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Die Erfindung betrifft eine Gradientenspule, umfassend einen Spulenkörper aus einer ausgehärteten Vergussmasse sowie wenigstens eine in die Vergussmasse eingebettete, der Führung eines fluiden Kühlmittels dienende Kühleinrichtung.
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Derartige Gradientenspulen werden in Kernspintomographen eingesetzt und dienen der Ortskodierung des Magnetresonanzsignals im Raum. Hierzu sind im Spulenkörper, der aus einer ausgehärteten Vergussmasse besteht, üblicherweise mehrere elektrische Spulen eingegossen, die in der Regel in mehreren Lagen auf einer Zylinderoberfläche angeordnet sind. Zwischen den Lagen der Spulen ist eine oder sind mehrere Kühleinrichtungen eingebettet, die es ermöglichen, ein Kühlmittel durch den Spulenkörper zu führen, um die erhebliche Wärmemenge, die im Betrieb als Verlustwärme des Spulensystems anfällt, abführen zu können und die Temperatur unterhalb eines kritischen Werts halten zu können. Eine solche Kühleinrichtung kann entweder in Form eines oder mehrerer entsprechend mäanderförmig oder mit anderer Geometrie verlegter Kühlschläuche integriert sein, oder als flächige Kühlmatten.
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DE 197 21 985 A1 beschreibt eine Gradientenspulenbaugruppe für einen Kernspintomographen mit einer Kühleinrichtung auf einem flexiblen Träger.
DE 10 2006 014 305 A1 beschreibt eine Kühleinrichtung zur Anordnung zwischen zwei Flächenspulen einer Gradientenspule.
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Gradientenspulen sind im Betrieb großen Belastungen aufgrund der gegebenen elektro-magnetischen Einflüsse unterworfen. Aufgrund dieser Belastungen kann es im Laufe der Zeit zur Bildung kleinerer oder größerer Risse in der Vergussmasse kommen. Diese Risse stellen üblicherweise kein Hindernis für einen qualitativ hochwertigen und sicheren Betrieb der Gradientenspule dar. Erstreckt sich jedoch ein Riss in der Vergussmasse auch durch die Wand einer in der Vergussmasse eingebetteten Kühleinrichtung, sei es ein Kühlschlauch, sei es eine Kühlmatte, so führt dies zu einem Leck und damit zu einem einen Austausch erfordernden Defekt der Gradientenspule. Da sich die Belastungen der Gradientenspule durch Vibrationen, Lorentzkräfte und thermische Aufheizzyklen, die für das Auftreten der Risse ursächlich sind, kaum hinreichend reduzieren lassen, besteht ein hohes Bedürfnis an einer verbesserten Gradientenspule, bei der trotz belastungsbedingtem Auftreten von Rissen eine Rissausbreitung durch eine Kühleinrichtungswand und damit eine Beschädigung der Kühleinrichtung nicht zu besorgen ist.
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Der Erfindung liegt damit das Problem zugrunde, eine demgegenüber verbesserte Gradientenspule anzugeben.
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Zur Lösung dieses Problems ist bei einer Gradientenspule der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Kühleinrichtung und die Vergussmasse nicht aneinander haften.
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Die erfindungsgemäße Gradientenspule zeichnet sich durch eine entsprechende Materialwahl des Materials der Kühleinrichtung und der Vergussmasse dahingehend aus, dass diese während des Vergusses nicht aneinander haften, mithin also keine stoffschlüssige Verbindung miteinander eingehen. Die Kühleinrichtung wird sicher und fest in der Vergussmasse eingebettet, so dass der thermische Widerstand zwischen der Vergussmasse und der Kühleinrichtung möglichst klein ist und eine hohe Wärmeübertragungsrate möglich ist. Infolge des nicht gegebenen Stoffschlusses, da sie nicht aneinander haften, bildet sich jedoch zwischen der Kühleinrichtung und der Vergussmasse ein mikroskopisch kleiner Spalt, das heißt, dass aufgrund dieses minimalen Spaltes keine feste Verbindung zwischen Verguss und Kühleinrichtung gegeben ist. Dies führt nun mit besonderem Vorteil dazu, dass Risse, die sich durch den Verguss ausbreiten, sich nicht auch im Kühleinrichtungswandmaterial ausbreiten können. Denn infolge des Umstands, dass Kühleinrichtung und Vergussmasse nicht aneinander haften, werden die zur Rissbildung führenden Spannungen innerhalb des Vergussmaterials nicht an die Kühleinrichtung respektive das Kühleinrichtungsmaterial weitergegeben. Der Spalt bildet folglich eine mikroskopische Trennebene um die Kühleinrichtung, eine etwaige Rissausbildung wird abgeleitet respektive um die Kühleinrichtung herumgeführt. Gleichwohl ist nach wie vor eine Einbettung und trotz des mikroskopischen Spalts ein hinreichend guter thermischer Kontakt zwischen Kühleinrichtung und Vergussmasse gegeben. Dies insbesondere, nachdem im Betrieb aufgrund des Umstands, dass sich die Materialien geringfügig dehnen respektive die Kühleinrichtung aufgrund des Fluiddrucks unter hinreichend hohem Druck steht und sich geringfügig dehnt, die Kühleinrichtung am Verguss anliegt, also der Spalt überbrückt ist.
