EP0185955A1 - Verfahren zur Herstellung einer scheibenförmigen, gekrümmten Magnetspule und Vorrichtungen zur Durchführung dieses Verfahrens - Google Patents

Verfahren zur Herstellung einer scheibenförmigen, gekrümmten Magnetspule und Vorrichtungen zur Durchführung dieses Verfahrens Download PDF

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EP0185955A1
EP0185955A1 EP85115075A EP85115075A EP0185955A1 EP 0185955 A1 EP0185955 A1 EP 0185955A1 EP 85115075 A EP85115075 A EP 85115075A EP 85115075 A EP85115075 A EP 85115075A EP 0185955 A1 EP0185955 A1 EP 0185955A1
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EP
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winding
winding core
shaped
curvature
parts
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EP85115075A
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Andreas Dr. Jahnke
Günter Dr. Ries
Konrad Meier
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Siemens AG
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    • Y10T29/5327—Means to fasten by deforming

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a disc-shaped, curved magnetic coil, in particular for a system for accelerating and / or storing electrically charged particles such as electrons, the conductors of the coil to be produced having a convexly shaped outer side and a concave-shaped inner side
  • the winding core is thus arranged with a partially negative curvature and then fixed in its corresponding position.
  • the invention further relates to devices for performing this method.
  • a corresponding magnetic coil is e.g. from the publication "Fuji Electric Review", Vol. 19, No. 3, 1973, pages 112 to 118.
  • This coil which is wound from superconductors, is curved along a circular arc length with a predetermined radius and a predetermined arc (central) angle, so that it has a convex-shaped outer side and a concave-shaped inner side.
  • the magnetic coil the conductors of which are fixed in their geometrical position by struts between these sides, is intended to serve as a lifting magnet for the contact-free levitation of a vehicle along a roadway.
  • these windings In order to guarantee an unchanged position of the windings of these windings to be created from appropriate conductors, these windings must first be wound around a correspondingly shaped winding core and fastened to this. However, this poses the problem of winding with a negative radius of curvature in the region of the concave inner sides of such winding cores.
  • Magnets the windings of which have negative curvatures
  • a successive clamping of the conductor using special pressure elements such as single, fixed to the outside edge of a correspondingly shaped winding core clamps known.
  • the conductor pieces clamped with these elements must then be fixed, for example glued, piece by piece to the winding core or, if appropriate, to conductor windings already applied to these.
  • winding techniques of this type are very complex and time-consuming, in particular for the production of superconducting dipole magnets of storage volumes.
  • the object of the present invention is therefore to create a method with which a large-scale production of disk-shaped, curved magnet coils is made possible in a relatively simple manner, in particular superconducting conductors to be provided.
  • This object is achieved according to the invention for the method mentioned at the outset by first adding a shaped body of a predetermined shape to the winding core. so that a provisional winding body with only positive radii of curvature of its outer sides and at least approximately the same outer circumference as the winding core is formed. that the conductors are then wound around this winding body under tension, which are then attached only to the winding core of the winding body, and that after removal of the shaped body, the conductor parts thus exposed and facing the area of the concave inside of the winding core are pressed against this inside and fixed there .
  • the advantages associated with this embodiment of the method are to be seen in particular in the fact that the winding body composed of the winding core and the shaped body has only positive radii of curvature, so that the individual conductors can be wound around it without difficulty under tension.
  • the concave inside of the coil to be created is then obtained by forming the corresponding long side of the curved winding after removing the shaped body by pressing the conductors on this side against the concave inside of the winding core.
  • a coil with a negative curvature can thus be created without the need for a special, generally very complex fixation of the entire turns during the winding process.
  • the method according to the invention can advantageously be carried out with a device for which a lenticular fitting piece, which is to be positively attached to the concavely shaped inside of the winding core, is provided as the shaped body.
  • a lenticular fitting piece which is to be positively attached to the concavely shaped inside of the winding core.
  • Another device for carrying out the method according to the invention contains a composite molded body which has at least two molded parts adjacent to the strongly curved end pieces of the winding core and at least one connecting part extending between these molded parts, the transition from the convex outside of the winding core to the respective molded part of the Shaped body is a predetermined distance from the corresponding end piece of the winding core and a greater curvature of the molded parts is provided in predetermined areas. so that after creating the provisional winding around the winding body, removing the shaped body and pressing the thus free winding parts against the concave inside of the winding core, the winding parts previously in contact with the more curved regions of the molded parts are at least approximately at the strongly curved ends of the winding core. In this way, mutual movements of the conductors and thus uneven stretching can be kept to a minimum during the winding process.
  • FIG. 1 indicates the manufacture of a curved, disk-shaped magnetic coil with a device suitable for this purpose.
  • Figure 2 shows schematically a special embodiment of a corresponding magnetic coil.
  • FIGS. 3 and 4 schematically illustrate a further device for carrying out the method according to the invention during different process sections. Corresponding parts in the figures are provided with the same reference numerals.
