DE3504223C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Her­ stellung einer scheibenförmigen, gekrümmten Magnet­ spule, insbesondere für Teilchenbeschleuniger-Anlagen, deren Leiter um einen eine konvex geformte und eine konkav geformte Längsseite aufweisenden Wickelkörper mit somit teilweise negativer Krümmung unter Verwendung von zumindest am Außenrand der konkav geformten Längs­ seite des Wickelkörpers anzubringenden Halteeinrich­ tungen gewickelt und nach dem Wickelvorgang in seiner Lage fixiert wird. Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Eine entsprechende supraleitende Magnetspule ist z. B. aus der Literaturstelle "Fuji Elextric Review", vol. 19, no. 3, 1973, Seiten 112 bis 118 bekannt. Diese aus Supraleitern gewickelte Spule ist längs einer Kreis­ bogenlänge mit vorbestimmtem Radius und vorbestimmtem Bogen-(Zentri-) Winkel gekrümmt, so daß sie eine konvex geformte äußere Längsseite und eine konkav geformte innere Längsseite aufweist. Diese Magnetspule, deren Leiter durch Verstrebungen zwischen diesen Längssei­ ten in ihrer geometrischen Lage fixiert werden, dient als Hubmagnet zur berührungsfreien Schwebeführung eines Fahrzeugs längs einer Fahrbahn.

Auch in Teilchenbeschleuniger-Anlagen müssen Speicher­ ringe für geladene Teilchen wie z. B. Elektronen auf­ grund ihrer gekrümmten Teilchenbahnen entsprechend gekrümmte Dipolmagnete aufweisen. Diese Magnete können dabei insbesondere halbkreisförmig gebogen sein (vgl. z. B. "IEEE Transactions on Nuclear Science", vol. NS-30, no. 4, August 1983, Seiten 3279 bis 3285). Wegen der erforderlichen hohen Feldstärken werden hierfür bevorzugt supraleitende Wicklungen vorgesehen. Um eine unveränderte Lage der aus entsprechenden Leitern zu er­ stellenden Windungen dieser Wicklungen zu garantieren, müssen diese zunächst um einen entsprechend geformten Wickelkörper gewickelt und an diesem befestigt werden. Dabei stellt sich jedoch das Problem des Wickelns mit negativem Krümmungsradius im Bereich der konkaven Längsseiten der Wickelkörper.

Magnete, deren Wicklungen negative Krümmungen auf­ weisen, können beispielsweise durch zugfreies Legen des mindestens einen Leiters in Nuten und anschlie­ ßendes Verkeilen hergestellt werden. Auch ist ein sukzessives Anklemmen des Leiters unter Verwendung besonderer Halteeinrichtungen wie z. B. einzelner am Außenrand des Wickelkörpers ortsfest anzubringender Klemmen bekannt (vgl. z. B. "IEEE Transactions on Magnetics", Vol. MAG-17, No. 5, September 1981, Seiten 1571 bis 1574). Die mit diesen Halteeinrichtungen jeweils angeklemmten Leiterstücke müssen dann Stück für Stück an dem Wickelkörper bzw. an gegebenenfalls auf diesen schon aufgebrachten Leiterwindungen fixiert, beispielsweise angeklebt werden. Derartige Wickel­ techniken sind jedoch insbesondere für supraleitende Dipolmagnete von Speicherringen sehr aufwendig und zeitraubend.

Aus der JP-A-58-1 73 818 ist es im Zusammenhang mit der Herstellung von Rechteckspulen bereits an sich bekannt, zur Bewicklung von Wickelkörpern mit konkaven Abschnitten Anpreß­ rollen vorzusehen, mit denen der Leiter während der Bewicklung mittels Feder oder hydraulisch an den Wickelkörper bzw. bereits vorhandene Leiterwindungen angepreßt wird.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, ein Verfahren zu schaffen, mit dem eine großtechnische Her­ stellung von scheibenförmigen, gekrümmten Magnetspulen auf verhältnismäßig einfache Weise ermöglicht wird, wobei insbesondere supraleitende Leiter vorgesehen werden können.

