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Lamellierter Synchrotronmagnet Zweck der Erfindung ist die Erzielung
einer besonders hohen Genauigkeit des mechanischen Aufbaues lamellierter Sektormagnete
bei Synchrotronen, und zwar sollen die gemäß der Erfindung vorgesehenen Maßnahmen
sowohl bei ein- wie auch bei zweiteiligen Magneten angewendet werden, unabhängig
von der Konstruktion der Erregerspulen.
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Gemäß der Erfindung ist ein lamellierter Synchrotronmagnet vorgesehen,
bei dem die Blechlamellen einzeln mittels schwalbenschwanzförmiger, hammerkopfförmiger
oder sonst geeignet geformter Fortsätze oder Einschnitte an Führungsflächen eines
starren Lamellenträgers befestigt sind.
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Nach einer bevorzugten Ausführungsform wird bei zweiteiliger Bauweise
jeder der beiden Teile durch einen besonderen starren Lamellenträger in seiner Form
gehalten und die gegenseitige Lage der beiden Magnetteile durch einen direkt in
die Bleche eingreifenden Keil justiert und durch Aufeinanderpressen der Trennfuge
zwischen den Magnetteilen fixiert.
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Von Bedeutung für die Erfindung ist also die Befestigung jeder einzelnen
Lamelle des Magnetkörpers
an einem extrem formsteifen Tragkörper,
der sowohl gegossen als auch aus Blechplatten zusammengeschweißt sein kann.
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Dabei können für das. Zusammenpressen der Magnetteile an den Lamellenträgern
angreifende Bolzen verwendet werden, für die Nuten in den zu Teilpaketen geeigneter
Stärke verklebten Blechen ausgespart sind. Es können auch an den Lamellenträgern
angreifende Blechstreifen oder Blechstreifenpakete verwendet werden, die sich an
der Übertragung des Magnetflusses beteiligen. Auch ist es möglich, die Magnetteile
durch Klammern zusammenzupressen, die über die Lamellenträger an geeigneten Stellen
innerhalb des Fugenquerschnittes liegende resultierende Druckkräfte ausüben.
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Nach einer bevorzugten Ausführungsform sind die Magnetschenkel schräg
zur Ebene der Trennfuge der Lamellen angeordnet.
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Die Lamellenträger können kasten- oder rohrförmig ausgebildet sein,
wobei durch die Lamellenträger Kühlluft an die Lamellen des Magnets herangeführt
werden kann. Dabei kann durch die Lamellenträger und die Spalte zwischen den Blechen
strömende Kühlluft zugleich die gegebenenfalls zur Vergrößerung der abkühlenden
Oberfläche aus einer größeren Zahl von Teilspulen zusammengesetzte Erregerspule
kühlen. Auch können Einrichtungen vorgesehen sein, welche die durch die Lamellenspalte
geblasene Kühlluft am Austreten nach außen hindern.
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Die Erfindung wird an Hand der Zeichnungen näher erläutert.
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Fig. i zeigt eine Draufsicht auf einen Synchrotronkörper; Fig. 2 stellt
die wesentlichen Teile der Fig. i im Axialschnitt dar; Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel
der Erfindung im Radialschnitt; Fig, q. zeigt eine weitere Ausführungsform; Fig.
5 zeigt eine weitere Ausführungsform und Fig. 6 einen Schnitt nach der Linie VI-VI
der Fig. 5 ; . Fig. 7 zeigt eine weitere Ausführungsform im Radialschnitt.