  • a plan view of a planar winding core 2 can be seen schematically from FIG. 1, as can be provided, for example, for producing a planar dipole magnet coil for electron storage.
  • the winding of the coil is to be created with at least one flat, in particular superconducting conductor.
  • the winding core 2 which extends along a predetermined arc length b with an arc or curvature radius p, has a constant width of 2 x D.
  • the size D is the distance from the arc line b to the two concentrically curved long sides 3 and 4 of the winding core 2
  • This constant width of the winding core extends over an arc length ⁇ . ⁇ °. ⁇ / 180 °, where a ° is the centimeter or arc angle measured in degrees.
  • the front end pieces 5 and 6 of the winding core 2 are formed by semicircles with diameters of 2 ⁇ D each.
  • the convex-shaped outer side 4 to be wound is thus connected to the concave-shaped inner side 3 of the winding body 2 via these semicircles.
  • an approximately lenticular adapter 7 is positively attached to this concave-shaped inner side 3 of the winding core 2 as a shaped body, which has the height of the conductor to be wound and whose outer side 8 to be wound tangentially contacts the end pieces 5 and 6 of the winding core 2 .
  • This adapter thus has on the side facing the winding core 2 a radius of curvature of p - D over an arc length ( ⁇ / 180). a. (p - D).
  • This part of the fitting is followed by circular arcs on both sides with the radius of curvature D and the arc angle a.
  • the outside 8 of the fitting to be wound preferably has a radius of curvature + D and also an arc angle ⁇ .
  • the coil conductors 11 are now wound into a winding package of constant width under tension, the same distance between the individual conductor turns being maintained. Because the radii of curvature are always positive. is advantageously an absorption of at the radius of curvature D of the end-face end pieces 5 and 6 bent conductor 1 1 is not to be feared.
  • the fitting 7 can be reduced in size and removed. A subsequent pressing of the leno parts located in the area of the thus free concave inside 3 of the winding core 2 then takes place on this longitudinal side as if each winding individually lies against the winding core 2 with an adapted length.
  • the outside 8 of the fitting 7 to be wounded ensures that the conductor lengths in the individual turns before and after pressing on remain at least largely constant, thus avoiding compression or overstretching of the conductor.
  • the pressed-on conductor parts are denoted by 11 'and indicated by dashed lines. A loosening of the clamps holding the winding on the winding core is therefore not necessary. Since the adapters have exactly the height of the conductor of the turns, double disks can advantageously also be wound one after the other. Superconducting dipole magnetic coils are generally constructed from such double disks.
  • the shaped body in each case only comprises a single fitting 7 per disk-shaped winding and that the conductors abut one another in a form-fitting manner on the end pieces 5 and 6 of the winding core 2.
  • a conductor thinning can also be achieved at the front ends of the coil.
  • a partial winding 15, 15 ' is first built up around a central, curved winding core 2 using an approximately lenticular adapter 7.
  • Half-moon-shaped fits 18 and 19 are then positively attached to this created, partial curvature in the region of their front ends 15a and 15b.
  • This larger winding body is wound as for the first partial winding.
  • the larger partial winding enclosing the first partial winding 15, 15 'is designated 16, 16' in the figure.
  • further partial windings can then be created.
  • the exemplary embodiments were based on curved winding cores whose center or arc angles ⁇ are chosen to be less than 90 °.
  • the fitting pieces each have a radius of curvature on their outer side to be wound, which is due to the radius of curvature the arc length of the central winding core. whose width and arc angle is determined. If necessary, however, the outside of these adapters to be wound can also have a differently curved shape. The only requirement for this is that there are no negative radii of curvature and the length of the outside of the fitting to be wound is selected so that the conductor lengths in the individual turns before and after the pressing process are at least largely constant.
  • An embodiment of a corresponding shaped body is shown in Figure 3.
  • a planar winding core 20 can be seen schematically from this FIG. 3, which is to be provided with a winding according to the method according to the invention.
  • the winding core 20, which extends along a predetermined arc length b 'with an arc or curvature radius p', has a constant width of 2 x D 'between its two concentrically curved longitudinal sides 23 and 24.
  • the central or arc angle a ' have a value of 1 80 °.
  • the front end pieces 25 and 26 of the winding core 20 are formed by semicircles with diameters of 2 ⁇ D 'each.
  • a shaped body 28 that can be assembled from several pieces is added to the winding core 20 according to the invention.
  • This molded body comprises two outer molded parts 29 and 30 which are to be attached essentially to the convex outer side 24 in regions 32 and 33 adjacent to the end pieces 25 and 26. whereby they lie tangentially on the winding core 20 at transition points 35 and 36, respectively.
  • These outer molded parts 29 and 30 are assembled with a single or multi-part connecting part 37 (37a and 37b) extending between them on the side facing the concave inside 23 of the winding core 20 to form the molded body 28.
