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Die
Erfindung betrifft eine Hochstrom-Koaxialverbindung mit zwei miteinander
verbindbaren Steckelementen, insbesondere zum Anschließen einer
stromtragenden Koaxialleitung an eine Gradientenspule eines Magnetresonanzgeräts, sowie
eine Gradientenspule mit angeschlossener Hochstrom-Koaxialleitung.
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Aus
der Medizintechnik sind neben anderen Geräten beispielsweise Magnetresonanzgeräte bekannt,
bei denen das Untersuchungsobjekt zur Erstellung von Bildaufnahmen
einem starken Magnetfeld ausgesetzt wird. Dies führt zu einer Ausrichtung der
Kernspins der im Magnetfeld befindlichen Atome, wobei über die
Anregung von Schwingungen mittels Hochfrequenzwellen das Messsignal
für die
Bildgebung erhalten wird. Um eine Ortscodierung der Signale zu erhalten,
werden magnetische Gradientenfelder verwendet, die entlang der Raumrichtungen
mit Hilfe sogenannter Gradientenspulen erzeugt werden. Die Spulen
für die
einzelnen Raumrichtungen werden zu einem Gradientenspulensystem
zusammengefasst, das unter Umständen
mehrere den drei Raumrichtungen zugeordnete Einzelspulen umfasst und
oft auch kurz ebenfalls als „Gradientenspule" bezeichnet wird.
Diese Gradientenspule wird in einer Vergussmasse, in der sie eingegossen
ist, räumlich fixiert.
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Zum
Erzeugen der Gradientenfelder muss der Gradientenspule ein hoher
Strom zugeführt
werden. Die hierbei verwendeten Ströme liegen bei einigen 100 A.
Ein üblicher
Wert sind etwa 500–900
A.
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Derzeit
ist es häufig
so, dass, da keine geeigneten Hochstrom-Koaxialverbindungen zum
Anschluss einer solchen Gradientenspule zur Verfügung stehen, die Koaxialleitungen
vor dem Anschluss an die Spule in zwei Einzelleitungen auf gesplittet
werden, die dann wiederum an der Spule festgeschraubt werden. Damit
fließt
der hohe Strom, der der Gradientenspule zugeführt werden muss, nicht mehr
koaxial. Deshalb kommt es zu hohen Wechselkräften im Streufeld des Magneten
aufgrund der Einzelleitungen und somit zu einer hohen dynamischen Materialbeanspruchung.
Dies bringt die Gefahr eines Bruches bzw. eines Lockerns der Kontakte
mit sich, wodurch aufgrund der hohen Energie am General Purpose
Amplifier (GPA) ein Brand entstehen kann.
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Angesichts
dieser Probleme wurden bereits Versuche vorgenommen, den Anschluss
der Gradientenspule mittels einer Hochstrom-Koaxialverbindung vorzunehmen,
die aus einem Stecker und einem mit diesem lösbar verbindbaren Gegenstecker besteht,
wobei der Stecker einen mittigen, axial in einer Richtung gegen
eine Rückstellkraft
verschiebbar in einer Isolierbuchse aufgenommenen Kontaktbolzen
aufweist. Die Isolierbuchse ist in einer Kontaktbuchse aufgenommen,
die von einer der Verbindung mit dem Gegenstecker dienenden Überwurfhalterung übergriffen
ist, während
ein Gegenstecker einen mittigen Gegenkontaktbolzen aufweist, der
in einer Isolierbuchse gehaltert ist, die wiederum in einer Gegenkontaktbuchse,
die zur Verbindung des Steckers mit dem Gegenstecker mit der Überwurfhalterung
zusammenwirkt, aufgenommen ist. Beim Verbinden des Steckers mit
dem Gegenstecker werden dann die Kontaktbuchse ebenso wie die Isolierbuchse
relativ zum am Gegenkontaktbolzen anliegenden Kontaktbolzen unter
Aufbau einer Rückstellkraft
bewegt und die Kontaktbuchse wird in Anlage an die Gegenkontaktbuchse
gebracht. Die Rückstellkraft
für eine solche
Hochstrom-Koaxialverbindung kann beispielsweise mit Hilfe eines
Federelements oder eines Federelementpakets erzeugt werden.
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Die
Kontaktflächen, über die
der elektrische Kontakt hergestellt wird, liegen jedoch quer bzw. senkrecht
zur Achse der Steckverbindung, so dass hier zur Gewährleistung
einer permanenten elektrischen Verbindung, insbesondere im Hinblick
auf Kräfte,
die in Achsrichtung wirken, eine vergleichsweise starre Halterung
erforderlich ist.
