DISPOSITIVO PARA LA SIMULTANEA MECANIZACION Y POSICIONAMIENTO DE RANURAS PARA BOBINADOS DE STELLARATORS.

1. Dispositivo para la simultánea mecanización y posicionamiento de ranuras para bobinados de stellarators caracterizado por disponer de una base rotativa horizontal soportante del stellarator capacitada de revolución completa de 360º respecto el centro del toroide y dotada de un mínimo de 4 columnas esbeltas de posicionamiento y soporte del toroide y extraíbles por deslizamiento horizontal,

un pórtico fijo que sustenta dos semianillos fijos situados en un mismo plano vertical y que acoplados forman un anillo perfecto que actúa como guía circular de un sector aplanado de anillo situado en un plano vertical dotado de un movimiento de giro que abarca un mínimo de 360º y cuyo centro es el eje del toroide, sector aplanado que soporta un cabezal fresador estándar cuyo eje de fresa se encuentra dirigido hacia el centro del anillo fijo y capacitado para fresar 360º sin interrupción gracias a la altura de las columnas, todo ello de tal manera que pueda mecanizarse la totalidad de las ranuras sobre una superficie toroidal completa en una sola fase de mecanizado sin retirar el stellarator, pudiendo alternativamente disponerse el pórtico móvil y rotatorio para evitar el movimiento de stellarators pesados de gran tamaño.

2. Dispositivo según reivindicación 1ª, caracterizado por disponer de un mínimo de 4 columnas verticales esbeltas fácilmente acoplables dispuestas preferentemente en una circunferencia sobre la base horizontal rotatoria y que permiten un amplio movimiento del cabezal fresador estándar, columnas dotadas de una superficie superior horizontal plana sobre la que se suelda un tope aplanado horizontal en forma preferentemente de semicircunferencia que acopla exactamente sin holgura en la parte inferior circular de las patas del stellarator, columnas que disponen de un elemento de fijación estándar vertical central, todo ello así definido para mantener el stellarator fijo mientras se mecaniza la totalidad de los surcos.

3. Dispositivo según reivindicación 1ª, caracterizado por disponer de dos semianillos de sección aplanada contenida en un plano vertical que pasa por el centro del toroide, posibilitados de acoplamiento mutuo para formar un anillo completo, ubicados de tal manera que el punto de unión entre semianillos forma un ángulo de unos 45º respecto la horizontal, adosados al pórtico fijo con posibilidad de fácil desensamblaje y cuyo centro es el eje del toroide de tal manera que el stellarator se introduce horizontalmente tras separar el anillo inferior del pórtico fijo.

4. Dispositivo según reivindicación 1ª, dotado de un sector de anillo aplanado sobre cuya superficie se fijan una serie de rodamientos ajustados sin holgura sobre las cuatro caras de los semianillos fijos que dotan al sector aplanado únicamente de rotación circular alrededor del eje del toroide, sector aplanado que mantiene sobre su superficie un cabezal fresador de eje en dirección del centro del toroide y movimiento lineal opcional de entrada/salida utilizadopara toroides de sección y/o eje no circular, cabezal fresador dotado de una fresa de diámetro preferentemente igual al del surco a mecanizar para generar un surco por medio de una sola pasada de fresa

Dispositivo para la simultánea mecanización y posicionamiento de ranuras para bobinados de stellarators.

Objeto de la invención

La invención se refiere a un dispositivo capacitado para mecanizar ranuras sobre la superficie toroidal de un stellarator de tal manera que el posicionamiento de tales surcos sobre la superficie toroidal se lleva a cabo simultáneamente al proceso de mecanización. Tales surcos se utilizarán posteriormente para bobinar en su interior los apropiados conductores eléctricos.

Un stellarator es uno de los más prometedores dispositivos utilizados en experimentación y futura producción energética por medio de fusión termonuclear por confinamiento magnético.

Antecedentes de la invención

La construcción y posicionamiento de bobinas para stellarators es uno de los problemas principales en su construcción tanto de tipo clásico como modular. Ello es debido a los extremados requerimientos de precisión, resistencia ante esfuerzos y las complejas formas tridimensionales.

El sistema de bobinas de los actuales stellarators se construye generalmente siguiendo el siguiente procedimiento: construcción de las estructuras soportantes de los devanados por medio de máquinas de control numérico estándar, la realización del devanado en el interior del soportante, la introducción de las bobinas sobre la cámara de vacío toroidal, y el posterior posicionamiento de las bobinas en sus 6 grados de libertad. La mayor proporción de errores del campo magnético resultante es debida a la fase de posicionamiento que debe realizarse con complejos sistemas de metrología láser en 3 dimensiones. En algunos casos el devanado se crea tras posicionar las estructuras soportantes sobre la cámara de vacío.