  • the connecting part 37 can be designed in any way on its inside 38 and, for example, lie against the inside 23 of the winding core 20.
  • a flat shape is assumed.
  • the molded body now forms, together with the winding core 20, a provisional winding body 39 with only positive radii of curvature on its outer sides, its outer circumference advantageously being at least approximately equal to the outer circumference of the winding core 20.
  • the transition points 35 and 36 between the winding core 20 and the outer mold parts 29 and 30 are advantageously at a predetermined distance e from the respective end pieces 25 and 26.
  • the molded parts 29 and 30 are advantageously designed such that they each have a more curved region 40 and 41 of their outer sides 42 and 43 at a predetermined location.
  • the position of these areas is determined by the fact that after the winding body 39 has been wound with a provisional winding 45, the winding parts 46 and 47 initially resting on these areas in the finally created curved winding are at least approximately at the areas of the strongly curved end pieces 25 and 26 of the winding core 20.
  • the winding deformed in this way is illustrated schematically in FIG. 4 as a top view and is designated 45 ′.
  • the winding is held in a form-fitting manner by the contact piece 52 on this inside due to a holding force K '.
  • the winding 45 After the winding 45 has been pressed on, it can then be solidified by means of a hardenable plastic. As is also indicated in FIG. 4 by arrowed lines 55, after removing the pressure piece 52, the conductor parts resting on the concave inside 23 of the winding core 20 can still be attached to this side, for example clamped, for example.
  • the molded body 28 with its molded parts 29 and 30 and the connecting part 37 can have exactly the height of the conductor of the turns to be created, so that double disks can be wound one after the other.

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Abstract

Bei dem Verfahren zur Herstellung einer scheibenförmigen, gekrümmten Magnetspule, insbesondere für eine Anlage zur Beschleunigung und/oder Speicherung elektrisch geladener Teilchen wie Elektronen, werden die Leiter der zu erstellenden Spule um einen eine konvex geformte Außenseite und eine konkav geformte Innenseite aufweisenden Wickelkern angeordnet und danach in dieser Lage fixiert. Hierbei soll ein verhältnismäßig einfaches Wickeln unter Zug ermöglicht sein. Erfindungsgemäß ist an den Wickelkern (2) zunächst ein Formkörper (Paßstück 7) vorbestimmter Gestalt angefügt, so daß ein provisorischer Wickelkörper (10) mit nur positiven Krümmungsradien seiner Außenseiten ausgebildet wird, werden dann um diesen Wickelkörper (10) die Leiter (11) unter Zug gewickelt, die anschließend nur an dem Wickelkern (2) des Wickelkörpers (10) befestigt werden, und werden nach Entfernen des Formkörpers (7) die somit freiliegenden, dem Bereich der konkaven Innenseite (3) des Wickelkerns (2) zugewandten Leiterteile (11') an diese Innenseite (3) angepreßt und dort fixiert.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer scheibenförmigen, gekrümmten Magnetspule, insbesondere für eine Anlage zur Beschleunigung und/oder Speicherung elektrisch geladener Teilchen wie Elektronen, wobei die Leiter der zu erstellenden Spule um einen eine konvex geformte Außenseite und eine konkav geformte Innenseite aufweisenden Wickelkern mit somit teilweise negativer Krümmung angeordnet und danach in ihrer entsprechenden Lage fixiert werden. Die Erfindung betrifft ferner Vorrichtungen zur Durchführung dieses Verfahrens.
  • Eine entsprechende Magnetspule ist z.B. aus der Veröffentlichung "Fuji Electric Review", Vol. 19, No. 3, 1973, Seiten 112 bis 118 bekannt. Diese aus Supraleitern gewickelte Spule ist längs einer Kreisbogenlänge mit vorbestimmtem Radius und vorbestimmtem Bogen-(Zentri-)Winkel gekrümmt, so daß sie eine konvex geformte Außenseite und eine konkav geformte Innenseite aufweist. Die Magnetspule, deren Leiter durch Verstrebungen zwischen diesen Seiten m ihrer geometrischen Lage fixiert werden, soll als Hubmagnet zur berührungsfreien Schwebeführung eines Fahrzeugs längs einer Fahrbahn dienen.
  • Auch in Teilchenbeschleuniger-Anlagen müssen Speicherringe für geladene Teilchen wie z.B. Elektronen aufgrund ihrer gekrümmten Teilchenbahnen entsprechend gekrümmte Dipolmagnete aufweisen. Diese Magnete können dabei insbesondere halbkreisförmig gebogen sein (vgl. z.B. "IEEE Trans. on Nucl. Sci.", Vol. NS-30, No. 4, August 1983, Seiten 2531 bis 2533). Wegen der erforderlichen hohen Feldstärken werden hierfür bevorzugt supraleitende Wicklungen vorgesehen (vgl. z.B. auch "Technical Report of ISSP" - The Institute for Solid State Physics - The University of Tokyo, Japan - Ser.B., No. 21, Sept. 1984, Seiten 1 bis 29). Um eine unveränderte Lage der aus entsprechenden Leitern zu erstellenden Windungen dieser Wicklungen zu garantieren, müssen diese zunächst um einen entsprechend geformten Wickelkern gewickelt und an diesem befestigt werden. Dabei stellt sich jedoch das Problem des Wickelns mit negativem Krümmungsradius im Bereich der konkaven Innenseiten solcher Wickelkerne.
