DE1589594A1 - Vierpol zur magnetischen Fokussierung - Google Patents

Vierpol zur magnetischen Fokussierung

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DE1589594A1 DE1967C0042078 DEC0042078A DE1589594A1 DE 1589594 A1 DE1589594 A1 DE 1589594A1 DE 1967C0042078 DE1967C0042078 DE 1967C0042078 DE C0042078 A DEC0042078 A DE C0042078A DE 1589594 A1 DE1589594 A1 DE 1589594A1
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    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
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    • H01J29/46—Arrangements of electrodes and associated parts for generating or controlling the ray or beam, e.g. electron-optical arrangement
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    • H01J29/66—Magnetic lenses using electromagnetic means only
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Description

L-51VJ
17. foil 1967
GQMPAGNIE GMERALE D'ELECTRICITE 54, rue La Boetie, Paris (8e), Frankreich
Vierpol zur magnetischen !Fokussierung
Die Erfindung "betrifft einen supraleitenden Vierpol zur magnetischen Fokussierung.
Das Prinzip der magnetischen Vierpollinsen ohne Eisen,ist gut bekannt, insbesondere durch die Arbeiten von Prof. Septier von der naturwissenschaftlichen Fakultät, Paris, und vor allem durch den in der Zeitschrift "Le journal de physique et le radium", Angewandte Physik, 21. Jahrgang, Nachtrag zu Heft 3, März 1960, erschienenen Artikel "Magnetische-Vierpollinsen ohne Eisen"»
Pie Herstellung von Vierpolen nach diesem Prinzip mit herkömmlichen Spulen, zum. Beispiel aus. Kupfer, die bei niedrigen Temperatürenarbeiten, ist von nur begrenztem Interesse, da man nur geringe Stromdichten erzielen kann und eine sehr hohe elektrische Leistung für den Betrieb· der Spulen erforderlich let. ν
Burch die Einführung von supraleitenden Stoffen vor nicht langer Zeit wurde die Herstellung von magnetischen Vierpolen mit Spulen ermöglicht, die. diese Nachteile nioht aufweisen»
Höhere Stromdichten in der Grössenordnung von einigen hundert Ampere je qmm lassen sich mit ihnen leicht erreichen. Lässt man ferner die Spulen unter ihrem kritischen Temperaturwert arbeiten, wird ihr Widerstand gleich Null," und der Leistungsverbrauch der gesamten Vorrichtung "bleibt auf die thermischen Verluste der kälteerzeugenden Anlege beschränkt.
Eine bei der Herstellung von supraleitenden Vierpolen zu überwindende Schwierigkeit besteht darin, sie mechanisch so aufzubauen, dass sie elektromagnetischen Kräften bis zu mehreren t standhalten, die zwischen den stromdurchflossenen Wicklungen auftreten können.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen supraleitenden Vierpol zur magnetischen Fokussierung herzustellen, der internen elektromagnetischen Kräften standhält und einen konstanten Magnetfeldgradienten'aufweist.
Gegenstand der Erfindung ist ein supraleitender Vierpol zur magnetischen Fokussierurg, der sich insbesondere dadurch auszeichnet, dass seine vier supraleitenden Spulen einen prismaförmigen Kern aus nichtmagnetischem Hetail aufweisen, der im Querschnitt in Form zweier gleichschenkliger Trapeze mit gemeinsamer kleiner Grundseite ausgebildet ist und auf dem parallel zu den Mantellinien des Prismas eine supraleitende Wicklung vorgesehen wird.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung hat der von einem der Trapeze des KernquerSchnitts gebildete Winkel 30° bis 50°, vorzugsweise 40°.