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Der
Erfindung liegt damit die Aufgabe zugrunde, eine Hochstrom-Koaxialverbindung
sowie eine Gradientenspule mit einer angeschlossenen Hochstrom-Koaxialleitung
anzugeben, die diesbezüglich
verbessert sind.
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Zur
Lösung
dieser Aufgabe ist eine Hochstrom-Koaxialverbindung der eingangs genannten Art
vorgesehen, die zwei koaxial zueinander angeordnete Federkontaktelemente
zur Herstellung des elektrischen Kontakts zwischen den beiden Steckelementen
aufweist.
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Die
Verbindung ist also derart ausgebildet, dass über zwei koaxial zueinander
angeordnete Federkontaktelemente der Steckelemente der elektrische
Kontakt für
den Innen- und Außenleiter
hergestellt wird.
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Im
Unterschied zur bisherigen Praxis werden also die Koaxleitungen
für die
Gradientenspulen, die aus einem Innenleiter und einem Außenleiter
bestehen, nicht auf zwei Einzelleitungen aufgesplittet und an der
Spule festgeschraubt, und es findet auch keine elektrische Kontaktierung
quer zur Achsrichtung über
Kontaktbolzen bzw. -buchsen statt, sondern der elektrische Kontakt
als solcher wird über
zwei koaxiale Federelemente hergestellt. Die Federkontaktelemente
dienen also bei der erfindungsgemäßen Verbindung nicht zur Erzeugung
einer axialen Rückstellkraft,
sondern sind koaxial zueinander angeordnet und stellen den elektrischen
Kontakt für
die beiden Polaritäten
bzw. jeweils zwischen dem Außen-
und Innenleiter der Koaxialleitung her. Die Federkontaktelemente
können
dabei ausschließlich
aus Federn ausgebildet sein oder zusätzlich noch weitere, nicht oder
nicht direkt zur Erzeugung einer Federkraft dienende Bestandteile
aufweisen, z. B. um Einzelfedern miteinander zu verbinden.
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Dadurch,
dass die Ströme
in den Verguss der Gradientenspule koaxial eingeleitet werden, können die
elektromagnetischen Kräfte
kleingehalten werden. Eine Hälfte
des Steckers, also ein Steckelement, wird beispielsweise fest mit
der Gradientenspule verbunden bzw. mit dieser in der Vergussmasse
eingegossen, wobei darauf zu achten ist, dass der Anschluss des
anderen Steckelements problemlos möglich ist. Das Gegenstück, also
das zweite Steckelement, ist mit der Gradientenstromzuleitung verbunden.
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Somit
werden bei der erfindungsgemäßen Hochstrom-Koaxialverbindung
in vergleichsweise einfacher Art und Weise zwei Federkontakte jeweils für den Außen- und
Innenleiter der Koaxialverbindung bzw. der anzuschließenden Koaxialleitung
ineinander verschachtelt und zu einem Anschluss für beide
Polaritäten
zusammengeführt.
Das Kontaktprinzip für
den Stecker liegt also in der Verbindung mit Hilfe von Federkontaktelementen,
die um die Achse der Koaxialverbindung herum angeordnet sind. Die
Federn bzw. Federelemente selbst können dabei teilweise auf dem
einen oder anderen Steckelement oder auf verschiedenen Steckelementen
angeordnet sein. Zweckmäßig ist
insbesondere eine Anordnung der Federn bzw. Federelemente der jeweiligen
Federkontaktelemente an dem gradientenspulenseitigen Steckelement.
Die Federwirkung erfolgt jeweils in radialer Richtung. Die Federn
bzw. Federkontaktelemente sind aus einem elektrisch leitfähigen Material
aufgebaut, also insbesondere aus einem Metall bzw. einer Metalllegierung.
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Wenigstens
ein Federkontaktelement kann unmittelbar zwischen zur Herstellung
des elektrischen Kontakts für
jeweils einen Leiter der Koaxialleitung der Hochstrom-Koaxialverbindung
miteinander in Kontakt zu bringenden Kontaktflächen, die in die Steckverbindung
einlaufen, der beiden Steckelemente angeordnet sein, insbesondere
zwischen koaxial ausgerichteten Kontaktflächen. In diesem Fall wird der
elektrische Kontakt für
den Außen-
bzw. Innenleiter, die in die Steckverbindung einlaufen, also der
Anschluss für
beide Polaritäten,
direkt durch die Feder vermittelt, die also bei der Erfindung nicht nur
als Mittel zum Zusammenbringen der Kontaktflächen dient, ohne direkt an
den Kontaktflächen
anzuliegen bzw. zwischen diesen zu vermitteln, sondern selbst die Kontaktierung
ermöglicht.
