DE102007043443B4

DE102007043443B4 - Verfahren zur Herstellung einer gewölbten Spule und zugehörige Wickelplatte

Info

Publication number: DE102007043443B4
Application number: DE102007043443A
Authority: DE
Inventors: Thomas Kolbeck; Johann Schuster; Lothar SCHÖN; Stefan Stocker
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2007-09-12
Filing date: 2007-09-12
Publication date: 2009-06-10
Anticipated expiration: 2027-09-13
Also published as: DE102007043443A1; CN101387695A; US20090066463A1; CN101387695B; US7782167B2

Abstract

Verfahren zur Herstellung einer gewölbten Spule, insbesondere einer Teilspule einer Gradientenspule für ein Magnetresonanzgerät, bei welchem Verfahren wenigstens ein Leiter entsprechend einem vorgegebenen Muster auf eine Wickelplatte gewickelt wird, wobei eine aus mehreren relativ zueinander bewegbaren Plattenelementen bestehende Wickelplatte verwendet wird, die nach dem Aufwickeln des Leiters in eine gewölbte Form gebracht wird, in welcher der Leiter unter Beibehaltung der gewölbten Form fixiert wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer gewölbten Spule, insbesondere einer Teilspule einer Gradientenspule für ein Magnetresonanzgerät, sowie eine Wickelplatte zur Verwendung in diesem Verfahren.
Großflächige Spulen, beispielsweise Teilspulen einer Gradientenspule eines Magnetresonanzgeräts, werden üblicherweise dadurch hergestellt, dass ein im Durchmesser einen oder mehrere Millimeter betragender Draht in die Nut einer Wickelplatte eingebracht wird. Der Nutverlauf entspricht im Falle einer Gradiententeilspule einem vorbestimmten Muster, das wiederum hinsichtlich der mittels der Teilspule zu erzeugenden magnetischen Felder ausgelegt ist. Nach dem Einwickeln des Leiters, der in der eingewickelten Position etwas aus der Nut herausragt, wird üblicherweise eine Trägerplatte aufgesetzt, die über eine Klebeschicht fest mit dem Leiter verbunden wird. Nachdem Gradientenspulen üblicherweise zylindrische Spulen sind, ist es zwangsläufig erforderlich, die derart hergestellte Teilspule auf einen entsprechenden Radius zu biegen, also zu wölben, so dass sie in die Gradientenspule, die bekanntlich aus mehreren solcher Teilspulen sowie weiteren magnetfelderzeugenden beziehungsweise abschirmenden Komponenten besteht, integriert werden kann, wonach die Gradientenspule samt sämtlicher Komponenten mit einem Isoliermaterial, vorzugsweise einem Gießharz vergossen wird. Diese Verformung erfolgt auf mechanische Weise, das heißt, der Verbund aus Leiter, üblicherweise einem Kupferleiter, und isolierender Trägerplatte, die den Leiter vollflächig belegt, wird zur Wölbung der Teilspule mittels einer Presse oder einer Rolleinrichtung verformt. Hierbei treten hohe Scherspannungen zwischen dem Leiter und der Trägerplatte auf, welche hohe An forderungen an die Haft- und Scherfestigkeit des verwendeten Klebstoffs sowie die Trägerplatte selbst stellen. Diese Scherspannungen werden umso größer, je enger der Biegeradius ist. Für manche Spulen wie beispielsweise eine Kopfspule als Teil eines Magnetresonanzgeräts werden sehr enge Biegeradien geformt. Diese hohen Scherspannungen können nun dazu führen, dass sich die Verklebung beim Verformen lokal löst oder aufgrund der hohen Spannungsbelastung zu einem späteren Zeitpunkt löst, was entweder die Teilspule unbrauchbar macht oder nach bereits erfolgter Integration in die Gradientenspule zu Problemen beim Betrieb derselben führt.
In der DE 42 32 882 A1 wird bei einer Vorrichtung zum Wickeln von Fingerprint-Spulen vorgeschlagen, an festgelegten Punkten einer Platte Stifte zu fixieren, die Umlenkpunkte für die Wicklungen definieren. Zum leichteren Wickeln nach der Aushärtung wird vorgeschlagen, den Leiter aus mehreren Einzelleitern zusammenzusetzen, so dass der zum Wickeln erforderliche Kraftaufwand geringer wird.
Eine Technik zum Herstellen von Scheiben- bzw. Sattelspulen in MR-Systemen beschreibt die DE 103 07 814 A1 . Zur Herstellung wird dabei vorgeschlagen, einen Teil eines elektrischen Leiters in eine Nut auf einer Wickelplatte einzulegen, die so geformte Leiterbahnanordnung mit einer Trägerplatte zu verkleben, wonach nach Abheben der Trägerplatte ein im Spulenzentrum verbliebener Teil des elektrischen Leiters in eine zweite Ebene gebogen wird, so dass eine radiale innere Leiterzuführung entsteht.