Gegenstand der Erfindung ist ferner ein Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemässen Spule, das sich insbesondere' dadurch auszeichnet, dass der Kern auf einer herkömmlichen Wickelmaschine befestigt und die Spule dabei seitlich durch einen Stapel von F/lachstäben gehalten wird, die nach und nach übereinandergeschichtet werden.
^0
*T589594
Die Erfindung;-ist.an-Hand von Zeichnungen: von vorzugsweisen· Ausführungsbeispielen des erfindungsgemässen Vierpols erläutert; in diesen sind: -
Fig» 1 ein'Querschnitt des Kerns einer erfindungsgemässen
Vierpolspule,
•Fig. 2 ein Querschnitt einer Spule, die mit einem nach einer anderen Ausführungsart hergestellten Kern ausgestattet ist,.
Fig. 3 ein Aufriss eines Kerns entsprechend der Ausführungsart der Fig. 2,
■Fig. 4 ^ ein Querschnitt eines Vierpols in einer zu dessen
Achse senkrecht verlaufenden Ebene, Fig. 5 eine perspektivische Ansicht des mit einer Spule
"ausgestatteten Kerns,
Fig. 6 eine perspektivische Ansicht eines Teils des Mantels
des Vierpols-,
Fig. 7 eine perspektivische Ansicht eines teilweise montierten Vierpols.
Der Kern der Spule weist im wesentlichen ein prismaförmig ausgebildetes Metallteil auf, dessen Endstücke aus Kunststoff bestehen.
Fig. 1 zeigt einen Querschnitt des prismaförmigen Teils eines Ausführungsbeispiels; dieser hat die Form zweier gleichschenkliger Trapeze 3 und 4 mit gemeinsamer kleiner Grundseite.
Fig. 2 zeigt einen Querschnitt einer Spule, deren Kern nach einer anderen Ausführungsart hergestellt und bei der die grosse Grundseite des Trapezes 3 durch einen Viertelkreisbogen ersetzt wurde, der zur Aussense it e der Spule hin konkav ausgebildet ist.
Der von den Schenkeln 41 und 42 des Trapezes 4 gebildete Winkel hat 30° bis 50°, vorzugsweise 40°. Wie im folgenden beschrieben, lässt sich hierdurch ein sehr konstanter Kagnetfeldgradient des Vierpols erreichen.
BAD-- ORiGlNAL 009820/0733
158959Λ
Fig. 3 zeigt den Kern nach der Ausführungsart der Fig. 2. Die Endflächen 5 und 6 des metallischen Teils des Kerns sind eben, und der durch deren Ebene mit einer zu den Mantelflächen des Prismas senkrecht verlaufenden Ebene gebildete Flächenwinkel hat 10° bis 30°, vorzugsweise annähernd 17°.
Der Metallkern weist zwei vorzugsweise aus Kunststoff und insbesondere aus Polytetrafluoräthylen (Teflon), Polyamid (Nylon) oder Polyäthylen bestehende Endstücke7 und 8 auf« Diese Endstücke haben im wesentlichen die Form zweier halbierter Kegelstümpfe mit gleicher Achse und gemeinsamer Grundfläche,die auf den ebenen Endflächen des metallischen Teils -des Kerns aufliegen; die Endstücke werden zum Beispiel mit Schrauben an dem Metallteil befestigt.
