WO2015150165A1 - Elektrische spuleneinrichtung mit wenigstens zwei teilspulen und verfahren zur herstellung - Google Patents

Elektrische spuleneinrichtung mit wenigstens zwei teilspulen und verfahren zur herstellung Download PDF

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WO2015150165A1
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coil winding
strip conductor
conductor
coil
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PCT/EP2015/056237
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Marijn Pieter Oomen
Peter Van Hasselt
Otto Batz
Dietmar Bayer
Michael Frank
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Siemens AG
Siemens Corp
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Siemens AG
Siemens Corp
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
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    • H01F41/048—Superconductive coils
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
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    • G01R33/38—Systems for generation, homogenisation or stabilisation of the main or gradient magnetic field
    • G01R33/381—Systems for generation, homogenisation or stabilisation of the main or gradient magnetic field using electromagnets
    • G01R33/3815—Systems for generation, homogenisation or stabilisation of the main or gradient magnetic field using electromagnets with superconducting coils, e.g. power supply therefor
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F6/00—Superconducting magnets; Superconducting coils
    • H01F6/06—Coils, e.g. winding, insulating, terminating or casing arrangements therefor

Definitions

  • Electric coil device with at least two partial coils and method for the production
  • the present invention relates to an electrical coil ⁇ device with at least two sub-coils of a überge ⁇ arranged double-connected band conductor and a manufacturing method for such a coil device.
  • superconducting coils are used, which are operated in continuous short-circuit current mode. Homogeneous magnetic fields with magnetic flux densities between 0.5 T and 20 T are needed, for example, for nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy and for magnetic resonance imaging. These magnets are typically charged via an external circuit and then disconnected from the external power source, since in the resulting short-circuit current mode, nearly lossless current flow through the superconducting coil occurs. The resulting, strong magnetic field is particularly stable in terms of time since it is not influenced by the noise contributions of an external circuit.
  • NMR nuclear magnetic resonance
  • one or more superconducting wires are wound on support body, wherein different wire sections are contacted via wire connections with the smallest possible resistance or superconducting connections with each other.
  • superconducting Dauerstromschalter For classical low-temperature superconductors such as NbTi and NbsSn with transition temperatures below 23 K exist technologies for the production of superconducting contacts for the connection of wire sections and for the connection of the windings with a superconducting Mamastromschalter.
  • the superconducting Treasurestrom- switch is part of the circuit of the coil and is placed to feed an external current by heating in an ohmic conductive state. After switching off the Heating and cooling down to operating temperature will also make this part of the coil superconductive again.
  • High-temperature superconductors or high-T c superconductors are superconducting materials with a transition temperature above 25 K and in some classes of materials, such as cuprate superconductors, above 77 K, where the operating temperature by cooling with other cryogenic materials than liquid Helium can be achieved.
  • HTS materials are particularly attractive for the production of magnetic coils for NMR spectroscopy and magnetic resonance imaging, as some materials have high upper critical magnetic fields of over 20T. Due to the higher critical magnetic fields, the HTS materials are in principle better than the low-temperature superconductors for generating high magnetic fields of, for example, more than 10 T.
  • a problem in the manufacture of HTS solenoids is the lack of suitable technologies for producing superconducting HTS compounds, especially for second generation HTS, so-called 2G HTS.
  • the 2G HTS wires are typi cally ⁇ in the form of flat ribbon conductors. When ohmic contacts are inserted between the superconducting tape conductors, the losses in the coil can no longer be neglected, and the generated magnetic field drops noticeably in a period of several hours or days
  • DE 10 2010 042 598 A1 discloses a superconducting MR magnet arrangement which has a superconducting band conductor which is provided in the longitudinal direction with a slot between the two ends, so that the superconducting band conductor forms a closed loop enclosing the slot.
  • the slotted superconducting tape conductor is wound into a multi-coil consisting of at least two partial coils so arranged mutually rotated who ⁇ that they generate a predetermined magnetic field profile in a measurement volume, the.
  • DE 10 2011 082 652 B4 also discloses a magnet coil arrangement with a slotted superconducting strip conductor and additionally a production method for such a magnet coil arrangement.
  • the two half bands of the strip conductor are first wound onto an intermediate bobbin, respectively. At ⁇ closing windings of the first and second half band are wound on a common winding body in alternation of the intermediate coils.
  • a disadvantage of these winding methods described in the prior art is that the winding of the partial coils from the conductor branches of the slotted strip conductor is relatively complex.
  • the parallel running conductor guide indicated in the application 102013207222.8 it is difficult to maintain a constant winding pull for each conductor branch, since the two conductor branches can have slight deviations in their lengths and / or their extensibility under tension.
  • a uniform and constant winding tension is for the quality and dimensional accuracy of the resulting coils Wick ⁇ development of great importance.
  • a venezli ⁇ cher winding tension is important to be able to produce a coil winding without a ⁇ connections and / or cavities.
  • the conductor branches are not guided in parallel. In all variants of the disclosed manufacturing method, they are turned out against each other and / or out of the plane of the coil winding, in other words, they are twisted about an axis in the direction of their longitudinal extension. This torsion leads to a load on the superconducting strip conductors, which can lead to damage to the materials as well as their electrical and / or mechanical properties.
  • a further disadvantage of the known winding method is that the two conductor branches must be guided relatively juxtaposed during simultaneous winding and it is therefore difficult, the individual conductor branches against each other electrically isolate.
  • the object of the invention is therefore to provide a method for producing an electrical coil device, which avoids the disadvantages mentioned.
  • the invention is intended to specify a less complex method with which a coil winding can be produced with a plurality of partial conductors which are connected in the end regions.
  • Another object of the invention is to provide a coil device produced by such a method.
  • the method according to the invention for producing an electrical coil device comprises the following steps:
  • band conductor remains connected by existing connections in its end regions as a two-connected loop.
  • the strip conductor is in particular an elongated conductor in the form of a flat strip. He can make a layer stack of several layers of different materials include.
  • a doubly connected loop of such a strip conductor should have ⁇ .
  • this term is understood to mean that the stripline has the topology of a simple loop with a hole, such a two-connected stripline can be made, for example, by slitting a single continuous stripline lengthwise, whereby two conductor branches are formed, which are connected at both ends of the original tape.
  • an electrical Spu ⁇ lenwicklung to be produced with a plurality of coil sections of a two-fold together men conferenceden strip conductor by a simple coherent strip conductor is wound first, and the resulting coil is then cut so in two sub-coils that a doubly connected loop of Strip conductor is formed.
  • the winding of the single-connected strip conductor only one conductor branch has to be wound. It may be well known and optimized Wick ⁇ averaging method used to produce individual coils in this case, then, without a plurality of conductor branches have to be performed in parallel. In particular, in the winding of a single strip conductor in a relatively simple manner, a constant winding tension can be maintained. There are also no space problems due to the closely adjacent guidance of several parallel conductor branches.
  • the length of the ribbon conductor to be wound must be exactly fixed, since it is determined during the previous slitting. Is then, for example, less than the already ge ⁇ slit strip conductor needed then excess Mate ⁇ rial must remain in the coil means in the portion of the continuous tail. Conversely, if the pre-slotted stripline is insufficient to achieve a particular turn number or winding height, a new, longer slotted stripline must be provided.
  • the electrical coil device comprises at least two partial coils from a superordinate double-connected band conductor.
  • the at least two partial coils are produced by subsequently cutting a wound with a simple ribbon conductor coil winding.
  • the advantages of the coil device according to the invention are analogous to the advantages described in connection with the manufacturing method.
  • such a coil device can therefore be produced with a less complicated, less complex and / or less error-prone method.
  • a coil device according to the invention which has been obtained by winding and then cutting the coil winding, can be easily followed in the footsteps of
  • Detect cutting step The typical cutting tracks, which indicate a direction of movement of the cutting device used, then extend over a plurality of adjacent turns of the underlying strip conductor.
  • Advantageous embodiments and further developments of the method according to the invention will become apparent from the dependent of claim 1 claims. Accordingly, the method may additionally have the features described below. These features can also be advantageously combined with the features of the coil device according to the invention.
  • the winding of the strip conductor can be carried out within a Wick ⁇ lung level, and the at least one section of the coil winding can be made substantially parallel to the winding plane. In other words, it may be in the coil winding a flat coil that ⁇ is divided by a section within its winding plane into two at the En the still coherent conductor parts.
  • This embodiment is the simplest type of subsequent separation of a coil winding in at least two contiguous sub-coils.
  • the winding plane is perpendicular to a central winding axis. After winding, in each case an inner and / or an outer end piece of the strip conductor can remain as an uncrimped projection next to the coil winding.
  • the complete band conductor is wound up, but there remain free end pieces outside the winding, which can then be more easily excluded from the cutting process.
  • the unwound inner and outer end pieces are longer than the existing compounds in the respective end regions. This simplifies advantageously a relative movement of the two part spool ⁇ against each other after the step of cutting.
  • the length of the unwrapped inner and / or outer supernatant may advantageously be between 1 cm and 200 cm. Particularly advantageously, it can be between 0.5 times and 2 times the largest dimension of the wound coil. In the case of a circular coil winding, it can thus advantageously amount to between 0.5 times and 2 times the diameter of the coil winding.
  • one of the two sub-coils can be rotated by 180 ° after the separation and again be combined with the other sub-coil, so that the generated magnetic fields reinforce each other.
  • the length of the still connected end regions of the strip conductor may advantageously be between the simple and ten times the width of the original unslotted conductor.
  • the strip conductor in which an inner and / or outer end piece is not wound up, inside and / or outside, the strip conductor can first be wound along the entire length, and then such an end piece can be unwound from the coil winding again. This unwinding may preferably take place before cutting into two sub-coils in order to prevent complete separation of the strip conductor in the end region.
  • At least part of the unwound overhang of at least one of the end pieces can also be divided into two conductor parts. be shared. In other words, the cut resulting from the separation into two partial coils may extend over part of the end pieces.
