicklung enthält.
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Neben
den seit langem bekannten metallischen Supraleitermaterialien wie
z. B. NbTi oder Nb3Sn, die sehr niedrige
Sprungtemperaturen Tc besitzen und deshalb
auch als Niedrig(Low)-Tc-Supraleitermaterialien oder LTS-Materialien
bezeichnet werden, kennt man auch metalloxidische Supraleitermaterialien
mit Sprungtemperaturen Tc von über 77 K.
Letztere Materialien werden auch als Hoch(High)-Tc-Supraleitermaterialien
oder HTS-Materialien bezeichnet.
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Mit
Leitern unter Verwendung solcher HTS-Materialien versucht man auch,
supraleitende Magnetwicklungen zu erstellen. Wegen ihrer bislang noch
verhältnismäßig geringen
Stromtragfähigkeit
in Magnetfeldern, insbesondere mit Feldstärke im Tesla-Bereich, werden vielfach
die Leiter solcher Wicklungen trotz der an sich hohen Sprungtemperaturen Tc der verwendeten Materialien dennoch auf
einem unterhalb von 77 K liegenden Temperaturniveau, beispielsweise
zwischen 10–50
K gehalten, um so bei höheren
Feldstärken
wie z. B. von einigen Tesla nennenswerte Ströme tragen zu können.
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Zur
Wicklungskühlung
kommen in dem oben genannten Temperaturbereich vorzugsweise spezielle
Kälteeinheiten
zum Einsatz, beispielsweise in Form von sogenannten Kryokühlern mit
geschlossenem Helium-Druckgaskreislauf. Solche Kryokühler haben
den Vorteil, dass die Kälteleistung
ohne die Handhabung von tiefkalten Flüssigkeiten zur Verfügung steht.
Die supraleitende Spulenwicklung ist dabei nur durch Wärmeleitung
mit dem Kaltkopf eines solchen Kryokühlers gekoppelt, ist also selbst
kältemittelfrei.
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Bei
Magnetsystemen von Magnetresonanzanlagen kommen bevorzugt Helium-Badkühlungen zum
Einsatz. Hierfür
erforderlich ist jedoch ein beachtlicher Vorrat an flüssigem Helium
im Umfang von einigen 100 Litern. Kommt es zu einem Quench des Magneten,
geht der Magnet also vom supraleitenden Zustand in den normalleitenden
Zustand aufgrund eines Temperatursprungs über, so kommt es zu einem ungewünschten
Druckaufbau in dem Kryostaten, das Helium verdampft.
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Weiterhin
wurde bei LTS-Magneten die Refrigerator-Kühlung unter Verwendung von
gut-wärmeleitenden
Verbindungen wie z. B. in Form entsprechend ausgeführter Cu-Rohren
zwischen dem Kaltkopf einer Kälteeinheit
und der supraleitenden Wicklung des Magneten eingesetzt. Nachteilig
ist jedoch, dass je nach Abstand zwischen dem Kaltkopf und dem zu
kühlenden
Objekt die für
eine thermische Ankopplung erforderlichen großen Querschnitte zu einer beachtlichen
Vergrößerung der
Kaltmasse führen.
Insbesondere bei den Anwendungen bei Magnetresonanzanlagen stellt
dies ein Problem dar, da diese dann zwangsläufig räumlich ausgedehnten Magnetsysteme
verlängerter
Abkühlzeiten
bedürfen.
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Aus
WO 03/098645 ist weiterhin eine Einrichtung der eingangs genannten
Art bekannt, bei der ein Leitungssystem mit wenigstens einer Rohrleitung vorgesehen
ist, in der ein nach dem Thermosiphon-Effekt zirkulierendes Kältemittel
strömt.
Das Leitungssystem ist mit dem Kaltkopf der Kälteeinheit gekoppelt. Am Kaltkopf
wird dem Leitungssystem bzw. der Rohrleitung das flüssige Kältemittel
zugeführt.
Dieses strömt
aufgrund des über
die gesamte Länge
des Rohrleitungssystems gegebenen Gefälles der Leitung in dieser
nach unten. Hierbei nimmt es Wärme
von der Wicklung auf und verdampft. Das verdampfte Kältemittel
strömt
in der Rohrleitung zur Flussrichtung des flüssigen Kältemittels entgegengesetzt
wiederum nach oben und rekondensiert an einer Kaltfläche der
Kälteeinheit
bzw. des Kaltkopfes. Es ergibt sich also eine Zirkulation innerhalb
der Rohrleitung.
