Beschreibung

VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG EINES ZYLINDRISCHEN HOCHFREQUENZSCHIRMS EINER ZYLINDRISCHEN GRADIENTENSPULE EINER MAGNETRESONANZANLAGE

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines zylindrischen Hochfrequenzschirms einer zylindrischen Gradientenspule, welcher Hochfrequenzschirm aus mehreren flächigen, nebeneinander angeordneten Schirmabschnitten besteht, die zur Zylinderform unter Verwendung eines Lötbandes mittels einer Lötvorrichtung miteinander verlötet werden.

Eine Gradientenspule dient bei einer Magnetresonanzanlage be ^¬ kanntlich dazu, der Ortsauflösung dienende Gradientenfelder zu erzeugen. Im Inneren der Gradientenspule ist bei einer fertigen Magnetresonanzanlage das Hochfrequenz-System integ ^¬ riert, das das Sende- und Empfangssystem ist. Um die Gradien ^¬ tenspule vor etwaigen störenden Einflüssen des Hochfrequenz- Systems zu schützen, wird die Gradientenspule an ihrer inne- ren Mantelfläche mit einem Hochfrequenzschirm ausgekleidet. Dieser Hochfrequenzschirm besteht üblicherweise aus einem I- solierträger, der beidseits mit einer Kupferlage kaschiert ist. Zur Herstellung eines solchen Hochfrequenzschirms bzw. der Gradientenspule selbst kommt ein Gießdorn zum Einsatz, bei dem es sich um einen länglichen zylindrischen Träger handelt. Auf diesen werden zunächst mehrere, üblicherweise zwei oder vier, flächige Schirmabschnitte, die in ihrer Gesamtheit nach Fertigstellung den Hochfrequenzschirm bilden, gelegt. Die Schirmabschnitte sind mit ihren inneren, unmittelbar auf dem Gießdorn und aufliegenden Kupferschichten zu verbinden, um eine geschlossene Zylinderform zu bilden, so dass sich al ^¬ so ein in sich geschlossener zylindrischer Hochfrequenzschirm ergibt. Diese Lötung kann nicht unmittelbar nach dem Auflegen der Schirmabschnitte durchgeführt werden, da man mit einer üblichen manuellen Lötvorrichtung in Form eines Lötkolbens nicht an diese inneren Lötstellen gelangt. Nach dem Auflegen der Schirmabschnitte werden die weiteren die Gradientenspule bildenden Bauteile (die einzelnen vorgefertigten Spulenele-

mente, Kühleinrichtungen etc.) quasi schalenartig auf den Gießdorn gelegt, wonach der Aufbau fixiert wird und mit einem Gießharz, üblicherweise Epoxidharz, ausgegossen wird, wobei auch die Schirmabschnitte als innerste Lage mit eingegossen bzw. über das Gießharz fixiert werden. Um zu vermeiden, dass an die Lötstellen der innersten Kupferlage Gießharz gelangt, das erst nach dem Abnehmen des Gießteils vor dem zwangsläufig danach erst möglichen Verlötens entfernt werden muss, werden diese Lötbereiche beim Auflegen der Schirmabschnitte auf den Gießdorn mit Klebeband abgedeckt. Erst nach dem Abdrücken vom Gießdorn wird dieses Klebeband abgezogen, wonach unter Verwendung eines geeigneten Lötbandes mit einem Lötkolben manuell verlötet werden.

Diese Art der Herstellung des Hochfrequenzschirms, die mit dem Abkleben der Lötflächen als Schutz vor einer Benetzung mit Gießharz, dem Entfernen der Klebebänder und der nachfolgenden aufwendigen manuellen Verlötung verbunden ist, ist umständlich und zeitaufwendig. Denn zum einen nimmt das Abkle- ben mit dem Klebeband einige Zeit in Anspruch, weiterhin bie ^¬ tet diese Abklebung nicht immer einen vollständigen Schutz vor einem Eindringen der Gießmasse. Schließlich ist auch das Entfernen des Klebebandes sowie die nachfolgende Aufbereitung der Lötflächen, die gegebenenfalls noch mit Restkleber vom Klebeband verunreinigt sein kann oder vom Gießharz selbst, sowie die manuelle Lötung umständlich.