  • Magnete, deren Wicklungen negative Krümmungen aufweisen, können beispielsweise durch zugfreies Legen des mindestens eines Leiters in Nuten und anschließendes Verkeilen hergestellt werden. Auch ist ein sukzessives Anklemmen des Leiters unter Verwendung besonderer Anpreßelemente wie z.B. einzelner, am Außenrand eines entsprechend geformten Wickelkerns ortsfest anzubringender Klemmen bekannt. Die mit diesen Elementen jeweils angeklemmten Leiterstücke müssen dann Stück für Stück an dem Wickelkern bzw. an gegebenenfalls auf diesen schon aufgebrachten Leiterwindungen fixiert, beispielsweise angeklebt werden. Derartige Wickeltechniken sind jedoch insbesondere zur Herstellung supraleitender Dipolmagnete von Speichernngen sehr aufwendig und zeitraubend.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, ein Verfahren zu schaffen, mit dem eine großtechnische Herstellung von scheibenförmigen, gekrümmten Magnetspulen auf verhältnismäßig einfache Weise ermöglicht wird, wobei insbesondere supraleitende Leiter vorgesehen werden sollen.
  • Diese Aufgabe wird für das eingangs genannte Verfahren erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß an den Wickelkern zunächst ein Formkörper vorbestimmter Gestalt angefügt wird. so daß ein provisorischer Wickelkörper mit nur positiven Krümmungsradien seiner Außenseiten und zumindest annähernd gleichem Außenumfang wie der Wickelkern ausgebildet wird. daß dann um diesen Wickelkörper die Leiter unter Zug gewickelt werden, die anschließend nur an dem Wickelkern des Wickelkörpers befestigt werden, und daß nach Entfernen des Formkörpers die somit freiliegenden, dem Bereich der konkaven Innenseite des Wickelkems zugewandten Leiterteile an diese Innenseite angepreßt und dort fixiert werden.
  • Die mit dieser Ausgestaltung des Verfahrens verbundenen Vorteile sind insbesondere darin zu sehen, daß der aus dem Wickelkern und dem Formkörper zusammengesetzte Wickelkörper nur positive Krümmungsradien aufweist, so daß um diesen die einzelnen Leiter unter Zug ohne Schwierigkeiten gewickelt werden können. Die konkave Innenseite der zu erstellenden Spule wird dann dadurch erhalten, daß man nach Entfernen des Formkörpers die entsprechende Längsseite der gekrümmten Wicklung ausbildet, indem man die Leiter auf dieser Seite an die konkave Innenseite des Wickelkernes anpreßt. Auf diese verhältnismäßig einfache Weise ist also eine Spule mit negativer Krümmung zu erstellen, ohne daß es einer besonderen, im allgemeinen sehr aufwendigen Fixierung der gesamten Windungen während des Wickelvorganges bedarf.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren kann vorteilhaft mit einer Vorrichtung durchgeführt werden, für die als Formkörper ein an die konkav geformte Innenseite des Wickelkerns formschlüssig anzufügendes, etwa linsenförmiges Paßstück vorgesehen ist. Mit einem derartigen Formstück ist ein besonders einfacher Aufbau des provisorischen Wickelkörpers möglich.
  • Eine weitere Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens enthält einen zusammengesetzten Formkörper, der mindestens zwei an die stark gekrümmten Endstücke des Wickelkerns angrenzende Formteile und mindestens ein sich zwischen diesen Formteilen erstreckendes Verbindungsteil aufweist, wobei der Übergang von der konvexen Außenseite des Wickelkems auf das jeweilige Formteil des Formkörpers ein vorbestimmtes Stückweit von dem entsprechenden Endstück des Wickelkerns entfernt liegt und wobei eine stärkere Krümmung der Formteile in vorbestimmten Bereichen vorgesehen ist. so daß nach Erstellen der provisorischen Wicklung um den Wickelkörper, Entfernen des Formkörpers und Anpressen der somit freien Wicklungsteile an die konkave Innenseite des Wickelkerns die zuvor an den stärker gekrümmten Bereichen der Formteile anliegenden Wicklungsteile sich zumindest annähernd an den stark gekrümmten Enden des Wickelkerns befinden. Auf diese Weise lassen sich während des Wickelvorganges gegenseitige Bewegungen der Leiter und damit ungleichmäßige Dehnungen auf ein Minimum beschränken.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen der Vorrichtungen zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens gehen aus den übrigen Unteransprüchen hervor.
  • Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung Bezug genommen, in deren Figur 1 die Herstellung einer gekrümmten, scheibenförmigen Magnetspule mit einer hierfür geeigneten Vorrichtung angedeutet ist. Figur 2 zeigt schematisch eine besondere Ausführungsform einer entsprechenden Magnetspule. In den Figuren 3 und 4 ist schematisch eine weitere Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens während verschiedener Verfahrensabschnitte veranschaulicht. Dabei sind in den Figuren übereinstimmende Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
  • Aus Figur 1 ist in Aufsicht schematisch ein ebener Wickelkern 2 ersichtlich, wie er beispielsweise zur Erstellung einer ebenen Dipolmagnetspule für einen Elektronenspeichernng vorgesehen werden kann. Die Wicklung der Spule ist dabei mit mindestens einem flachen, insbesondere supraleitenden Leiter zu erstellen. Der sich längs einer vorbestimmten Bogenlange b mit einem Bogen- bzw. Krümmungsradius p erstreckende Wickelkern 2 hat eine konstante Breite von 2 x D. Die Größe D ist dabei der Abstand von der Bogenlinie b zu den beiden konzentrisch gekrümmten Längsseiten 3 und 4 des Wickelkerns 2. Diese konstante Breite des Wickelkerns erstreckt sich über eine Bogenlange π . α ° . ρ/180°, wobei a ° der in Grad gemessene Zentn- oder Bogenwinkel ist. Die stirnseitigen Endstücke 5 und 6 des Wickelkerns 2 werden von Halbkreisen mit Durchmessern von jeweils 2 x D gebildet. Über diese Halbkreise ist somit die zu bewickelnde, konvex geformte Außenseite 4 mit der konkav geformten Innenseite 3 des Wickelkörpers 2 verbunden.
  • Vor dem eigentlichen Wickelvorgang wird an diese konkav geformte Innenseite 3 des Wickelkerns 2 formschlüssig ein etwa linsenförmiges Paßstück 7 als ein Formkorper angefügt, der die Höhe des aufzuwickelnden Leiters hat und dessen zu bewickelnde Außenseite 8 sich tangential an die stirnseitigen Endstücke 5 und 6 des Wickelkerns 2anlegt. Dieses Paßstück hat somit auf der dem Wickelkern 2 zugewandten Seite einen Krümmungsradius von p - D über eine Bogenlänge (π/180) . a . (p - D). An diesem Teil des Paßstückes schließen sich noch beidseitig Kreisbogen mit dem Krümmungsradius D und dem Bogenwinkel a an. Die zu bewickelnde Außenseite 8 des Paßstückes hat vorzugsweise einen Krümmungsradius + D und ebenfalls einen BogenwInkel α.
  • Auf den so aus dem Wickelkern 2 und dem Paßstück 7gebildeten WIckelkörper 10 werden nun die Spulenleiter 11 zu einem Wickelpaket mit konstanter Breite unter Zug aufgewickelt, wobei ein gleicher Abstand zwischen den einzelnen Leiterwindungen eingehalten wird. Da die Krümmungsradien stets positiv sind. ist dabei vorteilhaft ein Aufgehen der unter dem Krümmungsradius D an den stirnseitigen Endstücken 5 und 6 gebogenen Leiter 11 nicht zu befürchten. Nachdem die so erstellte Wicklung nur an dem Spulenkern 2 befestigt, beispielsweise festgeklemmt ist, kann das Paßstück 7 verkleinert und entnommen werden. Ein anschließenaes Anpressen der sich im Bereich der somit freien konkaven Innenseite 3 des Wickelkerns 2 befindlichen Lenerteile an diese Längsseite erfolgt dann so, als ob jede Windung einzeln mit angepaßter Lange an dem Wickelkern 2 anliegt. Aufgrund des vorbestimmten Krummungsradius. der zu bewickeinden Außenseite 8 des Paßstuckes 7 ist dabei gewährleistet, daß die Leiterlangen in den einzelnen Windungen vor und nach dem Anpressen zumindest weitgehend konstant bleiben und so eine Stauchung oder Überdehnung des Leiters vermieden wird. In der Figur sind die angepreßten Leiterteile mit 11' bezeichnet und durch gestrichelte Linien angedeutet. Eine Lockerung der die Wicklung an dem Wickelkern haltenden Klemmen ist somit nicht erforderlich. Da die Paßstücke genau die Höhe des Leiters der Windungen haben, können vorteilhaft nacheinander auch Doppelscheiben gewickelt werden. Aus solchen Doppelscheiben sind im allgemeinen supraleitende Dipolmagnetspulen aufgebaut.