Aus Fig. 2 ist die Herstellung der Spule ersichtlich, "bei der ein supraleitendes Kabel parallel zu den Mantellinien d.es Prismas in mehreren Schichten 10 um den Kern, gewickelt wird«. Die'ser wird mit seiner Mittenboürung 50, deren Achse senkrecht zu den Kanten des Kerns und parallel zu dessen Symmetrieebene verläuft, auf die Welle einer Wickelmaschine aufgesetzte. Die Wicklung wird hierbei von den Flanschen 31 und 32 des Kerns und durch die Wangen 33 und 34 gehalten«, die aus einer ?ielaahl' von auf einander ge schraubten FiselistäTben 35 "bestehen, deren erster- auf üem abgeflachten Teil 37 öer Grundseite des Esrns befestigt
Hie Wangen 33 und 34 verlaufen parallel zn den Flanschen 31 und 32 und Μία®:« einen Winkel von 900J
Bas Metall des Eems ist vorzugsweise nichtmagnetisch, um eine Deformation des durch die Wicklung erzeugten Magnetfeldes infolge von Sättigung za. verhindern=
Vorzugsweise 'c-eäutst jasn Messing oder·
Fig» 5 zeigt dia nach dem obigen Verfahren fertiggestellt© Spule» ' · .
CCO/ CC
*Τ589594
Bei dem dia Wicklung "bildenden Kabel handelt es sich "beispielsweise um ein isoliertes Kabel aus mit Indium legiertem Niobium-Zirkonium, das eine Stromdichte von etwa 175 A/mm zulässt.
Zur Herstellung eines Vierpols werden vier wie in Fig. 5 gezeigte Spulen mit ihren Flächen 30 einander gegenüber angeordnet, so dass diese einen zylindrischen Baum 59 bilden; danach werden die Spulen mit einem zylindrischen Mantel umgeben. ·
Pig. 4 zeigt den Vierpol im Querschnitt senkrecht zu seiner Achse.
Der Mantel besteht vorzugsweise aus vier gleichen Teilen 61, 62, 63' und 64.
Pig. 6 zeigt eine perspektivische Ansicht eines dieser Teile. Auf jedem Teil ist eine mit zugehöriger Wicklung 71, 72, 73 bzw. 74 versehene Spule durch Schrauben 75 befestigt.
-"■ ■ \ '- ■ ■ '
Die Plussrichtung der Ströme in den Wicklungen 71 bis 74 ist "SO15 gewählt, dass die Vorrichtung vier trapezförmigen Spulen -,A-., B, C, D entspricht und zwei trapezförmige, einander züge-? kehrte Spulen jeweils 2 Pole gleichen Vorzeichens bilden; die beiden anderen Pole sind entgegengesetzten Vorzeichens.
Die Stromrichtung zeigt Pig. 4; in dieser stellt das Pluszeichen einen in Zejchnungsebene von hinten nach vorn fliessenden Strom dar.
Es wird davon ausgegangen, dass zwei äussere Leiter J und-K der Spule A, B, C, D im gleichen Abstand vom Mittelpunkt .0 des zylindrischen Teils 59 angeordnet sind. Mit a ist der Abstand J- K und mit b der Abstand des Punktes O vom Pusspunkt der Senkrechten zu J-K angegeben. Eine Berechnung ergibt, dasa der G-radient des Magnetfeldes im zylindrischen Teil 59 um so ^konstanter ist, je mehr sich das Verhältnis v· bei der grössten Anzahl von elektrischen Leitern dem Wert O,5 nähert,
009820/0733
Die Trapezform der Kerne und Spulen sowie deren Anordnung nebeneinander und Abmessungen ermöglichen es, den theoretischen Idealaufbau im wesentlichen zu erreichen.
Die Teile des Mantels werden durch Bolzen und !.futtern in den Bohrungen 76 zusammengehalten.
Fig. 7 zeigt perspektivisch den Zusammenbau des Vierpols; drei der vier Spulen sind bereits miteinander und mit den Teilen des Mantels verbunden.
Durch Aufschrumpfen von Stahlkabeln um den Mantel wird eine einwandfreie mechanische Festigkeit der gesamten Vorrichtung erzielt.
Der Mantel wird an seinen Enden durch vorzugsweise aus Weicheisen bestehende Platten verschlossen und dadurch gleichzeitig das Verlustfeld des Vierpols begrenzt.
009820/0733