DE 10 2004 005 278 A1 offenbart ein Herstellungsverfahren für nichtzylindrische, zumindest einen divergenten Abschnitt aufweisende Gradientenspulen, worin zunächst eine planere Fingerprint-Spule hergestellt wird, welche dann auf einer Trägerplatte befestigt wird, wonach die Trägerplatte zu einer konischen Fläche gerollt wird. Dabei kann eine Wickelform verwendet werden.
Der Erfindung liegt damit das Problem zugrunde, ein Verfahren anzugeben, das auf einfache Weise die Herstellung einer gewölbten Spule ohne die eingangs genannten Probleme ermöglicht.
Zur Lösung dieses Problems ist bei dem eingangs genannten Verfahren vorgesehen, dass wenigstens ein Leiter entsprechend einem vorgegebenen Muster auf eine Wickelplatte gewickelt wird, wobei eine aus mehreren relativ zueinander bewegbaren Plattenelementen bestehende Wickelplatte verwendet wird, die nach dem Aufwickeln des Leiters in eine gewölbte Form gebracht wird, in welcher der Leiter unter Beibehaltung der gewölbten Form fixiert wird.
Anstelle der bisher verwendeten, ebenen und einstückigen Wickelplatten sieht die Erfindung den Einsatz einer neuartigen Wickelplatte vor, die aus mehreren relativ zueinander beweglichen Plattenelementen besteht. Diese Plattenelemente können bezüglich einander verschwenkt werden, so dass grundsätzlich die Möglichkeit besteht, die Wickelplatte selbst in eine nahezu gewölbte Form, die weitgehend der gewünschten Spulenform entspricht, zu bringen. Zum Herstellen der Teilspule wird nun in die zunächst ebene Wickelplatte der eine oder werden die mehreren Drähte eingewickelt, also in die Nut(en) eingebracht, wobei die einzelnen Plattenelemente selbstverständlich mit den entsprechenden Nutabschnitten versehen sind, die in ihrer Gesamtheit das vorab definierte, fortlaufende Muster ergeben. Anschließend wird die Wickelplatte samt aufgewickeltem Leiter in die gewölbte Form gebracht, was beispielsweise durch Einbringen der ebenen Wickelplatte in eine Presse, die eine Radiusmatrize aufweist, deren Radius dem gewünschten Spulenradius entspricht, und Eindrücken der Wickelplatte mittels eines entsprechend geformten Stempels möglich ist. Nach dem Verformen der Wickelplatte und mit ihr des Leiters wird dieser sodann in der gewölbten Form fixiert, was, worauf nachfolgend noch eingegangen wird, auf unterschiedliche Art und Weise erfolgen kann.
Grundlegend beim erfindungsgemäßen Verfahren ist, dass die Wickelplatte samt Leiter selbst verformt wird, wonach erst die Leiterfixierung erfolgt. Der Leiter wird also in der vorgeformten, gewölbten Position fixiert, so dass die eingangs genannten Probleme, die aus einer Verformung der Verbundstruktur aus Leiter und mit diesem fest verbundene Trägerplatte resultieren, beim erfindungsgemäßen Verfahren nicht auftreten können. Dies ermöglicht es, wenn die Fixierung des gewölbten Leiters beispielsweise über entsprechende platten- oder streifenförmige Fixierelemente, die auf den Leiter geklebt werden, erfolgt, ein einfacheres und kostengünstigeres Klebeverfahren zu nutzen, da die Verbindungsstellen zwischen Fixierelement und Leiter nicht mehr derart ausgelegt sein müssen, dass sie den hohen Spannungen standhalten, die im Stand der Technik aus der Verformung der Verbundstruktur resultieren. Auch bietet dies die Möglichkeit, Fixierelemente zu verwenden, die – nachdem sie nicht aus einem Material sein müssen, das selbst hinreichend verformbar ist – in ihren Materialeigenschaften auf den Einsatzzweck abgestimmt sein können, beispielsweise hinsichtlich ihrer Wärmeleitfähigkeit optimiert sein können, was mitunter zu Lasten der Flexibilität des jeweiligen Fixierelements gehen kann. Auch besteht grundsätzlich die Möglichkeit, den oder die Leiter nur lokal mittels eines Fixierelements zu fixieren, nachdem eine große Verbindungsfläche im Hinblick auf das Fehlen der biegebedingten eingetragenen Spannungen nicht erforderlich ist.