  • Gemäß dem Ausführungsbeispiel nach Figur 1 wurde davon ausgegangen, daß der Formkörper jeweils nur ein einziges Paßstuck 7 pro scheibenförmiger Wicklung umfaßt und die Leiter an den stirnseitigen Endstücken 5 und 6 des Wickelkerns 2 formschlüssig aneinanderliegen. Wie jedoch aus der in Figur 2 gezeigten schematischen Aufsicht auf ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäß zu erstellenden Magnetspule zu entnehmen ist. läßt sich auch eine Leiterverdünnung an den stirnseitigen Enden der Spule erzielen. Entsprechend dem anhand von Figur 1 beschnebenen Verfahren wird hierzu zunächst um einen zentralen, gekrümmten Wickelkern 2eine Teilwicklung 15, 15' unter Verwendung eines etwa linsenförmigen Paßstückes 7 aufgebaut. An diese erstellte, gekrümmte TeilwIcklung werden dann im Bereich ihrer stirnseitigen Enden 15a und 15b halbmondförmige Paßformen 18 bzw. 19 formschlüssig angefügt. Diese Paßformen 18 und 19 stellen zusammen mit dem zentralen Wickelkern 2 und der um diesen angeordneten Teilwicklung 15, 15' einen weiteren, größeren, ebenfalls gekrümmten Wickelkern dar, an den dann entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren ein weiteres etwa linsenförmiges Paßstück angesetzt wird, um so einen größeren Wickelkörper mit nur positiver Krümmung seiner Längsseiten zu erhalten. Die Bewicklung dieses größeren Wickelkörpers erfolgt wie bei der ersten Teilwicklung. Die so erhaltene. die erste Teilwicklung 15, 15' umschließende größere Teilwicklung ist in der Figur mit 16, 16' bezeichnet. In entsprechender Weise lassen sich anschließend noch weitere Teilwicklungen erstellen. Gemäß dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist noch eine dritte Teilwicklung 17, 17' angenommen. Auf eine Darstellung der weiteren (größeren) Paßstücke und Paßformen wurde in der Figur aus Gründen der Übersichtlichkeit verzichtet.
  • Wie insbesondere aus Figur 1 hervorgeht, wurden den Ausführungsbeispielen gekrümmte Wickelkerne zugrundegelegt, deren Zentri- oder Bogenwinkel a kleiner als 90° gewählt sind. Das erfindungsgemäße Verfahren ist jedoch nicht auf Wickelkerne mit Bogenwinkeln bis zu dieser Größe beschränkt. Vielmehr lassen sich in entsprechender Weise auch gekrümmte Wickelkerne mit Bogenwinkein bis zu 180° bewickeln. Im Falle von α = 180° können dann Wickelkern und Paßstücke gemeinsam einen beispielsweise etwa kreisförmigen Wickelkörper bilden.
  • Bei den in den Figuren 1 und 2 gezeigten Ausführungsbeispielen von erfindungsgemäß zu erstellenden scheibenförmigen Magnetspulen wurde ferner davon ausgegangen, daß die Paßstücke jeweils auf ihrer zu bewickelnden Außenseite einen Krümmungsradius aufweisen, der durch den Krümmungsradius der Bogenlänge des zentralen Wickelkerns. dessen Breite sowie durch dessen Bogenwinkel bestimmt ist. Gegebenenfalls kann jedoch die zu bewickelnde Außenseite dieser Paßstücke auch eine anders gekrümmte Form aufweisen. Voraussetzung hierzu ist lediglich, daß sich keine negativen Krümmungsradien ergeben und die Länge der zu bewickelnden Außenseite des Paßstuckes so gewählt ist, daß die Leiterlangen in den einzelnen Windungen vor und nach dem Anpreßvorgang zumindest weitgehend konstant sind. Ein Ausführungsbeispiel eines entsprechenden Formkörpers geht aus Figur 3 hervor.
  • Aus dieser Figur 3 ist in Aufsicht schematisch ein ebener Wickelkern 20 ersichtlich, der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren mit einer Wicklung zu versehen ist. Der sich längs einer vorbestimmten Bogenlänge b' mit einem Bogen- bzw. Krümmungsradius p' erstreckende Wickelkern 20 hat eine konstante Breite von 2 x D' zwischen seinen beiden konzentrisch gekrümmten Längsseiten 23 und 24. Gemäß dem dargestellten Ausführungsbeispiel soll der Zentri- oder Bogenwinkel a' einen Wert von 180° haben. Die stirnseitigen Endstücke 25 und 26 des Wickelkerns 20 werden von Halbkreisen mit Durchmessern von jeweils 2 x D' gebildet.
