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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines zylindrischen
Hochfrequenzschirms einer zylindrischen Gradientenspule, welcher
Hochfrequenzschirm aus mehreren flächigen, nebeneinander angeordneten
Schirmabschnitten besteht, die zur Zylinderform unter Verwendung
eines Lötbandes
mittels einer Lötvorrichtung
miteinander verlötet
werden.
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Eine
Gradientenspule dient bei einer Magnetresonanzanlage bekanntlich
dazu, der Ortsauflösung
dienende Gradientenfelder zu erzeugen. Im Inneren der Gradientenspule
ist bei einer fertigen Magnetresonanzanlage das Hochfrequenz-System
integriert, das das Sende- und Empfangssystem ist. Um die Gradientenspule
vor etwaigen störenden
Einflüssen
des Hochfrequenz-Systems
zu schützen,
wird die Gradientenspule an ihrer inneren Mantelfläche mit
einem Hochfrequenzschirm ausgekleidet. Dieser Hochfrequenzschirm
besteht üblicherweise
aus einem Isolierträger,
der beidseits mit einer Kupferlage kaschiert ist. Zur Herstellung
eines solchen Hochfrequenzschirms bzw. der Gradientenspule selbst kommt
ein Gießdorn
zum Einsatz, bei dem es sich um einen länglichen zylindrischen Träger handelt. Auf
diesen werden zunächst
mehrere, üblicherweise zwei
oder vier, flächige
Schirmabschnitte, die in ihrer Gesamtheit nach Fertigstellung den
Hochfrequenzschirm bilden, gelegt. Die Schirmabschnitte sind mit ihren
inneren, unmittelbar auf dem Gießdorn und aufliegenden Kupferschichten
zu verbinden, um eine geschlossene Zylinderform zu bilden, so dass
sich also ein in sich geschlossener zylindrischer Hochfrequenzschirm
ergibt. Diese Lötung
kann nicht unmittelbar nach dem Auflegen der Schirmabschnitte durchgeführt werden,
da man mit einer üblichen
manuellen Lötvorrichtung
in Form eines Lötkolbens nicht
an diese inneren Lötstellen
gelangt. Nach dem Auflegen der Schirmabschnitte werden die weiteren die
Gradientenspule bildenden Bauteile (die einzelnen vorgefertigten
Spulenele mente, Kühleinrichtungen
etc.) quasi schalenartig auf den Gießdorn gelegt, wonach der Aufbau
fixiert wird und mit einem Gießharz, üblicherweise
Epoxidharz, ausgegossen wird, wobei auch die Schirmabschnitte als
innerste Lage mit eingegossen bzw. über das Gießharz fixiert werden. Um zu
vermeiden, dass an die Lötstellen
der innersten Kupferlage Gießharz
gelangt, das erst nach dem Abnehmen des Gießteils vor dem zwangsläufig danach
erst möglichen
Verlötens
entfernt werden muss, werden diese Lötbereiche beim Auflegen der Schirmabschnitte
auf den Gießdorn
mit Klebeband abgedeckt. Erst nach dem Abdrücken vom Gießdorn wird
dieses Klebeband abgezogen, wonach unter Verwendung eines geeigneten
Lötbandes
mit einem Lötkolben
manuell verlötet
werden.
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Diese
Art der Herstellung des Hochfrequenzschirms, die mit dem Abkleben
der Lötflächen als Schutz
vor einer Benetzung mit Gießharz,
dem Entfernen der Klebebänder
und der nachfolgenden aufwendigen manuellen Verlötung verbunden ist, ist umständlich und
zeitaufwendig. Denn zum einen nimmt das Abkleben mit dem Klebeband
einige Zeit in Anspruch, weiterhin bietet diese Abklebung nicht
immer einen vollständigen
Schutz vor einem Eindringen der Gießmasse. Schließlich ist
auch das Entfernen des Klebebandes sowie die nachfolgende Aufbereitung der
Lötflächen, die
gegebenenfalls noch mit Restkleber vom Klebeband verunreinigt sein
kann oder vom Gießharz
selbst, sowie die manuelle Lötung
umständlich.