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Beispielsweise
sind die Federkontaktelemente als flächige Federn mit radialer Wirkrichtung auf
ebenfalls koaxialen Kontaktflächen
angeordnet, die somit über
die Federn in Kontakt zueinander gebracht werden. Durch diese Art
der Kontaktierung mit Hilfe der koaxialen Federkontaktelemente entsteht zum
einen ein gewisser Spielraum für
die Verbindung quer zur Achsrichtung. Zum anderen wird durch in Achsrichtung
länger
ausgebildete Kontaktflächen
ein gewisser axialer Toleranzausgleich ermöglicht.
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Wenn
also auf die beiden Steckelemente Kräfte einwirken, wie beispielsweise
Zug- oder Druckkräfte
in Achsrichtung, stellt eine Verschiebung in axialer Richtung für die Sicherung
bzw. Gewährleistung
des Kontakts kein Problem dar, sofern diese sich in einem gewissen
Rahmen, der durch die axiale Länge
der Federkontaktelemente vorgegeben wird, bewegt. Eine gewisse Längsverschiebung
der Steckelemente gegeneinander kann durch die in Achsrichtung ausgerichtete
Kontaktierung, im Unterschied zu einer Kontaktierung mit senkrechten
Kontaktflächen, die
für eine
sichere Kontaktierung direkt aufeinander liegen müssen, ohne
weiteres toleriert werden. Dieser Toleranzausgleich in axialer Richtung
ist nicht zuletzt aufgrund der Steifheit der verwendeten Stromzuleitungen
sehr vorteilhaft.
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Zur
Herstellung des elektrischen Kontakts vorgesehene Kontaktflächen können wenigstens
teilweise Oberflächen
von in Achsrichtung der Hochstrom-Koaxialverbindung angeordneten
Bolzen- und/oder Buchsenelementen sein. Es können also weiterhin Kontaktbolzen
bzw. Kontaktbuchsen verwendet werden, wobei der eigentliche elektrische Kontakt über die
Federkontaktelemente vermittelt wird. Die Bolzen bzw. Buchsen sind
also in Achsrichtung angeordnet, wobei es sich empfiehlt, dass alle zur
Herstellung des Kontakts vorgesehenen Oberflä chen bzw. die Elemente, die
diese Oberflächen
aufweisen, axial ausgerichtet sind, wobei die Federn bzw. Federkontaktelemente
entweder direkt auf den Kontaktflächen aufgebracht sind bzw.
beim Zusammenstecken der beiden Steckelemente mit diesen in Kontakt
gebracht werden.
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Selbstverständlich können auch
andere Kontaktflächen
bzw. Kontaktflächen
anders ausgebildeter Elemente verwendet werden. Es ist lediglich
darauf zu achten, dass die Kontaktflächen auf die koaxiale Ausrichtung
der Federkontakte abgestimmt sind, so dass ein sicherer Kontakt
gewährleistet
wird.
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Erfindungsgemäß kann die
achsnächste Kontaktfläche die
Oberfläche
eines Bolzenelements sein und die weiteren Kontaktflächen Oberflächen von
Buchsenelementen. Mittig in Bezug auf die Achse der Verbindung ist
also (für
den Innenleiter) ein Bolzenelement vorgesehen, an dessen Oberfläche, die
die Form eines Zylindermantels hat, die Kontaktfläche für die Herstellung
des elektrischen Kontakts mit Hilfe der Federkontaktelemente ausgebildet
ist. Durch das koaxial innere Federkontaktelement wird die Verbindung
zu einer weiter von der Achse entfernten Kontaktfläche am anderen
Steckelement hergestellt, bei der es sich um eine Kontaktfläche einer Buchse
handelt, also um ein Element, das als Hohlzylinder ausgebildet ist.
Die weitere achsfernere Kontaktierung für den Außenleiter wird über das
mit Hilfe des zweiten Federkontaktelements vermittelte Ineinandergreifen
von zwei Buchsenelementen der beiden Steckelemente mit ihren jeweiligen
hohlzylinderförmigen
Kontaktflächen
realisiert.
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Wenigstens
ein Federkontaktelement kann einen Zylindermantel ausbilden. Die
Feder bzw. das Kontaktelement mit weiteren Bestandteilen ist also so
ausgebildet, dass insgesamt eine Zylinderform entsteht, wobei selbstverständlich gewisse
Zwischenräume
z. B. zwischen einzelnen Federelementen verbleiben können. Das
Federkontaktelement kann bei der Ausbildung des Zylindermantels
durchaus aus mehreren Einzelfedern aufgebaut sein. Diese können beispielsweise
an einer Kontaktfläche
ei nes Buchsenelements in einem gewissen Abstand angeordnet sein,
so dass sich insgesamt die zylinderförmige Ausgestaltung ergibt.