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Das
aus WO 03/098645 bekannte Leitungssystem dient zum Kühlen der
beiden supraleitenden offenen Magnetwicklungen einer Magnetresonanzanlage,
die als sogenannter C-Magnet ausgeführt ist. Die beiden separaten
Spulen liegen vertikal übereinander
und sind als offener zylindrischer Ring mit einer relativ großen, zentralen Öffnung gewickelt.
Die beiden beschriebenen Beispiel vorgesehenen beiden Rohrleitungen
sind nach Art einer Wicklung jeweils entlang der Innenfläche der
gewickelten zylindrischen Spulen geführt, das Rohrleitungssystem
ist zunächst
der einen Wicklung zugeführt
und erstreckt sich anschließend
zur zweiten Wicklung. Der Kaltkopf befindet sich oberhalb der oberen
Wicklung, nachdem das verdampfende Kältemittel im Rohrleitungssystem
nach oben zum Kaltkopf hin strömt,
wo es rekondensiert.
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Diese
Spulen dienen zum Erzeugen eines konstanten, während der Bildgebung anliegenden Grundmagnetfelds
im Rahmen einer Magnetresonanzuntersuchung. Sie werden also statisch
betrieben. In bestimmten Anwendungsfällen ist es aber auch erforderlich,
supraleitende Magnetfeldspulen gepulst zu betreiben, also im getakteten
Betrieb das Magnetfeld zu erzeugen bzw. abzuschalten. Ein Einsatzbeispiel
im Rahmen der Magnetresonanztechnologie liegt darin, mit einer Niederfeld-Magnetresonanzanlage,
die über
ihr integriertes supraleitendes Magnetsystem nur niedrigere Grundmagnetfelder
im Bereich < 0,3
T erzeugt, auch Bilder aufnehmen zu können, die auf einer Hochfeldanregung
basieren. Zu diesem Zweck ist es möglich, vornehmlich bei den beschriebenen
offenen C-Magnetanlagen zwischen die beiden anlageneigenen Magneten,
zwischen denen im Rahmen der Untersuchung der Patienten aufgenommen
ist, bei Bedarf einen oder zwei weitere Magneten mit supraleitenden
Wicklungen zu setzen, die ein zusätzliches Magnetfeld im Bereich > 0,3 T erzeugen können. In
diesem Fall ist es dann er forderlich, diese Spulen gepulst zu betreiben,
das heißt,
es wird in sehr kurzer zeitlicher Abfolge das hohe Magnetfeld erzeugt
und wieder abgeschaltet. Es handelt sich also um Wechselstrom- oder
Pulsspulen. Während
der Zeitdauer, in der das hohe Magnetfeld abgeschaltet ist, erfolgt
die Bildaufnahme unter Verwendung des üblichen anlagenseitigen Bildaufnahmesystems.
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Problematisch
bei der Verwendung solcher Wechselstrom- oder Pulsspulen – unabhängig vom oben
geschilderten Einsatzgebiet – ist
aber in jedem Fall, dass es aufgrund des Pulsbetriebs in allen metallischen
Komponenten des Kühlsystems,
die üblicherweise
aus Kupfer sind, zu hohen Wirbelströmen kommt. Diese verursachen
ohm'sche Verluste,
die das Kühlsystem
belasten. Außerdem
verursachen die Wirbelströme,
die ein eigenes Magnetfeld erzeugen, Abweichungen vom erwünschten
Magnetfeldverlauf der Spule, welche bei Magnetresonanzgeräten die
Qualität
der Bildgebung beeinträchtigen.
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Der
Erfindung liegt damit das Problem zugrunde, eine Einrichtung zur
Erzeugung eines gepulsten Magnetfelds anzugeben, bei der die Probleme,
die sich aus den aufgrund des Pulsbetriebs erzeugten Wirbelströmen ergeben,
minimiert sind.
