DE10235055A1

DE10235055A1 - Vergossenes Gradientenspulensystem mit einer Kühleinheit und Verfahren zum Herstellen des Gradientenspulensystems

Info

Publication number: DE10235055A1
Application number: DE2002135055
Authority: DE
Inventors: Johann Schuster; Stefan Stocker
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2002-07-31
Filing date: 2002-07-31
Publication date: 2004-03-04

Abstract

Ein vergossenes Gradientenspulensystem mit einer Kühleinheit beinhaltet folgende Merkmale: DOLLAR A - Die Kühleinheit umfasst wenigstens zwei parallel betreibbare Stränge von Kühlleitungen, DOLLAR A - die Kühlleitungen sind auf einem Träger verklebt, DOLLAR A - an wenigstens einem Ende der Kühleitungen ist ein gemeinsamer Kühlmediumverteiler angeschlossen und DOLLAR A - der Kühlmediumverteiler ist in das Gradientenspulensytem mit eingegossen, DOLLAR A und Verfahren zum Herstellen des Gradientenspulensystems.

Description

Die Erfindung betrifft ein vergossenes Gradientenspulensystem mit einer Kühleinheit und ein Verfahren zum Herstellen des Gradientenspulensystems.
Die Magnetresonanztechnik ist eine bekannte Technik, unter anderem zum Gewinnen von Bildern eines Körperinneren eines Untersuchungsobjekts. Dabei werden in einem Magnetresonanzgerät einem statischen Grundmagnetfeld, das von einem Grundfeldmagneten erzeugt wird, schnell geschaltete Gradientenfelder überlagert, die von einem Gradientenspulensystem erzeugt werden. Ferner umfasst das Magnetresonanzgerät ein Hochfrequenzsystem, das zum Auslösen von Magnetresonanzsignalen Hochfrequenzsignale in das Untersuchungsobjekt einstrahlt und die ausgelösten Magnetresonanzsignale aufnimmt, auf deren Basis Magnetresonanzbilder erstellt werden.
Während des Betriebs einer Gradientenspule des Gradientenspulensystems betragen die Amplituden der erforderlichen Ströme im Leiter der Spule mehrere 100 A. Die Stromanstiegs- und -abfallraten betragen mehrere 100 kA/s. Die treibende Spannung für den Spulenstrom beträgt bis zu mehreren kV. Daraus resultieren Verlustleistungen von größer 10 kW in Form von Wärme, die abgeführt werden muss. Dazu wird die Gradientenspule oftmals gekühlt, beispielsweise mittels einer Wasserkühleinrichtung. Um die dissipative Leistung möglichst effektiv abführen zu können, werden bei harzvergossenen Gradientenspulensystemen zwischen die einzelnen Gradientenspulen Kühlleitungen in das Harz mit eingebettet, wobei bei Magnetresonanzgeräten zur Untersuchung von Patienten mehrere hundert Meter Kühlleitungen und zum Minimieren von Druckverlusten mehrere parallele Kühlkreise üblich sind. Dabei sollte der thermische Widerstand R_th zwischen den Gradientenspulen als Wärmequelle und dem in den Kühlleitungen geführten Kühlmedium als Wärmesenke möglichst klein sein. Das heißt, ein Abstand δ zwischen Wärmequelle und -senke sollte so klein wie möglich und eine Fläche A für den Wärmeaustausch sollte möglichst groß sein. Für den thermischen Widerstand Rth gilt dabei: R_th = δ/(λ·A); wobei λ der Wärmeleitfähigkeitskoeffizient des zwischen Wärmequelle und -senke angeordneten Materials ist.
Aus der DE 197 21 985 A1 ist eine Kühleinrichtung zur indirekten Kühlung von Leitern einer Gradientenspule bekannt, bei der eine Kühlleitung flexibel auf einem Träger flexibel vernäht oder aufgeklebt ist. Dabei ist in einer zylindermantelförmigen Ebene eines hohlzylinderförmigen, gießharzvergossenen Gradientenspulensystems eine dicht an dicht verlegte flexible Kühlleitung eingebracht, durch die zum Kühlen der Gradientenspule ein Kühlmedium geleitet wird.
Aus der US 6,011,394 ist des Weiteren ein im Wesentlichen hohlzylinderförmiges, vergossenes Gradientenspulensystem bekannt, bei dem an einer Stirnseite des Hohlzylinders, außerhalb des Vergusskörpers zwei ringförmige Kühlmediumverteiler angeordnet sind, an die mehrere im Vergusskörper angeordnete Kühlleitungsstränge angeschlossen sind.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein verbessertes Gradientenspulensystem mit einer Kühleinheit zu schaffen, das unter anderem mit einem hohen Kompaktheitsgrad herstellbar ist.
Die Aufgabe wird durch den Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Gemäß Anspruch 1 beinhaltet ein vergossenes Gradientenspulensystem mit einer Kühleinheit folgende Merkmale:

– Die Kühleinheit umfasst wenigstens zwei parallel betreibbaren Stränge von Kühlleitungen,
– die Kühlleitungen sind auf einem Träger verklebt,
– an wenigstens einem Ende der Kühlleitungen ist ein gemeinsamer Kühlmediumverteiler angeschlossen und
– der Kühlmediumverteiler ist in das Gradientenspulensystem mit eingegossen.

Indem der Kühlmediumverteiler mit eingegossen ist, wird ein hoher Kompaktheitsgrad des Gradientenspulensystems und gleichzeitig eine geringe Störanfälligkeit des so geschützten Kühlmediumverteilers erzielt.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus dem nachfolgend erläuterten Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Figuren. Dabei zeigen:
1 in einer perspektivischen Ansicht ein Magnetresonanzgerät mit einem planaren Gradientenspulensystem,
2 eine Draufsicht auf drei parallel betreibbare Kühlleitungen, die in eine Montagehilfe eingelegt sind,
3 einen Endbereich der Kühlleitungen mit einem einzupressenden Kühlmediumverteiler und eine Einpresshilfe,
4 eine Deckplatte der Einpresshilfe,
5 in einer Draufsicht die Kühlleitungen mit eingepressten Kühlmediumverteilern,
6 in einer Draufsicht eine auf die Kühlleitungen aufgeklebte Trägerplatte,
7 in einer Draufsicht die Trägerplatte mit den daran klebenden Kühlleitungen nach einem Entnehmen aus der Montagehilfe und
8 ausschnittsweise einen Querschnitt durch die Trägerplatte, an der über eine Klebeschicht die Kühlleitungen haften.
Die 1 zeigt in einer perspektivischen Ansicht ein Magnetresonanzgerät, bei dem ein oberes und ein unteres zylinderförmiges Basiselement 12 und 14 durch zwei Säulen 16 und 18 miteinander verbunden sind. Zwischen den Basiselementen 12 und 14 erstreckt sich ein Abbildungsvolumen 20. Des Weiteren umfasst das Magnetresonanzgerät eine Lagerungsvorrichtung 22, mit der ein abzubildender Bereich eines auf der Lagerungsvorrichtung 22 gelagerten Untersuchungsobjektes im Abbildungsvolumen 20 positioniert werden kann. Zum Erzeugen eines innerhalb des Abbildungsvolumens 20 möglichst homogenen, statischen Grundmagnetfeldes umfasst das Magnetresonanzgerät einen Grundfeldmagneten, dessen Teile wenigstens in den Basiselementen 12 und 14 angeordnet sind. Zum Erzeugen von schnell schaltbaren, innerhalb des Abbildungsvolumens 20 möglichst linearen magnetischen Gradientenfeldern umfasst das Magnetresonanzgerät ein aktiv geschirmtes, planares Gradientenspulensystem, das im Wesentlichen aus zwei gießharzvergossenen Scheiben 26 und 28 besteht.
Die 2 zeigt als ein Ausführungsbeispiel der Erfindung eine Draufsicht auf drei parallel betreibbare Stränge dreier Kühlleitungen 31, 32 und 33 als Bestandteil einer Kühleinheit für das Gradientenspulensystem der 1. Dabei sind die Kühlleitungen 31, 32 und 33 als Polyamidschläuche mit einem Außendurchmesser von 8 mm und einer Wandstärke von 1 mm in Nuten eine scheibenartige Montagehilfe 60 eingelegt, wobei die Nuten entsprechend einem vorgebbaren Verlauf der Kühlleitungen 31, 32 und 33 gefräst sind. Durch das Einlegen in die Nuten sind die Kühlleitungen 31, 32 und 33 in ihrer Position fixiert. Für ein gleichmäßiges Ablängen der Enden der drei Kühlleitungen 31, 32 und 33 ist die Montagehilfe 60 im Bereich der Enden einen Anschlag bildend derart ausgestaltet, dass zum Ablängen eine geeignete Schneide geführt werden kann.
Die 3 zeigt ausschnittsvergrößert einen der Endbereiche der drei Kühlleitungen 31, 32 und 33, wo ein gemeinsamer Kühlmediumverteiler 35 mit hoher Präzision mittels einer Einpresshilfe 50 zu montieren ist. Zum Einpressen von Anschlusstüllen 38 aus Messing, die am Kühlmediumverteiler 35 vormontiert sind, ist dazu die Einpresshilfe 50 an der Montagehilfe 60 fixiert, indem eine Grundplatte 52 der Einpresshilfe 50 an der Unterseite der Montagehilfe 60 angeschraubt ist. Zum Führen einer Gewindestange 55 ist ein Gewindeblock 54 fest mit der Grundplatte 52 verbunden. Durch ein Drehen der Gewindestange 55 ist ein Führungsblock 56 der Einpresshilfe 50 bewegbar. Dabei ist der beweglich angeordnete Führungsblock 56 entsprechend einer Form des einzupressenden Kühlmediumverteilers 35 ausgebildet.