  • Vor dem eigentlichen Wickelvorgang wird an den Wickelkern 20 erfindungsgemäß ein aus mehreren Stücken zusammensetzbarer Formkörper 28 angefügt. Dieser Formkörper umfaßt zwei äußere Formteile 29 und 30, die im wesentlichen an die konvexe Außenseite 24 in an die Endstücke 25 und 26 angrenzenden Bereichen 32 bzw. 33 anzusetzen sind. wobei sie sich an Übergangsstellen 35 bzw. 36 tangential an den Wickelkern 20 anlegen. Diese äußeren Formteile 29 und 30 sind mit einem sich zwischen ihnen erstreckenden ein- oder mehrteiligen Verbindungsteil 37 (37a und 37b) auf der der konkaven Innenseite 23 des Wickelkerns 20 zugewandten Seite zu dem Formkörper 28 zusammengesetzt. Das Verbindungsteil 37 kann an seiner Innenseite 38 beliebig gestaltet sein und sich beispielsweise an die Innenseite 23 des Wickelkerns 20 anlegen. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist eine ebene Gestalt angenommen. Der Formkörper bildet nun zusammen mit den Wickelkern 20 einen provisorischen Wickelkörper 39 mit nur positiven Krümmungsradien seiner Außenseiten, wobei sein Außenumfang vorteilhaft zumindest annähernd gleich dem Außenumfang des Wickelkerns 20 sein soll.
  • Die Übergangsstellen 35 und 36 zwischen dem Wickelkern 20 und den äußeren Formteilen 29 und 30 liegen vorteilhaft in einer vorbestimmten Entfernung e von den jeweiligen Endstücken 25 bzw. 26. Gemäß dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist angenommen, daß e eine Bogenlänge ausmacht, die etwa 1/4 der Bogenlänge b' entspricht, d.h. daß gilt: e = (b'!4) +
    Figure imgb0001
    /80°. Außerdem sind die Formteile 29 und 30 vorteilhaft so ausgestaltet, daß sie jeweils einen stärker gekrümmten Bereich 40 bzw. 41 ihrer Außenseiten 42 bzw. 43 an einer vorbestimmten Stelle aufweisen. Die Lage dieser Bereiche ist dadurch bestimmt, daß nach einem Bewickeln des Wickelkörpers 39 mit einer provisonschen Wicklung 45 die zunächst an diesen Bereichen anliegenden Wicklungsteile 46 bzw. 47 in der endgültig erstellten gekrümmten Wicklung zumindest annähernd an den Bereichen der stark gekrümmten Endstücke 25 bzw. 26 des Wickelkerns 20 anliegen.
  • Um die provisorische Wicklung 45 in die gewünschte endgültige Form zu überführen, wird zunächst, wie in der Figur 3 durch gepfeilte Linien 48 angedeutet sein soll, deren Wicklungsteil im Bereich 49 des sich nicht ändernden Wic- kelkerns 20 an diesen angepreßt oder an diesem befestigt. beisoielsweise festgeklammert. Nachdem die angesetzten Stucke 29. 30. 37 des Formkörpers 28 entfernt worden sind. werden dann die somit freien Leiterteile 50 der provisonschen Wicklung 45 mittels eines besonders geformten Anpreßstückes 52 an die konkave Innenseite 23 des Wickelkörpers 20 mit einer Kraft K angepreßt. Aufgrund des vorbestimmten Außenumfangs des Formkörpers 28 ist dabei gewahrleistet, daß die Leiterlängen in den einzelnen Windungen vor und nach dem Anpressen zumindest weitgehend konstant bleiben und so eine Stauchung oder Uberdehnung der Leiter vermieden wird.
  • Die so verformte Wicklung ist in Figur 4 schematisch als Aufsicht veranschaulicht und mit 45' bezeichnet. Im Bereich der konkaven Innenseite 23 des Wickelkerns 20 wird die Wicklung formschlüssig von dem Anpreßstuck 52 aufgrund einer Haltekraft K' an dieser Innenseite gehalten. Hierzu muß, wie insbesondere auch aus dieser Figur hervorgeht, das Anpreßstück 52 eine die Wicklung verformende, gekrümmte Außenseite 53 aufweisen, deren Krümmungsradius r an den der Wicklung und somit an den Radius p' des Wickelkerns 20 angepaßt ist. D.h., es muß ungefähr gelten: r = p' - D' - s, wobei s die radiale Ausdehnung der Wicklung 45' auf der konkaven Innenseite 23 des Wickelkerns 20 ist.
  • Nach dem Anpressen der Wicklung 45 kann diese dann mittels eines aushärtbaren Kunststoffes verfestigt werden. Wie in der Figur 4 ferner durch gepfeilte Linien 55 angedeutet sein soll, können nach Entfernen des Anpreßstückes 52 gegebenenfalls die an der konkaven Innenseite 23 des Wickelkerns 20 anliegenden Leiterteile noch an dieser Seite befestigt, beispielsweise festgeklammert werden.
  • Auch der Formkörper 28 mit seinen Formteilen 29 und 30 sowie dem Verbindungsteil 37 kann genau die Höhe der Leiter der zu erstellenden Windungen haben, so daß sich damit nacheinander Doppelscheiben wickeln lassen.