In der Regel wird es von Vorteil sein, wenn die beiden Federkontaktelemente
einen identischen Aufbau dahingehend zeigen, dass beide eine identische
Form, also beispielsweise einen Zylindermantel, ausbilden. Der Unterschied
liegt dann lediglich im Radius des Zylindermantels, da aufgrund
der koaxialen Anordnung der Federkontaktelemente um die gemeinsame
Achse der Steckverbindung unterschiedliche Radien gegeben sein müssen.
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Des
Weiteren kann wenigstens ein Federkontaktelement lamellenartig ausgebildet
sein. Es handelt sich also um eine Feder aus mehreren lamellenförmigen Einzelfedern
bzw. um eine Feder bzw. ein Federelement, die bzw. das Querverbindungen zwischen
den einzelnen Lamellen aufweist, wobei die Lamellen in einem bestimmten
Abstand entlang einer Oberfläche,
also einer Kontaktfläche
für die Herstellung
eines elektrischen Kontakts, angeordnet sind. Durch eine geeignete
Wahl des Lamellenabstands können
eine große
Oberfläche
und Stabilität erreicht
werden. Insbesondere bei einem größeren Abstand und einer geeigneten
Federstärke
ergibt sich die Möglichkeit,
auch einen radialen Toleranzausgleich gegenüber radial wirkenden Kräften zu
ermöglichen.
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Die
Lamellen des Federkontaktelements können in Richtung der Längsachse
der Hochstrom-Koaxialverbindung angeordnet sein. Die Lamellen werden
beim Zusammenstecken der Steckelemente dann z. B. etwas zur Seite
gebogen bzw. derart elastisch verformt. Somit verlaufen die Lamellen
achsparallel, entsprechend dem insgesamt koaxialen Aufbau der Kontaktierung
mit den koaxialen Federkontaktelementen. Die achsparallele Anordnung der
Lamellen ist die nahe liegendste und stellt einen vergleichsweise
einfachen Aufbau dar. Diese Anordnung bietet den Vorteil, dass die
Federkräfte,
die bei Beanspruchung der Federelemente wirken, in Achsrichtung
vergleichbar sind. Denkbar ist aber ebenso eine schräge Anordnung
der Lamellen bzw. einer Anordnung der Lamellen quer zur Achse der
Koaxial verbindung. Die Anordnung in Richtung der Längsachse bietet
sich jedoch insbesondere im Hinblick auf den Toleranzausgleich in
Achsrichtung an, da bei einer solchen Anordnung auch bei einer kleinen
Verschiebung entlang der Achse noch jede Lamelle an der Kontaktierung
beteiligt ist. Die Lamellen können
direkt auf zugehörigen
Kontaktbuchsen und dergleichen ausgebildet sein, beispielsweise
verschweißt oder
verlötet.
Auch ein Aufkleben ist denkbar, ebenso wie eine Schraub- oder Niethalterung,
wozu die einzelnen Lamellen vorzugsweise ergänzende Querverbindungen wie
Stege aufweisen, die entsprechende Befestigungsmöglichkeiten bieten.
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Wie
bereits ausgeführt
ist es besonders vorteilhaft, wenn die Steckelemente in einem bestimmten
Bereich ohne Unterbrechung des elektrischen Kontakts in Achsrichtung
der Hochstrom-Koaxialverbindung
gegeneinander verschiebbar sind. Dadurch wird ein Toleranzausgleich
in axialer Richtung, also entlang der Längsachse der Koaxialverbindung,
ermöglicht.
Aufgrund dieses axialen Toleranzausgleichs kann die elektrische
Kontaktierung auch bei Vibrationen, die z. B. im Bereich der Gradientenspulen
beim Betrieb des Magnetresonanztomographen auftreten können, sichergestellt
werden. Des Weiteren ist ein derartiger axialer Toleranzausgleich
schon im Hinblick auf das hohe Gewicht der in der Magnetresonanztomographie
verwendeten Spulen von beispielsweise 800 kg vorteilhaft. Durch
den Toleranzausgleich kann ein Abreißen des Kontakts und eine Schädigung von
Bauteilen wirksam vermieden werden. Die Größe des axialen Toleranzausgleichs hängt neben
dem Anwendungsbereich davon ab, welche Ausdehnung die beispielsweise
lamellenartig ausgebildeten Federn im Hinblick auf den Kontaktbereich
in Längsrichtung
der Koaxialverbindung aufweisen. Denkbar ist je nach Anwendung ein
Ausgleich im Submillimeter bzw. Millimeterbereich bis in den Zentimeterbereich.