Diese Aufgabe wird für das eingangs genannte Verfahren erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Leiter mittels der zu einer Kette aneinandergereihten und längs des Außenrandes beweglich ausgebildeten Halteeinrichtungen an den Wickelkörper oder an bereits vorhandene Lei­ terwindungen angepreßt wird, wobei über eine Lücke in der Kette der Leiter zumindest weitgehend zugfrei auf den Wickelkörper bzw. auf die schon vorhandene Leiterwindung gelegt wird.

Die mit dieser Ausgestaltung des Verfahrens verbundenen Vorteile sind insbesondere darin zu sehen, daß auf­ grund der Verwendung von zu einer Kette hinterein­ andergereihten Halteeinrichtungen, die am Außenrand des Wickelkörpers verschiebbar angeordnet werden, ein quasi kontinuierlicher Wickelvorgang ermöglicht wird, indem die Halteeinrichtungen und somit die zwischen ihnen freigehaltene Lücke in Umfangsrichtung des Wickelkör­ pers geführt werden. Auf diese Weise ist eine Spule mit negativer Krümmung auszubilden, ohne daß es einer besonderen, im allgemeinen sehr aufwendigen ortsfesten Fixierung einzelner Teile der Windungen während des Wickelvorganges bedarf.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann vorteilhaft mit einer Vorrichtung durchgeführt werden, die dadurch gekennzeichnet ist, daß jede Halteeinrichtung eine An­ preßeinrichtung mit Anpreßrollen zum Anpressen des Leiters von außen an den Wickelkörper oder an bereits vorhandene Leiterwindungen sowie mit der Anpreßein­ richtung über ein bügelförmiges Rahmenteil verbundene Führungsrollen zur Führung der Halteeinrichtung in Umfangsrichtung des Wickelkörpers längs an dessen Außenseite vorhandener, senkrecht zur Wickelkörperebene ausgerichteter Stege enthält. Unter Rollen werden dabei alle hierfür geeigneten rotationssymmetrischen Körper wie z. B. auch Räder oder Ringscheiben verstanden.

Vorteilhafte Ausbildungen des Verfahrens bzw. der ent­ sprechenden Vorrichtung gehen aus den restlichen Unter­ ansprüchen hervor.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung und deren in den Unteransprüchen gekennzeichneten Weiterbildungen wird nachfolgend auf die Zeichnung Bezug genommen, in deren

Fig. 1 eine Vorrichtung zur Durchführung des erfin­ dungsgemäßen Verfahrens schematisch veranschaulicht ist. Die

Fig. 2 bis 4 zeigen schematisch Einzelteile dieser Vorrichtung in jeweils verschiedener Ansicht.

Dabei sind in den Figuren übereinstimmende Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

Aus Fig. 1 ist in Aufsicht ein ebener Wickelkörper oder -kern 2 ersichtlich, wie er beispielsweise für die Erstellung einer ebenen Dipolmagnetspule für ein Elektronenspei­ cherring vorgesehen werden kann. Dieser Wickelkörper ist mit mindestens einem flachen, insbesondere supra­ leitenden Leiter 3 zu bewickeln, der einer Vorrats­ trommel 4 entnommen wird. Der sich längs einer vor­ bestimmten Bogenlänge b mit einem Bogen- bzw. Krümmungsradius R erstreckende Wickelkörper 2 hat eine konstante Breite von 2 × D. Die Größe D ist dabei der Abstand von der Bogenlinie b zu den beiden konzentrisch gekrümmten Längsseiten 6 und 7 des Wickelkerns 2 . Diese konstante Breite des Wickelkerns erstreckt sich über eine Bogenlänge π · α · R/180°, wobei α der in Grad gemessene Zentri- oder Bogenwinkel ist. Die stirnseitigen Enden 8 und 9 des Wickelkerns 2 werden von Halbkreisen mit Durchmessern von jeweils 2 × D gebildet. Über diese Halbkreise ist somit die zu bewickelnde konvexe Außenseite 7 mit der zu bewickeln­ den konkaven Innenseite 6 des Wickelkörpers 2 verbun­ den.