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Der
Erfindung liegt damit das Problem zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung
eines zylindrischen Hochfrequenzschirms im Rahmen der Herstellung
einer zu vergießenden
Gradientenspule anzugeben, das einfacher und schneller durchgeführt werden
kann.
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Zur
Lösung
dieses Problems ist bei einem Verfahren der eingangs genannten Art
erfindungsgemäß vorgesehen,
dass die Schirmabschnitte nach dem Auflegen auf einen zylindrischen
Träger,
insbesondere einen Gießdorn,
mittels einer längs
des Trägers
verfahrbaren Induktivlötvorrichtung
miteinander induktiv verlötet
werden.
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Die
Erfindung sieht vor, die Schirmabschnitte unmittelbar nach dem Auflegen
und Ausrichten derselben auf dem Gießdorn induktiv miteinander
verlötet
werden. Unter Verwendung einer Induktionslötvorrichtung, häufig auch
Induktor genannt, wird über den
Wechselstrom im Induktor ein Magnetfeld erzeugt, das wiederum einen
Stromfluss im benachbarten, zu verlötenden Metall erzeugt. Dieser
im Metall berührungslos
induzierte Wechselstrom verursacht im Werkstück wiederum Ummagnetisierungs- und Wirbelstromverluste,
die zu einer lokalen Temperaturerhöhung im Induktionsbereich führen. Die
Erwärmung
erfolgt solange, bis das verwendete Lot, gleich welcher Art, aufschmilzt,
und die zu verbindenden Abschnitte benetzt und verbindet. Es handelt
sich also um ein hochfrequentes Energie-Induktionsverfahren zur Erzielung der
erforderlichen Bauteil- oder Loterwärmung. Die
verwendeten Frequenzen liegen im Bereich mehrerer kHz bis in den
MHz-Bereich.
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Beim
erfindungsgemäßen Verfahren
wird beim Auflegen der Schirmabschnitte unter den Stoßbereich
zweier Abschnittskanten, deren unterste Metalllage zu verlöten ist,
bereits ein Lötband
gelegt, nachdem die zu verlötenden
Abschnitte wie auch das Lötband
gegebenenfalls vorher mit einem Flussmittel zur Entfernung etwaiger
Oxidschichten behandelt wurden. Sodann wird die Lötung der
inneren Metallschicht unter Verwendung der längs des Trägers bevorzugt automatisch über eine
entsprechende Steuerungseinrichtung gesteuert verfahrbaren Induktivlötvorrichtung
vorgenommen. Die Betriebsparameter der Induktivlötvorrichtung, also des Induktors,
können über die
vorrichtungseigene Steuerungseinrichtung, die einen Hochfrequenzgenerator
als Teil der Induktivlötvorrichtung
steuert, so eingestellt werden, dass das hochfrequente magnetische
Wechselfeld, das über
den Induktor erzeugt wird, in den aufgelegten Schirmaufbau eindringt
und es zur Erzeugung von Ummagnetisierungs- und Wirbelstromverlusten, mithin
also zur Erwärmung
nur im Bereich der unteren Metalllage bzw. des Löt bandes kommt. Es ist also möglich, gezielt
die Innenseite zu erwärmen
und diese zu verlöten,
wenngleich die Lötvorrichtung
an der Außenseite
verfährt.
In der Praxis bedeutet dies, dass das aufwendige Abkleben sowie
damit verbundene Nachreinigung und insbesondere die langwierige
manuelle Verlötung
nach dem Abdrücken
der fertig vergossenen Gradientenspule vom Gießdorn entfällt. Vielmehr besteht gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren
die Möglichkeit,
den Hochfrequenzschirm unmittelbar nach dem Auflegen der Schirmabschnitte
nebst der Lötbänder quasi
durch die Schirmabschnitte hindurch an der Innenseite berührungslos
zu verlöten.
Der Hochfrequenzschirm wird damit vor dem Vergießen der Gradientenspule komplett
fertig gestellt, das gesamte Lötverfahren
geht wesentlich schneller vonstatten und kann folglich auch kostengünstiger
durchgeführt
werden.