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Zweckmäßigerweise
sind die elektrischen Kontakte für
die Leiter der der Hochstrom-Koaxialverbindung zugehörigen Koaxialleitung
durch wenigstens ein Isolierelement voneinander getrennt. Die elektrischen
Kontakte, die dem in die Koaxialver bindung einlaufenden Außenleiter
bzw. dem Innenleiter zugeordnet sind, sind also gegeneinander isoliert. Das
Isolatormaterial ist dabei so zu wählen, dass sich der gewünschte dielektrische
Verlustfaktor ergibt. Das bzw. die Isolierelemente trennen im allgemeinen Fall
nicht nur die elektrischen Kontakte, sondern insgesamt den Innen-
bzw. Außenleiter
einer Koaxialverbindung im Bereich der Steckverbindung bzw. im Bereich
eines Koaxialkabels. Die Isolierelemente für jeweils einen Kontakt können bei
der erfindungsgemäßen Hochstrom-Koaxialverbindung
mehrteilig ausgebildet sein und insbesondere an beiden Steckelementen
vorhanden sein, um beim Ineinanderstecken insgesamt ein einheitliches
geschlossenes Isolierteil auszubilden.
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An
wenigstens einem Steckelement kann wenigstens ein Stiftelement,
insbesondere aus einem glasfaserverstärkten Kunststoff, und/oder
ein Bund mit einer Mutter zur Fixierung der relativen Lage der beiden
die Kontaktflächen
aufweisenden koaxial zueinander angeordneten Bereiche des Steckelements
vorgesehen sein. Es kann also ein Stift aus einem Glasfaserkunststoff
oder einem anderen geeigneten Material verwendet werden, um die unterschiedlichen
Bereiche eines einzelnen Steckelements in ihrer Position zueinander
zu sichern. Dies kann ebenso bzw. ergänzend über Anordnungen mit Muttern
erreicht werden. Das Stiftelement bzw. die Stiftelemente werden
zweckmäßigerweise
ebenso durch vorhandene Isolierelemente geführt, so dass insgesamt eine
Stabilisierung des Steckelements erreicht wird.
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Darüber hinaus
betrifft die Erfindung eine Gradientenspule mit angeschlossener
Hochstrom-Koaxialleitung als Teil eines Magnetresonanzgeräts, bei
der die Hochstrom-Koaxialleitung über eine Hochstrom-Koaxialverbindung
wie vorstehend beschrieben angeschlossen ist. Die Gradientenspule ist
also mit Hilfe der Verbindung an die den Strom zuführende Hochstrom-Koaxialleitung, die
einen Strom von mehreren 100 A führt,
angeschlossen. Diese Verbindung wird mit Hilfe von zwei koaxialen
Federkontaktelementen wie vorstehend beschrieben reali siert. Jedes
Federkontaktelement stellt dabei die Verbindung für einen
der beiden Leiter der Koaxialleitung her. Damit wird eine sichere
Kontaktierung, die insbesondere gegenüber Längsverschiebungen in Richtung
der Koaxialachse tolerant ist, erreicht. Das Auftreten hoher Wechselkräfte im Streufeld
des Magneten des Magnetresonanzgeräts und die damit einhergehende
hohe dynamische Materialbeanspruchung können vermieden werden. Der
Kontakt wird, beispielsweise über
lamellenartig ausgebildete Federn, sicher gewährleistet.
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Erfindungsgemäß kann ein
Steckelement mit der Hochstrom-Koaxialleitung
verbunden sein, während
das andere Steckelement an der Gradientenspule angeordnet ist. Somit
ist für
eine Zuführung
des Stroms lediglich ein Einstecken des mit der Hochstrom-Koaxialleitung
verbundenen Steckelements erforderlich.
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Vorteilhafterweise
kann ein Steckelement an der Gradientenspule eingegossen oder einlaminiert sein.
In diesem Fall ergibt sich ein fester bzw. unlösbarer Kontakt zur Gradientenspule.
Der Kontakt zur Gradientenspule muss also lediglich einmal hergestellt
werden, bevor der Gussvorgang bzw. das Laminieren stattfinden. Über eine
kraft- und formschlüssige
Fixierung des einen Steckelements durch Eingießen oder Einlaminieren wird
gewährleistet,
dass im Anschlussbereich keine störenden Bewegungen bzw. Lockerungen
der Verbindung zur Gradientenspule auftreten können. Somit kann insgesamt über die
Betriebszeit des Magnetresonanzgeräts betrachtet eine sichere
und weitgehend störunanfällige Stromverbindung
realisiert werden.
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Das
eingegossene und/oder einlaminierte Steckelement kann wenigstens
einen Verschaltungsring aufweisen. Damit oder mit Hilfe anderer
Verbindungselemente kann der Kontakt zur Spule bzw. der Anschluss
an diese hergestellt und gewährleistet werden.