  • the unwrapped projection is then longer on the corresponding side than the still connected end region.
  • the separation in the region of the supernatant described Wenig ⁇ least one of the end laboration may take one following the section of the coil winding separate process step it.
  • This embodiment has the advantage that the process of slitting in the region of the end pieces thereby especially before ⁇ cautiously and can be controlled, since it is particularly important not to capture with the cut the outermost end, which should remain connected.
  • the band conductor is mechanically more sensitive in the region of the unwound projection because it is not held by the winding package.
  • the unwrapped overhang is advantageously also not glued or potted, so that the strip conductor is less well protected against mechanical stresses in this area.
  • the process of cutting in two circuit branches can then be effected advantageously with a higher sensitivity, adapted to this difference union under ⁇ cutting method.
  • the separation of the coil winding in at least two sub-coils can be effected by a separation device, the penetration depth in the coil winding does not extend to a center ⁇ point of the coil.
  • This embodiment is particularly advantageous for protecting the inner end region of the strip conductor from complete separation.
  • an unwound internal projection of the strip conductor can be arranged in a radially inner region near the winding axis. This inner end region is then not severed if the penetration depth of the cutting device does not penetrate as far as this radially inner region.
  • the band conductor in the inner region of the coil may also be completely wound up.
  • An incomplete separation in the inner end region can be achieved, for example, by cutting the coil winding radially from the outside with a cutting device with a fixed radial penetration depth from a multiplicity of angles.
  • a sawing device can be set radially from the outside, in which the saw blade or the saw wire does not extend to the inner turns and / or to an inner projection in the center of the winding.
  • the separation of the coil winding can be carried out by a plurality of subsections, with a circumferential segment of the coil winding being severed in each partial cut.
  • a separating device can be applied successively in different angular ranges of the coil winding to be cut through.
  • the penetration depth can either extend to the center of the coil winding or, as described above, it can be radially limited, for example.
  • an inner end region of the strip conductor to be protected before the cut can be present, for example, as an unconverted projection which is freely movable and can be moved during the different partial steps of the separation process into an angle segment which is not penetrated by the separation device.
  • the strip conductor can be wound onto a winding carrier with a cylindrical winding surface.
  • the winding support may be provided with a slot-shaped recess into which an inner end piece of the strip conductor the winding is introduced.
  • the winding carrier of two of each other separable portions ⁇ may consist, so that after cutting through the main part of the stripline two mutually movable and respectively disposed on a portion of the Wicklungsträ ⁇ gers partial coils are formed.
  • such sections can be connected by plug connections and disconnected again.
  • the winding support can also consist of a central piece, which is also separated by cutting into two sections either when cutting the coil winding or subsequently in a separate process cut.
  • the two partial coils resulting from the cutting can each remain on a section of the winding carrier after the winding and can be moved therewith.
  • the sub-coils are separated before or after their separation from the winding support and either remain as self-supporting coils or transferred to another coil support.
  • the separation of the coil winding can advantageously be done by sawing, water jet cutting and / or laser cutting.
  • the sawing can be done by means of a diamond wire saw.
  • laser cutting the mechanical stress of the strip conductor to be cut is advantageously low.
  • the at least two partial coils can be arranged spatially so that magnetic fields generated by them during a current flow through the common band conductor mutually reinforce each other. This can be advantageously achieved by a rotation against each other.
  • a coil section may be wider at ⁇ turned by a half rotation so against that they can be arranged adjacent thereto about a common axis of symmetry again. After such a turning of a partial coil, the superimposed magnetic field generated by the two partial coils is particularly large.
  • the strip conductors may be impregnated in the manufacture of the coil winding with an impregnating agent which is cured after the Wi ⁇ ckeln the coil winding. In other words, the coil winding can be produced in a so-called wet winding process.
  • the hardening of the impregnating agent then gives the coil winding its mechanical strength.
  • the cut through the coil winding can then take place only after the curing of the impregnating agent, so that the strip conductor is stressed as little as possible by the cutting.
  • the coil winding can be cast with a potting agent, wherein the potting agent can also be cured. Also
  • the end portions of the strip conductor are not shed with, but remain as mobile as possible.
  • the coil winding can be separated by more than one cut in more than two sub-coils. In particular, several parallel partial cuts can be carried out for this, all of which are parallel to the winding planes of the original coil winding. In the end regions, the band conductor can then remain partially connected again, so that here too a two-fold higher-order conductor loop is created by the partial cuts. For this purpose, it may be helpful or necessary to make additional cross sections and / or continuations of a portion of the cuts in the area of the end pieces.
  • transverse distributions and / or continuations can advantageously take place in one or more additional process steps after the actual separation of the body of the coil winding.
  • the separation into more than two partial coils may be advantageous in order to form a larger coil system for producing strong and / or complex magnetic fields.
  • the partial coils in a more complex coil system can also be designed asymmetrically by dividing the coil winding into partial coils of different thicknesses.
  • the partial coils then have different Schaubrei ⁇ th and thus different power capacities. This can be used selectively, for example, to place the coils with the wider conductors at locations in the system where the local magnetic fields on the winding are higher.
  • Such an asymmetric division can also be advantageous for a system with only two partial coils in order to selectively generate an asymmetrical magnetic field and / or to balance asymmetrical environmental influences in a targeted manner.
  • the coil winding can be a cylindrical coil winding with a base in the form of a circle, an ellipse, an oval, a raceway geometry or a rectangle with a be rounded corners.
  • a symmetrical construction has the effect that two or more mutually separate partial coils can again be arranged adjacent to a common base area after turning the partial coils.
  • a strip conductor with a superconducting layer can be used.
  • the method described is particularly suited to produce a coil system with a two-fold coherences constricting band conductor loop with a continuous guide supra ⁇ layer.
  • Such a coil system can be used particularly advantageously for continuous current operation, for example for magnetic resonance applications.
  • the strip conductors may have a tendency Heiltemperatursupralei- layer, for example an oxide superconducting ⁇ conductive layer.
  • the strip conductor may take alternatively, or additionally, a superconducting layer made of magnesium diboride to ⁇ .
  • a strip conductor with at least one insulation layer can be used. This can be advantageous in order to electrically isolate the turns of the coil winding from one another.
  • the strip conductor may be coated with an electrically insulating layer in the form of an outer layer. But he can also be wrapped with an insulating tape. Such a wrapped tape conductor would not be suitable for winding partial coils of pre-slotted tape conductor, since the winding would be destroyed by the slits and lose their mechanical cohesion.
  • the Umbyerein the individual conductor branches of a pre-slotted strip conductor is also expensive. However, such a banded strip conductor can be wound up without problems first with the described method and then separated into two partial coils.
  • Winding the strip conductor receives sufficient mechanical Festig ⁇ speed to keep the insulating Umbändelung the conductor branches at ih ⁇ rem place.
  • This embodiment is particularly advantageous. in combination with the use of impregnation, bonding or potting compound and curing before cutting.
  • the cut surfaces of the two partial coils resulting from the separation can additionally be provided with an electrically insulating layer after the cutting process in order to prevent short circuits between the conductive sections exposed by the cut.
  • the cut surfaces can be provided with epoxy resin.
  • the resulting electric coil device can be additionally provided with superconducting persistent current switches and power supply lines to connect the coil with an external circuit and feed a current for the continuous current operation ⁇ .
  • Fig. 1 shows the schematic plan view of a superconducting band conductor of doubly connected topology
  • Fig. 2 shows a cross section of the superconducting band conductor
  • Fig. 3 shows a schematic perspective view of the on ⁇ separation step after a firstticiansbei ⁇ play
  • FIG. 4 shows a schematic view of a first partial section according to a second exemplary embodiment
  • FIG. 5 shows a schematic view of a second partial section according to the second exemplary embodiment
  • 6 shows a schematic perspective view of a split-coil winding
  • Fig. 7 is a schematic perspective view of a
  • Coil device with a suitable spatial orientation of two sub-coils shows
  • Fig. 8 shows a schematic representation of the topology of the tape ⁇ conductor in a coil device with four partial coils.
  • Fig. 1 shows the schematic plan view of a superconducting strip conductor 1 double coherent topology.
  • the ge ⁇ showed topology of the strip conductor 1 is produced by subsequent separation of a wound from a simple band conductor 1 coil winding.
  • a first embodiment of the invention describes a magnetic coil for NMR spectroscopy.
  • the length 7 of the strip conductor used is 1000 m. This length can also be much shorter or longer. In a magnetic coil for magnetic resonance imaging, the length may be a multiple of the length described here.
  • the superconducting band conductor 1 comprises, after division of a coil winding wound therefrom, two approximately equally sized conductor branches 2 and 4. A current I2 flows through the first conductor branch 2, and a current I 4 flows in the opposite direction through the second conductor branch, so that through the entire two-fold contiguous superconducting band conductor 1 flows a closed ring current.
  • the width 8 of the original, single-connected strip conductor is 10 mm in this example, and the width of the two conductor branches 2 and 4 in the separated area is 5 mm in each case.
  • this width of the conductor branches 2, 4 can also be substantially larger or smaller; in particular, the strip conductor 1 can also be divided asymmetrically.
  • the layer structure is provided schematically DAR.
  • superconducting includes
  • Bandleiter 1 an insulating layer 10 on its Untersei ⁇ te.
  • the insulating layer 10 is a 50 ym thick Kapton tape in this example, but it may also be constructed of other iso ⁇ lierenden materials, such as other synthetic materials.
  • the insulating layer 10 may also fall ent ⁇ , or alternatively, an insulating tape to be wound over the entire length of the strip conductor. 1
  • the layer structure of the strip conductor 1 comprises, above the insulating layer 10, first of all a normally conductive covering layer 14, which in this example is a 20 ⁇ m thick copper layer.
  • the carrier tape 16 which is a 50 ym di ⁇ ckes substrate made of a nickel-tungsten alloy here follows. It is also steel straps or bands of an alloy such as Hastelloy usable.
  • a 0.5 ym thick buffer layer 18 is arranged, which contains the oxidic materi ⁇ alien Ce0 2 and Y2O 3 .