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Damit ist die erfindungsgemäße Gradientenspule aufgrund der erfindungsgemäß vorgesehenen Ausgestaltung dahingehend, dass die beiden zentralen Elemente, nämlich Vergussmasse und Kühleinrichtung, gerade nicht, wie bisher im Stand der Technik üblich, stoffschlüssig aneinander haften, eine im Hinblick auf eine langdauernde Betriebssicherheit deutlich verbesserte Gradientenspule angegeben.
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Zentrales Augenmerk liegt wie beschrieben auf der entsprechenden Materialwahl von Vergussmasse und Kühleinrichtungsmaterial dahingehend, dass beide keine Haftverbindung miteinander eingehen. Die Vergussmasse besteht in diesem Zusammenhang zweckmäßigerweise aus einem, gegebenenfalls wenigstens einen Füllstoff wie beispielsweise Quarzmehl enthaltenden, Expoxidharz mit einem Säureanhydrid als Härterkomponente, während die Kühleinrichtung zumindest im Bereich ihrer nicht haftenden Außenseite aus einem fluorhaltigen Kunststoff, insbesondere PTFE (Polytetrafluorethylen), PVDF (Polyvinylidenfluorid) oder PFA (Perfluoralkoxy-Polymer) oder einem Silikon oder PE (Polyethylen) oder PP (Polypropylen) besteht. Bei dem angegebenen Vergussmassenmaterial handelt es sich um ein übliches Vergussmaterial, wie es für die Herstellung von Gradientenspulen verwendet wird. Neu jedoch ist die entsprechende Auswahl des Materials der Kühleinrichtung, die bisher zumeist aus einem Elastomer modifizierten Polyamid 12 oder einem Polymer auf Basis von Polyamid 11 bestehen, auch Polybutylenterephthalat oder ein Polymerblend aus Polybutylenterephthalat und Polycarbonat oder Polyphenylenoxid wird bisher verwendet. All diese Materialien führen jedoch zusammen mit der Vergussmasse zu einer stoffschlüssigen, extrem fest haftenden Verbindung zwischen Kühleinrichtung und Vergussmasse, die bei Belastung zu den eingangs beschriebenen Nachteilen führt.
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Nicht jedoch, wenn die erfindungsgemäßen Materialkombinationen aus Epoxidharz-Vergussmasse und einem der vorstehend beschriebenen fluorhaltigen Kunststoffe wie PTFE, PVDF oder PFA oder einem Silikon oder PE oder PP verwendet wird. Denn diese Kunststoffe sind entweder fluor- oder silikonhaltig, was die Haftung unterbindet, oder können im Falle des Polyethylens oder Polypropylen nicht von der Vergussmasse benetzt werden.
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Alternativ zur Verwendung eines Kunststoffs als Material für die Kühleinrichtung kann auch eine Kühleinrichtung aus Metall verwendet werden. In Frage kommen Kupfer, Messing oder Aluminium. Es werden also gemäß dieser Variante Rohre beliebigen Querschnitts (z.B. rund, oval, rechteckig oder quadratisch) aus Metall verwendet. Auch zu diesen Metallen geht die Vergussmasse keine stoffschlüssige Verbindung ein, so dass sich auch hier die erfindungsgemäßen Vorteile ergeben.