Wie bereits beschrieben, besteht die Möglichkeit, den oder die Leiter mittels wenigstens eines Fixierelements, das auf den gewölbten Leiter aufgebracht wird und das mit diesem fest verbunden wird, insbesondere verklebt wird, zu fixieren. Ein solches Fixierelement kann, ähnlich wie im Stand der Technik, eine Platte sein, die den Leiter vollflächig bedeckt. Alternativ besteht die Möglichkeit, das Fixierelement streifenför mig auszugestalten und mit ihm nur einen Teil des gewölbten Leiters zu bedecken. Ein solches Fixierelement kann grundsätzlich vorgebogen sein, mithin also die entsprechende Wölbung von Haus aus aufweisen. Denkbar ist es aber auch, das entsprechende Fixierelement erst beim Befestigen am Leiter zu biegen, wobei dies grundsätzlich vollkommen unschädlich ist, als die Verbindung, beispielsweise Verklebung, erst nach dem Verbiegen des Fixierelements erfolgt.
Wie beschrieben ist es möglich, streifenförmige Fixierelemente zu verwenden, wobei je nach Größe des Leitermusters auch mehrere solcher Fixierelementsreifen verwendet werden können. Diese können nun in beliebiger Position beziehungsweise Anordnung zueinander auf den oder die plattenseitig vorgesehenen, vorgebogenen Leiter aufgebracht werden. Beispielsweise ist ein sternförmiges Muster bei Herstellung von Fingerprint-Spulen möglich. Es besteht ferner die Möglichkeit, die Fixierelementstreifen in ausgesuchten Positionen zu befestigen, beispielsweise dort, wo mehrere Leiterschleifen relativ eng benachbart zueinander verlaufen, um mit einem Fixierstreifen möglichst viele Leiter zu überdecken. Die Verwendung solcher relativ schmaler Fixierstreifen ist dahingehend von Vorteil, als hierdurch eine sehr gute Durchtränkung des Spulenaufbaus mit Gießharz bei Herstellung und Verguss einer Gradientenspule ermöglicht wird, wie auch, nachdem eine relativ große Fläche nicht mit dem isolierenden Fixierelement belegt ist, der Wärmedurchgang verbessert werden kann. Das heißt, die Entwärmung einer Gradientenspule ist verbessert, höhere Leistungen sind bei gleicher Maximaltemperatur möglich.
Als Fixierelement kann beispielsweise ein aus einem Fasergewebe bestehendes Fixierelement verwendet werden. Hier bietet sich beispielsweise ein Glasfasergewebe an, das in eine entsprechende Trägermatrix wie beispielsweise ein Epoxidharz eingebettet ist. Auch besteht die Möglichkeit, dass ein Fixierelement grundsätzlich aus einem eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweisenden Material besteht, oder ein ein solches Ma terial enthaltendes Fixierelement verwendet wird. Im Falle des Einsatzes eines Fasergewebes, das in eine Trägermatrix eingebunden ist, kann beispielsweise durch Einbringen geeigneter Füllstoffe, wie beispielsweise Al₂O₃ oder BN, die Wärmeleitfähigkeit eines solchen Fixierelements angepasst beziehungsweise optimiert werden.
Dabei besteht bei Verwendung eines oder mehrerer solcher Fixierelemente grundsätzlich die Möglichkeit, diese auf die Außenseite oder die Innenseite des Leiters zu bringen, je nach dem, wie die Teilspule aufgebaut werden soll. Denn die Verwendung der Glieder-Wickelplatte ermöglicht es, den Leiter auf die Platteninnenseite oder die Plattenaußenseite zu wickeln. Je nach Einsatzzweck kann also eine am Innenumfang oder am Außenumfang über ein oder mehrere Fixierelemente fixierte Teilspule hergestellt werden.