  • the actual superconducting layer 20 here a 1 ym thick layer of YBa 2 Cu30 x , which in turn is covered with a 20 ym thick cover layer 14 made of copper.
  • the cover layer 14 may also be arranged only on one side of the strip conductor, then typically only on the side of the superconducting layer 20 facing away from the substrate.
  • the superconducting layer 20 forms in the coil device to be manufactured a continuous layer over the entire doppelach Lovetonen ⁇ ing topology.
  • FIG. 3 shows the method step of separating a coil winding 22 wound from the strip conductor 1 according to a first exemplary embodiment of the invention.
  • the coil winding 22 is wound in this example in the form of a circular cylindrical disk winding on a likewise circular cylindrical winding support 34.
  • the coil winding 22 shown was produced by winding the strip conductor 1 about a central winding axis 26.
  • the starting material used was a strip conductor 1 with a simply connected topology, that is to say a normal strip conductor without prior separation into individual conductor branches.
  • an inner end piece 28 a of the strip conductor is inserted through a slot 36 provided for this purpose of the cylindrical winding support 34 into the interior of the winding support 34 ⁇ .
  • an unconverted inner projection 28a of the strip conductor remains in this inner space.
  • Also in the outer region of the coil winding 22 remains a still unickelter outer protrusion 28b of the strip conductor.
  • the SPU ⁇ lenwicklung 22 was provided in this example, during the winding with an impregnating agent, which has been cured prior to the separation of the coil winding 22nd
  • the two uncoiled supernatants were kept 28a and 29b free of impregnating ⁇ nierstoff to keep these end portions of the strip conductor movable possible.
  • the coils Wick ⁇ lung is then separated into two sub-coils shown diagrammatically in Fig. 3 process step.
  • a section 24 is attached to the main part of the coil winding 22 with a Trennvor ⁇ direction 30 in this example from radially outside.
  • the penetration depth 32 does not reach all the way to the center 27 of the coil winding. However, it extends far enough inwards to also sever the winding carrier into two sections.
  • the coil winding 22 is rotated about its winding axis 26, so that successively the various angular ranges of the coil winding 22 are severed.
  • the inner projection 28a of the strip conductor is not fully filled. constantly severed. There remains at least ⁇ rich connected its outer Endbe. 5 Because of its mobility, this projection 28a can also be repeatedly removed from the area of action of the separating device during the cutting process. Analogously, the not completely wound outer over ⁇ stand 28b at least as far from the sphere of influence of
  • Separator 30 are kept away that at least its outer end portion 6 is not severed.
  • dashed lines 29 dividing lines are marked, along which also a portion of the projections 28a and 28b to be slit, so that the resulting partial coils can be moved relative to each other.
  • the continuation of the cut 24 along these parting lines 29 can either take place together with the cutting step shown by the actual bobbin cylin- or the cut can be continued in a subsequent further cutting step to the end regions 5 and 6 to be protected from fragmentation.
  • the saw shown schematically in FIG. 3 it is also possible to use another separating device, for example a device for laser cutting or water jet cutting.
  • the penetration depth can then be limited, for example, by the winding support 34 so that the winding support 34 is not cut together with the turns of the coil winding 22.
  • the Wicklungsträ ⁇ ger 34 already from the outset of two sections best ⁇ hen, for example, are plugged into each other or otherwise connected to each other.
  • the winding support 34 can be easily decomposed into two sections, which then function as carriers of the two resulting partial coils.
  • Figures 4 and 5 show two steps of the separation ⁇ operation of the coil winding 22 according to a second exemplary embodiment of the invention.
  • Fig. 4 it is shown how the coil winding 22 is divided with a separator 30 on a first circumferential segment 37a in two parts.
  • Fig. 5 it is then on a second circumferential segment 37b divided in two parts.
  • an on ⁇ division into an even greater number of sub-steps for more than two circumferential segments is possible.
  • the circumferential segments 37a and 37b are exactly two cylinder halves.
  • the inner and outer projections 28a and 28b can be moved out of the area of action of the separating device due to their free mobility in the various sections .
  • the outer protrusion 28b can always be unrolled so far that it lies outside the circumference segment 37a or 37b which is currently to be separated.
  • the inner projection can be removed, at least in its end region 5 to be protected, from the peripheral segment 37a or 37b which is currently to be separated.
  • a continuous separator 30 may be used whose penetration depth is not mechanically limited.
  • a device for laser cutting or water jet cutting can be used.
  • Fig. 6 shows the coil winding after performing the separation step in a schematic perspective view.
  • Overall shows two sub-coils 38a and 38b whose turns per ⁇ wells present on a portion 40a or 40b of the bobbin 34th
  • the sub-coils 38a and 38b are separated by a cut 24 which continues inside and outside to the unwound projections 28a and 28b, but does not extend entirely to the outermost end regions 5 and 6.
  • a coil winding 22 with a band conductor 1 of doubly connected topology connected at the ends. It consists analogously as in Fig. 1 of two conductor branches 2 and 4, whose currents I 2 and I 4 form a continuous ring current.
  • a coil formed from the separated coil winding 22 coil means 44 is shown, in which the two Part coils 38a and 38b were turned against each other.
  • the illustrated rotation of the coil section 38b flow relative to the coil section 38a of the partial streams tung with the same direction of rotation about a common system axis 46 of the Spuleneinrich- I 2 and I 4, so that generated by this part flows can reinforce each other Magnetfel ⁇ the.
  • the unwrapped projections 28a and 28b slotted to their outermost end regions 5 and 6 allow the relative mobility of the partial coils electrically connected via these end regions 5 and 6.
  • the two cut surfaces 42a and 42b of the separate coil sections can be additionally provided with an impregnating agent or a different kind of protective layer for electrical insulation and / or mechanical protection of the strip conductor 1.
  • the two partial coils 40a and 40b can also be moved much closer to one another than indicated in FIG.
  • the two partial coils 40a and 40b can also be arranged very close to each other. It is only necessary to be able to guide at least one conductor branch of the strip conductor 2 or 4 between the inner surfaces of the part coils 40a and 40b.
  • Fig. 8 shows schematically the topology of a strip conductor 1 divided into four interconnected conductor branches by three sections 48a, 48b and 48c.
  • the strip conductor is ⁇ additionally provided with a further cross-partition 50 perpendicular to the main direction of the cuts, and with three other continuations 52a, 52b and 52c of the sections at its end regions 5 and 6.
  • FIG. The second continuation 52b ie the continuation of the middle cut 48b, extends as far as the outermost edge of the strip conductor.
  • the other two continuations terminate shortly before an outermost contiguous end region 54. This results in turn in a superordinate topology of the strip conductor 1 in the form of a double-connected loop, in this case with four conductor branches running parallel in the central region.
  • This topology of the strip conductor can also be achieved in a coil device 44 with the method according to the invention, in that the Windings of a coil winding are divided in its central region with three parallel cuts, and then by attaching the necessary continuations and cross-sections in the end regions. Also in this example, the resulting four sub-coils can be moved and oriented toward each other so that the magnetic fields generated by them in a current flow amplify in a desired manner.

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Abstract

Es wird ein Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Spuleneinrichtung angegeben, welches die folgenden Schritte umfasst: - Aufwickeln eines Bandleiters zu einer Spulenwicklung und - anschließendes Auftrennen der Spulenwicklung in wenigstens zwei Teilspulen durch wenigstens einen Schnitt durch die Spulenwicklung, wobei der Bandleiter durch bestehen bleibende Verbindungen in seinen Endbereichen als zweifach zusammenhängende Schlaufe verbunden bleibt. Weiterhin wird eine elektrische Spuleneinrichtung angegeben, die wenigstens zwei Teilspulen aus einem übergeordneten zweifach zusammenhängenden Bandleiter umfasst. Die wenigstens zwei Teilspulen sind dabei durch nachträgliches Schneiden einer mit einem einfachen Bandleiter gewickelten Spulenwicklung erzeugt.

Description

Beschreibung
Elektrische Spuleneinrichtung mit wenigstens zwei Teilspulen und Verfahren zur Herstellung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Spulen¬ einrichtung mit wenigstens zwei Teilspulen aus einem überge¬ ordneten zweifach zusammenhängenden Bandleiter und ein Herstellungsverfahren für eine solche Spuleneinrichtung.
Zur Erzeugung starker, homogener Magnetfelder werden supraleitende Spulen verwendet, die im Dauerkurzschlussstrom-Modus betrieben werden. Homogene Magnetfelder mit magnetischen Flussdichten zwischen 0.5 T und 20 T werden beispielsweise für die Magnetische Kernresonanz-Spektroskopie (NMR-Spek- troskopie) und für die Magnetresonanzbildgebung benötigt. Diese Magnete werden typischerweise über einen äußeren Stromkreis aufgeladen und dann von der äußeren Stromquelle getrennt, da in dem resultierenden Dauerkurzschlussstrom-Modus ein nahezu verlustfreier Stromfluss über die supraleitende Spule stattfindet. Das resultierende, starke Magnetfeld ist zeitlich besonders stabil, da es nicht von den Rauschbeiträ¬ gen eines äußeren Stromkreises beeinflusst wird. Bei Verwendung bekannter Wicklungstechniken werden ein oder mehrere supraleitende Drähte auf Tragkörper gewickelt, wobei unterschiedliche Drahtabschnitte über Drahtverbindungen mit möglichst kleinem ohmschen Widerstand oder über supraleitende Verbindungen miteinander kontaktiert werden. Für klassische Niedertemperatursupraleiter wie NbTi und NbsSn mit Sprungtemperaturen unterhalb von 23 K existieren Technologien zur Herstellung supraleitender Kontakte zur Verknüpfung von Drahtabschnitten und zur Verbindung der Wicklungen mit einem supraleitenden Dauerstromschalter. Der supraleitende Dauerstrom- Schalter ist dabei Teil des Stromkreises der Spule und wird zur Einspeisung eines äußeren Stromes durch Aufheizen in einen ohmsch leitenden Zustand versetzt. Nach Abschalten der Heizung und Herunterkühlen auf die Betriebstemperatur wird auch dieser Teil der Spule wieder supraleitend.