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Die Kühleinrichtung selbst kann alternativ nur aus einer Materialschicht bestehen. Werden also als Kühleinrichtung ein oder entsprechend mehrere Kühlschläuche verlegt, so können die Schläuche beispielsweise aus PTFE oder PVDF oder einem der anderen genannten Werkstoffe bestehen. Erfindungsgemäß ist eine Kühleinrichtung zu verwenden, die aus zwei oder mehreren Schichten besteht, wobei die äußere Schicht eine nicht haftende Außenschicht bildet. Es kommen erfindungsgemäß also zwei- oder mehrschichtige Kühlschläuche oder Kühlmatten zum Einsatz, wobei der Schichtaufbau entsprechend in Bezug auf die gegebenen Anfordernisse ausgelegt werden kann. Die äußere Schicht, die unmittelbar in die Vergussmasse eingebettet wird, bildet eine nicht haftende Außenschicht und besteht aus einem der genannten Materialien, die einen Haftverbund zum Epoxidharz ausschließen. Die innere Schicht hingegen kann hinsichtlich ihrer physikalischen oder chemischen Eigenschaften beispielsweise dahingehend spezifisch ausgewählt werden, dass sie eine möglichst hohe Beständigkeit bezüglich des Kühlmittels wie dem zumeist verwendeten Wasser/Glykol-Gemisch aufweist. Kommt eine dritte Schicht zum Einsatz, so kann es sich bei dieser um eine Zwischenschicht zwischen der Außenschicht und der Innenschicht handeln, die beispielsweise entsprechende elastomere Eigenschaften zur Verfügung stellt oder eine gute thermische Kopplung der Innen- und Außenschicht aneinander ermöglicht etc.
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Auch im Fall einer metallenen Kühleinrichtung sieht die Erfindung einen mehrschichtigen Aufbau vor. So besteht die Möglichkeit, das Metallrohr als äußeres Rohr zu verwenden, das innenseitig mit einer Kunststoffschicht belegt ist, die in ihren Eigenschaften hinsichtlich der Eigenschaften des verwendeten Kühlmittels ausgelegt ist. Alternativ ist es auch denkbar, das Metallrohr als Innenrohr zu verwenden und es außenseitig mit einer Kunststoffschicht zu belegen. In diesem Fall stellt folglich die Außenschicht die nicht-haftende Eigenschaft zur Verfügung, während das innere Metallrohr in Bezug auf das Kühlmedium ausgelegt ist.
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Wird eine zwei- oder mehrschichtige Kühleinrichtung aus verschiedenen Kunststofflagen verwendet, so wird diese bevorzugt in Form eines koextrudierten Kunststoffbauteils ausgeführt, also beispielsweise als koextrudierter Kühlschlauch oder in Form von koextrudierter Folie, wobei zwei Folienlagen zur Bildung einer Matte aufeinander gebracht werden. Alternativ kann zur Bildung der Außenschicht aber auch ein aufgeschrumpfter Überzug vorgesehen sein, das heißt, dass eine Art Schrumpfschlauch auf den Kühlschlauch aufgebracht wird, der erwärmt wird, so dass er sich zusammenzieht und fest auf dem Innenschlauch haftet, wobei der Schrumpfschlauch respektive Überzug die Außenschicht bildet. Ein solcher Überzug kann beispielsweise aus einem vernetzten Polyolefin oder PVDF bestehen.
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Eine dritte Alternative sieht schließlich vor, die Außenschicht mittels einer separaten Beschichtung auf das dann innenliegende Kühlbauteil, sei es ein Schlauch, sei es eine Kühlfolie, aufzubringen. Eine solche separat aufgebrachte Beschichtung kann beispielsweise eine Gasphasen-Schicht sein, die aus einem der vorstehend genannten Materialien besteht. Denkbar ist aber auch die Verwendung einer Lackschicht, die zu einem hinreichend hohen Anteil eines der vorstehend genannten, nicht an dem Vergussmassematerial haftenden Material enthält.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Kühleinrichtung, aus mehreren Kunststofflagen bestehend, derart elastisch ist, dass sie bei anstehendem Kühlmitteldruck gegen die Vergussmasse gedrückt wird. Die Kühleinrichtung, also beispielsweise der Kühlschlauch, wird derart hinsichtlich seiner Eigenschaften ausgelegt, dass er noch eine gewisse, gegebenenfalls auch geringe, Elastizität aufweist und er sich bei anstehendem Kühlmitteldruck geringfügig dehnt. Über diese mitunter auch sehr geringe Dehnung wird mit besonderem Vorteil im Betrieb der mikroskopische Trennspalt überbrückt, so dass es zu einer flächigen Anlage der Außenseite der Kühleinrichtung an die Innenseite des Vergussmassehohlraums kommt. Hierüber kann der thermische Kontakt noch weiter verbessert werden, der jedoch selbst bei gegebenem, nur mikroskopisch sichtbarem Trennspalt sehr gut ist.