Claims (14)

1. Verfahren zur Herstellung einer scheibenförmigen, gekrümmten Magnetspule, insbesondere für eine Anlage zur Beschleunigung und/oder Speicherung elektrisch geladener Teilchen wie Elektronen, wobei die Leiter der zu erstellenden Spule um einen eine konvex geformte Außenseite und eine konkav geformte Innenseite aufweisenden Wickelkem mit somit teilweise negativer Krümmung angeordnet und danach in ihrer entsprechenden Lage fixiert werden, dadurch gekennzeichnet, daß an den Wickelkem (2,20) zunächst ein Formkörper (7, 28) vorbestimmter Gestalt angefügt wird, so daß ein provisorischer Wickelkörper ( 10, 39) mit nur positiven Krümmungsradien seiner Außenseiten ausgebildet wird, daß dann um diesen Wickelkörper (10. 39) die Leiter (11) unter Zug gewickelt werden, die anschließend nur an dem Wickelkern (2, 20) des Wickelkörpers (10, 39) befestigt werden, und daß nach Entfernen des Formkörpers (7, 28) die somit freiliegenden, dem Bereich der konkaven Innenseite (3, 23) des Wickelkems ( 2, 20) zugewandten Leiterteile (11', 50) an diese Innenseite (3, 23) angepreßt und dort fixiert werden.
2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Formkörper ein an die konkav geformte Innenseite (3) des Wickelkems (2) formschlüssig anzufügendes, etwa linsenförmiges Paßstück (7) vorgesehen ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein längs einer zentralen Bogenlänge (b) gekrümmter Wickelkern (2) mit zumindest annähernd konstantem Abstand (2D) zwischen seinen Längsseiten (3, 4) und halbkreisförmigen stirnseitigen Endstücken (5, 6) vorgesehen ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet. daß das etwa linsenförmige Paßstück (7) auf seiner dem Wickelkern (2) zugewandten Seite einem Krümmungsradius p -D bei einer Bogenlänge von
Figure imgb0002
α.(ρ -D) und auf seiner zu bewickelnden Außenseite (8) einen Krümmungsradius p + D hat, wobei
p der Krümmungsradius der zentralen Bogenlänge (b) des Wickelkerns (2) ist.
a der BogenwInkel der Bogenlänge (b) ist und
D der Radius der stirnseitigen Endstücke (5. 6) sind.
5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1. gekennzeichnet durch einen zusammengesetzten Formkörper (28 der mindestens zwei an die stark gekrümmten Endstücke (25, 26) des Wickelkerns (20) angrenzende Formteile (29, 30) und mindestens ein sich zwischen diesen Formteilen (29, 30) erstreckendes Verbindungsteil (37) aufweist, wobei der Übergang (35, 36) von der konvexen Außenseite (24) des Wickelkerns (20) auf das jeweilige Formteil (29. 30) des Formkörpers (28) ein vorbestimmtes Stückweit (e) von dem entsprechenden Endstück (25, 26) des Wickelkerns (20) entfernt liegt und wobei eine stärkere Krümmung der Außenseiten (42, 43) der Formteile (29. 30) in vorbestimmten Bereichen (40. 41) vorgesehen ist. so daß nach Erstellen der provisorischen Wicklung (45) um den Wickelkorper (39), Entfernen des Formkörpers (28) und Anpressen der somit freien Wicklungsteile (50) an die konkave Innenseite (23) des Wickelkerns (20) die zuvor an den starker gekrümmten Bereichen (40, 41) der Formteile (29. 30) anliegenden Wicklungsteile (46, 47) sich zumindest annähernd an den stark gekrümmten Endstücken (25, 26) des Wickelkerns (20) befinden.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5. dadurch gekennzeichnet. daß der Wickelkern (20) längs einer zentralen Bogenlänge (b') gekrummt ist und einen zumindest annähernd konstanten Abstand (2D) zwischen seinen sich zwischen den halbkreisförmigen stirnseitigen Endstucken (25. 26) erstreckenden Längsseiten (23, 24) aufweist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet. daß mit den Formteilen (29, 30) des Formkörpers (28) jeweils etwa 1/4 der sich zwischen den stirnseitigen Endstücken (25, 26) erstreckenden konvexen Außenseite (24) des Wickelkerns (20) zu überdecken ist.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7. gekennzeichnet durch ein die freien Wicklungsteile (50) der provisorischen Wicklung (45) an die konkave Innenseite (23) des Wickelkerns (20) anfügendes Anpreßstück (52), dessen entsprechende Außenseite (53) eine an die Krümmung der fertigen Wicklung (45) angepaßte Form aufweist.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet , daß der Außenumfang des provisorischen Wickelkörpers (10 , 39) zumindest annähernd gleich dem Außenumfang des Wickelkerns (2, 20) ist.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet , daß die Wicklung (11, 11'; 15, 15'; 16, 16'; 17, 17'; 45, 45') der Magnetspule mit supraleitenden Leitern erstellt ist.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet. daß die Magnetspule aus einer oder mehreren ebenen Wicklungen aufgebaut ist.
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