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Wie
beschrieben werden die Lötbänder unterhalb
der miteinander zu verlötenden
Abschnittskanten angeordnet, nachdem diese wie auch die Lötbänder selbst,
bei denen es sich um beispielsweise vorverzinnte Kupferbänder (also
dünne Kupferfolien) oder
vorverzinnte Platinenstreifen (ein dünner Isolierträger, der
beidseits mit Kupfer kaschiert ist, das an einer Seite nach Art
einer Platinen mit Leitflächen bzw.
Kontaktpunkten strukturiert ist) handeln kann, mit einem Flussmittel
behandelt wurden. Grundsätzlich
wäre es
auch denkbar, die Verlötung
an der Außenseite
(gegebenenfalls zusätzlich)
vorzunehmen.
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Wie
beschrieben erfolgt die Bewegung des Induktors, der die Induktivlötvorrichtung
bildet und unmittelbar entlang der Außenseite der Schirmabschnitte
bewegt wird, bevorzugt automatisch, die Verfahrgeschwindigkeit ist
zweckmäßigerweise
frei wählbar
bzw. kann in einer den Betrieb steuernden Steuerungseinrichtung,
die den HF-Generator wie auch den Betrieb einer den Induktor verfahrenden Halterung
oder dergleichen steuert, programmiert werden. Denkbar ist es, die
Verfahreinrichtung mit einem Schrittmotor oder dergleichen auszustatten,
so dass sie möglichst
exakt bezüglich
der Schirmabschnitte positio niert und auch möglichst genau und fein einstellbar
längs derselben
für einen
kontinuierlichen Lötvorgang
verfahren werden kann. Auch sollte der Abstand der Induktivlötvorrichtung
zu den zu verlötenden
Schirmabschnitten variierbar sein, wie natürlich auch die Erzeugungsparameter
für das hochfrequente
magnetische Wechselfeld und dessen Eindringtiefe variierbar ist.
Zur Abstandseinstellung ist beispielsweise eine entsprechende Abstandsmessvorrichtung
am Induktor vorgesehen, die eine entsprechende Einstellung ermöglicht.
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Neben
dem erfindungsgemäßen Verfahren betrifft
die Erfindung ferner eine zylindrische Gradientenspule, enthaltend
einen Hochfrequenzschirm, hergestellt nach dem Verfahren der beschriebenen
Art.
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Weitere
Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus
dem im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiel sowie anhand der
Zeichnungen. Dabei zeigen:
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1 eine
Querschnittdarstellung durch einen Gießdorn nebst aufgelegten Schirmabschnitten und
beigeordneter Induktivlötvorrichtung,
und
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2 eine
Seitenansicht der Anordnung aus 1.
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1 zeigt
als Prinzipdarstellung einen hohlzylindrischen Gießdorn 1,
auf dem zur Bildung eines Hochfrequenzschirms 2 im gezeigten
Ausführungsbeispiel
vier separate Schirmabschnitte 3a, 3b, 3c und 3d aufgelegt
wurden, die in ihrer Gesamtheit einen Ring bilden. Jeder Schirmabschnitt
besteht aus einem flexiblen Isolierträger, beispielsweise einem GfK-Träger, der
an beiden Seiten mit einer Metallschicht oder Metallfolie, beispielsweise
aus Kupfer, kaschiert ist. Diese vier Schirmabschnitte 3a – 3d werden
nun auf den Gießdorn 1 aufgelegt
und exakt positioniert, wozu am Gießdorn entsprechende Positionierhilfen
in Form radial abstehender Bolzen etc., die hier nicht näher gezeigt
sind, vorgesehen sind. Unterhalb jeder Naht oder Stoßstelle
zweier Schirmabschnitts kanten wird jeweils ein Lötband 4 gelegt, bei
dem es sich beispielsweise um eine dünne, mit Lötzinn oder einer Lötpaste beschichtete
Kupferfolie handeln kann. Dieses Lötband 4 wird so aufgelegt, dass
es die beiden anschließenden
Kantenbereiche oder Flächenabschnitte
an den jeweiligen Schirmabschnitten möglichst gleichmäßig und
flächig
belegt. Ersichtlich liegt also das jeweilige Lötband an der unteren, am Gießdorn 1 aufliegenden
Metallschicht der einzelnen Schirmabschnitte an.