Hochtemperatursupraleiter oder auch Hoch-Tc-Supraleiter (HTS) sind supraleitende Materialien mit einer Sprungtemperatur oberhalb von 25 K und bei einigen Materialklassen, beispielsweise den Cuprat-Supraleitern, oberhalb von 77 K, bei denen die Betriebstemperatur durch Kühlung mit anderen kryogenen Materialien als flüssigem Helium erreicht werden kann. HTS- Materialien sind besonders attraktiv für die Herstellung von Magnetspulen für die NMR-Spektroskopie und die Magnetreso- nanzbildgebung, da manche Materialien hohe obere kritische Magnetfelder von über 20 T aufweisen. Durch die höheren kritischen Magnetfelder eignen sich die HTS-Materialien prinzi- piell besser als die Niedertemperatursupraleiter zur Erzeugung hoher Magnetfelder von beispielsweise über 10 T.
Ein Problem bei der Herstellung von HTS-Magnetspulen ist das Fehlen von geeigneten Technologien zur Herstellung supralei- tender HTS-Verbindungen, insbesondere für HTS der zweiten Generation, sogenannten 2G-HTS. Die 2G-HTS-Drähte liegen typi¬ scherweise in Form von flachen Bandleitern vor. Wenn ohmsche Kontakte zwischen den supraleitenden Bandleitern eingefügt werden, können die Verluste in der Spule nicht mehr vernach- lässigt werden, und das erzeugte Magnetfeld fällt in einem Zeitraum von einigen Stunden oder Tagen merklich ab
In der DE 10 2010 042 598 AI wird eine supraleitende MR- Magnetanordnung angegeben, die einen supraleitenden Band- leiter aufweist, der in Längsrichtung mit einem Schlitz zwischen den beiden Enden versehen ist, so dass der supraleitende Bandleiter eine den Schlitz umschließende geschlossene Schleife bildet. Der geschlitzte supraleitende Bandleiter wird zu einer Mehrfachspule aus mindestens zwei Teilspulen aufgewickelt, die so gegeneinander verdreht angeordnet wer¬ den, dass sie in einem Messvolumen einen vorgegebenen Magnetfeldverlauf erzeugen. Auch in der DE 10 2011 082 652 B4 wird eine Magnetspulenanordnung mit einem geschlitzten supraleitenden Bandleiter sowie zusätzlich ein Herstellungsverfahren für eine solche Magnetspulenanordnung angegeben. Bei dem offenbarten Herstel- lungsverfahren werden die beiden Halbbänder des Bandleiters zunächst jeweils auf eine Zwischenspule aufgewickelt. An¬ schließend werden im Wechsel von den Zwischenspulen Windungen des ersten und zweiten Halbbandes auf einen gemeinsamen Wickelkörper gewickelt.
Nachteilig bei diesen im Stand der Technik beschriebenen Wicklungsverfahren ist, dass die Wicklung der Teilspulen aus den Leiterzweigen des geschlitzten Bandleiters relativ komplex ist. Bei der in der Anmeldung 102013207222.8 angedeute- ten parallel verlaufenden Leiterführung ist die Einhaltung eines konstanten Wickelzuges für jeden Leiterzweig schwierig, da die beiden Leiterzweige leichte Abweichungen in ihren Längen und/oder ihrer Dehnbarkeit unter Zug aufweisen können. Ein einheitlicher und konstanter Wickelzug ist aber für die Qualität und die Maßhaltigkeit der resultierenden Spulenwick¬ lung von großer Wichtigkeit. Insbesondere ist ein einheitli¬ cher Wickelzug wichtig, um eine Spulenwicklung ohne Ein¬ schlüsse und/oder Hohlräume herstellen zu können. Bei dem in der DE 10 2011 082 652 B4 offenbarten Herstellungsverfahren unter Verwendung von zwei Zwischenspulen werden die Leiterzweige nicht parallel geführt. Sie werden bei allen Varianten des offenbarten Herstellungsverfahrens gegeneinander und/oder aus der Ebene der Spulenwicklung herausgedreht, mit anderen Worten, sie werden um eine Achse in Richtung ihrer Längsaus- dehnung tordiert. Diese Torsion führt zu einer Belastung der supraleitenden Bandleiter, die zu einer Schädigung der Materialien sowie ihrer elektrischen und/oder mechanischen Eigenschaften führen kann. Ein weiterer Nachteil der bekannten Wicklungsverfahren liegt darin, dass die beiden Leiterzweige beim gleichzeitigen Wickeln relativ nebeneinander geführt werden müssen und es daher schwierig ist, die einzelnen Leiterzweige gegeneinander elektrisch zu isolieren. Schließlich ist auch eine frühzeitige Planung der zu wickelnden Bandleiterlänge nötig, denn durch die Länge des für die Wicklung verwendeten geschlitzten Bandleiters werden die Abmessungen der zu wickelnden Spule vorbestimmt. Die komplette geschlitzte Leiterlänge muss ver¬ wickelt werden, auch wenn beispielsweise durch Abweichungen in der Leiterdicke die angestrebte Windungszahl oder Wickel¬ höhe unter- oder übererfüllt wird. Das Schlitzen des Bandlei¬ termaterials und die Verarbeitung der so geschlitzten Band- leiter können außerdem leicht zu Qualitätsproblemen und Materialschädigungen führen.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Spuleneinrichtung anzugeben, wel- ches die genannten Nachteile vermeidet. Insbesondere soll die Erfindung ein weniger komplexes Verfahren angeben, mit dem eine Spulenwicklung mit mehreren in den Endbereichen zusammenhängenden Teilleitern hergestellt werden kann. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine mit einem derartigen Verfahren hergestellte Spuleneinrichtung anzugeben.
Diese Aufgabe wird durch das in Anspruch 1 beschriebene Ver¬ fahren sowie die in Anspruch 15 beschriebene Spuleneinrichtung gelöst.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Spuleneinrichtung umfasst die folgenden Schritte:
- Aufwickeln eines Bandleiters zu einer Spulenwicklung und
- anschließendes Auftrennen der Spulenwicklung in wenigstens zwei Teilspulen durch wenigstens einen Schnitt durch die
Spulenwicklung,
wobei der Bandleiter durch bestehen bleibende Verbindungen in seinen Endbereichen als zweifach zusammenhängende Schlaufe verbunden bleibt.
Der Bandleiter ist dabei insbesondere ein langgestreckter Leiter in Form eines flachen Bandes. Er kann einen Schichtstapel aus mehreren Schichten unterschiedlicher Materialien umfassen. In der fertigen Spuleneinrichtung soll eine zweifach zusammenhängende Schlaufe eines solchen Bandleiters vor¬ liegen. Im Sinne der Definition von „zweifach zusammenhängend" in der geometrischen Topologie wird hier unter diesem Begriff verstanden, dass der Bandleiter die Topologie einer einfachen Schlaufe mit einem Loch besitzt. Ein solcher zweifach zusammenhängender Bandleiter kann beispielsweise durch Schlitzen eines einfach zusammenhängenden Bandleiters in Längsrichtung erfolgen, wodurch zwei Leiterzweige entstehen- den, die an beiden Enden des ursprünglichen Bandes zusammenhängen .
Gemäß der vorliegenden Erfindung soll eine elektrische Spu¬ lenwicklung mit mehreren Teilspulen aus einem zweifach zusam- menhängenden Bandleiter hergestellt werden, indem zunächst ein einfach zusammenhängender Bandleiter aufgewickelt wird und die dadurch entstehende Spulenwicklung anschließend so in zwei Teilspulen zerschnitten wird, dass eine zweifach zusammenhängende Schlaufe des Bandleiters gebildet wird.
Ein wesentlicher Unterschied gegenüber dem Stand der Technik, bei dem ein solcher Bandleiter zuerst geschlitzt und dann gewickelt wird, besteht darin, dass der Wicklungsprozess we¬ sentlich vereinfacht wird. Die Umkehr in der zeitlichen Ab- folge von Wicklungsschritt und Teilungsschritt hat zahlreiche Vorteile :
Bei dem ersten beschriebenen Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens, dem Aufwickeln des einfach zusammenhängenden Bandleiters, muss nur ein Leiterzweig gewickelt werden. Es können hierbei also hinreichend bekannte und optimierte Wick¬ lungsverfahren zur Herstellung von Einzelspulen eingesetzt werden, ohne dass mehrere Leiterzweige parallel zueinander geführt werden müssen. Insbesondere kann bei der Wicklung eines einzelnen Bandleiters auf relativ einfache Weise ein konstanter Wickelzug eingehalten werden. Es treten auch keine Platzprobleme durch die eng benachbarte Führung mehrerer paralleler Leiterzweige auf.
Der relativ zeitaufwendige Prozessschritt des vorherigen Schlitzens des ungewickelten Bandleiters entfällt, wodurch das Herstellungsverfahren insgesamt schneller und weniger aufwendig werden kann. Das Schlitzen eines sehr langen Leiterbandes mit hoher Genauigkeit ist aufwendig und schwierig. Dadurch, dass das Aufwickeln mit einem ungeschlitzten Bandleiter durchgeführt wird, muss vor dem Wickeln die Länge des verwendeten Leiters noch nicht genau feststehen. Es kann von einer Vorratsspule die jeweils benötigte Leiterlänge abgewi¬ ckelt werden, wobei die Länge jedes verwendeten Stücks dyna- misch bestimmt werden kann, beispielsweise um eine vorbe¬ stimmte Windungszahl oder Wicklungshöhe zu erreichen. Im Gegensatz hierzu muss vor der Wicklung eines bereits geschlitzten Bandleiters die Länge des zu wickelnden Bandleiters genau feststehen, da sie schon beim vorherigen Schlitzen bestimmt wird. Wird dann beispielsweise weniger als das bereits ge¬ schlitzte Bandleiter benötigt, dann muss überschüssiges Mate¬ rial im Bereich des zusammenhängenden Endstücks in der Spuleneinrichtung verbleiben. Wenn im umgekehrten Fall der vorab geschlitzte Bandleiter für das Erreichen einer bestimmten Windungszahl oder Wicklungshöhe nicht ausreicht, muss ein neuer, längerer geschlitzter Bandleiter bereitgestellt werden .