Die Einpresshilfe 50 umfasst ferner eine Deckplatte 58, die, ausgehend von der 3, nach unten heruntergeklappt in der 4 dargestellt ist. Im linken Bereich weist die Deckplatte 58, ähnlich wie die Montagehilfe 60, eingefräste Nuten zum Führen der Kühlleitungen 31, 32 und 33 auf. Durch ein Drehen der Gewindestange 55 wird ein Einpressen der Anschlusstüllen 38 des Kühlmediumverteilers 35 in die Kühlleitungsenden bewirkt. Dabei ist während des Einpressens des Kühlmediumverteilers 35 die Deckplatte 58 durch entsprechende Öffnungen mit dem Gewindeblock 54 der Einpresshilfe 50 und gegebenenfalls mit der Montagehilfe 60 verschraubt, wodurch ein sicheres Einpressen der Anschlusstüllen 38 in die Kühlleitungsenden erzielt und ein Knicken oder Beschädigen der empfindlichen Kühlleitungen 31, 32 und 33 verhindert wird. Die Montagehilfe 60 ist dabei derart gestaltet, dass sie gleichzeitig Führung und Anschlag für den einzupressenden Kühlmediumverteiler 35 ist. Näheres zu dem Kühlmediumverteiler 35 ist darüber hinaus in der DE 102 14 918.6 beschrieben.
Die 5 zeigt in einer Draufsicht die Montagehilfe 60 mit den darin eingelegten Kühlleitungen 31, 32 und 33 und mit in den Kühlleitungsenden eingepressten Kühlmediumverteilern 35 und 36 nach einem Demontieren der Einpresshilfe 50.
Ausgehend von der 5 zeigt die 6 in einer Draufsicht eine Trägerplatte 42, die auf die in der Montagehilfe 60 angeordneten Kühlleitungen 31, 32 und 33 aufgelegt ist. Die Trägerplatte 42 ist dabei als eine Hartgewebeplatte, die insbesondere aus einem Glasfasergewebe und Epoxydharz zusammengesetzt ist, mit einer Dicke von 1 mm ausgebildet. Die Trägerplatte 42 ist auf derjenigen Seite, die auf die Kühlleitungen 31, 32 und 33 aufgelegt ist, mit einer Klebeschicht 46 in Form eines doppelseitigen Klebebands versehen, so dass die Trägerplatte 42 mit den nun daran klebenden Kühlleitungen 31, 32 und 33 inklusive den Kühlmediumverteilern 35 und 36 der Montagehilfe 60 entnehmbar ist. Die so ausgebildete Kühleinheit wird zusammen mit Teilspulen von Gradienten- und Abschirmspulen, Shimeinrichtungen und gegebenenfalls einer weiteren derartigen Kühleinheit zum Ausbilden einer der Scheiben 26 und 28 des Gradientenspulensystems zusammengebaut und geißharzvergossen.
Die 7 zeigt in einer Draufsicht die Trägerplatte 42 mit den daran haftenden Kühlleitungen 31, 32 und 33 und den Kühlmediumverteilern 35 und 36 nach dem Entnehmen aus der Montagehilfe 60. Ferner ist dabei die Außenlinie einer der Scheiben 26 und 28 nach dem Vergießen mit eingezeichnet. Zur 7 zugehörig zeigt die 8 ausschnittsweise einen Querschnitt durch die Trägerplatte 42, die Klebeschicht 46 und die daran haftenden Kühlleitungen 31, 32 und 33.
Bei dem vorausgehend beschriebenen Vorgehen ergeben sich insbesondere gegenüber einem bisher praktizierten Vernähen der Kühlleitungen auf der Trägerplatte ohne eine Montagehilfe und einem Einpressen ohne Einpresshilfe folgende Vorteile: Durch das Wegfallen des Vernähens ergibt sich bei der Herstellung eine hohe Zeitersparnis. Des Weiteren sind die Kühlmediumverteiler genau platzierbar, so dass Kurzschlüsse mit den im Gradientenspulensystem eng benachbarten Spulenleitern vermieden werden. Schließlich sind durch die Einpresshilfe die Anschlusstüllen sicher und zeitsparend in die Kühlleitungsenden einpressbar.