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Zur
Lösung
dieses Problems ist eine Einrichtung zur Erzeugung eines gepulsten
Magnetfelds vorgesehen mit einem im Pulsbetrieb zu betreibenden
Magneten, der mindestens eine supraleitfähige kältemittelfreie Wicklung enthält, mit
einer Kälteeinheit,
die mindestens einen Kaltkopf aufweist, und mit Ankopplungsmitteln
in Form eines Leitungssystems mit einem darin nach einem Thermosiphon-Effekt
zirkulierenden Kältemittel
zur thermischen Ankopplung der Wicklung an den Kaltkopf, wobei das
Leitungssystem mehrere separate, nebeneinander liegende Rohrleitungen
umfasst, die an einer gemeinsamen Kältemittelverteilung münden und
am anderen Ende geschlossen sind, und die mit der Oberfläche der scheibenförmigen oder
sattelförmigen
Wicklung thermisch gekoppelt sind.
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Bei
der erfindungsgemäßen, über Wechselstrom
oder dezidierte Pulse gepulst betreibbaren Einrichtung kommt ein
Thermosiphon-Leitungssystem mit mehreren separaten Rohrleitungen
zum Einsatz, die über
eine gemeinsame Kältemittelverteilung
mit Kältemittel
versorgt werden, am anderen Ende aber geschlossen sind. Es ist also
kein geschlossener Rohrkreis gebildet, mithin also kein elektrisch
geschlossener Kreis, durch welchen Wirbelströme fließen könnten bzw. in welchem die Wirbelströme bei Magnetfeldänderungen
induziert werden könnten. Das
Leitungssystem ist also – elektrisch
gesehen – offen,
nachdem kein geschlossener Kreis bzw. keine Windungen des Rohrleitungssystems
vorgesehen sind. Dieses Leitungssystem ist bzw. die Rohrleitungen
sind mit der Wicklung, die für
Pulsspulen scheibenförmig
oder sattelförmig
ausgeführt
sein können, an
der jeweiligen Wicklungsoberfläche
thermisch gekoppelt. Bei einer scheibenförmigen Wicklung ist also der
Rohrleitungsverbund an der großflächigen Scheibenseite
thermisch angekoppelt, bei einer sattelförmigen Wicklung beispielsweise
an der großflächigen, äußere Sattelfläche. Hierüber wird
eine thermische Kopplung erzielt, die eine sehr gute Kühlung der Wicklung
ermöglicht,
nachdem die Rohrleitungen über
eine sehr große
Fläche
mit der jeweiligen Wicklung gekoppelt sind.
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Infolge
der erfindungsgemäßen Ausgestaltung
des Leitungssystems kann damit zum einen eine Minimierung der Wirbelstromprobleme
erreicht werden, nachdem diese infolge der "offenen" Ausbildung des Röhrensystems in das Leitungssystem wenn überhaupt
nur in vernachlässigbarem
Umfang induziert werden und dort nicht fließen können, zum anderen kann infolge
der großflächigen seitlichen Ankopplung
eine sehr gute Kühlwirkung
erreicht werden, während
gleichzeitig der vorteilhafte Thermosiphon-Effekt bei dem gepulsten
Magneten genutzt werden kann.
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Bei
einer scheibenförmigen
Wicklung sind die Rohrleitungen bogenförmig ausgeführt und in einer Ebene liegend
an einer oder an beiden Seiten der gemeinsamen Kältemittelverteilung angeschlossen. Sie
verlaufen bevorzugt auf konzentrischen Kreisbahnen, was eine dichte
Packung ermöglicht,
das heißt,
es können
bezogen auf die zur Verfügung
stehende Kontaktfläche
an der Wicklungsseite sehr viele Rohrleitungen verlegt werden, um
die Wärme
aus allen Teilen der Scheibenspulen effektiv zu entfernen, ohne
dass zu hohe lokale Temperaturenstiege auftreten. Letztlich wird
jedoch die genaue Zahl benötigter Rohrleitungen
pro Flächeneinheit
abhängig
von der Verlustleistungsdichte und der Wärmeleitfähigkeit in der Windung gewählt. Die
Möglichkeit,
viele Rohrleitungen zur Kühlung
einsetzen zu können,
ermöglicht es
aber weiterhin, auf Kupferbleche, die bei bekannten Systemen dem
Wärmetransport
dienen, und die eine Quelle für
Wirbelströme
darstellen, zu verzichten. Bevorzugt sind die auf einer gemeinsamen Kreisbahn
gleichen Radius verlaufenden Rohrleitungen, die sich beidseits von
der Kältemittelverteilung erstrecken,
gleich lang, das heißt,
der Kältemitteldurchsatz
in den beiden sich seitlich der Kältemittelverteilung erstreckenden "Leitungsästen", die miteinander
korrespondieren, ist gleich, es kommt also nicht zu lokal unterschiedlichen
Kühlwirkungen.