Neben dem Herstellen einer Teilspule unter Verwendung eines den Leiter unmittelbar halternden Fixierelements, wobei nach Aufbringen des Fixierelements die fertige Teilspule bestehend aus dem Leiter und dem oder den Fixierelementen aus der Wickelplatte gehoben wird, sieht eine Erfindungsalternative vor, die gewölbte Wickelplatte um einen Wickeldorn einer Wickelmaschine zu legen und den an der zum Wickeldorn weisenden Innenseite der Wickelplatte angeordneten Leiter mit wenigstens einem Spannband am Wickeldorn zu fixieren. Gemäß dieser Erfindungsausgestaltung wird keine quasi eigenstabile Teilspule hergestellt, wie im Fall der Verwendung eines oder mehrerer Fixierelemente, vielmehr wird hier die Wickelplatte samt Leiter direkt um einen Wickeldorn einer Wickelmaschine gelegt. Ein solcher Wickeldorn dient zum schichtweisen Aufbau einer Gradientenspule, das heißt, am Wickeldorn werden die einzelnen Spulenelemente relativ zueinander angeordnet und relativ zueinander fixiert. Anschließend wird der Aufbau entsprechend vergossen. Der erfindungsgemäße Einsatz einer Glieder-Wickelplatte lässt es nun zu, den Leiter nach entsprechender Verformung der Wickelplatte samt Wickelplatte am Wi ckeldorn anzuordnen. Zur Fixierung des Leiters dient ein Spannband, das entsprechend positioniert wird, um den Leiter am Wickeldorn zu fixieren. Anschließend wird die Wickelplatte abgenommen, der Leiter wird mittels des Spannbandes selbst unmittelbar am Wickeldorn gehaltert. Bei dieser Erfindungsausgestaltung wird also keine selbsttragende Teilspule hergestellt, sondern eine quasi instabile Teilspule, bestehend lediglich aus dem Leiter und dem Spannband, das jedoch keine Tragfunktion hat, sondern lediglich der Fixierung des Leiters am Wickeldorn dient.
Zweckmäßigerweise wird das oder werden die Spannbänder vor dem Aufwickeln des Leiters auf die Wickelplatte in diese eingelegt, wozu beispielsweise eine quer zur Verschwenkrichtung der einzelnen Plattenelementen zueinander verlaufende und der Aufnahme des Spannbandes dienende Nut vorgesehen ist. Der Leiter wird also über das Spannband gewickelt, dieses liegt unterhalb des Leiters. In der Montagesituation am Wickeldorn befindet er sich dann an der Leiteraußenseite, so dass dieser auf einfache Weise gespannt und fixiert werden kann.
Dabei ist es denkbar, zwei oder mehr Wickelplatten um den Wickeldorn gleichzeitig zu legen, wobei die mehreren Wickelplatten in ihrer Gesamtheit um 360° um den Wickeldorn umlaufen, und wobei die Spannbänder der benachbarten Wickelplatten miteinander unter Bildung eines um 360° umlaufenden Spannbands verbunden werden. Hier werden die Spannbänder der einzelnen Wickelplatten miteinander verbunden, so dass sie insgesamt ein um 360° umlaufendes Spannband ergibt. Die Spannbandenden jeder Wickelplatte ragen etwas aus dieser heraus, so dass jedes Bandende mit dem benachbarten Bandende der benachbarten Wickelplatte verbunden werden kann. Die drei oder vier oder mehr einzelnen Leiter der jeweiligen Wickelplatten werden so insgesamt und auf gleichem Radius am Wickeldorn fixiert.
Neben dem Verfahren betrifft die Erfindung ferner eine Wickelplatte mit wenigstens einer Nut zur Aufnahme eines auf sie zu wickelnden Leiters, welche Wickelplatte insbesondere zur Verwendung in dem Verfahren der beschriebenen Art geeignet ist, wobei die Wickelplatte erfindungsgemäß aus mehreren relativ zueinander bewegbaren Plattenelementen besteht.
Jedes Plattenelement weist vorzugsweise eine längliche, rechteckige Form auf, wobei zwei Plattenelemente um eine parallel zu ihrer Längskante verlaufende Achse relativ zueinander bewegbar sind. Die Wickelplatte weist also insgesamt eine quadratisch oder rechteckige Form auf, gebildet durch eine beliebige Vielzahl einzelner Plattenelemente, deren Anzahl sich entsprechend der Spulengröße und des gewünschten Biegeradius bestimmt.
Die Relativbeweglichkeit der Plattenelemente zueinander kann auf unterschiedliche Weise realisiert sein. Nach einer ersten Erfindungsausgestaltung können zwei Plattenelemente zur Ermöglichung der Relativbewegung über eine Gelenkverbindung miteinander verbunden sein. Eine solche kann entweder mittels zweier benachbart zueinander liegender Lageraugen, die von einem Achsbolzen durchsetzt sind, gebildet sein. Es ergibt sich also quasi ein Bolzen- oder Wellenscharnier.
Alternativ ist auch denkbar, eine Gelenkverbindung mittels zwei Gelenkabschnitte, von denen der eine den anderen umgreift, zu bilden. An der einen Seite eines Plattenelements ist also ein Umgriffabschnitt, also eine Art seitlich offener Rundhaken ausgeführt, der einen an der anderen Seite des benachbarten Plattenelements befindlichen Gelenkabschnitt schwenkbar umgreift.