Weiterhin entfällt die hohe mechanische Belastung, die beim Schlitzen von losem, noch nicht aufgewickeltem Bandleitermaterial auftreten kann. Diese mechanische Belastung kann zu Schädigungen der leitfähigen Schicht des Bandleiters führen, insbesondere im Fall von empfindlichen supraleitenden Schichten. Eine solche Schädigung nur an einer kleinen Stelle eines lang ausgedehnten Bandleiters hätte eine starke Beeinträchti¬ gung der Dauerstrom-Eigenschaften der Leiterschleife zur Folge . Die erfindungsgemäße elektrische Spuleneinrichtung umfasst wenigstens zwei Teilspulen aus einem übergeordneten zweifach zusammenhängenden Bandleiter. Die wenigstens zwei Teilspulen sind dabei durch nachträgliches Schneiden einer mit einem einfachen Bandleiter gewickelten Spulenwicklung erzeugt.
Die Vorteile der erfindungsgemäßen Spuleneinrichtung sind analog zu den im Zusammenhang mit dem Herstellungsverfahren beschriebenen Vorteilen. Insbesondere lässt sich eine solche Spuleneinrichtung also mit einem weniger aufwendigen, weniger komplexen und/oder weniger fehleranfälligen Verfahren herstellen. Eine erfindungsgemäße Spuleneinrichtung, die durch Wickeln und anschließendes Schneiden der Spulenwicklung erhalten worden ist, lässt sich leicht an den Spuren des
Schneideschrittes erkennen. Die typischen Schneidespuren, die eine Bewegungsrichtung der verwendeten Schneidevorrichtung anzeigen, erstrecken sich dann nämlich über eine Mehrzahl an benachbarten Windungen des zugrundeliegenden Bandleiters. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens gehen aus den von Anspruch 1 abhängigen Ansprüchen hervor. Dementsprechend kann das Verfahren zusätzlich die im Folgenden beschriebenen Merkmale aufweisen. Diese Merkmale können auch vorteilhaft mit den Merkmalen der erfindungsgemäßen Spuleneinrichtung kombiniert werden.
Das Aufwickeln des Bandleiters kann innerhalb einer Wick¬ lungsebene erfolgen, und der wenigstens eine Schnitt durch die Spulenwicklung kann im Wesentlichen parallel zu dieser Wicklungsebene erfolgen. Mit anderen Worten kann es sich bei der Spulenwicklung um eine Flachspule handeln, die durch einen Schnitt innerhalb ihrer Wicklungsebene in zwei an den En¬ den noch zusammenhängende Leiterteile geteilt wird. Diese Ausführungsform ist die einfachste Art der nachträglichen Trennung einer Spulenwicklung in wenigstens zwei zusammenhängende Teilspulen. Die Wicklungsebene verläuft dabei senkrecht zu einer zentralen Wicklungsachse. Nach dem Aufwickeln kann jeweils ein inneres und/oder ein äußeres Endstück des Bandleiters als ungewickelter Überstand neben der Spulenwicklung verbleiben. Bei dieser Ausführungsform wird also nicht der komplette Bandleiter aufgewickelt, sondern es verbleiben freie Endstücke außerhalb der Wicklung, die dann leichter von dem Schneideprozess ausgenommen werden können. Besonders vorteilhaft sind die nicht aufgewickelten inneren und äußeren Endstücke länger als die bestehen bleibenden Verbindungen in den jeweiligen Endbereichen. Dies er- leichtert vorteilhaft eine relative Bewegung der beiden Teil¬ spulen gegeneinander nach dem Schritt des Schneidens.
Beispielsweise kann die Länge des ungewickelten inneren und/oder äußeren Überstandes vorteilhaft zwischen 1 cm und 200 cm betragen. Besonders vorteilhaft kann sie zwischen einem 0,5fachen und einem 2fachen der größten Abmessung der gewickelten Spule betragen. Bei einer kreisförmigen Spulenwicklung kann sie also vorteilhaft zwischen dem 0,5fachen und dem 2fachen des Durchmessers der Spulenwicklung betragen. So kann eine der beiden Teilspulen nach der Trennung um 180° gedreht und wieder mit der anderen Teilspule zusammengelegt werden, damit sich die erzeugten Magnetfelder gegenseitig verstärken. Die Länge der noch verbundenen Endbereiche des Bandleiters kann vorteilhaft zwischen der einfachen und zehn- fachen Breite des ursprünglichen ungeschlitzten Leiters betragen .
Alternativ zu der genannten Ausführungsform, bei der ein inneres und/oder äußeres Endstück nicht mit aufgewickelt wird, kann auch innen und/oder außen der Bandleiter zunächst auf der ganzen Länge gewickelt werden, und anschließend kann ein solches Endstück wieder von der Spulenwicklung abgewickelt werden. Dieses Abwickeln kann bevorzugt vor dem Schneiden in zwei Teilspulen erfolgen, um eine vollständige Trennung des Bandleiters im Endbereich zu verhindern.
Wenigstens ein Teil des ungewickelten Überstandes wenigstens eines der Endstücke kann ebenfalls in zwei Leiterteile ge- teilt werden. Mit anderen Worten, der durch die Trennung in zwei Teilspulen entstehende Schnitt kann sich über einen Teil der Endstücke erstrecken. Der ungewickelte Überstand ist dann auf der entsprechenden Seite also länger als der noch verbun- dene Endbereich.
Die beschriebene Trennung im Bereich des Überstandes wenigs¬ tens eines der Endstücke kann dabei in einem auf den Schnitt der Spulenwicklung folgenden separaten Prozessschritt erfol- gen. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass der Prozess des Schlitzens im Bereich der Endstücke dabei besonders vor¬ sichtig und kontrolliert erfolgen kann, da es hier besonders wichtig ist, mit dem Schnitt nicht den äußersten Endbereich zu erfassen, der noch verbunden bleiben soll. Außerdem ist der Bandleiter im Bereich des ungewickelten Überstandes mechanisch empfindlicher, da er nicht von dem Wicklungspaket gehalten wird. Bei einer Ausführungsform mit einem Verguss und/oder einem Verkleben der Spulenwicklung wird der ungewickelte Überstand vorteilhaft auch nicht mit verklebt oder vergossen, so dass der Bandleiter in diesem Bereich weniger gut vor mechanischen Belastungen geschützt ist. Der Prozess des Schneidens in zwei Leiterzweige kann dann vorteilhaft mit einem an diese höhere Empfindlichkeit angepassten unter¬ schiedlichen Schneideverfahren erfolgen.
Das Auftrennen der Spulenwicklung in wenigstens zwei Teilspulen kann durch eine Trennvorrichtung erfolgen, deren Eindringtiefe in die Spulenwicklung nicht bis zu einem Mittel¬ punkt der Spule reicht. Diese Ausführungsform ist besonders vorteilhaft, um den innenliegenden Endbereich des Bandleiters vor einer vollständigen Durchtrennung zu schützen. Beispielsweise kann ein ungewickelter innenliegender Überstand des Bandleiters in einem radial innenliegenden Bereich nahe der Wicklungsachse angeordnet werden. Dieser innenliegende Endbe- reich wird dann nicht mit durchtrennt, wenn die Eindringtiefe der Schneidevorrichtung nicht bis zu diesem radial innenliegenden Bereich vordringt. Alternativ kann der Bandleiter im innenliegenden Bereich der Spule auch vollständig aufgewickelt sein. Wenn dann die Ein¬ dringtiefe der Schneidervorrichtung zumindest in einem Teilsegment der Spulenwicklung nicht bis zum innenliegenden End- bereich des Bandleiters vordringt, dann kann auch bei voll¬ ständiger Aufwicklung eine Durchtrennung im Bereich des Endstücks vermieden werden.
Eine unvollständige Trennung im inneren Endbereich kann bei- spielsweise dadurch erreicht werden, dass die Spulenwicklung radial von außen mit einer Schneidevorrichtung mit einer festen radialen Eindringtiefe aus einer Vielzahl von Winkeln geschnitten wird. Beispielsweise kann eine Sägevorrichtung von außen radial umlaufend angesetzt werden, bei der das Säge- blatt oder der Sägedraht nicht bis zu den inneren Windungen und/oder bis zu einem innenliegenden Überstand im Zentrum der Wicklung reicht.
Die Auftrennung der Spulenwicklung kann durch mehrere Teil- schnitte erfolgen, wobei in jedem Teilschnitt ein Umfangsseg- ment der Spulenwicklung durchtrennt wird. Mit anderen Worten, eine Trennvorrichtung kann nacheinander in verschiedenen Winkelbereichen der zu durchtrennenden Spulenwicklung angesetzt werden. Dabei kann die Eindringtiefe entweder bis zum Zentrum der Spulenwicklung reichen oder sie kann wie oben beschrieben beispielsweise radial begrenzt sein.
