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-T _c -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 I ₄ 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 Ce0 ₂ und Y2O ₃ enthält. Darüber folgt die eigentliche supraleitende Schicht 20, hier eine 1 ym dicke Schicht aus YBa ₂ Cu30 _x , 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 I ₂ und I ₄ 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 I ₂ und I ₄ 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.