Nachdem sich beim Verbiegen der Wickelplatte nur im Bereich der Mittelfaser keine Radiusänderung ergibt, und nachdem das zu haltende Muster des gebogenen Leiters definiert ist, mithin also nur minimale Toleranzen aufweisen darf, sieht eine zweckmäßige Erfindungsausgestaltung vor, dass die Gelenkverbindung derart ausgebildet ist, dass der Abstand zweier gekoppelter Plattenelemente veränderbar ist. Das heißt, es ist ein Längenausgleich zwischen zwei Plattenelementen, realisiert über die Gelenkverbindung, möglich. Dies bietet die Möglichkeit, je nach dem, ob der Leiter sich an der gewölbten Innen- oder Außenseite der Wickelseite befindet, den Ausgleich derart zu gestalten, dass der Leiter in der gewölbten Form exakt der gewünschten Geometrie entspricht und die biegebedingten Längenänderungen an der Plattenaußen- oder -innenseite auszugleichen.
Alternativ zur Realisierung der Beweglichkeit über eine Gelenkverbindung ist es auch denkbar, zwei Plattenelemente über ein biegbares Verbindungselement beweglich miteinander zu verbinden. Ein solches Verbindungselement ist beispielsweise ein Metallstreifen, der mit beiden Plattenelementen fest verbunden, insbesondere verschweißt ist, wobei der Metallstreifen sich vorzugsweise über alle Plattenelemente erstreckt. Ein solcher Metallstreifen, beispielsweise aus Federstahl, bietet eine hinreichende Beweglichkeit der Plattenelemente zueinander, fixiert diese jedoch auch hinreichend sicher. Die Plattenelemente sind in diesem Fall aus Metall, können jedoch auch aus Kunststoff sein, wobei dann der Metallstreifen beispielsweise mit den einzelnen Plattenelementen verschraubt ist. Dies bietet die Möglichkeit, in einem einfachen Extrusionsverfahren hergestellte Plattenelemente zu verwenden, die lediglich noch zur Ausbildung der Wickelnut zu bearbeiten sind. Solche extrudierten Kunststoff-Plattenelemente können auch zur Bildung einer Wickelplatte mit Gelenkverbindungen verwendet werden. Dies macht insgesamt die Herstellung der Gelenk-Wickelplatte einfach und kostengünstig.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:
1 eine Prinzipdarstellung einer erfindungsgemäßen Wickelplatte einer ersten Ausführungsform in einer Aufsicht, als Teilansicht,
2 eine Seitenansicht der Wickelplatte aus 1,
3 eine Seitenansicht der Wickelplatte mit eingewickelten Leiter und aufgesetztem Fixierelement nach Verformung der Wickelplatte,
4 eine Ansicht entsprechend 3 mit an der anderen Seite aufgewickeltem Leiter,
5 eine Detailansicht der Gelenkverbindung zwischen zwei Wickelplatten,
6 eine Seitenansicht einer Wickelplatte einer zweiten Ausführungsform,
7 eine Seitenansicht eines Wickelplattenelements,
8 eine Aufsicht auf die Wickelplatte als Teilansicht,
9 eine Seitenansicht der Wickelplatte mit aufgewickeltem Leiter und aufgebrachtem Fixierelement,
10 eine Aufsicht auf eine dritte Ausführungsform einer Wickelplatte,
11 eine Seitenansicht der Wickelplatte aus 10,
12 eine Seitenansicht mit gebogener Wickelplatte und aufgewickeltem Leiter nebst Fixierelement,
13 eine Aufsicht auf eine vierte Ausführungsform einer Wickelplatte,
14 eine Ansicht eines Wickeldorns mit drei aufgebrachten Wickelplatten entsprechend 13, und
15 eine Ansicht der über ein Spannband fixierten Leiter der drei Wickelplatten aus 14 mit entfernten Wickelplatten.
1 zeigt eine erfindungsgemäße Wickelplatte 1 bestehend aus mehreren im Wesentlichen rechteckigen Plattenelementen 2 aus Metall oder Kunststoff. Je mehr Platenelemente 2 vorgesehen sind, desto besser kann eine gerundete, gewölbte Form erreicht werden. Die einzelnen Plattenelemente 2 sind im Bereich ihrer benachbarten Längskanten über Gelenkverbindungen 3 schwenkbar miteinander verbunden. An jedem Plattenelement sind an der einen Seite ein erstes Lagerauge 4 und an der anderen Seite, dort an den Enden, jeweils zwei Lageraugen 5 vorgesehen. Die Lageraugen 4 und 5 greifen ineinander und werden zur Bildung der Gelenkverbindung über eine Achse oder Welle 6 durchsetzt, was in der Schnittansicht in 1 gezeigt ist. Die beiden Lageraugen 5 sind dabei etwas länglich ausgeführt, siehe 5, so dass eine Querbeweglichkeit zweier benachbarter Plattenelemente 2 möglich ist, das heißt, diese können in ihrem Abstand etwas variieren, um einen Längenausgleich zu ermöglichen. Die beiden Plattenelemente haben also etwas Spiel zueinander.
