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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 erforderlich, 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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So wird beispielsweise in der
WO 03/098645 ein Leitungssystem beschrieben, welches zwei Rohrleitungen aufweist, die jeweils in Form von zwei spiralförmigen Windungen ausgeführt sind. Die zwei spiralförmigen Windungen sind miteinander verbunden bzw. gekoppelt und jeweils zur Kühlung einer supraleitenden Wicklung vorgesehen. Bei einem Pulsbetrieb der supraleitenden Wicklungen können abhängig der Erregung der supraleitenden Wicklungen Ströme in den spiralförmigen Windungen induziert werden. Je nach Art der Erregung können sich die Ströme gegenseitig kompensieren oder verstärken. Dabei auftretende ohm'sche Verluste belasten das Kühlsystem zusätzlich.
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Aus der
DE 1 279 864 A ist ein metallischer Kryostat bekannt, bei welchem Wirbelstromverluste in einem räumlich oder zeitlich veränderlichen Magnetfeld verringert sind. Ein Kühlrohr ist in Form einer bifilaren Wicklung ausgebildet. Alternativ kann zur Kühlung ein von Kühlmittel durchströmter zylindrisch gebogener Hohlkörper, mit einer durchgehenden Öffnung im Zylindermantel verwendet werden.
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Bei Verwendung des Kühlrohrs in Form einer bifilaren Wicklung können bei einem gepulsten Magnetfeld in den Wicklungen Wirbelströme induziert werden, welche zu ohm'schen Verlusten führen. Bei der Verwendung eines Hohlkörpers mit durchgehender Öffnung im Zylindermantel werden zwar Wirbelströme unterbunden, welche vollständig den Hohlkörper umlaufen, jedoch werden weiterhin durch die flächige Ausbildung des Zylindermantels lokal geschlossene Wirbelströme bei gepulsten Magnetfeldern induziert. Diese führen zu ohm'schen Verlusten, welche das Kühlsystem belasten.
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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, kammartig 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. Die kammartige Struktur des Leitungssystems führt, im Gegensatz zu windungsförmigen oder mantelförmigen Leitungssystemen, bekannt aus dem Stand der Technik, zu einer erheblichen Minimierung von induzierbaren Wirbelströmen. Das erfindungsgemäße 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 Innenfläche 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.