Ein vor der Durchtrennung zu schützender innenliegender Endbereich des Bandleiters kann bei dieser Ausführungsform bei- spielsweise als ungewickelter Überstand vorliegen, der frei beweglich ist und während der verschiedenen Teilschritte des Trennvorgangs in ein jeweils nicht von der Trennvorrichtung durchdrungenes Winkelsegment bewegt werden kann. Der Bandleiter kann auf einen Wicklungsträger mit einer zylindrischen Wicklungsfläche aufgewickelt werden. Hierbei kann der Wicklungsträger mit einer schlitzförmigen Ausnehmung versehen sein, in die ein inneres Endstück des Bandleiters vor dem Aufwickeln eingeführt wird. Diese Ausführungsform ist besonders vorteilhaft geeignet, um einen innenliegenden unge- wickelten Überstand des Bandleiters zu erzeugen, der beim Schneiden der Spulenwicklung in zwei Teilspulen entweder nicht oder nur teilweise aufgetrennt wird. Beispielsweise kann dann beim Schneiden der Spulenwicklung nur von außen bis zu diesem Wicklungsträger geschnitten werden, wodurch der innerhalb des Wicklungsträgers liegende Teil des Bandleiters vor der Durchtrennung geschützt bleibt. Es kann aber auch ein Teil des ungewickelten innen liegenden Überstandes noch weiter geschlitzt werden, so dass das verbunden bleibende End¬ stück des Bandleiters kürzer ist als der ungewickelte Über¬ stand . Besonders vorteilhaft kann der Wicklungsträger aus zwei von¬ einander trennbaren Teilstücken bestehen, so dass nach Durchschneiden des Hauptteils des Bandleiters zwei gegeneinander bewegliche und jeweils auf einem Teilstück des Wicklungsträ¬ gers angeordnete Teilspulen entstehen. Beispielsweise können solche Teilstücke durch Steckverbindungen verbunden und wieder getrennt werden.
Alternativ kann der Wicklungsträger aber auch aus einem zentralen Stück bestehen, das entweder beim Schneiden der Spulen- wicklung oder anschließend in einem separaten Prozessschnitt ebenfalls durch Zerschneiden in zwei Teilstücke getrennt wird. In jedem Fall ist es vorteilhaft, wenn die beiden durch das Schneiden entstehenden Teilspulen nach der Wicklung jeweils auf einem Teilstück des Wicklungsträgers verbleiben können und mit diesem bewegt werden können.
Es ist aber auch möglich, dass die Teilspulen vor oder nach Ihrer Trennung von dem Wicklungsträger separiert werden und entweder als freitragende Spulen verbleiben oder auf einen anderen Spulenträger transferiert werden. Besonders vorteil¬ haft können die Spulenwicklung oder die Teilwicklungen nach einem Verguss- oder Verklebeschritt von ihrem ursprünglichen Wicklungsträger gelöst werden. Das Auftrennen der Spulenwicklung kann vorteilhaft durch Sägen, Wasserstrahlschneiden und/oder Laserschneiden erfolgen. Beispielsweise kann das Sägen mittels einer Diamantdrahtsäge erfolgen. Beim Laserschneiden ist die mechanische Belastung des zu schneidenden Bandleiters vorteilhaft gering.
Die wenigstens zwei Teilspulen können nach der Auftrennung räumlich so angeordnet werden, dass sich von ihnen bei einem Stromfluss durch den gemeinsamen Bandleiter erzeugte Magnetfelder gegenseitig verstärken. Dies kann vorteilhaft durch eine Verdrehung gegeneinander erreicht werden. Beispielsweise kann eine Teilspule durch eine halbe Drehung so gegen die an¬ dere gewendet werden, dass sie wieder benachbart zu dieser um eine gemeinsame Symmetrieachse angeordnet werden kann. Nach einem derartigen Wenden einer Teilspule ist das durch die beiden Teilspulen erzeugte übergeordnete Magnetfeld besonders groß . Der Bandleiter kann beim Herstellen der Spulenwicklung mit einem Imprägniermittel imprägniert werden, das nach dem Wi¬ ckeln der Spulenwicklung ausgehärtet wird. Mit anderen Worten, die Spulenwicklung kann in einem sogenannten Nasswickel- prozess hergestellt werden. Durch das Aushärten des Impräg- niermittels erhält die Spulenwicklung dann ihre mechanische Festigkeit. Besonders vorteilhaft kann der Schnitt durch die Spulenwicklung dann erst nach dem Aushärten des Imprägniermittels erfolgen, so dass der Bandleiter durch das Schneiden möglichst wenig belastet wird. Weiterhin ist es bei dieser Ausführungsform vorteilhaft, wenn die inneren und/oder äußeren Endbereiche nicht mit imprägniert oder zumindest nicht gehärtet werden, so dass die Endbereiche frei beweglich blei¬ ben und die Teilspulen dadurch auch gegeneinander bewegt werden können.
Alternativ oder zusätzlich zu einem Imprägnieren kann die Spulenwicklung mit einem Vergussmittel vergossen werden, wobei das Vergussmittel ebenfalls ausgehärtet werden kann. Auch hier ist es vorteilhaft, wenn die Endbereiche des Bandleiters nicht mit vergossen werden, sondern möglichst beweglich bleiben . Die Spulenwicklung kann durch mehr als einen Schnitt in mehr als zwei Teilspulen aufgetrennt werden. Insbesondere können dazu mehrere parallel verlaufende Teilschnitte durchgeführt werden, die alle parallel zu der Wicklungseben der ursprünglichen Spulenwicklung liegen. In den Endbereichen kann der Bandleiter dann wieder teilweise verbunden bleiben, so dass auch hier durch die Teilschnitte eine zweifach zusammenhängende übergeordnete Leiterschleife entsteht. Hierzu kann es hilfreich oder erforderlich sein, im Bereich der Endstücke noch zusätzliche Querteilungen und/oder Fortführungen eines Teils der Schnitte vorzunehmen. Diese Querteilungen und/oder Fortführungen können vorteilhaft in einem oder mehreren zusätzlichen Prozessschritten nach der eigentlichen Auftrennung des Körpers der Spulenwicklung erfolgen. Die Auftrennung in mehr als zwei Teilspulen kann vorteilhaft sein, um ein größe- res Spulensystem zur Erzeugung starker und/oder komplex gestalteter Magnetfelder zu bilden.
Insbesondere können die Teilspulen in einem komplexeren Spulensystem auch asymmetrisch ausgestaltet sein, indem die Spu- lenwicklung in unterschiedlich dicke Teilspulen unterteilt wird. Die Teilspulen haben dann unterschiedliche Leiterbrei¬ ten und somit unterschiedliche Stromtragfähigkeiten. Dies kann gezielt genutzt werden, beispielsweise um die Spulen mit den breiteren Leitern an Stellen im System zu platzieren, an denen die lokalen Magnetfelder auf der Wicklung höher sind. Eine solche asymmetrische Teilung kann auch für ein System mit nur zwei Teilspulen vorteilhaft sein, um gezielt ein asymmetrisches Magnetfeld zu erzeugen und/oder asymmetrische Umgebungseinflüsse gezielt auszugleichen.
Die Spulenwicklung kann eine zylindrische Spulenwicklung mit einer Grundfläche in Form eines Kreises, einer Ellipse, eines Ovals, einer Rennbahngeometrie oder eines Rechtecks mit abge- rundeten Ecken sein. Ein solcher symmetrischer Aufbau bewirkt, dass zwei oder mehr voneinander getrennte Teilspulen nach einem Wenden der Teilspulen wieder auf einer gemeinsamen Grundfläche benachbart angeordnet werden können.
Für die Herstellung der Spulenwicklung kann ein Bandleiter mit einer supraleitenden Schicht verwendet werden. Für einen solchen Bandleiter ist das beschriebene Verfahren besonders geeignet, um ein Spulensystem mit einer zweifach zusammenhän- genden Bandleiterschleife mit einer durchgehend supraleiten¬ den Schicht zu erzeugen. Ein solches Spulensystem kann besonders vorteilhaft für den Dauerstrombetrieb, beispielsweise für Magnetresonanzanwendungen eingesetzt werden. Insbesondere kann der Bandleiter eine hochtemperatursupralei- tende Schicht aufweisen, beispielsweise eine oxydische supra¬ leitende Schicht. Der Bandleiter kann alternativ oder zusätzlich auch eine supraleitende Schicht aus Magnesiumdiborid um¬ fassen .
Für die Herstellung der Spulenwicklung kann ein Bandleiter mit wenigstens einer Isolationsschicht verwendet werden. Dies kann vorteilhaft sein, um die Windungen der Spulenwicklung elektrisch gegeneinander zu isolieren. Der Bandleiter kann mit einer elektrisch isolierenden Schicht in Form einer äußeren Lage beschichtet sein. Er kann aber auch mit einem isolierenden Band umwickelt sein. Ein solcher umwickelter Bandleiter würde sich nicht zur Wicklung von Teilspulen aus vorab geschlitztem Bandleiter eignen, da die Umwicklung durch das Schlitzen zerstört würde und ihren mechanischen Zusammenhalt verlieren würde. Das Umbändein der einzelnen Leiterzweige eines vorab geschlitzten Bandleiters ist ebenfalls aufwendig. Ein derartig umbändelter Bandleiter kann jedoch ohne Probleme mit dem beschriebenen Verfahren zuerst aufgewickelt und an- schließend in zwei Teilspulen getrennt werden. Durch die
Wicklung erhält der Bandleiter genügend mechanische Festig¬ keit, um die isolierende Umbändelung der Leiterzweige an ih¬ rem Ort zu halten. Besonders vorteilhaft ist diese Ausfüh- rungsform in Kombination mit der Verwendung einer Imprägnierung, Verklebung oder Vergussmasse und einer Aushärtung vor dem Schneiden. Die Schnittflächen der beiden durch die Auftrennung entstehenden Teilspulen können nach dem Schneideprozess zusätzlich mit einer elektrisch isolierenden Schicht versehen werden, um Kurzschlüsse zwischen den durch den Schnitt offengelegten leitenden Abschnitten zu verhindern. Beispielsweise können die Schnittflächen mit Epoxidharz versehen werden.
Die entstehende elektrische Spuleneinrichtung kann zusätzlich mit supraleitenden Dauerstromschaltern und Stromzuführungen versehen werden, um die Spule mit einem äußeren Stromkreis zu verbinden und einen Strom für den Dauerstrombetrieb einzu¬ speisen .