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Die Auslegung der Kühleinrichtung hinsichtlich ihrer Elastizität sollte derart sein, dass sie aus einem oder mehreren Materialien besteht, das oder die einen E-Modul ≤ 3000 MPa, vorzugsweise ≤ 2000 MPa aufweisen. Die vorstehend genannten polymeren Materialien weisen allesamt E-Module auf, die hinreichend niedrig sind, wobei sich auch bei Kombination dieser Materialien im Falle eines mehrschichtigen Kühleinrichtungsbauteils ein hinreichend niedriger E-Modul ergibt.
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Die Wandstärke der Kühleinrichtung, egal aus welchem Material bzw. welchen Aufbaus, sollte vorzugsweise ≤ 1 mm, vorzugsweise ≤ 0,75 mm sein, und zwar unabhängig davon, ob es sich bei der Kühleinrichtung um einen Kühlschlauch mit rundem oder andersartigem, beispielsweise eckigem Querschnitt handelt, oder um eine flächige Kühlmatte.
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Neben der Gradientenspule betrifft die Erfindung ferner ein Verfahren zur Herstellung einer Gradientenspule, bei welchem Verfahren wenigstens eine Kühleinrichtung in eine Vergussmasse eingegossen wird, die nach dem Verguss aushärtet. Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass eine Kühleinrichtung aus einem Material oder mit einem die Außenfläche bildenden Material verwendet wird, das keinen Haftverbund mit der ausgehärteten Vergussmasse eingeht.
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Zweckmäßigerweise wird eine Vergussmasse aus einem, gegebenenfalls wenigstens einen Füllstoff enthaltenden, Epoxidharz mit einem Säureanhydrid als Härterkomponente verwendet, während eine Kühleinrichtung verwendet wird, die zumindest im Bereich ihrer nicht haftenden Außenseite aus einem fluorhaltigen Kunststoff, insbesondere PTFE, PVDF oder PFA oder einem Silikon oder PE oder PP besteht.
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Das erfindungsgemäße Verfahren sieht vor, dass eine aus zwei oder mehreren Schichten bestehende Kühleinrichtung verwendet wird, wobei die äußere Schicht eine nicht haftende Außenschicht bildet.
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Es wird zweckmäßigerweise eine solche zwei- oder mehrschichtige Kühleinrichtung verwendet, die entweder bei einer nur aus Kunststoff bestehenden Kühleinrichtung in Form eines koextrudierten Kunststoffbauteils ausgeführt ist, alternativ kann auch eine Kühleinrichtung mit einem die Außenschicht bildenden aufgeschrumpften Überzug oder einer die Außenschicht bildenden Beschichtung verwendet werden. Die Beschichtung kann eine Gasphasenschicht, insbesondere eine fluor- oder siliziumhaltige Kohlenstoffschicht sein, oder eine Lackschicht respektive ein Schutzlack.
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Weiterhin kann eine aus Kunststoff bestehende Kühleinrichtung aus einem oder mehreren elastischen Materialien verwendet werden, das oder die einen E-Modul ≤ 3000 MPa, vorzugsweise ≤ 2000 MPa aufweisen, verwendet werden. Alternativ oder zusätzlich kann auch eine aus Kunststoff, aus Metall oder einer Kombination daraus bestehende Kühleinrichtung verwendet werden, die eine Wandstärke von ≤ 1 mm, vorzugsweise ≤ 0,75 mm aufweist.
