DE3610690C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft Magnetspulen nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 zum Erzeugen hoher Magnetfelder, vorzugs­ weise solche zum Impulsbetrieb, die von Stromimpulsen aus einer Kondensator-Entladung gespeist werden und zum Aufmagne­ tisieren, Entmagnetisieren und Abgleichen von Dauermagneten in Magnetisiervorrichtungen dienen.

Die Erwärmung der Spule hängt stark von der Im­ pulsenergie ab. Um ein fortlaufendes Arbeiten der Geräte zu gewährleisten, muß eine beschleunigte Kühlung der Spulen - vorzugsweise mit Luft - vorgesehen werden.

Bekannt sind derartige Spulen, die aus scheibenförmigen Stromleitern bestehen, die in Spiralform miteinander verbun­ den sind (sogenannte "Bitter-Spulen", F. Bitter, Rev. Sci. Instr. 7, 479, 482 (1936). Bei diesen wird zur Kühlung eine Kühlflüssigkeit durch axiale Bohrungen durch die Scheiben geleitet. Der Aufwand für diese Kühlart ist beachtlich.

Bekannt ist ferner ein ein- oder mehrteiliger, durch Flüssig­ keit gekühlter Induktor zur Erwärmung beliebiger metallischer Gegenstände (CH 3 28 166), und zwar vorzugsweise durch Hoch­ frequenz, mit Schlitzen zur Verengung seines leitenden Quer­ schnittes. An dem Induktor sind für die Kühlflüssigkeit me­ tallische Kühlrohre so angebracht, daß mindestens eines we­ nigstens einen Schlitz überbrückt und an dieser Stelle so gebogen ist, daß diese Stelle einen höheren induktiven Wider­ stand als das gestreckte Rohr besitzt. Die Herstellung sol­ cher Induktoren ist durch die Kühlrohre kostenaufwendig.

Außerdem sind solche Induktoren für Magnetisiervorrichtungen nicht geeignet.

Weiterhin ist eine elektrische Magnetspule mit scheiben­ förmigem Stromleiter zum Erzeugen eines konzentrierten Ma­ gnetfeldes bekannt (US 31 50 339), die insbesondere für eine Verwendung in Elektronenstrahl-Fokussiereinrichtungen geeig­ net ist und kein ferromagnetisches Material zum Konzentrieren des Magnetfeldes benötigt. Diese Magnetspule, die ins­ besondere für Elektronenmikroskope bestimmt ist, besteht aus einem Stapel von kreisringförmigen Scheiben aus leitendem Material, wie Kupfer, von denen jede C-förmig ausgebildet ist mit einem leitenden inneren Bereich und einem äußeren Bereich mit einer Anzahl von über den Umfang jeder Scheibe verteilten radialen Schlitzen. Die einzelnen geschlitzten Scheiben sind spiralförmig miteinander verbunden und über elektrische An­ schlüsse an eine Stromquelle angeschlossen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Magnetspulen nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 in konstruktiv einfa­ cher und kostensparender Weise so auszubilden, daß sie für eine sichere und gleichmäßige Kühlung, möglichst mit Luft, geeignet sind.

Diese Aufgabe wird durch das Kennzeichen des Anspruches 1 gelöst, während in den Ansprüchen 2 bis 6 besonders vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung gekenn­ zeichnet sind.

Dadurch, daß die einzelnen Scheiben durch Isolierscheiben voneinander getrennt und durch Zugstangen, die durch Bohrun­ gen im äußeren Bereich der Scheiben hindurchgeführt sind, mit den Isolierscheiben zu einem festen Paket zusammengehalten sind, dienen die äußeren Bereiche der im Stapel angeordneten Scheiben als Kühlrippen, zwischen denen die Kühlluft hin­ durchstreichen und die erzeugte Wärme ohne zusätzliche Hilfs­ mittel wegführen kann. Die Scheiben können im äußeren Bereich dünner als im inneren Bereich sein, also stufen- oder keil­ förmig nach außen dünner werden.

In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfin­ dung können die Scheiben im wesentlichen quadratisch ausge­ bildet und jeweils um 45° zueinander versetzt sein, so daß die Ecken der im Versatz gestapelten Scheiben aus dem Schei­ ben-Stapel seitlich herausragen und besonders leicht zu küh­ len sind, zum Beispiel mit Luft oder mit einer Kühlflüssig­ keit. Die überstehenden Ecken der zueinander versetzten Scheiben bilden ausgezeichnete Kühlrippen, so daß eine gute radiale Wärmeabfuhr möglich ist.

Durch die Zusammenschnürung des Stroms auf den stromführenden inneren Bereich der Spule wird das Verhältnis Feldstärke : Strom zusätzlich verbessert.