Nachfolgend wird die Erfindung anhand einiger bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die angehängten Zeichnungen beschrieben, in denen:
Fig. 1 die schematische Draufsicht eines supraleitenden Band- leiters zweifach zusammenhängender Topologie zeigt, Fig. 2 einen Querschnitt des supraleitenden Bandleiters
zeigt,
Fig. 3 eine schematische perspektivische Ansicht des Auf¬ trennungsschrittes nach einem ersten Ausführungsbei¬ spiel zeigt,
Fig. 4 eine schematische Ansicht eines ersten Teilschnittes nach einem zweiten Ausführungsbeispiel zeigt, Fig. 5 eine schematische Ansicht eines zweiten Teilschnittes nach dem zweiten Ausführungsbeispiel zeigt, Fig. 6 eine schematische perspektivische Darstellung einer aufgetrennten Spulenwicklung zeigt,
Fig. 7 eine schematische perspektivische Darstellung einer
Spuleneinrichtung mit einer geeigneten räumlichen Orientierung zweier Teilspulen zeigt und
Fig. 8 eine schematische Darstellung der Topologie des Band¬ leiters in einer Spuleneinrichtung mit vier Teilspulen zeigt .
Fig. 1 zeigt die schematische Draufsicht eines supraleitenden Bandleiters 1 zweifach zusammenhängender Topologie. Die ge¬ zeigte Topologie des Bandleiters 1 wird durch nachträgliche Auftrennung einer aus einem einfachen Bandleiter 1 gewickelten Spulenwicklung erzeugt.
Ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung beschreibt eine Magnetspule für die NMR-Spektroskopie . In diesem Beispiel ist die Länge 7 des verwendeten Bandleiters 1000 m. Diese Länge kann aber auch wesentlich kürzer oder länger sein. In einer Magnetspule für die Magnetresonanzbildgebung kann die Länge ein Vielfaches der hier beschriebenen Länge betragen. Der supraleitende Bandleiter 1 umfasst nach Teilung einer aus ihm gewickelten Spulenwicklung zwei annähernd gleich dimensionierte Leiterzweige 2 und 4. Durch den ersten Leiterzweig 2 fließt ein Strom I2, und durch den zweiten Leiterzweig fließt ein Strom I4 gegenläufiger Richtung, so dass durch den gesamten zweifach zusammenhängenden supraleitenden Bandleiter 1 ein geschlossener Ringstrom fließt. Die Breite 8 des ursprünglichen, einfach zusammenhängenden Bandleiters beträgt in diesem Beispiel 10 mm, und die Breite der beiden Leiterzweige 2 und 4 beträgt im aufgetrennten Bereich jeweils 5 mm. Abhängig vom verwendeten Bandleitermaterial kann diese Breite der Leiterzweige 2,4 aber auch wesentlich größer oder kleiner ausfallen, insbesondere kann der Bandleiter 1 auch asymmetrisch geteilt sein. Im Bereich der beiden Leiterenden 5 und 6 bleiben die beiden Leiterzweige 2 und 4 verbunden. Fig. 2 zeigt einen beispielhaften Querschnitt eines supralei¬ tenden Bandleiters 1 mit einem Hochtemperatur-Supraleiter zweiter Generation, in dem der Schichtaufbau schematisch dar- gestellt ist. In diesem Beispiel umfasst der supraleitende
Bandleiter 1 eine isolierende Schicht 10 auf seiner Untersei¬ te. Die isolierende Schicht 10 ist in diesem Beispiel ein 50 ym dickes Kaptonband, sie kann aber auch aus anderen iso¬ lierenden Materialien, wie beispielsweise anderen Kunststof- fen aufgebaut sein. Die isolierende Schicht 10 kann auch ent¬ fallen, oder es kann alternativ ein Isolierungsband auf ganzer Länge um den Bandleiter 1 herumgewickelt sein.
Der Schichtaufbau des Bandleiters 1 umfasst über der isolie- renden Schicht 10 zunächst eine normalleitende Deckschicht 14, die in diesem Beispiel eine 20 ym dicke Kupferschicht ist. Darauf folgt das Trägerband 16, das hier ein 50 ym di¬ ckes Substrat aus einer Nickel-Wolfram-Legierung ist. Es sind auch Stahlbänder oder Bänder aus einer Legierung wie z.B. Hastelloy verwendbar. Über dem Trägerband 16 ist eine 0.5 ym dicke Pufferschicht 18 angeordnet, die die oxydischen Materi¬ alien Ce02 und Y2O3 enthält. Darüber folgt die eigentliche supraleitende Schicht 20, hier eine 1 ym dicke Schicht aus YBa2Cu30x, die wiederum mit einer 20 ym dicken Deckschicht 14 aus Kupfer abgedeckt ist. Alternativ kann die Deckschicht 14 auch nur auf einer Seite des Bandleiters, dann typischerweise nur auf der von dem Substrat abgewandten Seite der supraleitenden Schicht 20 angeordnet sein. Die supraleitende Schicht 20 bildet in der herzustellenden Spuleneinrichtung eine durchgehende Schicht über die gesamte zweifach zusammenhän¬ gende Topologie.
Fig. 3 zeigt den Verfahrensschritt des Auftrennens einer aus dem Bandleiter 1 gewickelten Spulenwicklung 22 nach einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Spulenwicklung 22 ist in diesem Beispiel in Form einer kreiszylindrischen Scheibenwicklung auf einen ebenfalls kreiszylindrischen Wicklungsträger 34 gewickelt. Dabei sind auch andere Spulengeo- metrien denkbar, doch sind zylindrische, ebene Wicklungen mit einer zumindest zweizähligen Symmetrie der Grundfläche beson¬ ders vorteilhaft. Die gezeigte Spulenwicklung 22 wurde durch Wickeln des Bandleiters 1 um eine zentrale Wicklungsachse 26 hergestellt. Dabei wurde als Ausgangsmaterial ein Bandleiter 1 mit einfach zusammenhängender Topologie verwendet, also ein normaler Bandleiter ohne vorherige Auftrennung in einzelne Leiterzweige . Vor dem Aufwickeln des Bandleiters 1 zu der Spulenwicklung 22 wird ein inneres Endstück 28a des Bandleiters durch einen hierfür vorgesehenen Schlitz 36 des zylindrischen Wicklungsträgers 34 in den Innenraum des Wicklungsträgers 34 einge¬ führt. Hierdurch verbleibt in diesem Innenraum ein unge- wickelter innenliegender Überstand 28a des Bandleiters. Auch im äußeren Bereich der Spulenwicklung 22 verbleibt ein noch ungewickelter äußerer Überstand 28b des Bandleiters. Die Spu¬ lenwicklung 22 wurde in diesem Beispiel beim Wickeln mit einem Imprägniermittel versehen, welches vor dem Auftrennen der Spulenwicklung 22 ausgehärtet wurde. Dabei wurden die beiden ungewickelten Überstände 28a und 29b frei von Impräg¬ niermittel gehalten, um diese Endbereiche des Bandleiters möglichst beweglich zu halten. Nach dem Aushärten des Imprägniermittels wird die Spulenwick¬ lung dann im in Fig. 3 schematisch gezeigten Prozessschritt in zwei Teilspulen getrennt. Hierzu wird mit einer Trennvor¬ richtung 30 in diesem Beispiel von radial außen ein Schnitt 24 am Hauptteil der Spulenwicklung 22 angebracht. Als Trenn- Vorrichtung 30 wird in diesem Beispiel eine Säge verwendet, deren Eindringtiefe 32 nicht ganz bis zum Mittelpunkt 27 der Spulenwicklung reicht. Sie reicht aber weit genug nach innen, um hier auch den Wicklungsträger in zwei Teilstücke zu zertrennen. Während des Sägevorgangs wird die Spulenwicklung 22 um ihre Wicklungsachse 26 gedreht, so dass nacheinander die verschiedenen Winkelbereiche der Spulenwicklung 22 durchtrennt werden. Hierbei wird aufgrund der begrenzten Eindringtiefe der innere Überstand 28a des Bandleiters nicht voll- ständig durchtrennt. Es bleibt zumindest sein äußerer Endbe¬ reich 5 verbunden. Dieser Überstand 28a kann aufgrund seiner Beweglichkeit auch während des Schneidevorgangs immer wieder aus dem Einwirkungsbereich der Trennvorrichtung entfernt wer- den. Analog kann der nicht ganz aufgewickelte äußere Über¬ stand 28b zumindest so weit aus dem Einflussbereich der
Trennvorrichtung 30 ferngehalten werden, dass zumindest sein äußerer Endbereich 6 nicht durchtrennt wird. Mit den gestrichelten Linien 29 sind Trennlinien markiert, entlang derer auch ein Teilbereich der Überstände 28a und 28b geschlitzt werden soll, damit die entstehenden Teilspulen relativ zueinander bewegt werden können. Die Fortführung des Schnittes 24 entlang dieser Trennlinien 29 kann entweder zusammen mit dem gezeigten Schneideschritt durch den eigentlichen Spulenzylin- der erfolgen, oder der Schnitt kann in einem darauf folgenden weiteren Schneideschritt bis an die vor einer Zerteilung zu schützenden Endbereiche 5 und 6 fortgeführt werden.
Anstelle der in Fig. 3 schematisch gezeigten Säge kann auch eine andere Trennvorrichtung, beispielsweise eine Vorrichtung zum Laserschneiden oder Wasserstrahlschneiden verwendet werden. Die Eindringtiefe kann dann beispielsweise auch durch den Wicklungsträger 34 begrenzt werden, so dass der Wicklungsträger 34 nicht zusammen mit den Windungen der Spulen- wicklung 22 geschnitten wird. Hierzu könnte der Wicklungsträ¬ ger 34 bereits von vorne herein aus zwei Teilstücken beste¬ hen, die beispielsweise ineinander steckbar sind oder anderweitig miteinander verbindbar sind. Somit kann der Wicklungsträger 34 nach dem Trennen der Windungen des Bandleiters leicht in zwei Teilstücke zerlegt werden, die dann als Träger der beiden entstehenden Teilspulen fungieren.