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Weitere Vorteile und Einzelheiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:
- 1 eine Prinzipdarstellung einer erfindungsgemäßen Gradientenspule im Schnitt,
- 2 eine vergrößerte Teilansicht der Gradientenspule aus 1 unter Darstellung einer in Form eines Schlauches integrierten Kühleinrichtung in einer Vergussmasse nach dem ausgehärteten Verguss,
- 3 die Ansicht aus 2 im Betrieb, und
- 4 eine Prinzipdarstellung eines andersartigen Aufbaus einer schlauchförmigen Kühleinrichtung.
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1 zeigt eine Gradientenspule 1, die in an sich bekannter Weise eine hohlzylindrische Struktur aufweist. Sie weist eine konzentrisch angeordnete Schichtstruktur 2 auf, wobei die einzelnen Schichten der Schichtstruktur von innen nach außen angeordnet respektive montiert werden.
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Die erste, innenliegende Schicht 3 wird auf einer Mantelfläche einer zylindrischen Montagehilfe aufgebaut, die der Übersichtlichkeit halber nicht gezeigt ist. Die zweite Schicht 4 wird sodann auf die äußere Mantelfläche der ersten Schicht 3 gelegt und fixiert, usw.
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Die beiden innenliegenden Schichten sind jeweils Gradientenspulenschichten, nämlich eine erste Gradientenspulenschicht 3 und eine zweite Gradientenspulenschicht 4. Diese dienen der Erzeugung eines transversalen Gradientenmagnetfelds. Beispielsweise handelt es sich hierbei um Sattelspulen.
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Als nächste Schicht schließt sich eine Kühlschicht mit einer Kühleinrichtung 5 an. Die Kühleinrichtung 5 ist mittels auf der äußeren Mantelfläche der zweiten Gradientenspulenschicht mäanderförmig angeordneten Kühlleitungen 6 hier in Form runder Schläuche gebildet, die der Wärmeabfuhr der von der Gradientenspule generierten Wärme dienen, wozu durch die Kühleinrichtung 5 respektive die Kühlleitungen 6 ein Kühlmittel, zumeist ein Wasser/Glykol-Gemisch, zirkuliert. Die Kühlleitungen 6 werden in geeigneter Weise auf einem Kunststoffträger fixiert, der auf die zweite Gradientenspulenschicht 4 aufgesetzt wird.
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An die erste Kühlschicht schließt sich eine dritte Gradientenspulenschicht 8 zur Erzeugung eines longitudinalen Gradientenmagnetfelds an. Diese Spulenschicht 8 umfasst axial angeordnete Gradientenspulen. Radial nach außen gesehen folgt dieser dritten Gradientenspulenschicht eine sogenannte Shimbaugruppe 9. Diese umfasst in axialer Richtung des Gradientenspulensystems angeordnete, in der Figur nicht näher gezeigte taschenförmige Hohlräume zur Aufnahme von ebenfalls nicht näher gezeigten dargestellten Shimelementen, bei denen es sich im Wesentlichen um Metallstreifen handelt. Über diese Shimelemente ist eine Formung und Homogenisierung eines statischen Grund- oder Hauptmagnetfeldes möglich.
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An die Shimbaugruppe 9 schließt sich radial nach außen eine weitere zweite Kühlschicht umfassend wiederum eine Kühleinrichtung 10, auch hier gebildet über entsprechende Kühlleitungen 11, an. Auch die Kühlleitungen 11 können mäanderförmig verlaufend verlegt sein.
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Radial nach außen gesehen schließt sich an diese zweite Kühlschicht eine vierte Gradientenspulenschicht 12 zur Erzeugung eines longitudinalen Gradientenmagnetfeldes, eine fünfte Gradientenspulenschicht 13 sowie eine sechste Gradientenspulenschicht 14 zur Erzeugung zweier transversaler Gradientenmagnetfelder an. Die drei äußeren Gradientenspulenschichten 12, 13 und 14 sind vom Prinzip her ähnlich aufgebaut wie die inneren Gradientenspulenschichten 3, 4 und 8. Sie sind jedoch so ausgelegt, dass sie Streufelder außerhalb des Gradientenspulensystems abschirmen und gewährleisten, dass ein Gradientenmagnetfeld nur im Inneren des Gradientenspulensystems gegeben ist.