Dabei soll der so gekrümmte Wickelkörper 2 dadurch bewickelt werden, daß der mindestens eine Lei­ ter 3 mittels besonderer Halteeinrichtungen 11 an den Wickelkörper 2 oder an bereits vorhandene Leiterwin­ dungen auf diesem Wickelkörper angepreßt wird. Diese Halteeinrichtungen sollen dabei jeweils an dem in der Fig. 1 allgemein mit 12 bezeichneten Außenrand des Wickelkörpers 2 gehalten und längs des Außenrandes beweglich ausgebildet sein. Eine Vielzahl derartiger Halteeinrichtungen 11 soll zu einer Kette aneinander­ gereiht sein, wobei eine verhältnismäßig schmale Lücke L, die eine Ausdehnung von etwa 2 bis 3 Halteeinrich­ tungen 11 hat, freigelassen wird. Der Leiter 3 wird dann über diese freigelassene Lücke L zugfrei auf den Wickelkörper 2 bzw. auf die schon vorhandenenLeiter­ windungen gelegt. Hierzu ist der Wickelkörper 2 an seinem Außenrand 12 mit Stegen 13 und 14 versehen, an denen die Halteeinrichtungen 11 entlang geführt werden. Die Halteeinrichtungen 11 haben etwa kreisförmige Ab­ standsteile 15, mit denen sie ihren Abstand unterein­ ander konstant halten. Außerdem sind sie mit einer be­ sonderen Einrichtung versehen, mit welcher der Leiter 3 beispielsweise pneumatisch oder hydraulisch an den Wickelkörper bzw. an bereits vorhandene Leiterwindungen gepreßt wird. Ferner kann vorteilhaft noch ein Stahl­ band 16 auf der dem Wickelkörper 2 abgewandten Seite des Leiters 3 mit eingelegt sein, um so Walgkräfte aufzunehmen. Auf diese Weise bleibt vorteilhaft nur ein Druck des Leiters 3 gegen den Wickelkörper 2 .

Bei dem eigentlichen Wickelvorgang wird dann die aus den einzelnen Halteeinrichtungen 11 gebildete Kette um den Wickelkörper 2 herum bewegt. Hierbei werden syn­ chron auch die Leitervorratstrommel 4 sowie Biege­ rollen 18, die ein knickfreies Anlegen des Leiters 3 an den Wickelkörper bzw. auf ihn bereits aufgebrachte Lei­ terwindungen gewährleisten, mit um den Wickelkörper her­ umgeführt. Die entsprechende Wickelrichtung ist in der Fig. 1 durch mit WR bezeichnete gepfeilte Linien ange­ deutet.