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In der Regel besteht die Partikelbahn i eines Synchrotrons (Fig. i
und 2) aus mehreren kreisförmig gekrümmten Abschnitten, zwischen die kürzere gerade
Stücke für die Beschleunigungskammern 2 tangential eingeschaltet sind. Das im Bereich
der gekrümmten Bahnteile erforderliche Führungsfeld muß der Energiezunahme der Teilchen
entsprechend anwachsen. Dies wird durch Magnete 6 erreicht, deren Form der beabsichtigten
Bahnkurve angepaßt sein muß. Das Führungsfeld muß während der eigentlichen Partikelbeschleunigung
zunehmen und in der während der für die Beschleunigung nicht nutzbaren Phase wieder
auf seinen Anfangswert zurückgehen. Das Führungsfeld entsteht entweder durch Überlagerung
eines Gleichfeldes mit einem ziemlich starken Wechselfeld, oder man verwendet ein
Wechselfeld ohne konstante Komponente. Die zur Felderzeugung dienenden Elektromagnete
müssen lamelliert sein, um Wirbelstromverluste und schädliche Phasenverschiebungen
zu vermeiden. Die zu beschleunigenden Partikel selbst müssen, um hohe Energien aufnehmen
zu können, so oft wie möglich die zwischen den Führungsfeldern liegenden Beschleunigungskammern
2 passieren, mithin eine große Zahl von Umläufen ausführen, ohne aber mit der Wand
der röhrenförmigen Vakuumkammern 3 zusammenzustoßen. Dies stellt höchste Anforderungen
an die Axialsymmetrie der Führungsfelder. Sowohl die Permeabilität des für den Aufbau
der Magnete verwendeten Materials als auch deren mechanische Ausführung und Justierung
müssen dem Begriff mathematischer Gleichheit so nahe wie möglich kommen.
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Die Aufgabe besteht also vor allem darin, eine große Zahl von Blechen
q. der beim Synchrotron üblichen C-Form mit meist außenliegendem Spalt 5 zur Aufnahme
der Vakuumkammer 3 fächerförmig divergierend zu Elektromagneten 6 zusammenzufassen
unter Einhaltung ungewöhnlicher Genauigkeitsforderungen.
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Insbesondere sollen die Polflächen des Spaltes 5 Rotationsflächen
um vertikale Sektorachsen 7 bilden. Die Sektorachsen sollen ihrerseits auf einem
Kreis um die vertikale Hauptachse 8 der ganzen Anordnung liegen.
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In dem Ausführungsbeispiel der Erfindung nach Fig. 3 'werden die schwalbenschwanzförmig
ausgeschnittenen Lamellen q. eines zweiteiligen Sektormagnebs mittels Laschen. ii
und Schrauben 12 gegen die auf der Drehbank genau bearbeiteten Führungsflächen io
der formsteifen Hohlträger g gepreßt. Durch isoliert eingesetzte Anker i8, die eventuell
aus unmagnetischem Werkstoff bestehen können, werden die Lamellen-4 gegeneinander
gepreßt, wobei an den Stellen der außenliegenden Anker zwischen die Lamellen entsprechend
der radialen Verbreiterung Zwischenstücke aus Isolierstoff gelegt werden. Auf diese
Weise erhalten Unterteil U und Oberteil O eine große Starrlieit. Sie können mit
den Aufspannflächen 37 auf die Scheibe einer Karusseldrehbank gesetzt werden, um
Schleifarbeiten am Spalt bzw. den Polflächen 5 auszuführen. Für die gegenseitige
Zentrierung der beiden Sektormag-nethälften sind die Paßfiächen 13 durch Nuten zur
Aufnahme eines Flachkeiles 1q. aus unmagnetischem Material unberbrochen. Spannanker
15 in genügender Anzahl pressen die Flächen 13 so fest aufeinander, daß die an den
Polflächen 5 angreifenden magnetischen Zugkräfte keine Vibrationen der Teile U und
O gegeneinander verursachen können.
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Eine weitere zweckmäßige Ausführungsform ist in Fig. q. dargestellt.
Hier sind die Paßflächen bzw. Trennfugen 13 der Magnetblechlariiellen schräg geschnitten,
so daß die Erregerspulen ig an der Außenseite der Magnete weiter auseinanderrücken
und dadurch für das Rohr 3 der Partikelbahn mehr Platz geschaffen wird. Dieser kommt
der Lagerung und rustiermöglichkeit des Rohres zugute..
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Innen rücken die Spulen dichter zusammen, was zur Verkleinerung des
Streufeldes und zur Erleichterung
der Erzeugung einer von innen
nach außen abnehmenden Feldstärke beiträgt. Der wesentlichste Vorteil dieser Bauweise
ist jedoch die Verbreiterung der Trennfläche zwischen Ober-und Unterteil zur Verbesserung
der Aufnahme der magnetischen Kräfte, ohne einen nennenswerten Mehraufwand an Eisenblech.