Claims (1)

  1. Patentansprüche
    Elektrische Spule für einen Vierpol zur magnetischen Fokussierung, dadurch gekennzeichnet, dass ihr Kern aus einem prismaförmigen Metallteil besteht, das im Querschnitt im wesentlichen in Form zweier gleichschenkliger Trapeze ausgebildet ist, die ausseres bzw. inneres Trapez genannt werden und eine gemeinsame kleine Grundseite haben·, und dass das Metallteil auf seinen Endflächen zwei Endstücke aufweist und auf diesem parallel zu den Mantellinien des Prismas eine elektrische Yficklung angeordnet ist.
    2. Spule nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schenkel des äusseren Trapezes des Querschnitts des prismaförmigen Metallteils einen V/inkel von 30° bis 50°, vorzugsweise Von 40° bilden. ·.'..'
    3. Spule nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Grundseite des äusseren Trapezes des Querschnitts des prismaförmigen Metallteils die form eines nach der Aussenseite des Trapezes konkav ausgebildeten Kreisbogens aufweist.
    4t. Spule nach Änspj?uch 3» dadurch gekennzeichnet, dass eier ; "Kreisbogen- ein Viertel des Umfangs einnimmt* - ~-
    . Spulöi nach Ansprach 1, dadurch gekeiKiseielmet,, isss .| laSstüok die For© zweier Hälbkegelstumpfe mit gleicher -Achse aufweists die mit ihrer kleinen Grundfläche arieinander
    liegen» . - ■
    Spule nach Anspruch 5S dadurch gekennzeichnet,* daas öle Badstiicke aus Kunststoff, wie Polytetrafluoräthylen, d oder Polyäthylen, bestehen.
    Spal© Kaeii Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wieliimg seitlich .auf ihrer gesamten Länge von zwei Wangen wird, äie aus je einem Stapel von Plachstäben in
    . BAD BGiMAt 009820Λ0733
    Form eines Parallelepipedons bestehen, und die sich auf einem abgeflachten Teil an einer zum äusseren Trapez gehörigen Kante des Kerns abstützen.
    8. Spule nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Flachstäbe miteinander und mit dem Kern verschraubt sind.
    9. Spule nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Flächenwinkel, den jede Endfläche des Kerns mit einer zu den Mantellinien des ihn bildenden Prismas senkrecht verlaufenden Ebene bildet, 10° bis 30°, vorzugsweise 17° beträgt.
    10. Spule nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Wange parallel zur Fläche des Kerns verläuft, der durch die Mantellinien des Prismas beschrieben wird, die auf dem Schenkel des in bezug auf die Symmetrieebene des Kerns auf derselben Seite liegenden inneren Trapezes aufliegen.
    11. Spule nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kern in der Mitte eine Öffnung aufweist, deren Achse senkrecht zu den Kanten des Kerns und parallel zu dessen Symmetrieebene verläuft.
    12. Spule nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kern aus nichtmagnetischem Metall, wie Messing oder Duraluminium, besteht.
    13« Vierpol zur magnetischen Fokussierung mit vier gleichartigen Spulen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass durch deren Anordnung die Grundseiten ihres äusseren Trapezes einen im wesentlichen zylindrischen Raum beschreiben.
    14. Vierpol nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Spulen miteinander durch einen sie umgebenden Mantel zusammengehalten werden.
    15. Vierpol nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, - dass der Mantel aus vier Teilen besteht, an die jeweils eine Spule geschraubt ist.
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    "*Ϊ589594
    16. Vierpol nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils zwei Teile des Mantels miteinander verschraubt sind,
    17. Vierpol nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass ein aus Metallkabel gebildeter Schrumpfring um die Aussenflache des Mantels gelegt ist.
    18. Vierpol nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Mantel auf jedem Ende durch eine Platte aus Weicheisen abgeschlossen ist.
    19. Verfahren zur Herstellung einer Spule nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Spulenkern auf der Welle einer Y/ickelmaschine befestigt und die Wicklung seitlich durch Wangen aus einem Stapel von Flachstaben gehalten wird, die mit zunehmender Dicke der Spule aufeinandergelegt werden.
    009820/0733
    L e e r s e i t e
DE1589594A 1966-04-21 1967-04-18 Magnetischer Vierpol mit vier supraleitenden Spulen und Verfahren zur Herstellung einer Spule hierfür Expired DE1589594C3 (de)

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DE1589594B2 DE1589594B2 (de) 1978-02-16
DE1589594C3 DE1589594C3 (de) 1978-10-05

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