Aus den Fig. 2 und 3 ist eine einzelne Halteeinrich­ tung 11 in Aufsicht bzw. Seitenansicht näher ersicht­ lich. Diese Einrichtung grenzt über ihr kreisförmig ge­ staltetes, parallel zur Wickelkörperebene liegendes Ab­ standsteil 15 an entsprechend gestaltete Nachbareinrich­ tungen an. Sie enthält ein bügelartiges Rahmenteil 20, das sich im wesentlichen senkrecht zum Außenrand 12 des Wickelkörpers 2 , d. h. hinsichtlich des Wickelkörpers radial nach außen hin erstreckt und an diesem in Um­ fangsrichtung geführt wird. Hierzu ist der Außenrand mit den senkrecht bezüglich der Wickelkörperebene nach oben bzw. nach unten weisenden Stegen 13 bzw. 14 ver­ sehen, an deren senkrechten Innenseiten 21 und 22 sich das bügelförmige Rahmenteil 20 über zwei Führungsrollen 24 und 25 mit senkrecht zur Wickelkörperebene weisenden Achsen radial nach außen hin gehalten wird. In Gegen­ richtung stützt sich die Halteeinrichtung 11 mit ihrem bügelartigen Rahmenteil 20 über Anpreßrollen 27 bzw. 28 an dem mit den Stegen 13 und 14 versehenen Außenrand 12 des Wickelkörpers 2 bzw. den auf ihn aufgebrachten einzelnen Windungen des Leiters 3 ab. Gemäß dem darge­ stellten Ausführungsbeispiel der Fig. 2 und 3 sind fünf Windungen 3 a bis 3 e angenommen. Hierzu werden die Rollen 27 und 28 von einer beispielsweise pneumatischen oder hydraulischen Anpreßeinrichtung 29 über ein Ge­ stänge 30 an die Leiterwindungen angepreßt, wobei zwi­ schen der äußersten Leiterwindung (3 e) und den Rollen 27 und 28 das Stahlband 16 zur Aufnahme von Walgkräften eingelegt ist. Die Anpreßeinrichtung 29 ist ihrerseits an dem bügelartigen Rahmenteil 20 starr befestigt.

Wie aus Fig. 3 ferner zu entnehmen ist, kann der Wickelkörper 2 über seine Außenseite 12 hinaus mit einem radial nach außen hin weisenden Verlängerungsteil 32 versehen sein, auf dem die einzelnen Windungen 3 a bis 3 e des Leiters 3 mit an dessen Schmalseite auf­ liegen. Außerdem kann die Halteeinrichtung 11 noch eine zusätzliche Andruckrolle 33 aufweisen, mit deren Hilfe zumindest die jeweils radial außenliegende Lei­ terwindung (3 e) auf dieses Verlängerungsteil 32 des Wickelkörpers 2 aufgedrückt wird.

Diese zusätzliche Rolle 33 ist auch in Fig. 4 er­ sichtlich, in der eine Seitenansicht auf die Rollen 27 und 28 gemäß Fig. 2 in Richtung auf den Außenrand 12 des Wickelkörpers 2 hin veranschaulicht ist.

Bei dem in den Fig. 1 bis 4 dargestellten Ausfüh­ rungsbeispiel einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wurde davon ausgegangen, daß sich die aus den Halteeinrichtungen 11 gebildete Kette bis auf den Bereich der Lücke L um den gesamten Außenumfang des Wickelkörpers 2 erstreckt. Da jedoch die Halteeinrichtungen unbedingt nur zur Bewicklung der konkaven Längsseite 6 des Wickelkörpers erforder­ lich sind, kann es gegebenenfalls ausreichen, wenn man nur an dieser Längsseite eine Kette aus Halteeinrich­ tungen 11 mit der Lücke L ausbildet.

Wie ferner insbesondere aus Fig. 1 hervorgeht, wurde dem Ausführungsbeispiel ein gekrümmter Wickelkörper 2 zugrundegelegt, dessen Zentri- oder Bogenwinkel α kleiner als 180° gewählt ist. Mit dem erfindungsge­ mäßen Verfahren bzw. der entsprechenden Vorrichtung lassen sich jedoch in entsprechender Weise auch ge­ krümmte Wickelkörper mit Bogenwinkeln bis zu 180° be­ wickeln, d. h. in diesem Falle hat dann der Wickelkör­ per annähernd die Gestalt einer halben Kreisring­ scheibe. Magnetspulen mit entsprechender Gestalt wer­ den insbesondere für Speicherringe von Elektronenbe­ schleuniger-Anlagen vorgesehen. Die Wicklungen dieser Spulen sind vielfach sogenannte Doppelscheiben, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren bzw. mit der ent­ sprechenden Vorrichtung vorteilhaft nacheinander auf verhältnismäßig einfache Weise großtechnisch herzu­ stellen sind.