Die Figuren 4 und 5 zeigen zwei Teilschritte des Trennungs¬ vorgangs der Spulenwicklung 22 nach einem zweiten Ausfüh- rungsbeispiel der Erfindung. In Fig. 4 ist gezeigt, wie die Spulenwicklung 22 mit einer Trennvorrichtung 30 auf einem ersten Umfangssegment 37a in zwei Teile geteilt wird. In Fig. 5 wird sie anschließend auf einem zweiten Umfangssegment 37b in zwei Teile geteilt. In ähnlicher Weise ist auch eine Auf¬ teilung in eine noch größere Anzahl von Teilschritten für mehr als zwei Umfangssegmente denkbar. In den Figuren 4 und 5 sind die Umfangssegmente 37a und 37b genau zwei Zylinderhälf- ten. Die inneren und äußeren Überstände 28a und 28b können durch ihre freie Beweglichkeit bei den verschiedenen Teil¬ schnitten jeweils aus dem Einwirkungsbereich der Trennvorrichtung heraus bewegt werden. Beispielsweise kann der äußere Überstand 28b immer so weit abgerollt werden, dass er außer- halb des gerade zu trennenden Umfangssegments 37a oder 37b liegt. Auf ähnliche Weise kann der innenliegende Überstand zumindest in seinem zu schützenden Endbereich 5 aus dem gerade zu trennenden Umfangssegment 37a oder 37b entfernt werden. Bei dem gezeigten zweiten Ausführungsbeispiel mit mehreren Teilschritten des Trennungsprozesses kann eine durchgehende Trennvorrichtung 30 verwendet werden, deren Eindringtiefe nicht mechanisch begrenzt ist. Anstelle der in den Figuren schematisch gezeigten Säge kann beispielsweise auch eine Vor- richtung zum Laserschneiden oder Wasserstrahlschneiden verwendet werden.
Fig. 6 zeigt die Spulenwicklung nach Durchführung des Trennungsschrittes in schematischer perspektivischer Ansicht. Ge- zeigt sind zwei Teilspulen 38a und 38b, deren Windungen je¬ weils auf einem Teilstück 40a oder 40b des Wicklungsträgers 34 vorliegen. Die Teilspulen 38a und 38b sind durch einen Schnitt 24 getrennt, der sich innen und außen bis in die un- gewickelten Überstände 28a und 28b fortsetzt, sich aber nicht ganz auf die äußersten Endbereiche 5 und 6 erstreckt. Somit liegt nach dem Auftrennungsschritt eine Spulenwicklung 22 mit einem an den Enden verbundenen Bandleiter 1 zweifach zusammenhängender Topologie vor. Er besteht analog wie in Fig. 1 aus zwei Leiterzweigen 2 und 4, deren Ströme I2 und I4 einen zusammenhängenden Ringstrom bilden.
In Fig. 7 ist eine aus der aufgetrennten Spulenwicklung 22 gebildete Spuleneinrichtung 44 gezeigt, bei der die beiden Teilspulen 38a und 38b gegeneinander gewendet wurden. Nach der gezeigten Drehung der Teilspule 38b relativ zu der Teilspule 38a fließen die Teilströme I2 und I4 mit dem gleichen Drehsinn um eine gemeinsame Systemachse 46 der Spuleneinrich- tung, so dass sich durch diese Teilströme erzeugte Magnetfel¬ der gegenseitig verstärken können. Die bis zu ihren äußersten Endbereichen 5 und 6 geschlitzten ungewickelten Überstände 28a und 28b ermöglichen die relative Beweglichkeit der über diese Endbereiche 5 und 6 elektrisch verbundenen Teilspulen.
Die beiden Schnittflächen 42a und 42b der voneinander getrennten Teilspulen können zur elektrischen Isolierung und/oder zu einem mechanischen Schutz des Bandleiters 1 zusätzlich mit einem Imprägniermittel oder einer anders gearte- ten Schutzschicht versehen werden. Die beiden Teilspulen 40a und 40b können auch wesentlich näher als in Fig. 7 angedeutet aufeinander zu bewegt werden. Die beiden Teilspulen 40a und 40b können auch sehr dicht benachbart angeordnet werden. Es muss nur zumindest ein Leiterzweig des Bandleiters 2 oder 4 zwischen den Innenflächen der Teilspulen 40a und 40b hindurch geführt werden können.
Fig. 8 zeigt schematisch die Topologie eines Bandleiters 1, der durch drei Schnitte 48a, 48b und 48c in vier miteinander verbundene Leiterzweige geteilt ist. Der Bandleiter ist zu¬ sätzlich an seinen Endbereichen 5 und 6 mit einer weiteren Querteilung 50 senkrecht zur Hauptrichtung der Schnitte und mit drei weiteren Fortführungen 52a, 52b und 52c der Schnitte versehen. Die zweite Fortführung 52b, also die Fortführung des mittleren Schnittes 48b erstreckt sich dabei bis an den äußersten Rand des Bandleiters. Die anderen beiden Fortführungen enden kurz vor einem alleräußersten zusammenhängenden Endbereich 54. Hierdurch ergibt sich wiederum eine übergeordnete Topologie des Bandleiters 1 in Form einer zweifach zu- sammenhängenden Schleife, in diesem Fall mit vier im zentralen Bereich parallel verlaufenden Leiterzweigen. Auch diese Topologie des Bandleiters kann in einer Spuleneinrichtung 44 mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erzielt werden, indem die Windungen einer Spulenwicklung in ihrem zentralen Bereich mit drei parallel verlaufenden Schnitten geteilt werden, und indem dann in den Endbereichen die nötigen Fortführungen und Querteilungen angebracht werden. Auch bei diesem Beispiel können die entstehenden vier Teilspulen so zueinander bewegt und orientiert werden, dass sich die durch sie bei einem Stromfluss erzeugten Magnetfelder auf eine gewünschte Weise verstärken .
Ähnlich zu der in Fig. 8 gezeigten Topologie mit vier Leiterzweigen sind auch noch komplexere Teilungen in andere Anzahlen von Leiterzweigen und somit anderen Anzahlen von Teilspulen möglich. Es können auch asymmetrische oder zumindest ungleiche Teilungen der Bandleiters vorgenommen werden, bei denen verschieden breite Leiterzweige entstehen. Wesentlich ist, dass die Teilung des Bandleiters in zwei oder mehr Teil¬ spulen erst nach dem Aufwickeln der Spulenwicklung erfolgt.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Spuleneinrichtung (44), umfassend die folgenden Schritte:
- Aufwickeln eines Bandleiters (1) zu einer Spulenwicklung (22) und
- Auftrennen der Spulenwicklung (22) in wenigstens zwei Teilspulen (38a, 38b) durch wenigstens einen Schnitt (24) durch die Spulenwicklung (22),
wobei der Bandleiter (1) durch bestehen bleibende Verbindungen in seinen Endbereichen (5, 6) als zweifach zusammenhängende Schlaufe verbunden bleibt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Aufwickeln des Bandleiters (1) innerhalb einer Wicklungsebene erfolgt und bei dem der wenigstens eine Schnitt (24) durch die Spulen¬ wicklung (22) im Wesentlichen parallel zu dieser Wicklungsebene erfolgt.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, bei dem nach dem Aufwickeln jeweils ein inneres und/oder ein äußeres Endstück des Bandleiters als ungewickelter Überstand (28a, 28b) neben den Windungen der Spulenwicklung (22) verbleibt.
4. Verfahren nach Anspruch 3, bei dem wenigstens ein Teil des ungewickelten Überstandes (28a, 28b) wenigstens eines der End¬ stücke ebenfalls in zwei Leiterteile geteilt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem die Aufteilung des Bandleiters (1) im Bereich des ungewickelten Überstandes
(28a, 28b) in einem auf den Schnitt der Spulenwicklung (22) folgenden separaten Prozessschritt erfolgt.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Auftrennen der Spulenwicklung (22) in wenigstens zwei
Teilspulen (38a, 38b) durch eine Trennvorrichtung (30) erfolgt, deren Eindringtiefe (32) in die Spulenwicklung (22) nicht bis zu einem Mittelpunkt (27) der Spulenwicklung reicht .
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Auftrennen der Spulenwicklung (22) durch mehrere Teilschnitte erfolgt, wobei in jedem Teilschnitt ein Umfangsseg- ment (37a, 37b) der Spulenwicklung (22) durchtrennt wird.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Bandleiter (1) auf einen Wicklungsträger (34) mit einer zylindrischen Wicklungsfläche aufgewickelt wird, wobei der Wicklungsträger (34) mit einer schlitzförmigen Ausnehmung (36) versehen ist, in die ein inneres Endstück (28a) des Bandleiters (1) vor dem Aufwickeln eingeführt wird.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Auftrennen der Spulenwicklung (22) durch Sägen, Wasserstrahlschneiden und/oder Laserschneiden erfolgt.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die wenigstens zwei Teilspulen (38a, 38b) nach der Auf¬ trennung räumlich so angeordnet werden, dass sich von ihnen bei einem Stromfluss durch den gemeinsamen Bandleiter (1) erzeugte Magnetfelder gegenseitig verstärken.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Bandleiter (1) beim Herstellen der Spulenwicklung (22) mit einem Imprägniermittel imprägniert wird, das nach Herstellen der Spulenwicklung (22) ausgehärtet wird.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Spulenwicklung (22) durch mehr als einen Schnitt (48a, 48b, 48c) in mehr als zwei Teilspulen aufgetrennt wird.
13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem für die Herstellung der Spulenwicklung (22) ein Bandleiter (1) mit einer supraleitenden Schicht (20) verwendet wird.
14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem für die Herstellung der Spulenwicklung (22) ein Bandleiter (1) mit wenigstens einer Isolationsschicht (10) verwendet wird .
15. Elektrische Spuleneinrichtung (44) mit wenigstens zwei Teilspulen (38a, 38b) aus einem übergeordneten zweifach zusammenhängenden Bandleiter (1),
wobei die wenigstens zwei Teilspulen (38a, 38b) durch nach- trägliches Schneiden einer mit einem einfachen Bandleiter (1) gewickelten Spulenwicklung (22) erzeugt sind.
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