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Besonders
zweckmäßig ist
es, wenn die Rohrleitungen in zwei beabstandeten parallelen Ebenen
verlaufen und die Wicklung zwischen den Rohrleitungen, damit an
beiden Seiten thermisch gekoppelt, vorgesehen ist. Es wird also
eine Art Sandwich-Struktur
realisiert, bei der die bogenförmigen Rohrleitungen,
die beispielsweise allesamt an einer gemeinsamen Kältemittelverteilung
hängen,
in zwei separaten Ebenen verlaufen. Diese sind wenige Zentimeter
voneinander beabstandet, so dass die Wicklung zwischen die Rohrleitungen
gesetzt werden kann. Mithin wird also die Scheibenwicklung von beiden
Scheibenseiten her optimal gekühlt.
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Daneben
ist es alternativ oder zusätzlich auch
möglich,
eine oder mehrere weitere Rohrleitungen an der gemeinsamen Kältemittelverteilung
anzuschließen,
die in einer weiteren Ebene entlang der Außenseite der scheibenförmigen Wicklung
und/oder der Innenseite der als Ring ausgeführten scheibenförmigen Wicklung
verlaufen. Bei dieser Ausgestaltung erfolgt also die Kühlung nicht
nur über
die großflächige Scheibenseite,
sondern auch je nach Ausgestaltung an der Außenseite, also der äußeren schmalen
Scheibenseite, oder bei einer Ringausführung auch an der schmalen
Innenseite bzw. dem Innenumfang.
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Alternativ
zur Scheibenspule kann die Wicklung auch sattelförmig ausgeführt sein. Auch bei dieser Ausgestaltung
sind die Rohrleitungen bogenförmig
ausgeführt
und kammartig an einer oder an beiden Seiten der gemeinsamen Kältemittelverteilung angeschlossen.
Infolge der kammartigen Struktur ist auch hier kein elektrisch geschlossener
Kreis realisiert. Erstrecken sich die Rohrleitungen zu beiden Seiten
der gemeinsamen Kältemittelverteilung,
so sind sie bevorzugt auch gleich lang, um überall annähernd den gleichen Kältemitteldurchfluss
realisieren zu können.
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Zur
noch weitergehenden Minimierung etwaiger Wirbelstromeinträge sind
die Rohrleitungen und gegebenenfalls die gemeinsame Kältemittelverteilung
aus Edelstahl. Edelstahl weist bei den Betriebstemperaturen gegenüber Kupfer
einen etwa 1000 Mal so großen
elektrischen Widerstand auf, was dazu führt, dass etwaige doch induzierte
Wirbelströme
wesentlich schneller abklingen als in einem Kupferrohr, was insbesondere
bei hoher Pulsfrequenz sehr wichtig und vorteilhaft ist. Hierdurch
können auch
die sich bei Kupferrohren aufgrund der extrem hohen Leitfähigkeit
die Umfangsrichtung einstellenden Wirbelströme, die ihrerseits wiederum
selbst Magnetfelder, die störend
sind, erzeugen, in jedem Fall vermieden werden.
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Ein
weiterer Vorteil der Verwendung von Edelstahl ist im Übrigen,
dass das Material mechanisch stabiler als Kupfer ist, was bei dem
gegebenen maximalen Überdruck
im Kühlsystem
die Verwendung von Rohren mit geringerer Wandstärke, verglichen mit Kupferrohren,
ermöglicht.
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Die
Rohrleitungen und gegebenenfalls die gemeinsame Kältemittelverteilung
ist bevorzugt in einen Träger
aus elektrisch isolierendem Material, bevorzugt Kunststoff, insbesondere
glasfaserverstärktem
Kunststoff, eingebettet bzw. eingegossen. Über diesen Träger werden
die Rohrleitungen in ihrer Lage fixiert. Die Rohrleitungen selbst
können
querschnittlich rund oder rechteckig, beispielsweise quadratisch,
ausgeführt
sein.
