DE102007010414A1

DE102007010414A1 - Wickelkörper für elektromagnetische Undulatoren

Info

Publication number: DE102007010414A1
Application number: DE200710010414
Authority: DE
Inventors: Markus Dipl.-Ing. Borlein (FH); Günther Dr.rer.nat. Sikler; Johannes Amend
Original assignee: Babcock Noell GmbH
Current assignee: Bilfinger Noell GmbH
Priority date: 2007-03-01
Filing date: 2007-03-01
Publication date: 2008-09-04

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Wickelkörper für elektromagnetische, insbesondere für supraleitende Undulatoren und Wiggler aus NbTi-, Nb<SUB>3</SUB>Sn- oder Hochtemperatur-Superleiter, bestehend aus dem Wickelkörper und dessen Wicklungen, wobei der Wickelkörper (1) aus Blechen (2, 2') besteht, die durch Verbindungselemente zusammengehalten werden.

Description

Die Erfindung betrifft einen Wickelkörper für elektromagnetische Undulatoren entsprechend den kennzeichnenden Merkmalen des ersten Patentanspruches.
Die Erfindung ist geeignet für den Einsatz von Undulatoren und Wigglern, die als Bauteile in Synchrotroneinrichtungen Anwendung finden. Undulatoren und Wiggler werden für die Erzeugung von Röntgenstrahlen in Synchrotronstrahlungsquellen eingesetzt.
Aus DE 103 58 225 B3 ist ein Undulator und ein Verfahren zu dessen Betrieb zur Erzeugung eines Synchrotronstrahles aus einem in diesen eingebrachten Teilchenstrom bekannt, der aus mindestens zwei Teil-Undulatoren besteht, wobei jeder Teil-Undulator ein supraleitendes Material umfaßt, das bei der Beaufschlagung mit einem Strom ein Undulatorfeld erzeugt, das senkrecht zur Richtung des Stromes angeordnet ist. Das supraleitende Material in den einzelnen Teil-Undulatoren ist derart angeordnet, daß die in den Teil-Undulatoren erzeugten Undulatorfelder nicht parellel zueinander stehen. Dieser Undulator eignet sich zur Einstellung und Änderung der Polarisationsrichtung der Synchrotronstrahlung ohne mechanische Bewegung.
Supraleitende Undulatoren bzw. Wiggler weisen in der Regel eine Baulänge von ca. 2 m auf. Sie bestehen aus einem kompakten Körper, der ein Eisenkörper sein kann. Um diesen Körper sind Wicklungen angeordnet, die aus Draht bestehen, der den Leiter darstellt. Dabei kann es sich um Kupfer oder ein anderes geeignetes Material, z. B. auch Hochtemperatur-Supraleiter, handeln. Der Wickelkörper besteht aus massivem, vollem Material. Die Bearbeitung derartig großer Körper birgt aufgrund von Größe und Gewicht nicht nur in der Handhabung Nachteile. Hohe Temperaturen während der Fertigung können zu Spannungen und dem Verziehen des Körpers führen. Weiterhin ist eine genaue Herstellung der Teile nur mit erheblichem Fertigungs- und Materialaufwand möglich. Darüber hinaus ist es problematisch, derartige Wickelkörper mit unterschiedlichen Materialien auszuführen, wodurch den Einsatzmöglichkeiten Grenzen gesetzt sein können.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen Wickelkörper für elektromagnetische Undulatoren und Wiggler zu entwickeln, dessen Herstellung und Handhabung einfach ist, hohe Temperaturen nur geringe Materialspannungen zur Folge haben und bei dem das Material im Wickelkörper problemlos sowohl axial als auch radial variierbar ist.
Diese Aufgabe wird durch einen Wickelkörper entsprechend den Merkmalen des ersten Patentanspruches gelöst.
Unteransprüche geben vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung wieder.
Die erfindungsgemäße Lösung sieht einen Wickelkörper für elektromagnetische, insbesondere supraleitende Undulatoren und Wiggler vor, welcher aus NbTi-, Nb₃Sn- oder Hochtemperatur-Superleiter besteht, wobei der Wickelkörper aus Blechen zusammengesetzt ist, die durch Verbindungselemente zusammengehalten werden.
Vorteilhaft ist es, wenn die Bleche unterschiedliche Dicken aufweisen. Die Bleche können zu Paketen gleicher Dicke zusammengefaßt sein. Es ist auch möglich, die Pakete mit Blechen unterschiedlicher Dicke zusammenzufassen. Weiterhin ist es vorteilhaft, daß die Bleche aus unterschiedlichen Materialien bestehen, wobei vorzugsweise metallische Materialien und Legierungen verwenden werden sollten.
Vorteilhaft ist es, als Verbindungselemente Schrauben und Muttern anzuordnen. Mit diesen können über Bohrungen die Bleche miteinander verbunden sein.
Es ist aber weiterhin ebenso vorteilhaft, an den Blechen des Wickelkörpers seitlich Führungselemente anzuordnen, die die Bleche zusammendrücken und auf diese Weise das Verbindungselement bilden. Dabei kann es sich um Klammern oder klammerartige Vorrichtungen handeln, wie sie dem Techniker bekannt sind.