Vorteilhaft ist es, wenn der äußere Durchmesser oder die äußere Kantenlänge der Scheiben wenigstens das 1,5-fache des Durchmessers der Mittelöffnung beträgt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung schematisch dargestellt. Es zeigen

Fig. 1 eine runde Scheibe einer Magnetspule mit einem radialen Schlitz und Bohrungen im äußeren Bereich,

Fig. 2 eine quadratische Scheibe einer Magnetspule,

Fig. 3 eine Stirnansicht einer Magnetspule mit der­ artigen im wesentlichen quadratischen Scheiben, die im Stapel jeweils um 45° zueinander versetzt an­ geordnet sind, und

Fig. 4 einen senkrechten Längsschnitt durch eine solche Magnetspule mit scheibenförmigen Stromleitern.

Die Magnetspule besteht aus runden oder im wesentlichen quadratischen Scheiben 1 mit einer Mittelöffnung 10, zum Beispiel aus Kupfer, von denen jede für eine spiralförmige Verbindung mit der jeweils nächsten Scheibe einen radialen Schlitz 2 aufweist. Jede Scheibe 1 hat einen inneren, den Strom leitenden Bereich 3, und einen äußeren, der Wärmeablei­ tung dienenden Bereich 4 mit Bohrungen 9 für Zugstangen, die die Spule zusammenhalten. Die Scheiben 1 sind im äußeren Bereich 4 dünner als im inneren Bereich 3. Beide Bereiche 3 und 4 sind durch eine gestrichelte Linie getrennt. Radiale Schlitze 5 verhindern oder schwächen den Stromverlauf im äußeren Bereich 4.

Bei der in Fig. 3 und 4 gezeigten Ausführungsform sind die im wesentlichen quadratischen Scheiben 1 mit 45° Versatz gestapelt, so daß ihre Ecken 6 aus dem Scheiben-Stapel her­ ausragen (Fig. 3) und besonders leicht zu kühlen sind, zum Beispiel mit Luft oder mit einer Kühlflüssigkeit.

Jede Scheibe 1 hat neben dem von der Mittelöffnung 10 ausge­ henden radialen Schlitz 2 zwei elektrische Anschlüsse 11, 12.

An dem elektrischen Anschluß 11 wird in Fig. 2 und 3 bei + der Strom der ersten Scheibe 1 zugeführt und über einen Kup­ ferring 7 jeweils zu der nächsten Scheibe 1 geleitet bis zur letzten Scheibe, die mitverbunden ist.

In Fig. 4 ist eine derartige Magnetspule im Schnitt dargestellt. Die überstehenden Ecken 6 der zueinander ver­ setzten Scheiben 1 bilden Kühlrippen, wobei die einzelnen Scheiben 1 durch Isolierscheiben 8 voneinander getrennt und durch Zugstangen, die durch Bohrungen 9 in den Scheiben 1 hindurchgeführt sind, mit den Isolierscheiben 8 zu einem festen Paket vereinigt sind.

Der äußere Durchmesser oder die äußere Kantenlänge der Schei­ ben beträgt wenigstens das 1,5-fache des Durchmessers der Mittelöffnung 10.

Claims (6)

1. Magnetspule mit scheibenförmigem Stromleiter, die aus mehreren im Stapel angeordneten Scheiben eines elektrischen Leiters mit einer Mittelöffnung besteht, wobei jede Scheibe einen von der Mittelöffnung durchgehenden radialen Schlitz mit beiderseits davon angeordneten elektrischen Anschlüssen und neben einem den Strom führenden ringförmigen inneren Bereich einen die Wärme ableitenden äußeren Bereich mit weiteren Schlitzen aufweist und die einzelnen Scheiben spiralförmig miteinander in Serie geschaltet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Scheiben (1) durch Isolierscheiben (8) voneinander getrennt und durch Zugstangen, die durch Bohrungen (9) im äußeren Bereich (4) der Scheiben (1) hindurchgeführt sind, mit den Isolierscheiben (8) zusammengehalten sind.

2. Magnetspule nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Scheiben (1) im äuße­ ren Bereich (4) dünner als im inneren Bereich (3) sind.

3. Magnetspule nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheiben (1) im wesentlichen quadratisch ausgebildet und jeweils um 45° zueinander versetzt sind.

4. Magnetspule nach Anspruch 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die äußere Kantenlänge jeder Scheibe (1) mindestens das 1,5-fache des Durch­ messers der Mittelöffnung (10) beträgt.

5. Magnetspule nach einem der Ansprüche 1 bis 4 , dadurch gekennzeichnet, daß die Scheiben (1) aus Kupfer bestehen.

6. Magnetspule nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß sie mit dem Stromimpuls aus einer Kondensator-Entladung betrieben wird.