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Im
Falle der Verwendung von querschnittlich runden Rohrleitungen ist
es besonders vorteilhaft, wenn die der Wicklung zugewandte Seite
der Rohrleitungen eingeebnet ist. Die Rohrleitungen werden also
an einer Seite mechanisch bearbeitet, z. B. gefräst, so dass sich eine größere Kontaktfläche, über welche
die Rohrleitungen an der Wicklung anliegen, ergibt. Die mechanische
Bearbeitung der Rohrleitungen kann nach dem Einbetten in den Träger erfolgen, wobei
auch dieser bei dem Fräsvorgang
entsprechend abgetragen wird.
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Weitere
Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus
den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand der
Zeichnungen. Dabei zeigen:
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1 eine
Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Einrichtung unter Darstellung
der Rohrleitungsführung
mit einer Scheibenspule,
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2 eine
Vertikalschnittansicht durch die Einrichtung nach 1,
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3 eine
vergrößerte Detailschnittansicht des
Verbindungsbereichs zwischen den Rohrleitungen und der Spulenwicklung,
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4 eine
Vertikalschnittansicht einer Ausführungsform einer Einrichtung
mit in zwei Ebenen verlaufenden Rohrleitungen mit zwischengeordneter Scheibenspule,
und
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5 eine
Prinzipdarstellung einer erfindungsgemäßen Einrichtung unter Verwendung
einer Sattelspule.
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1 zeigt,
wie auch alle weiteren Ansichten, lediglich für die Erfindung wesentlichen
Details. Gezeigt ist eine Einrichtung 1 umfassend eine
den Magneten bildende Wicklung 2 aus supraleitendem Material.
Die Wicklung 2 ist als Scheibenwicklung oder Scheibenspule
ausgeführt,
sie besteht beispielsweise einem Band von 4 mm Breite und 0,25 mm
Dicke, das zur Bildung der Scheibe aufgewickelt wurde, und das aus
supraleitendem Material, bevorzugt Hoch-Tc-Supraleitermaterial
wie z. B. (Bi, Pb)2Sr2Ca2Cu3Ox besteht.
Die Wicklung 2 ist selbstverständlich über nicht näher gezeigte Kontaktmittel mit
einer entsprechenden Puls- oder Wechselstromversorgung etc. zum
Erzeugen eines gepulsten Magnetfelds wie üblich verbindbar.
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Zur
Kühlung
der Spule oder Wicklung 2 ist eine nicht näher gezeigte
Kälteeinheit
vorgesehen, mit wenigstens einem an ihrem kalten Ende befindlichen
Kaltkopf 3. Dieser Kaltkopf weist eine auf einem vorbestimmten
Temperaturniveau zu haltende Kaltfläche 4 auf oder ist
mit dieser thermisch verbunden. An dieser Kaltfläche 4 ist thermisch
der Innenraum einer Kondensorkammer 5 angekoppelt, beispielsweise
bildet die Kaltfläche 4 eine
Wand dieses Kondensorraums. An die Kondensorkammer 5 angeschlossen
ist eine Kältemittelverteilung 6 in
Form eines Rohres. An diesem am unteren Ende geschlossenen Rohr
sind Rohrleitungen 7 angeschlossen, die beidseits des Rohres
bogenförmig
bzw. halbkreisförmig umlaufen
und allesamt benachbart und in einer gemeinsamen Ebene liegen. Die
Rohrleitungen 7 sind an ihrem unteren Ende 8 geschlossen.
Das gesamte Leitungssystem arbeitet gemäß dem Thermosiphon-Effekt.
Das in der Kondensorkammer 5 bzw. der Kaltfläche 4 rekondensierte
Kältemittel,
beispielsweise Helium oder Neon oder dergleichen, strömt in der
Kältemittelverteilung 6 nach
unten und über
diese in die über
ihre gesamte Länge
ein Gefälle
aufweisenden Rohrleitungen 7. Die Rohrleitungen 7 stehen, siehe 2,
in thermischem Kontakt mit der Wicklung 2. Während des
Flusses zum unteren Ende 8 hin nimmt das Kältemittel
Wärme auf
und verdampft. Das verdampfende Kältemittel strömt in der
jeweiligen Rohrleitung 7 über die Kältemittelverteilung 6 zurück in die
Kondensorkammer, wo es erneut rekondensiert wird. Es ist also ein
geschlossener, zirkulierender Kreislauf realisiert.