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Die
verwendete Hochstrom-Koaxialverbindung ist zweckmäßigerweise
zum Führen
eines Stroms von wenigstens 500 A, insbesondre von wenigstens 600
A, ausgelegt. Dies sind die Ströme,
die für
Gradientenspulen in der Magnetresonanztomographie erforderlich sind
und die demgemäß die verwendete
Hochstrom-Koaxialverbindung
tragen können
muss. Aus Sicherheitsgründen
ist es vorzuziehen, wenn die Hochstrom-Koaxialverbindung auch für höhere Ströme ausgelegt
ist, beispielsweise für Ströme von 700
A oder darüber.
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Erfindungsgemäß kann somit
durch die Hochstrom-Koaxialverbindung
mit den beiden koaxialen Federkontaktelementen bzw. bei der erfindungsgemäßen Gradientenspule
ein vibrationsunempfindlicher, lorenzkraftarmer und sicherer Anschluss
von Hochstrom-Koaxialleitungen an Gradientenspulen erfolgen. Der
Anschluss ermöglicht
einen Toleranzausgleich in Achsrichtung, also in Längsrichtung
der Verbindung, ohne dass ein Aufspalten der Koaxialleitung in zwei
Einzelleitungen erforderlich wäre.
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Weitere
Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus
den folgenden Ausführungsbeispielen
sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:
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1 das
Kontaktierungsprinzip einer erfindungsgemäßen Hochstrom-Koaxialverbindung,
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2 die
Steckelemente einer erfindungsgemäßen Hochstrom-Koaxialverbindung
im Längsschnitt,
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3A + 3B eine
Aufsicht auf zwei Steckelemente einer erfindungsgemäßen Hochstrom-Koaxialverbindung
und
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4 eine
Prinzipdarstellung einer erfindungsgemäßen Gradientenspule mit angeschlossener
Hochstrom-Koaxialleitung.
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In
der 1 ist das Kontaktierungsprinzip einer erfindungsgemäßen Hochstrom-Koaxialverbindung 1 dargestellt.
Ein erstes, hier nicht näher
im Detail dargestelltes Steckelement, bei dem es sich um das weiter
von der Gradientenspule entfernte Steckelement handelt, weist einen
mittigen Kontaktbolzen 2 auf, mit dem der Innenleiter einer
hier nicht gezeigten mit dem Steckelement verbundenen Koaxialleitung
kontaktiert ist. Ein radial weiter außen angeordnetes Buchsenelement 3 steht,
beispielsweise über eine
entsprechende Schweiß-
oder Lötverbindung, mit
dem Außenleiter
der Koaxialleitung in Verbindung.
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Das
zweite gradientenspulenseitig angeordnete Steckelement weist ein
radial weiter innen gelegenes Buchsenelement 4 sowie ein
radial weiter außen
angeordnetes Buchsenelement 5 auf. Die Oberflächen des
Kontaktbolzens 2 bzw. der Buchsenelemente 3–5,
bei denen es sich um Kontaktbuchsen handelt, bilden Kontaktflächen 6a und 6b für die Verbindung
für den
Innenleiter bzw. 7a und 7b für die Verbindung bezüglich des
Außenleiters
aus, also eine vollständige
Anschlussmöglichkeit
für beide
Polaritäten.
Zwischen den jeweiligen Kontaktflächen 6a, 6b bzw. 7a, 7b sind
zwei Federkontaktelemente 8 und 9 angeordnet, über die
der elektrische Kontakt zwischen den beiden Steckelementen bzw.
deren Kontaktflächen 6a, 6b und 7a, 7b hergestellt
wird. Die Federkontaktelemente 8 und 9 sind hierzu
unmittelbar zwischen den in Kontakt zu bringenden Kontaktflächen 6a, 6b bzw. 7a, 7b der
beiden Steckelemente angeordnet. Die Kontaktflächen 6a, 6b sowie 7a und 7b weisen
dabei ebenso wie die Federkontaktelemente 8 und 9 eine
axiale Ausrichtung, also eine Ausrichtung parallel zur Achse der
Hochstrom-Koaxialverbindung auf.
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Der
Innenbereich mit dem Kontaktbolzen 2, dem Federkontaktelement 8 sowie
dem Buchsenelement 4 ist vom Außenbereich mit den Buchsenelementen 3 und 5 und
dem Federkontaktelement 9 durch ein Isolierelement 10 getrennt.