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Um
nun die einzelnen Schirmabschnitte 3a – 3d an dieser inneren,
aufgrund des Gießdorns
nicht frei zugängigen
Stelle verlöten
zu können,
wird eine Induktionslötvorrichtung 5 in
Form eines Induktors 6 mit zugeordnetem Hochfrequenzgenerator 7 und Steuerungseinrichtung 8 verwendet.
Dieser Induktor 6 besitzt eine entsprechende Induktionsschleife,
die der Erzeugung eines hochfrequenten Magnetfelds, das das über den
Generator 7 seitens des Induktors 6 erzeugt wird,
dient. Der Induktor 6 wird nun nahe an den zu verbindenden
Bereich gebracht, siehe 1. Der Induktor 6 ist
auf einer Verfahrenseinrichtung 9 angeordnet, die einen
automatischen Verfahrbetrieb längs
des Gießdorns 1,
also längs
der Lötnaht
ermöglicht,
wie in 2 durch den Doppelpfeil dargestellt ist. Der automatische
Verfahrbetrieb, z.B. auf Schienen oder längs einer den Indikator 6 tragenden Halterung
etc., wird ebenfalls über
die Steuerungseinrichtung 8 gesteuert.
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Über das
vom Induktor 8 erzeugte hochfrequente magnetische Wechselfeld,
das in den Aufbau eindringt, kann eine gezielte Erwärmung in
der Tiefe, hier also direkt im Bereich des Lötbandes 4 erfolgen. Die
Erwärmung
ist punktuell und in einer gewünschten
Tiefe sehr exakt erzeugbar, so dass es ohne Weiteres möglich ist,
durch entsprechende Ansteuerung über
die Steuerungseinrichtung die endgültige Erwärmung auch tatsächlich nur
im Bereich des Lötbandes
vorzunehmen. Das Lötzinn
des Lötbandes 4 schmilzt
nun aufgrund dieser induzierten Erwärmung auf und verbindet folglich
die benachbarten Kantenabschnitte, hier die der beiden Schirmabschnitte 3a, 3b.
Der Induktor 6 wird nun, um die beiden Kanten über die
gesamte Länge
zu verlöten,
wie beschrieben über
die Verfahreinheit 9 kontinuierlich längs bewegt, während welcher
Bewegung das Lötzinn
in dem Bereich, wo der Induktor ist, aufschmilzt, die beiden Kanten
verbindet, und anschließend
wieder abkühlt.
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Nach
erfolgtem Verlöten
hat sich über
die gesamte Länge
an der Rückseite
des Hochfrequenzschirms 2 eine durchgehende, homogene Lötfläche 10 ausgebildet,
die in 2 gestrichelt dargestellt ist.
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Nach
dem Verlöten
der beiden Schirmabschnitte 3a, 3b wird der Gießdorn 1 um
90° gedreht,
so dass die beiden Kantenabschnitte beispielsweise der beiden Schirmabschnitte 3b, 3c verlötet werden
können.
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Wurden
alle Lötflächen 10 erzeugt,
wurde also mithin im Bereich der inneren Metallfläche ein geschlossener,
zylindrischer Schirm erzeugt, werden die der Herstellung der zylindrischen
Gradientenspule dienenden weiteren Spulenbauteile aufgelegt und anschließend mit
einem geeignetem Vergussharz vergossen, mit dem auch der hergestellte
Hochfrequenzschirm 2 eingegossen wird, jedoch ohne der Gefahr
einer Benetzung im Bereich der inneren Metallschicht, die wie beschrieben
aufgrund der bereits vorgenommenen Lötung vollständig geschlossen ist.
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Anstelle
der verwendeten vier Schirmabschnitte 3a – 3d wäre es selbstverständlich auch denkbar,
nur zwei oder drei zu verwenden. Als Lötband kommt bevorzugt ein sehr
dünnes
Kupferband mit einer Dicke von ca. 0,1 mm mit entsprechendem Lötpasten-
oder Lötzinnauftrag
zum Einsatz. Die Breite des Bandes beträgt ca. 10 mm, so dass sicher gestellt
ist, dass die beiden aneinander stoßenden Schirmabschnittskanten
hinreichend bedeckt werden können.