El coste de tal procedimiento es muy elevado especialmente para pequeños centros de investigación, universidades o en países con recursos escasos.

En la presente invención se desarrolla un dispositivo que actúa en coordenadas toroidales capacitado para unir en un proceso único la mecanización y el posicionamiento de las bobinas. El concepto de "posicionamiento" en la presente descripción posee el sentido de "generación" de las bobinas en su exacta posición definitiva ya que el resultado de la mecanización es una unidad toroidal completa formada por el conjunto de ranuras de devanados esculpidas en su superficie y no de bobinas o estructuras independientes que requieran posicionamiento. Ello reduce el coste de forma significativa, más aún para universidades y ciertos centros que tienden a construir parte de los elementos como bobinas o estructuras soportantes in situ para ahorrar costes.

Para grandes stellarators experimentales y para reactores de fusión que utilizan bobinas superconductoras el presente dispositivo podría ser menos conveniente que para pequeños o medianos stellarators experimentales.

Descripción de la invención

En concreto el dispositivo para la simultánea mecanización y posicionamiento de ranuras para bobinados de stellarators puede considerarse constituido por dos unidades estructurales diferenciadas, la base rotativa soportante del stellarator y el anillo poloidal de mecanizado y adicionalmente la superficie toroidal compacta a mecanizar situada sobre la cámara de vacío.

Para ciertos materiales que sean compatibles con el alto vacío, fácilmente mecanizables y fraguables o fundibles, la cámara de vacío y la superficie a mecanizar puede ser la misma unidad lo cual simplifica el stellarator resultante. Entre tales materiales el aluminio y las cerámicas mecanizables esmaltadas por el interior de la cámara son buenos candidatos.

El material puede ser muy diverso en el caso de una cámara de vacío recubierta de superficie toroidal específica para el mecanizado, por ejemplo escayolas de alta dureza, plásticos, masillas, fibra de vidrio o aluminio.

Más concretamente la base rotativa soportante del stellarator está formada por una superficie aplanada robusta preferentemente circular que dispone en su centro de un eje de rotación definido por un rodamiento situado con su eje en posición vertical y fácilmente separable de la base fija, superficie aplanada sobre la que se dispone de un mínimo de 4 columnas verticales esbeltas unidas por su parte inferior a la base rotativa por medios desacoplables y por la parte superior a las patas del stellarator. La superficie superior de las columnas verticales es perfectamente plana y sobre tal superficie se adosa un tope posicionador que encaja perfectamente sobre cada una de las patas del stellarator de tal manera que, tras apartar deslizando una de las columnas para el mecanizado de ciertas zonas, la reimplantación de tal columna la posiciona exactamente en el mismo lugar gracias al tope. El posicionamiento del ángulo toroidal se lleva a cabo por medio de una polea síncrona o engranaje de anillo situado sobre la base rotativa en posición horizontal.

Como condición adicional los topes correspondientes a todas las columnas permiten un deslizamiento de las columnas en una misma dirección y sentido lo cual posibilita la extracción de la base rotativa sin elevar el stellarator.

El número de columnas debe ser como mínimo 4 para permitir la mecanización de un mínimo de 360º en sentido poloidal y 360º en sentido toroidal sin necesidad de mover o cambiar la posición de la pieza a mecanizar, es decir el stellarator completo. La mecanización completa de los 360º según las dos coordenadas sin variar los puntos de fijación del stellarator es una característica importante del presente aparato y le proporciona precisión y simplicidad en la mecanización.

Más específicamente el anillo poloidal de mecanizado está compuesto por dos semianillos guía fijos, una guía móvil y un cabezal fresador y es soportado por el pórtico fijo anclado sobre una base fija, bien sea el solado de la instalación o bien una superficie plana horizontal cualquiera.

Cada semianillo guía fijo es una pletina metálica plana de espesor reducido en relación a su ancho, que abarca 180º de arco y situado en un plano vertical. El par de semianillos se acoplan mutuamente con precisión para formar un anillo guía fijo completo adosado al pórtico fijo por medio de varios tornillos de fijación cuyo eje es horizontal. Los tornillos de fijación se sitúan perpendicularmente al anillo fijo, en su centro, ocupando solo parte de su ancho y habilitando un espacio libre entre el anillo fijo y el pórtico fijo, de forma que varios rodamientos circulan sin holgura y permiten un movimiento según un ángulo poloidal a la guía móvil. Finalmente un engranaje de anillo situado en la cara posterior del anillo fijo y de radio ligeramente menor que él permite el control numérico de la posición de la guía móvil.