Weiterhin ist es vorteilhaft, das die Wicklungen aus Draht zwischen den Blechen angeordnet sind. Durch Bleche unterschiedlicher Größe und unterschiedlichen Durchmessers können so auf einfache Weise Wickelkörper mit nutförmigen Zwischenräumen zwischen den Blechen zusammengestellt werden, ohne daß spanabhebende Bearbeitungsmethoden zum Herstellen des Wickelkörpers angewendet werden müssen. Durch die Bevorratung und den Zusammenbau von Blechen unterschiedlicher Form und unterschiedlicher Größe kann auf diese Weise ein Wickelkörper zusammengestellt werden, der einer vorgegebenen Höhe, vorgegebenen Materialeigenschaften, Nutbreiten und einzulegenden Wicklungen entspricht.
Vorzugsweise weist der Wickelkörper liegend in Sicht von vorn eine ovale Form auf. Ebenso vorteilhaft ist aber ein D-förmiger Winkelkörper.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die obere und die untere Schicht der Bleche (Stirnplatten) eine einheitliche und eine größere Dicke aufweist, als alle anderen Schichten der Bleche. Denkbar ist es aber auch, wenn in vorteilhafter Weise die obere und die untere Schicht des Wickelkörpers, die Stirnplatten aus Vollmaterial bestehen und dazwischen Bleche entsprechend der betrieblichen Forderungen angeordnet sind.
Weiterhin ist es vorteilhaft, daß in den Blechen Nuten für den Draht der Wicklung angeordnet sind, damit der Draht von einer Wicklung zur anderen Wicklung über ein Zwischenblech gelegt werden kann, welches diese Nut aufweist.
Der erfindungsgemäße Wickelkörper hat den Vorteil, daß er aus Blechen entsprechend vorgegebenen Anforderungen vor Ort so zusammengebaut werden kann, wie er benötigt wird, wodurch aufwendige spanabhebende Herstellungsverfahren ebenso entfallen wie ein aufwendiger Transport des gesamten Körpers. Eine hohe Fertigungsgenauigkeit sowie eine Variation der eingesetzten Materialien über die Höhe des Wickelkörpers ist unproblematisch herstellbar.
Im Folgenden wird die Erfindung einem Ausführungsbeispiel und vier Figuren näher erläutert. Die Figuren zeigen:
1: Wickelkörper aus Blech in Sicht von vorn
2: Wickelkörper aus Blech in Ansicht von oben
3: Wickelkörper in Ansicht von der Seite
4: Schnitt A-A aus 1.
Die 1 zeigt einen Wickelkörper 1 für eine Undulator-Hälfte, zusammengesetzt aus Blechen 2, 2' von vorn, wobei die Bleche 2, 2' mittels Spannschraube 5 und Mutter 4 zusammengehalten werden. Der Wickelkörper 1 weist liegend von vorn eine ovale Form auf. Aus der 2 und 3 ist zu entnehmen, daß die Stirnplatten 8, die sich in den oberen und unteren Schichten befinden, jeweils den gleichen Durchmesser aufweisen. Die Bleche 2, 2' zwischen den Stirnplatten 8 weisen eine unterschiedliche Dicke und auch einen unterschiedlichen Umfang auf. Wie die 3 zeigt, bilden Bleche mit großem Umfang und mit kleinem Umfang Rillen, in die die Wicklungen 3 eingelegt sind. Die Wicklungen werden nur in den 3 und 4 gezeigt.
Die 2 zeigt Nuten 6 in den Blechen 2, 2', die erforderlich sind, damit die Wicklungen 3 quer zu den Blechen geführt werden können. Die Umkehrnut 7 ermöglicht es, die Wickung 3 wieder zurückzuführen und so jede zweite Nut 6 im entgegengesetzten Wickelsinn zu bewickeln.
Die vorliegende Ausführung des Wickelkörpers 1, bestehend aus Blechpaketen 2, 2', bietet den Vorteil der leichten Herstellung und Verarbeitbarkeit. Als Draht findet Nb₃Sn-Sb für die Wicklung 3 Anwendung. Während der Bearbeitung entstehen geringere Materialspannungen, insbesondere bei der Verwendung von Nb₃Sn-Superleitern in Wind- and React-Technologien, bei denen die Wicklungen samt dem Wickelkörper nach dem Fertigstellen auf eine Temperatur von ca. 700°C gebracht werden, bringen bei den vorliegenden Ausführungen geringe Spannungen einen geringen Verzug und somit ein bestmögliches Einhalten der bei der Fertigung zu erreichenden Toleranzen mit sich. Weiterhin ist eine modulare Bauweise möglich. Die Ausführung ermöglicht es auch, Undulatoren und Wiggler während des Betrieb mit veränderlichem Feld zu betreiben, indem eine geeignete Beschichtung der Metalloberfläche, z. B. eine Oxidschicht, beim Rampen entstehende Wirbelstromverluste und die damit entstehende Erwärmung reduziert. Weiterhin können benötigte Periodenlängen äußerst reproduzierbar und mit permanent gleichen Toleranzen durch die einfache Anpassung der Blechstärke hergestellt werden. Darüber hinaus lassen sich auch die Blechpakete rasch und unkomplizierter zerlegen. Dadurch ist es prinzipiell möglich, nach der Reaktion eines Nb₃Sn-Leiters das Paket wieder zu demontieren und den reagierten Leiter auf seinen endgültig, ebenfalls geblechten Träger zu geben. Dadurch ergibt sich ein weiterer Vorteil hinsichtlich der erreichten Toleranzen und es bietet sich die Möglichkeit, auch andere Materialien als Träger einzusetzen, die beispielsweise der hohen Temperatur während der Reaktionsglühung nicht standhalten würden. Weiterhin ist es möglich, zusätzlich isolierende Zwischenschichten einzufügen oder verschiedene Materialien, z. B. auch ferromagnetische Materialien, sowohl in axialer als auch in radialer Richtung miteinander zu kombinieren.