Die Federkontaktelemente 8 und 9 bilden Zylindermäntel aus
in Achsrichtung, also längs,
angeordneten Federlamellen aus. Damit ist für die e lektrische Kontaktierung ein
gewisser Toleranzbereich in axialer Richtung gegeben, so dass ohne
Unterbrechung des elektrischen Kontakts eine Längsverschiebung der beiden Steckelemente
gegeneinander toleriert werden kann.
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In
der 2 sind die Steckelemente 11 und 12 einer
erfindungsgemäßen Hochstrom-Koaxialverbindung 13 im
Längsschnitt
dargestellt. Das Steckelement 11 befindet sich dabei teilweise
in einer Vergussmasse 14, in der es zusammen mit dem Bauteil eingegossen
ist, dem über
das Steckelement 11 Strom zugeführt werden soll. Zum Anschluss
sind vorliegend Verschaltungsringe 15 vorgesehen.
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Das
Steckelement 11 weist eine bezüglich der Achse der Koaxialverbindung
achsnähere
Kontaktbuchse 16 sowie eine achsfernere Kontaktbuchse 17 auf.
Zwischen den beiden Kontaktbuchsen 16 und 17 ist
ein Isolierelement 18 angeordnet.
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Die
Kontaktflächen 19 und 20 der
Kontaktbuchsen 16 und 17, über die der elektrische Kontakt zu
den entsprechenden Kontaktflächen
des anderen Steckelements 12 hergestellt werden soll, sind
in der Form von Zylindermänteln
ausgebildet. Auf diesen Kontaktflächen 19 bzw. 20 sind
Federkontaktelemente 21 und 22 angeordnet, die
der direkten elektrischen Kontaktierung zwischen den beiden Steckelementen 11 und 12 dienen.
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Über ein
Stiftelement 23 werden die einzelnen Bestandteile des Steckelements 11 in
ihrer Lage zueinander fixiert.
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Das
zweite Steckelement 12, in das die Koaxialleitung mit dem
Innenleiter 24 sowie dem Außenleiter 25 eingeführt wird,
weist ein inneres Bolzenelement 26 sowie ein äußeres Buchsenelement 27 auf, deren
Oberflächen
jeweils im zusammen zu steckenden Bereich Kontaktflächen 28 und 29 zur
Herstellung des elektrischen Kontakts aufweisen. Werden die Steckelemente 11 und 12 nun
zusammengeführt, so
werden über
die Federkontaktelemente 21 und 22 die jeweiligen
Kontaktflächen 19 und 28 sowie 20 und 29 miteinander
in Kontakt gebracht, so dass für die beiden
Polaritäten über das
den Leitern der Koaxialleitung zugeordnete Federkontaktelement 21 bzw. 22 der
elektrische Kontakt zwischen den Steckelementen 11 und 12 der
Koaxialverbindung hergestellt wird. Dieser Kontakt ist durch die
axiale Ausprägung
der Federkontaktelemente 21 und 22 gegenüber einer gewissen
Längsverschiebung
tolerant, der Kontakt bleibt also auch bei in Längsrichtung wirkenden Kräften, durch
die die beiden Steckelemente 11 und 12 gegeneinander
bewegt werden, in einem gewissen Rahmen uneingeschränkt bestehen.
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Auch
das zweite Steckelement 12 weist ein Stiftelement 30 auf,
um die Position der Bestandteile des Steckelements 12 gegeneinander
zu fixieren. Das Bolzenelement 26 sowie das Buchsenelement 27 sind
durch ein Isolierelement 31 voneinander getrennt.
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Mit
den beiden Steckelementen 11 und 12 kann so ohne
weiteres ein koaxialer Anschluss hergestellt werden, der in der
Lage ist, auch sehr hohe Ströme,
beispielsweise die Ströme
zur Versorgung einer Gradientenspule, zu tragen. Über die
beiden koaxial zueinander angeordneten Federkontaktelemente 21 und 22,
also die beiden Federelemente, die umlaufend um die Achse der Koaxialverbindung
ausgebildet sind, wird ein sicherer Kontakt gewährleistet.
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Die 3A und 3B zeigen
eine Aufsicht auf zwei Steckelemente 32 und 33 einer
erfindungsgemäßen Hochstrom-Koaxialverbindung.
Das Steckelement 32 der 3A weist
dabei einen Aufbau aus zwei Buchsen 34 und 35 auf,
zwischen denen ein Isolatorelement 36 angeordnet ist. Auf
den inneren Oberflächen
der Buchsen 34 und 35 sind jeweils in Achsrichtung
verlaufende Federkontaktelemente 37 und 38 dargestellt,
die die Längsachse
des Steckelements umlaufend umgeben und koaxial zueinander ausgerichtet
sind. Diese Federkontaktelemente 37 und 38 sind
jeweils aus einzelnen Lamellen aufgebaut, die ihrerseits in Achsrichtung
verlaufen.