El pórtico fijo, anclado en el suelo para stellarators de tamaño relativamente grande o sobre una plataforma plana y robusta para los de tamaño pequeño, dispone de dos pilares perfectamente verticales robustos y carentes de vibraciones en cuya parte superior se adosa una traviesa horizontal en cuyos extremos va fijada a la parte superior de los pilares, traviesa horizontal encargada de soportar los semianillos y una prolongación vertical central que desciende hacia el interior del hueco central del toroide. La prolongación vertical soporta el semianillo superior y el inferior por uno de sus extremos. Todo ello así estructurado para que el semianillo inferior pueda ser separado del semianillo superior situando la guía móvil sobre el semianillo superior para la introducción del toroide en el interior del aparato. Este dispositivo permite la mecanización de 360º según las dos coordenadas de un stellarator con su cámara de vacío toroidal totalmente finalizada y soldada, lo cual es una decisiva ventaja.

La guía móvil es una estructura metálica aplanada en forma de sección de anillo, situada en un plano vertical y que desliza compartiendo centro geométrico sobre el anillo fijo por medio de una serie de rodamientos que evitan todos los grados de libertad excepto la rotación. Se sitúan varios rodamientos de eje horizontal sobre el borde del anillo fijo y varios rodamientos de eje vertical sobre las caras planas verticales del anillo fijo. La guía móvil está complementada por un cabezal fresador estándar de tamaño tal que pueda penetrar por el orificio central del toroide y cuyo eje de la herramienta fresadora se dirige hacia el eje exacto del toroide. Adicionalmente un contrapeso situado en el extremo contrario del cabezal fresador estándar equilibra el sistema, evita un consumo excesivo de potencia y uniformiza...

1. Dispositivo para la simultánea mecanización y posicionamiento de ranuras para bobinados de stellarators caracterizado por disponer de una base rotativa horizontal soportante del stellarator capacitada de revolución completa de 360º respecto el centro del toroide y dotada de un mínimo de 4 columnas esbeltas de posicionamiento y soporte del toroide y extraíbles por deslizamiento horizontal, un pórtico fijo que sustenta dos semianillos fijos situados en un mismo plano vertical y que acoplados forman un anillo perfecto que actúa como guía circular de un sector aplanado de anillo situado en un plano vertical dotado de un movimiento de giro que abarca un mínimo de 360º y cuyo centro es el eje del toroide, sector aplanado que soporta un cabezal fresador estándar cuyo eje de fresa se encuentra dirigido hacia el centro del anillo fijo y capacitado para fresar 360º sin interrupción gracias a la altura de las columnas, todo ello de tal manera que pueda mecanizarse la totalidad de las ranuras sobre una superficie toroidal completa en una sola fase de mecanizado sin retirar el stellarator, pudiendo alternativamente disponerse el pórtico móvil y rotatorio para evitar el movimiento de stellarators pesados de gran tamaño.

2. Dispositivo según reivindicación 1ª, caracterizado por disponer de un mínimo de 4 columnas verticales esbeltas fácilmente acoplables dispuestas preferentemente en una circunferencia sobre la base horizontal rotatoria y que permiten un amplio movimiento del cabezal fresador estándar, columnas dotadas de una superficie superior horizontal plana sobre la que se suelda un tope aplanado horizontal en forma preferentemente de semicircunferencia que acopla exactamente sin holgura en la parte inferior circular de las patas del stellarator, columnas que disponen de un elemento de fijación estándar vertical central, todo ello así definido para mantener el stellarator fijo mientras se mecaniza la totalidad de los surcos.

3. Dispositivo según reivindicación 1ª, caracterizado por disponer de dos semianillos de sección aplanada contenida en un plano vertical que pasa por el centro del toroide, posibilitados de acoplamiento mútuo para formar un anillo completo, ubicados de tal manera que el punto de unión entre semianillos forma un ángulo de unos 45º respecto la horizontal, adosados al pórtico fijo con posibilidad de fácil desensamblaje y cuyo centro es el eje del toroide de tal manera que el stellarator se introduce horizontalmente tras separar el anillo inferior del pórtico fijo.

4. Dispositivo según reivindicación 1ª, dotado de un sector de anillo aplanado sobre cuya superficie se fijan una serie de rodamientos ajustados sin holgura sobre las cuatro caras de los semianillos fijos que dotan al sector aplanado únicamente de rotación circular alrededor del eje del toroide, sector aplanado que mantiene sobre su superficie un cabezal fresador de eje en dirección del centro del toroide y movimiento lineal opcional de entrada/salida utilizado para toroides de sección y/o eje no circular, cabezal fresador dotado de una fresa de diámetro preferentemente igual al del surco a mecanizar para generar un surco por medio de una sola pasada de fresa.