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Nach der Montage sämtlicher Schichten der Gradientenspule 1 werden die Zwischenräume mit einer Vergussmasse 15 ausgegossen, üblicherweise einem Epoxidharz mit einem Säureanhydrid als Härterkomponente, wobei das Epoxidharz üblicherweise einen Füllstoff in Form von Quarzmehl enthält. In diese Vergussmasse werden sämtliche Komponenten eingebettet, insbesondere die Kühlleitungen 6 und 11 der Kühleinrichtungen 5 und 10. Diese liegen also allseitig eingebettet in der Vergussmasse 15 vor, die auch ansonsten sämtliche Gradientenspulen etc. vollständig einbettet. Dies wird ermöglicht, nachdem die einzelnen Schichten des gesamten Schichtsystems radial gesehen miteinander über entsprechende Durchgänge kommunizieren, so dass die an einer Seite eingebrachte Vergussmasse sowohl axial als auch radial zu einem vollständigen, hohlraum- oder lunkerfreiem Einbetten sämtlicher Komponenten und insbesondere der Kühlleitungen 6 und 11 führt.
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Erfindungsgemäß ist die Materialpaarung aus Vergussmasse 15 und dem Material einer Kühlleitung 6 (Gleiches gilt natürlich für die Kühlleitung 11) derart gewählt, dass die fluid eingebrachte und erst anschließend aushärtende Vergussmasse 15 die Kühlleitung 6 nicht benetzt, das heißt, dass beide keinen stoffschlüssigen Verbund eingehen, mithin also im ausgehärteten System die Kühlleitung 6 nicht an der Vergussmasse 15 haftet respektive umgekehrt. Diese Situation ist in vergrößerter Prinzipdarstellung in 2 gezeigt. Dort ist ein Ausschnitt aus der ersten Kühlebene mit der Kühleinrichtung 5 und der Vergussmasse 15 gezeigt. Die Kühlleitung 6 besteht in diesem Fall aus nur einem Material, beispielsweise einem fluorhaltigen Kunststoff wie beispielsweise PTFE, PVDF oder PFA. Alternativ kann sie auch aus einem Silikon, PE oder PP bestehen. Die Vergussmasse 15 besteht, wie beschrieben, aus einem vorzugsweise Quarzmehl als füllstoffenthaltenden Epoxidharz mit einem Säureanhydrid als Härter. Im in 2 gezeigten ausgehärteten Zustand bildet sich infolge der nicht gegebenen Haftung der Kühlleitung 6 an der Vergussmasse 15 ein nur mikroskopisch erkennbarer Spalt 16 zwischen der Außenseite 17 der Kühlleitung und der Innenwandung 18 des Hohlraums der Vergussmasse 15. Dieser Spalt (der Übersichtlichkeit halber in 2 übertrieben groß dargestellt) ist nur wenige µm breit, gleichwohl findet über ihn eine mechanische Entkopplung der Vergussmasse 15 von der Kühlleitung 6 statt. Dies führt dazu, dass, sollte in der Vergussmasse im Betrieb aufgrund der gegebenen mechanischen Beanspruchungen, resultierend aus Vibrationen, Lorentzkräften und thermischen Aufheizzyklen, ein Riss 19 entstehen, wie exemplarisch in 2 gezeigt, dass dieser Riss 19 sich zwar in der Vergussmasse 15 ausbreitet, seine Ausbreitung jedoch am Übergang der Vergussmasse 15 zum Spalt 16 stoppt, mithin also die Rissausbreitung aufgrund der fehlenden mechanischen Kopplung der Vergussmasse 15 zur Kühlleitung 6 dort endet bzw. der Riss 19 um die Kühlleitung 6 herumgeführt wird und sich gegebenenfalls an einer anderen Position fortsetzt. In jedem Fall ist aufgrund der nicht gegebenen mechanischen Kopplung respektive der Trennung von Vergussmasse 15 und Kühlleitung 6 ein Übergreifen des Risses respektive ein Eintrag mechanischer Spannungen in die Kühlleitung 6 ausgeschlossen, so dass diese trotz auftretenden Risses in der Vergussmasse 15 selber nicht beeinträchtigt wird, also nicht unter Spannung steht und demzufolge auch nicht aufreißen kann. Trotz Rissbildung in der Vergussmasse 15 wird damit vorteilhaft eine rissbedingte Beschädigung des Kühlsystems und damit eine mögliche Leckage vermieden.