An der Ober- oder der Unterseite der Wickelplatte 1 ist im gezeigten Beispiel nur gestrichelt dargestellt eine Wickelnut 7 vorgesehen, in die ein Leiter 8 zur Bildung einer Spule eingewickelt werden kann. Die Wickelnut 7 weist ein beliebi ges Muster auf, sämtliche Figurenbeispiele sind lediglich exemplarischer Natur. Ersichtlich setzt sich die Wickelnut 7 von Plattenelement zu Plattenelement fort, so dass sich insgesamt eine geschlossene Schleife ergibt.
Zur Herstellung einer solchen Spule wird nun zunächst der Leiter 8 in die Wickelnut eingebracht, er wird also auf die Wickelplatte 1 aufgewickelt. Sodann wird die Wickelplatte über eine geeignete Presse oder dergleichen mechanisch verformt und gewölbt, siehe 3. Dabei kann über den Längenausgleich der Gelenkverbindungen 3 eine weitgehende Lagestabilität des eingewickelten Leiters und damit Beibehaltung der Leitergeometrie erreicht werden. Das heißt, die Wickelplatte 1 wird samt Leiter 8 in die definierte gewölbte Form gebracht, wie 3 zeigt. Der Leiter 8 steht etwas aus der Wickelnut 7 hervor, zur Fixierung wird im gezeigten Beispiel ein Fixierelement 9 auf die Leiterplattenoberseite aufgebracht, beispielsweise aufgeklebt. Bei diesem Fixierelement kann es sich um ein plattenförmiges Fixierelement handeln, das die gesamte aufgewickelte Leiterstruktur belegt, oder um einzelne Streifen, die nur abschnittsweise über die Leiterplattenstruktur geführt sind. Solche Streifen können nach einem beliebigen Muster verlegt werden. Erforderlich ist lediglich, die eingewickelte Leiterstruktur so zu fixieren, dass die gesamte Teilspule, die in der vorgewölbten Form dann selbsthalternd ist, der Wickelplatte 1 entnommen werden kann. Es erfolgt hier also die Verformung des Leiters in die gewünschte Endform, die die hergestellte Spule haben soll, vor dem Fixieren des Leiters über ein oder mehrere Fixierelemente 9.
4 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem die Wickelnut auf der gegenüberliegenden Wickelplattenseite ist, auch hier ist der Draht bereits eingelegt und die Wickelplatte 1 verformt. Hier befindet sich also der Draht an der Wickelplatteninnenseite (bezogen auf die gewölbte Form), während er in 3 an der Plattenaußenseite angeordnet ist.
6 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Wickelplatte 1, ebenfalls bestehend aus mehreren Plattenelementen 2, die wiederum über jeweilige Gelenkverbindungen 3 relativ zueinander schwenkbar sind. Auch hier verlaufen die Schwenkachsen parallel zu den Längsseiten der rechteckigen Plattenelemente 2. Ein solches Plattenelement 2 ist in 7 separat dargestellt. Es weist an der einen Seite einen ersten im wesentlichen hakenförmigen Gelenkabschnitt 10 und an der anderen Seite einen zweiten nach Art einer Einrollung ausgeführten Gelenkabschnitt 11 auf. Zur Verbindung zweier Plattenelemente 2 umgreift ein hakenförmiger Gelenkabschnitt 10 den benachbarten Gelenkabschnitt 11. Auch hier wird, resultierend aus der Länge des hakenförmigen Gelenkabschnitts, ein Längenausgleich über die Gelenkverbindung 3 realisiert, das heißt, der Abstand zweier Plattenelemente 2 relativ zueinander kann geändert werden. Wie 8 zeigt, ist auch hier exemplarisch und lediglich gestrichelt gezeigt eine Wickelnut 7 vorgesehen, die, siehe 9, im gezeigten Beispiel auf der Plattenoberseite aufgebracht ist. In die Wickelnut 7 ist bei noch ebener Wickelplatte 1 wie in allen anderen Ausführungsfällen auch der Leiter 8 eingewickelt, wonach die Wickelplatte 1 verformt wird, um die gewölbte Form einzunehmen, wobei die einzelnen Plattenelemente 2 um die jeweiligen Gelenkverbindungen schwenken. Anschließend wird auch hier ein Fixierelement 9, bei dem es sich wie beschrieben um ein plattenförmiges oder streifenförmiges oder sonst wie geformtes Fixierelement handeln kann, aufgebracht. Als Fixierelement wird beispielsweise eine Isolierplatte bestehend aus einem Fasergewebe, das in eine Epoxidharz-Trägermatrix eingebettet ist, verwendet, und das an einer Seite eine Klebeschicht aufweist, über die es auf die Leiteroberseite aufgeklebt werden kann. Neben der Verwendung von ebenen Fixierelementen ist auch denkbar, vorgeformte Fixierelemente zu verwenden.