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Die
Rohrleitungen 8 sind, siehe 2, in einem
Träger 9,
bevorzugt aus glasfaserverstärktem Kunststoff,
eingebettet oder eingegossen. Dieser Träger ist in der Ansicht gemäß 1 der
besseren Übersicht
wegen nicht dargestellt. Die Rohrleitungen 7 wie auch die
Kältemittelzuleitung 6 liegen
dabei bevorzugt unmittelbar in Kontakt zur Wicklung 2,
sind also so im Träger 9 eingebettet,
dass sie direkt an der Wicklung 2 anliegen. Hierzu ist
es möglich,
siehe 3, die Rohrleitungen 7 an ihrer freien
Fläche
einzuebnen, so dass sich eine ebene Fläche 10 ergibt, mithin
also eine größere Kontaktfläche zur
Wicklung 2 realisiert ist.
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Die
Rohrleitungen 7 wie auch die Kältemittelverteilung 6 sind
bevorzugt aus Edelstahl, was der Minimierung etwaiger Wirbelströme zuträglich ist. Wirbelströme können infolge
des Pulsbetriebs der Wicklung 2 aufgrund der "offenen" Ausbildung des Leitungssystems,
das ersichtlich im unteren Bereich der freien Enden 8 nicht
geschlossen ist (die Rohrleitungen bilden also keine geschlossenen
Kreise), nicht oder nur in minimalem Maß induziert werden. Die Verwendung
von Edelstahl als Material ist dahingehend zweckmäßig, als
etwaige doch induzierte Wirbelströme wesentlich schneller abklingen,
verglichen mit Kupfer, was insbesondere bei hohen Pulsfrequenzen
vorteilhaft ist. Dies ist auf den wesentlich höheren elektrischen Widerstand
des Edelstahls gegenüber
dem Kupfer zurückzuführen.
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An
dieser Stelle ist darauf hinzuweisen, dass anstelle der in den 1–3 gezeigten
querschnittlich runden Rohrleitungen bzw. Kältemittelverteilung auch querschnittlich
gesehen rechteckige Elemente verwendet werden können, solange die geforderten
Geometrien hinsichtlich der Bogenführung ausgebildet werden können.
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4 zeigt
eine weitere erfindungsgemäße Ausführungsform
einer Einrichtung 11, ebenfalls umfassend eine Scheibenwicklung 12.
Zur Kühlung
ist auch hier eine Kälteeinheit
vorgesehen, wobei der Kaltkopf sowie die Kondensorkammer nicht näher gezeigt
sind. Dargestellt ist auch hier eine Kältemittelverteilung 13,
bestehend aus einem oberen Leitungsteil 14, das mit dem
Kaltkopf bzw. der Kondensorkammer zu koppeln ist. Dieses verzweigt
sich in zwei Leitungsabschnitte 15, wobei jeder Leitungsabschnitt 15 der
Kältemittelverteilung 6,
also dem Rohr aus 1 entspricht. An jedem Leitungsabschnitt 15 sind
zu beiden Seiten mehrere, im gezeigten Beispiel jeweils drei Rohrleitungen 16 angeschlossen,
wie dies aus 1 bereits bekannt ist. In der
Schnittansicht gemäß 4 sind
diese Rohrleitungen nicht im Einzelnen umlaufend gezeigt, die Geometrie
bzw. Leitungsführung
entspricht jedoch der wie in 1 gezeigt,
lediglich mit dem Unterschied, dass an beiden Seiten der Wicklung 12 die
entsprechenden Rohrleitungen vorgesehen sind, die natürlich auch hier
nicht kreisförmig
geschlossen sind, sondern freie, geschlossene Enden aufweisen. Bei
dieser Ausgestaltung der Einrichtung 11 ist es also möglich, die
Scheibenwicklung 12 von beiden Seiten her großflächig über die
Seitenflächen
der Wicklung 12 zu kühlen.