Claims (10)

1. Verfahren zur Herstellung einer scheibenförmigen, gekrümmten Magnetspule, insbesondere für Teilchenbe­ schleuniger-Anlagen, deren Leiter um einen eine konvex geformte und eine konkav geformte Längsseite auf­ weisenden Wickelkörper mit somit teilweise negativer Krümmung unter Verwendung von zumindest am Außenrand der konkav geformten Längsseite des Wickelkörpers anzubringenden Halteeinrichtungen gewickelt und nach dem Wickelvorgang in seiner Lage fixiert wird, da­ durch gekennzeichnet, daß der Leiter (3) mittels der zu einer Kette aneinanderge­ reihten und längs des Außenrandes (12) beweglich ausgebildeten Halteeinrichtungen ( 11 ) an den Wickel­ körper ( 2 ) oder an bereits vorhandene Leiterwindungen (3 a bis 3 e) angepreßt wird, wobei über eine Lücke (L) in der Kette der Leiter (3) zumindest weitgehend zug­ frei auf den Wickelkörper ( 2 ) bzw. auf die schon vorhandene äußerste Leiterwindung (3 e) gelegt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß zwischen die Außen­ seite des aufzubringenden Leiterteiles und den ent­ sprechenden Teilen der Halteeinrichtungen ( 11 ) ein Walgkräfte aufnehmendes Band (16) gelegt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Leiter (3) mittels der Halteeinrichtungen ( 11 ) pneumatisch oder hydraulisch an den Wickelkörper ( 2 ) oder an bereits vorhandene Leiterwindungen (3 a bis 3 e) angepreßt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß minde­ stens ein supraleitender Leiter (3) auf den Wickel­ körper ( 2 ) aufgebracht wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da­ durch gekennzeichnet, daß die Magnetspule aus einer oder mehreren ebenen Wicklungen aufgebaut wird.

6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß jede Halteeinrichtung ( 11 ) eine Anpreßeinrichtung ( 29 ) mit Anpreßrollen (27, 28) zum Anpressen des Leiters (3) von außen an den Wickelkörper ( 2 ) oder an bereits vorhandene Leiter­ windungen (3 a bis 3 e) sowie mit der Anpreßeinrichtung ( 29 ) über ein bügelförmiges Rahmenteil (20) verbundene Führungsrollen (24, 25) zur Führung der Halteeinrich­ tung ( 11 ) in Umfangsrichtung des Wickelkörpers ( 2 ) längs an dessen Außenseite (12) vorhandener, senkrecht zur Wickelkörperebene ausgerichteter Stege (13 bzw. 14) enthält.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das bügelförmige Rahmenteil (20) etwa U-förmige Gestalt hat und sich hinsichtlich des Wickelkörpers ( 2 ) radial nach außen hin erstreckt, wobei an den freien Enden seiner Schen­ kel die an den Stegen (13, 14) entlang zu führenden Führungsrollen (24, 25) angeordnet sind.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Anpreßeinrich­ tung ( 29 ) zusätzlich eine Andruckrolle (33) aufweist, mittels derer zumindest die jeweils äußerste Leiter­ windung (3 e) senkrecht zur Anpreßrichtung der Anpreß­ rollen (27, 28) auf ein radial nach außen ragendes, die Leiterwindungen (3 a bis 3 e) tragendes Verlängerungsteil (32) des Wickelkörpers ( 2 ) zu drücken ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, da­ durch gekennzeichnet, daß jede Halteeinrichtung ( 11 ) ein kreisförmiges Abstandsteil (15) zur Beabstandung von benachbarten Einrichtungen aufweist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, gekennzeichnet durch eine Vorrats­ trommel (4) für den Leiter (3), die synchron mit der aus den Halteeinrichtungen ( 11 ) gebildeten Kette um den Wickelkörper ( 2 ) herum zu führen ist.