Die 10–12 zeigen eine dritte Ausführungsform einer Wickelplatte 1, die wiederum aus mehreren Plattenabschnitten 2 besteht. Diese sind über biegbare Verbindungselemente 12 schwenkbar zueinander verbunden. Bei den Verbindungselementen 12 handelt es sich beispielsweise um Metallstreifen, vorzugsweise aus Federstahl, die auf die einzelnen Plattenelemente 2, auch hier rechteckiger Form, über eine Punktschweißung aufgeschweißt sind. Im gezeigten Beispiel befinden sich die streifenförmigen Verbindungselemente 12 an der Platteninnenseite, während die auch hier nur gestrichelt dargestellte Wickelnut 7 an der Außenseite der Wickelplatte 1 beziehungsweise der Plattenelemente 2 verläuft. Wie 12 zeigt, ist auch hier der Wickeldraht bereits eingewickelt, was auch hier bei ebener Wickelplatte 1 erfolgt, wonach diese über eine geeignete Verformungsmaschine in die gewölbte Form wie in 12 gezeigt gebracht wird. Dabei ändern die Plattenelemente 2 ihre Relativposition zueinander, bleiben aber dennoch über die Metallstreifen 12 aneinander fixiert. Die Lagefixierung der aufgewickelten Leiter 8 erfolgt auch hier über ein Fixierelement 9 gleich welcher Art. Nach dem Befestigen des Fixierelements 9 auf dem Leiter 8 kann auch hier die eigenstabile Teilspule der Wickelplatte 1 entnommen werden.
13 zeigt eine weitere Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Wickelplatte 1, wiederum bestehend aus mehreren Plattenelementen 2, die auf beliebige Art relativ zueinander beweglich sind. Wiederum ist eine Wickelnut 7 vorgesehen, auch hier nur gestrichelt dargestellt, die an der Plattenoberseite eingebracht, beispielsweise eingefräst, ist. Vorgesehen ist eine weitere Nut 13, die senkrecht zu den jeweiligen Schwenkachsen der Plattenelemente 2 verläuft, und in die jeweils ein Spannband 14 eingelegt ist. Ersichtlich läuft die Wickelnut 7 über die Spannbandnuten 13. Wird nun in jede Nut 13 ein Spannband 14 eingelegt und anschließend der Leiter 8 in die Wickelnut eingewickelt, so läuft er oberhalb der Spannbänder 14.
Dies ermöglicht es, die Wickelplatte an einem Wickeldorn 15, der in den 14 und 15 nur exemplarisch dargestellt ist und Teil einer Wickelmaschine zur Herstellung beispielsweise einer Gradientenspule dient, anzubringen. Im gezeigten Beispiel werden drei Wickelplatten 1 um den Wickeldorn 15 gelegt, sie laufen im Wesentlichen um 360° um, abgesehen von lediglich schmalen Kantenabständen. Die Spannbänder 14 aller Wickelplatten 1 werden nun im Bereich ihrer freien Enden 16 mit einander verbunden wie in 14 und 15 exemplarisch dargestellt ist. Nachdem die Spannbänder unterhalb der jeweiligen Leiter 8 liegen, liegen die Spannbänder 14 in der in 14 gezeigten Anordnung außen um die jeweiligen Leiter 8. Die Spannbänder 14 bilden ein um 360° umlaufendes gesamtes Spannband, das die einzelnen Leiter 8 der einzelnen Teilspulen am Wickeldorn 15 fixiert. Dies ist in 15 dargestellt, wobei die einzelnen Leiter 8 der Übersichtlichkeit halber lediglich im Längsschnitt dargestellt sind.
Die 14 und 15 sind lediglich exemplarischer Natur. Selbstverständlich besteht die Möglichkeit, die Wickelplatten 1 nicht unmittelbar auf den Wickeldorn aufzusetzen, sondern auf diesen zuvor andere Komponenten beispielsweise einer Gradientenspule aufzusetzen und die Wickelplatten 1 dann auf diese zu legen. Grundsätzlich ändert sich jedoch nichts an der Art der Fixierung der Leiter 8 über die Spannbänder 14. Nach Fixierung der Leiter 8 der einzelnen Teilspulen werden auf diese noch weitere Komponenten beispielsweise einer Gradientenspule aufgebaut, die Leiter 8 bleiben jedoch über die Spannbänder 14 fixiert. Der gesamte Aufbau wird, wenn beispielsweise eine Gradientenspule hergestellt wird, anschließend in ein gießbares Material wie ein Epoxidharz eingebettet. Die Spannbänder 14 verbleiben um die Leiter 8 gespannt, werden also ebenfalls mit eingebettet und bilden einen Teil der gesamten Gradientenspule.