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Das
Steckelement 33 der 3B bildet
das Gegenstück
zum Steckelement 32 der 3A und weist
dementsprechend einen inneren Bolzen 39 sowie eine äußere Buchse 40 auf.
Werden die Steckelemente 32 und 33 ineinander
gesteckt, so wird der Kontakt zwischen der Oberfläche des
Bolzens 39 sowie der Buchse 34 über das
Federkontaktelement 37 mit seiner Lamellenstruktur hergestellt,
während
der Kontakt zwischen der Buchse 40 sowie der Buche 35 über die
Federkontaktelement 38 vermittelt wird. So werden über die
koaxialen Federkontaktelemente 37 und 38 die Kontakte
bzw. Anschlüsse
für die
unterschiedlichen Polaritäten
gesichert, wobei die Lamellenstruktur der Federkontaktelemente 37, 38 besonders
vorteilhaft einen sicheren Kontakt bei einer gleichzeitigen axialen
Toleranz gewährleistet.
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Über die
zylindrischen Elemente 41 und 42 wird ein Anschlag
beim Zusammenstecken der Steckelemente 32 und 33 vorgegeben.
Das zylindrische Element 42 weist ebenso wie das zylindrische Element 43 der 3A ein
Außengewinde
auf, über das
sich eine Fixierungsmöglichkeit
ergibt. Weiterhin können
die Elemente als Muttern ausgebildet sein, über die im Zusammenwirken mit
einem Bund die Anordnung der einzelnen Bestandteile des Steckelements 32 bzw. 33 relativ
zueinander fixiert wird.
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Die 4 zeigt
schließlich
eine Prinzipdarstellung einer erfindungsgemäßen Gradientenspule 44 mit
angeschlossener Hochstrom-Koaxialleitung 49. Die Gradientenspule 44 ist
hier lediglich skizziert dargestellt, wozu einzelne Windungen 45 angedeutet wurden.
Die Gradientenspule 44 ist in einer Vergussmasse 46 eingegossen,
wodurch sie sicher in ihrer Lage fixiert wird. Der Anschluss für die beiden
Polaritäten
zwischen der Gradientenspule 44 und der Koaxialleitung 49 wird über zwei
Steckelemente 47 und 48 realisiert, bei denen
die Kontaktierung jeweils im Hinblick auf den in das Steckelement 47 eingeleiteten Außenleiter
und den Innenleiter über
ein Federkontaktelement hergestellt wird, das zwischen Kontaktflächen von
Buchsen bzw. Bolzen der Steckelemente 47 und 48 angeordnet
ist.
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Die
Kontaktierung mit Hilfe der Federkontaktelemente, die im Hinblick
auf die Achse der Koaxialverbindung koaxial zueinander angeordnet
sind, ermöglicht
einen Anschluss der Gradientenspule 44, der gleichzeitig
vibrationsunempfindlich, lorenzkraftarm und sicher ist.
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- 1
- Hochstrom-Koaxialverbindung
- 2
- Kontaktbolzen
- 3
- Buchsenelement
- 4
- Buchsenelement
- 5
- Buchsenelement
- 6a,
6b
- Kontaktfläche
- 7a,
7b
- Kontaktfläche
- 8
- Federkontaktelement
- 9
- Federkontaktelement
- 10
- Isolierelement
- 11
- Steckelement
- 12
- Steckelement
- 13
- Hochstrom-Koaxialverbindung
- 14
- Vergussmasse
- 15
- Verschaltungsringe
- 16
- Achsnähere Kontaktbuchse
- 17
- Achsfernere
Kontaktbuchse
- 18
- Isolierelement
- 19
- Kontaktfläche
- 20
- Kontaktfläche
- 21
- Federkontaktelement
- 22
- Federkontaktelement
- 23
- Stiftelement
- 24
- Inneneleiter
- 25
- Außenleiter
- 26
- Bolzenelement
- 27
- Buchsenelement
- 28
- Kontaktfläche
- 29
- Kontaktfläche
- 30
- Stiftelement
- 31
- Isolierelement
- 32
- Steckelement
- 33
- Steckelement
- 34
- Buchse
- 35
- Buchse
- 36
- Isolatorelement
- 37
- Federkontaktelement
- 38
- Federkontaktelement
- 39
- Bolzen
- 40
- Äußere Buchse
- 41
- Zylindrisches
Element
- 42
- Zylindrisches
Element
- 43
- Zylindrisches
Element
- 44
- Gradientenspule
- 45
- Windungen
- 46
- Vergussmasse
- 47
- Steckelement
- 48
- Steckelement
- 49
- Hochstrom-Koaxialleitung