1: Wickelkörper
2: Blech (dick)
2': Blech (dünn)
3: Wicklung
4: Mutter
5: Spannschraube
6: Nuten in 2 und 2'
7: Umkehrnut
8: Stirnplatten, obere und untere Schichten

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 10358225 B3 [0003]

Claims

Wickelkörper für elektromagnetische, insbesondere für supraleitende Undulatoren und Wiggler aus NbTi-, Nb₃Sn- oder Hochtemperatur-Superleiter, bestehend aus dem Wickelkörper und dessen Wicklungen, dadurch gekennzeichnet, daß – der Wickelkörper (1) aus Blechen (2, 2') besteht, die durch Verbindungselemente zusammengehalten werden.
Wickelkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bleche (2, 2') unterschiedliche Dicken aufweisen.
Wickelkörper nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bleche (2, 2') zu Paketen zusammengefügt sind.
Wickelkörper nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Bleche (2, 2') aus unterschiedlichen, nicht nur metallischen Materialien bestehen (können).
Wickelkörper nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Bleche (2, 2') aus metallischen Materialien bestehen.
Wickelkörper nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklungen (3) aus Draht zwischen zwei Blechen (2') angeordnet sind.
Wickelkörper nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils ein Draht der Wicklung (3) auf einem dicken Blech (2) zwischen zwei dünnen Blechen (2') angeordnet ist.
Wickelkörper nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß als zusammenhaltendes Verbindungselement Schrauben (5) und Muttern (4) angeordnet sind.
Wickelkörper nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß seitliche Führungselemente als Verbindungselemente angeordnet sind.
Wickelkörper nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Form des Wickelkörpers (1) in Sicht liegend von vorn eine ovale Form darstellt.
Wickelkörper nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Wickelkörper (1) in Sicht liegend von vorn eine D-Form darstellt.
Wickelkörper nach den Ansprüchen 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die obere und die untere Schicht (8) der Bleche (2) eine einheitliche und eine größere Dicke aufweisen als die anderen Schichten der Bleche (2, 2').
Wickelkörper nach den Ansprüchen 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die oberen und die unteren Schichten (8) des Wickelkörpers aus Vollmaterial bestehen.
Wickelkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß in den Blechen (2, 2') Nuten (6, 7) für den Draht der Wicklung (3) angeordnet sind.