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Optional
ist in 4 noch dargestellt, von einem Leitungsabschnitt 15 ausgehend
eine oder zwei Rohrleitungen 17 in das Innere der ringförmigen Wicklung 12 zu
führen,
so dass diese beiden Rohrleitungen 17 (von denen in 4 nur
eine gestrichelt gezeigt ist) am Innenumfang 18 der Wicklung 12 entlangläuft und
dort kühlt.
Es wird also nicht nur eine Kühlung über die
Seitenfläche,
sondern auch über die
schmale Innen fläche
bzw. den Innenumfang realisiert. Gleichermaßen ist es natürlich auch
denkbar, eine solche Rohrleitung alternativ oder zusätzlich auch
entlang des Außenumfangs
der Wicklung 12 zu führen,
wobei dann der Träger 19,
der alle Rohrleitungen einbettet, entsprechend auch um den gesamten Außenumfang
umläuft.
Die Wicklung 12 selbst ist an beiden Seiten sandwichartig
zwischen den beiden Rohrleitungsebenen angeordnet und steht in unmittelbarem
thermischen Kontakt mit den Rohrleitungen 16 (bzw. optional 17),
wobei die Rohrleitungen auch hier an der freien Kontaktfläche entsprechend
eingeebnet sein können.
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5 zeigt
eine weitere erfindungsgemäße Einrichtung 20 in
Form einer Prinzipskizze. Die den Magneten bildende Wicklung 21 ist
hier als Sattelspule ausgeführt.
Vorgesehen ist auch hier ein Leitungssystem, das über eine
Kältemittelverteilung 22 mit
einer auch hier nicht näher
gezeigten Kältemaschine
bzw. deren Kaltkopf etc. verbindbar ist. Die Kältemittelverteilung weist hierzu
einen einzigen ersten Leitungsabschnitt 23 auf, der an
den Kältemittelkondenz
oder dergleichen anschließbar
ist, und der in einen zweiten, sich im Wesentlichen über die
Länge der
Sattelspule 21 erstreckenden Leitungsabschnitt 24 übergeht.
An diesem erstrecken sich zu beiden Seiten kammartig mehrere Rohrleitungen 25, die – wie bereits
auch bei den Rohrleitungen der vorbeschriebenen Ausführungsbeispiele
beschrieben – mit
ihren unteren Enden 26 frei enden und dort geschlossen
sind, so dass sich auch hier ein Thermosiphon-Effekt ergibt, der
das Kältemittel
zirkulieren lässt.
Die Rohrleitungen 25 sind auch hier natürlich in einem geeigneten Träger, der
der Übersichtlichkeit halber
nicht näher
gezeigt ist, eingebettet und stehen in unmittelbarem Kontakt mit
der Oberfläche 27 der Sattelspule 21,
um diese zu kühlen.
Auch hier können,
sofern querschnittlich runde Rohrleitungen 25 eingesetzt
werden, diese entsprechend an ihrer Kontaktfläche ebenflächig bearbeitet sein, bevorzugt
abgefräst,
so dass sich eine große
Kontaktfläche
ergibt.
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Wenngleich
in den Ausführungsbeispielen die
Rohrleitungen relativ weit voneinander beabstandet angeordnet sind,
ist es selbstverständlich
möglich,
eine beliebig hohe Packungsdichte bis hin zu einer annähernd unmittelbaren
Anlage der einzelnen Rohrleitungen aneinander zu realisieren. Dies
hängt letztlich
davon ab, welche genaue Anzahl benötigter Rohre pro Flächeneinheit
im Hinblick auf die gegebene Verlustleistungsdichte und die Wärmeleitfähigkeit der
Windungen vorzusehen ist, mithin also abhängig von der Auslegung bzw.
dem Betrieb der Spule selbst.
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Insbesondere
bei einer Scheibenwicklung besteht die Möglichkeit, zunächst den
Träger
nebst eingebetteten Rohrleitungen herzustellen, und anschließend die
Scheibenwicklung unmittelbar auf den Träger aufzuwickeln. Alternativ
besteht die Möglichkeit,
Wicklung und Träger
nebst Rohrleitungen separat herzustellen und miteinander zu verkleben.