Der Erfindung liegt damit das Problem zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines zylindrischen Hochfrequenzschirms im Rahmen der Herstellung einer zu vergießenden Gradientenspule anzugeben, das einfacher und schneller durchgeführt werden kann .

Zur Lösung dieses Problems ist bei einem Verfahren der ein- gangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass die

Schirmabschnitte nach dem Auflegen auf einen zylindrischen Träger, insbesondere einen Gießdorn, mittels einer längs des

Trägers verfahrbaren Induktivlötvorrichtung miteinander induktiv verlötet werden.

Die Erfindung sieht vor, die Schirmabschnitte unmittelbar nach dem Auflegen und Ausrichten derselben auf dem Gießdorn induktiv miteinander verlötet werden. Unter Verwendung einer Induktionslötvorrichtung, häufig auch Induktor genannt, wird über den Wechselstrom im Induktor ein Magnetfeld erzeugt, das wiederum einen Stromfluss im benachbarten, zu verlötenden Me- tall erzeugt. Dieser im Metall berührungslos induzierte Wech ^¬ selstrom verursacht im Werkstück wiederum Ummagnetisierungs- und Wirbelstromverluste, die zu einer lokalen Temperaturerhö ^¬ hung im Induktionsbereich führen. Die Erwärmung erfolgt solange, bis das verwendete Lot, gleich welcher Art, auf- schmilzt, und die zu verbindenden Abschnitte benetzt und ver ^¬ bindet. Es handelt sich also um ein hochfrequentes Energie- Induktionsverfahren zur Erzielung der erforderlichen Bauteiloder Loterwärmung. Die verwendeten Frequenzen liegen im Bereich mehrerer kHz bis in den MHz-Bereich.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird beim Auflegen der Schirmabschnitte unter den Stoßbereich zweier Abschnittskanten, deren unterste Metalllage zu verlöten ist, bereits ein Lötband gelegt, nachdem die zu verlötenden Abschnitte wie auch das Lötband gegebenenfalls vorher mit einem Flussmittel zur Entfernung etwaiger Oxidschichten behandelt wurden. Sodann wird die Lötung der inneren Metallschicht unter Verwendung der längs des Trägers bevorzugt automatisch über eine entsprechende Steuerungseinrichtung gesteuert verfahrbaren Induktivlötvorrichtung vorgenommen. Die Betriebsparameter der Induktivlötvorrichtung, also des Induktors, können über die vorrichtungseigene Steuerungseinrichtung, die einen Hochfre ^¬ quenzgenerator als Teil der Induktivlötvorrichtung steuert, so eingestellt werden, dass das hochfrequente magnetische Wechselfeld, das über den Induktor erzeugt wird, in den auf ^¬ gelegten Schirmaufbau eindringt und es zur Erzeugung von Um- magnetisierungs- und Wirbelstromverlusten, mithin also zur Erwärmung nur im Bereich der unteren Metalllage bzw. des Löt-

bandes kommt. Es ist also möglich, gezielt die Innenseite zu erwärmen und diese zu verlöten, wenngleich die Lötvorrichtung an der Außenseite verfährt. In der Praxis bedeutet dies, dass das aufwendige Abkleben sowie damit verbundene Nachreinigung und insbesondere die langwierige manuelle Verlötung nach dem Abdrücken der fertig vergossenen Gradientenspule vom Gießdorn entfällt. Vielmehr besteht gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren die Möglichkeit, den Hochfrequenzschirm unmittelbar nach dem Auflegen der Schirmabschnitte nebst der Lötbänder quasi durch die Schirmabschnitte hindurch an der Innenseite berührungslos zu verlöten. Der Hochfrequenzschirm wird damit vor dem Vergießen der Gradientenspule komplett fertig ge ^¬ stellt, das gesamte Lötverfahren geht wesentlich schneller vonstatten und kann folglich auch kostengünstiger durchge- führt werden.