Claims

Vergossenes Gradientenspulensystem mit einer Kühleinheit, beinhaltend folgende Merkmale: – Die Kühleinheit umfasst wenigstens zwei parallel betreibbaren Stränge von Kühlleitungen, – die Kühlleitungen sind auf einem Träger verklebt, – an wenigstens einem Ende der Kühlleitungen ist ein gemeinsamer Kühlmediumverteiler angeschlossen und – der Kühlmediumverteiler ist in das Gradientenspulensystem mit eingegossen.
Vergossenes Gradientenspulensystem nach Anspruch 1, wobei der Kühlmediumverteiler Anschlusstüllen zum Einpressen in Enden der Kühlleitung umfasst.
Vergossenes Gradientenspulensystem nach Anspruch 2, wobei die Anschlusstüllen Messing umfassen.
Vergossenes Gradientenspulensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei zum Verkleben der Kühlleitungen mit dem Träger auf dem Träger eine Klebeschicht aufgebracht ist.
Vergossenes Gradientenspulensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Träger ein Hartgewebe umfasst.
Vergossenes Gradientenspulensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Kühlleitungen ein Polyamid umfassen.
Vergossenes Gradientenspulensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Gradientenspulensystem mit einem Epoxydharz vergossen ist.
Vergossenes Gradientenspulensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Gradientenspulensystem als ein planares Gradientenspulensystem ausgebildet ist.
Verfahren zum Herstellen des Gradientenspulensystems nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Kühlleitungen in Nuten einer Montagehilfe eingelegt werden.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei die Montagehilfe im Bereich der Kühlleitungsenden zum Führen einer Schneide einen Anschlag bildend gestaltet ist, so dass mit dem Führen der Schneide die Kühlleitungen abgelängt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 oder 10, wobei für das Einpressen des Kühlmediumverteilers in die Kühlleitungsenden eine Einpresshilfe mit der Montagehilfe verbunden wird.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei die Einpresshilfe wenigstens zwei Teile aufweist, die miteinander verbunden werden.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei wenigstens eines der Teile eine Vorrichtung umfasst, mit der zum Einpressen eine den Kühlmediumverteiler führende Vorrichtung der Einpresshilfe bewegt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 oder 13, wobei das Verbinden durch ein Verschrauben erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 14, wobei die Montagehilfe derart gestaltet ist, dass sie beim Einpressen des Kühlmediumverteilers in die Kühlleitungsenden für den Kühlmediumverteiler eine Führung und einen Anschlag bildet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 15, wobei auf die in der Montagehilfe liegenden Kühlleitungen ein Träger geklebt wird.