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Wie in den Fig. 5 und 6 dargestellt ist, können an Stelle außenliegender
Spannvorrichtungen für das Zusammenpressen der beiden Magnetteile durch Lücken der
Blechpakete durchgezogene Spannschrauben 7' treten, die durch Aussparungm in den
Magnetblechen hindurchgeführt werden. Hier werden die Magnetbleche -entweder in
ähnlicher Weise wie in Fig. 3 an den Lamellenträgern 22, 23, 24 bzw. 21, 22, 23
befestigt oder auf schwalbenschwanzförmige Nuten aufgezogen, wie Fig. 5 zeigt. Die
Platten 23 können hier eventuell aus unmagnetischem Werkstoff hergestellt werden,
um Wirbelverluste zu vermeiden. Die Magnetblechlamellen werden auch hier ähnlich
wie bei Fig. 3 durch isolierte Spannanker 18 gegeneinander gepreßt.
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Soll jede Schwächung des wirksamen magnetischen Querschnittes durch
die Befestigungselemente vermieden werden, so werden die Anker 18 durch dünne Pakete
aufeinandergeklebter Blechstreifen ersetzt. Die Blechlamellen reichen in diesem
Fall bis an die genann'en Befestigungsstreifen heran.
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Erfindungsgemäß dienen die Lamellenträger als Sammelleitungen für
die Kühlluft.
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Die in die Hohlträger g (Fig. 3) bzw. 21, 22, 23 und 22, 23, 24 (Fig.
5 und 6) eingeblasene Luft gelangt durch Löcher 16 in einen flachen Hohlraum 17
zwischen Lamellenträger und Lamellen und verteilt sich von dort in die Lamellenzwischenräume,
etwa wie die Pfeile in Fig. 3 und q. andeuten.
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Die Hohlräume in den Lamellenträgern g (Fig. 3 und q.) bzw. 22, 23,
24 und 21, 22, 23 (Fig. 5) und die Hohlräume 17 werden an beiden Seiten durch vorgeschraubte
Bleche g' (Fig. 6) verschlossen. In Fig.3 und ¢ sind diese Abdeckungen nicht gezeichnet.
Die Kühlluft wird durch Rohre 30 (Fig. 5 und 6) zugeführt. Um zu verhindern, daß
die Kühlluft durch die nach außen divergierenden Spalte bei 20 abweicht, ohne daß
.sie die innenliegenden Spulen wirksam kühlt, wird hier ein Belag aus Kunststoff
oder einem anderen geeigneten Isolierwerkstoff durch Kleben oder auf andere geeignete
Weise aufgebracht, der die Spalten nach dieser Seite verschließt, so daß die Luft
nach innen gelenkt wird.
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Die obige Beschreibung betraf zweiteilige Magnete, die neben anderen
Vorteilen den der leichteren Einbaumöglichkeit der Erregerspulen ig (F ig. ¢) besitzen.
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Bisher wurden solche Magnete meist mit einteiligen Lamellen gebaut,
und zwar etwa in der Form, wie die Blechlamellen q.' in Fig. 7 dargestellt sind.
Diese Lamellen können ähnlich wie in den Fig. 3 bis 5 durch Schwalbenschwanz und
mit und ohne Keilstücke i i' am Lamellenträger g befestigt werden. Der Hohlraum
von g dient auch hier als Kühlluftkanal, von dem aus die Luft zu den Kanälen r7',
die durch Abdeckbleche entstehen, unten durch Bohrungen 16 und oben. durch Rohrbogen
29 zu den Lamellenschlitzen geleitet wird.
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Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele
beschränkt. So können z. B. die Blechlamellen auch mittels hammerkopfförmiger oder
anderer geeignet geformter Fortsätze oder Einschnitte an den Führungsflächen des
starren Lamellenträgers befestigt sein.
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Die leasten- oder rohrförmig ausgebildeten Lamellenträger können,
insbesondere unter dem Gesichtspunkt der Kühlung, in anderer geeigneter Weise ausgeführt
sein. Auch können z. B. die Erregerspulen zur Vergrößerung der abkühlenden Oberfläche
aus einer größeren Zahl von Teilspulen aufgebaut sein.