Wie beschrieben werden die Lötbänder unterhalb der miteinander zu verlötenden Abschnittskanten angeordnet, nachdem diese wie auch die Lötbänder selbst, bei denen es sich um bei- spielsweise vorverzinnte Kupferbänder (also dünne Kupferfo ^¬ lien) oder vorverzinnte Platinenstreifen (ein dünner Isolierträger, der beidseits mit Kupfer kaschiert ist, das an einer Seite nach Art einer Platinen mit Leitflächen bzw. Kontaktpunkten strukturiert ist) handeln kann, mit einem Flussmittel behandelt wurden. Grundsätzlich wäre es auch denkbar, die

Verlötung an der Außenseite (gegebenenfalls zusätzlich) vorzunehmen .

Wie beschrieben erfolgt die Bewegung des Induktors, der die Induktivlötvorrichtung bildet und unmittelbar entlang der Außenseite der Schirmabschnitte bewegt wird, bevorzugt automa ^¬ tisch, die Verfahrgeschwindigkeit ist zweckmäßigerweise frei wählbar bzw. kann in einer den Betrieb steuernden Steuerungseinrichtung, die den HF-Generator wie auch den Betrieb einer den Induktor verfahrenden Halterung oder dergleichen steuert, programmiert werden. Denkbar ist es, die Verfahreinrichtung mit einem Schrittmotor oder dergleichen auszustatten, so dass sie möglichst exakt bezüglich der Schirmabschnitte positio-

niert und auch möglichst genau und fein einstellbar längs derselben für einen kontinuierlichen Lötvorgang verfahren werden kann. Auch sollte der Abstand der Induktivlötvorrichtung zu den zu verlötenden Schirmabschnitten variierbar sein, wie natürlich auch die Erzeugungsparameter für das hochfrequente magnetische Wechselfeld und dessen Eindringtiefe vari ^¬ ierbar ist. Zur Abstandseinstellung ist beispielsweise eine entsprechende Abstandsmessvorrichtung am Induktor vorgesehen, die eine entsprechende Einstellung ermöglicht.

Neben dem erfindungsgemäßen Verfahren betrifft die Erfindung ferner eine zylindrische Gradientenspule, enthaltend einen Hochfrequenzschirm, hergestellt nach dem Verfahren der beschriebenen Art .

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung er ^¬ geben sich aus dem im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiel sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:

Fig. 1 eine Querschnittdarstellung durch einen Gießdorn nebst aufgelegten Schirmabschnitten und beigeordneter Induktivlötvorrichtung, und

Fig. 2 eine Seitenansicht der Anordnung aus Fig. 1.

Fig. 1 zeigt als Prinzipdarstellung einen hohlzylindrischen Gießdorn 1, auf dem zur Bildung eines Hochfrequenzschirms 2 im gezeigten Ausführungsbeispiel vier separate Schirmab ^¬ schnitte 3a, 3b, 3c und 3d aufgelegt wurden, die in ihrer Ge- samtheit einen Ring bilden. Jeder Schirmabschnitt besteht aus einem flexiblen Isolierträger, beispielsweise einem GfK- Träger, der an beiden Seiten mit einer Metallschicht oder Metallfolie, beispielsweise aus Kupfer, kaschiert ist. Diese vier Schirmabschnitte 3a - 3d werden nun auf den Gießdorn 1 aufgelegt und exakt positioniert, wozu am Gießdorn entspre ^¬ chende Positionierhilfen in Form radial abstehender Bolzen etc., die hier nicht näher gezeigt sind, vorgesehen sind. Un ^¬ terhalb jeder Naht oder Stoßstelle zweier Schirmabschnitts-

kanten wird jeweils ein Lötband 4 gelegt, bei dem es sich beispielsweise um eine dünne, mit Lötzinn oder einer Lötpaste beschichtete Kupferfolie handeln kann. Dieses Lötband 4 wird so aufgelegt, dass es die beiden anschließenden Kantenberei- che oder Flächenabschnitte an den jeweiligen Schirmabschnit ^¬ ten möglichst gleichmäßig und flächig belegt. Ersichtlich liegt also das jeweilige Lötband an der unteren, am Gießdorn 1 aufliegenden Metallschicht der einzelnen Schirmabschnitte an .