Claims

Verfahren zur Herstellung einer gewölbten Spule, bei welchem Verfahren wenigstens ein Leiter (8) entsprechend einem vorgegebenen Muster auf eine Wickelplatte (1) gewickelt wird, wobei eine aus mehreren relativ zueinander bewegbaren Plattenelementen (2) bestehende Wickelplatte (1) verwendet wird, die nach dem Aufwickeln des Leiters (8) in eine gewölbte Form gebracht wird, in welcher der Leiter (8) unter Beibehaltung der gewölbten Form fixiert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Leiter (8) mittels wenigstens eines Fixierelements (9), das auf den gewölbten Leiter (8) aufgebracht wird und mit diesem fest verbunden, insbesondere verklebt wird, fixiert wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Fixierelement (9) eine Platte ist, die den Leiter (8) vollflächig bedeckt, oder dass das Fixierelement (9) streifenförmig ist und nur einen Teil des gewölbten Leiters (8) bedeckt.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere streifenförmige Fixierelemente (9) verwendet werden.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Fixierelement (9) mit einer ebenfalls gewölbten Form verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein aus einem eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweisenden Material bestehendes oder ein solches Material enthaltendes Fixierelement (9) verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Fixierelement (9) aus einem Fasergewebe, insbesondere einem Glasfasergewebe, mit einem vorzugsweise wenigstens einen Füllstoff, insbesondere Al₂O₃ oder BN, enthaltenden Matrixstoff, insbesondere einem Epoxidharz, verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die gewölbte Wickelplatte (1) um einen Wickeldorn (15) einer Wickelmaschine gelegt und der an der zum Wickeldorn (15) weisenden Innenseite der Wickelplatte (1) angeordnete Leiter (8) mit wenigstens einem Spannband (14) am Wickeldorn (15) fixiert wird.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Spannband (14) vor dem Aufwickeln des Leiters (8) auf die Wickelplatte (1) in diese eingelegt wird, so dass der Leiter (8) auf das Spannband (14) gewickelt wird.
Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass zwei oder mehr Wickelplatten (1) um den Wickeldorn (15) gelegt werden, die in ihrer Gesamtheit um 360° um den Wickeldorn (15) laufen, wobei die Spannbänder (14) der benachbarten Wickelplatten (1) miteinander unter Bildung eines um 360° umlaufenden Spannbands verbunden werden.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wickelplatte (1) samt Leiter (8) in einer Presse verformt wird.
Wickelplatte (1) mit wenigstens einer Nut (7) zur Aufnahme eines auf sie zu wickelnden Leiters (8), bestehend aus mehreren relativ zueinander bewegbaren Plattenelementen (2).
Wickelplatte nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Plattenelemente (2) eine längliche, rechteckige Form aufweisen, wobei zwei Plattenelemente (2) um eine parallel zu ihren Längskanten verlaufende Achse relativ zueinander bewegbar sind.
Wickelplatte nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Plattenelemente (2) zur Ermöglichung der Relativbewegung über eine Gelenkverbindung (3) miteinander verbunden sind.
Wickelplatte nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass eine Gelenkverbindung (3) mittels benachbart zueinander liegender Lageraugen (4, 5), die von einem Achsbolzen (6) durchsetzt sind, gebildet ist.
Wickelplatte nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass eine Gelenkverbindung (3) mittels zweier Gelenkabschnitte (10, 11), von denen einer den anderen umgreift, gebildet ist.
Wickelplatte nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Gelenkverbindung (3) derart ausgebildet ist, dass der Abstand zweier gekoppelter Plattenelemente (2) veränderbar ist.
Wickelplatte nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Plattenelemente (2) über ein biegbares Verbindungselement (12) beweglich miteinander verbunden sind.
Wickelplatte nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement (12) ein Metallstreifen ist, der mit beiden Plattenelementen (2) fest verbunden, insbesondere verschweißt ist, wobei der Metallstreifen sich vorzugsweise über alle Plattenelemente (2) erstreckt.
Wickelplatte nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine oder mehrere Nuten (13) zur Aufnahme eines Spannbands (14) aufweist.