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Die Kühlleitung 6 weist bevorzugt eine geringe Wandstärke auf, die Wandstärke sollte ≤ 1 mm, vorzugsweise ≤ 0,75 mm liegen.
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Zweckmäßigerweise besteht die Kühlleitung 6, Gleiches gilt wie beschrieben auch für die Kühlleitung 11, aus einem eine gewisse Elastizität aufweisenden Material, der E-Modul des Materials sollte ≤ 3000 MPa, vorzugsweise ≤ 2000 MPa sein. Diese geringe Elastizität führt dazu, dass die Kühlleitung 6 bei anliegendem hinreichend hohem Druck des Kühlmittels 20, das exemplarisch in 3 dargestellt ist, eine geringförmige Weitung aufweist, mithin also minimal gedehnt wird. Die Dehnung ist so groß, dass der Spalt 16 geschlossen respektive überdrückt wird und die Außenseite 17 der Kühlleitung 6 an der Innenseite der Wandung 18 des Hohlraums in der Vergussmasse 15 anliegt. Hierüber wird die Wärmekopplung, die selbst mit einem mikroskopisch schmalen Spalt 16 für eine hohe Wärmeabführrate sehr gut ist, noch weiter verbessert.
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Im Ausführungsbeispiel gemäß der 2 und 3 wird eine Kühlleitung 6 in Form eines im Querschnitt runden Schlauches beschrieben. Neben dem Umstand, dass die Kühlleitung 6 (Gleiches gilt natürlich auch hier für die Kühlleitung 11) einen anderen, beispielsweise eckigen Querschnitt aufweisen kann, kann die Kühlleitung 6 auch als Mehrschichtbauteil, beispielsweise als Koextrusions-Kunststoffbauteil oder als beschichtetes Bauteil ausgeführt werden. Ein Beispiel hierfür zeigt 4. Die hier exemplarisch gezeigte Kühlleitung 6 besteht aus einer Außenschicht 21 und einer Innenschicht 22. Die Außenschicht 21 besteht aus einem der vorstehend beschriebenen, keinen Haftverbund mit der Vergussmasse eingehenden Material mit dem fluorhaltigen Kunststoff, dem Silikon oder dergleichen. Die Innenschicht 22 hingegen kann aus einem Material bestehen, das beispielsweise in Bezug auf das verwendete Kühlmittel besonders stabil bzw. resistent ist, mithin also in Bezug auf das in der Kühlleitung 6 geführte Medium optimiert ist. Die Materialwahl beider Schichtmaterialien erfolgt jedoch wiederum derart, dass bevorzugt eine hinreichende Elastizität wie vorstehend beschrieben gegeben ist.
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Während in den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen als Kühleinrichtungen 5 bzw. 10 jeweils Kühlleitungen 6 bzw. 11 in Form von Kühlschläuchen vorgesehen und verlegt sind, besteht alternativ die Möglichkeit, anstelle der Kühlschläuche als Kühleinrichtungen 5 bzw. 10 Kühlmatten zu verlegen. Diese bestehen aus aufeinandergelegten Kunststofffolien, die lokal miteinander verbunden sind und die über die Fläche gesehen Perforationen respektive Durchgangsöffnungen aufweisen, um in radialer Richtung einen Durchtritt der Vergussmasse zum Einbetten zu ermöglichen. Die Folien einer solchen Kühlmatte bestehen nun erfindungsgemäß ebenfalls aus einem Material, das keinen Haftverbund mit dem Vergussmaterial 15 eingeht. Der Schichtaufbau einer solchen Gradientenspule ist ähnlich dem wie in 1 gezeigt und beschrieben, unterschiedlich ist lediglich die Tatsache, dass eben keine Kühlleitungen 6 bzw. 11 verlegt werden, sondern stattdessen die entsprechenden größerflächigen Matten auf der zylindrischen Umfangsfläche angeordnet und anschließend mit dem gesamten Schichtaufbau vergossen werden. Wiederum ergibt sich auch hier keine Benetzung und damit kein Anhaften von Vergussmasse und Kühleinrichtung, so dass auch in diesem Fall eine Rissausbreitung aufgrund der fehlenden mechanischen Kopplung und des allein in der Vergussmasse erfolgenden Spannungsabbaus nicht auf die Kühleinrichtung übergreifen und zu deren Beschädigung führen kann.