Um nun die einzelnen Schirmabschnitte 3a - 3d an dieser inne ^¬ ren, aufgrund des Gießdorns nicht frei zugängigen Stelle ver ^¬ löten zu können, wird eine Induktionslötvorrichtung 5 in Form eines Induktors 6 mit zugeordnetem Hochfrequenzgenerator 7 und Steuerungseinrichtung 8 verwendet. Dieser Induktor 6 besitzt eine entsprechende Induktionsschleife, die der Erzeu ^¬ gung eines hochfrequenten Magnetfelds, das das über den Gene ^¬ rator 7 seitens des Induktors 6 erzeugt wird, dient. Der In ^¬ duktor 6 wird nun nahe an den zu verbindenden Bereich ge- bracht, siehe Fig. 1. Der Induktor 6 ist auf einer Verfahrenseinrichtung 9 angeordnet, die einen automatischen Verfahrbetrieb längs des Gießdorns 1, also längs der Lötnaht er ^¬ möglicht, wie in Fig. 2 durch den Doppelpfeil dargestellt ist. Der automatische Verfahrbetrieb, z.B. auf Schienen oder längs einer den Indikator 6 tragenden Halterung etc., wird ebenfalls über die Steuerungseinrichtung 8 gesteuert.

über das vom Induktor 8 erzeugte hochfrequente magnetische Wechselfeld, das in den Aufbau eindringt, kann eine gezielte Erwärmung in der Tiefe, hier also direkt im Bereich des Lötbandes 4 erfolgen. Die Erwärmung ist punktuell und in einer gewünschten Tiefe sehr exakt erzeugbar, so dass es ohne Wei ^¬ teres möglich ist, durch entsprechende Ansteuerung über die Steuerungseinrichtung die endgültige Erwärmung auch tatsäch- lieh nur im Bereich des Lötbandes vorzunehmen. Das Lötzinn des Lötbandes 4 schmilzt nun aufgrund dieser induzierten Er ^¬ wärmung auf und verbindet folglich die benachbarten Kantenab ^¬ schnitte, hier die der beiden Schirmabschnitte 3a, 3b. Der

Induktor 6 wird nun, um die beiden Kanten über die gesamte Länge zu verlöten, wie beschrieben über die Verfahreinheit 9 kontinuierlich längs bewegt, während welcher Bewegung das Lötzinn in dem Bereich, wo der Induktor ist, aufschmilzt, die beiden Kanten verbindet, und anschließend wieder abkühlt.

Nach erfolgtem Verlöten hat sich über die gesamte Länge an der Rückseite des Hochfrequenzschirms 2 eine durchgehende, homogene Lötfläche 10 ausgebildet, die in Fig. 2 gestrichelt dargestellt ist.

Nach dem Verlöten der beiden Schirmabschnitte 3a, 3b wird der Gießdorn 1 um 90° gedreht, so dass die beiden Kantenabschnit ^¬ te beispielsweise der beiden Schirmabschnitte 3b, 3c verlötet werden können.

Wurden alle Lötflächen 10 erzeugt, wurde also mithin im Be ^¬ reich der inneren Metallfläche ein geschlossener, zylindrischer Schirm erzeugt, werden die der Herstellung der zylind- rischen Gradientenspule dienenden weiteren Spulenbauteile aufgelegt und anschließend mit einem geeignetem Vergussharz vergossen, mit dem auch der hergestellte Hochfrequenzschirm 2 eingegossen wird, jedoch ohne der Gefahr einer Benetzung im Bereich der inneren Metallschicht, die wie beschrieben auf- grund der bereits vorgenommenen Lötung vollständig geschlos ^¬ sen ist.

Anstelle der verwendeten vier Schirmabschnitte 3a - 3d wäre es selbstverständlich auch denkbar, nur zwei oder drei zu verwenden. Als Lötband kommt bevorzugt ein sehr dünnes Kup ^¬ ferband mit einer Dicke von ca. 0,1 mm mit entsprechendem Lötpasten- oder Lötzinnauftrag zum Einsatz. Die Breite des Bandes beträgt ca. 10 mm, so dass sicher gestellt ist, dass die beiden aneinander stoßenden Schirmabschnittskanten hin- reichend bedeckt werden können.