CH707750B1 - NMR-Probenkopf mit einem mittels eines piezoelektrischen Aktors diskret verstellbaren variablen Kondensator im HF-Schwingkreis. - Google Patents

Abstract

Ein NMR-Probenkopf mit einem mittels eines piezoelektrischen Aktors (12) angetriebenen abstimmbaren Kondensator mit einem Dielektrikum (5), das einen Hohlraum (15) umschliesst und mit einer Elektrode (8) an einem ersten elektrischen Potential des Kondensators verbunden ist, wobei im Hohlraum ein durch Anlegen einer sägezahnförmigen elektrischen Spannung an den piezoelektrischen Aktor linear verschiebbarer Kondensatorkolben (7) mit elektrisch leitender Oberfläche angeordnet ist, ist dadurch gekennzeichnet, dass der piezoelektrische Aktor ausserhalb des Hohlraums in Verlängerung der Kondensatorkolbenachse (a) angeordnet ist, dass eine mit dem Dielektrikum verbundene Gleitbuchse (9) mit einer Durchgangsbohrung (16) vorgesehen ist, in welcher eine Kolbenbetätigungsstange (8) läuft, die den im Hohlraum verschiebbaren Kondensatorkolben betätigt und mit dem piezoelektrischen Aktor derart verbunden ist, dass sie bei Anlegen der Sägezahnspannung den Kondensatorkolben linear verschiebt, und dass die Gleitbuchse eine abbremsende Reibung an der Kolbenbetätigungsstange während der linearen Verschiebung des Kondensatorkolbens ausübt und nur während der steilen Flanken der Sägezahnspannung ein Durchgleiten der Kolbenbetätigungsstange erlaubt. Damit lassen sich die Nachteile des Standes der Technik vermeiden, wobei der NMR-Probenkopf kompakt bleibt und die Materialkosten sowie der Fertigungsaufwand reduziert werden.

Description

Beschreibung [0001] Die Erfindung betrifft einen NMR(=Kernspinresonanz)-Probenkopf mit mindestens einem mittels eines piezoelektrischen Aktors motorisch angetriebenen abstimmbaren Kondensator im HF(=Hochfrequenz)-Schwingkreis des NMR-Pro-benkopfes, wobei der Kondensator ein Dielektrikum aufweist, das einen Hohlraum zumindest teilweise umschliesst und mit mindestens einer Elektrode verbunden ist, an welcher ein erstes und ggf. ein weiteres elektrisches Potential des Kondensators abgegriffen werden kann, und wobei im Hohlraum innerhalb des Dielektrikums ein unter Einwirkung des piezoelektrischen Aktors, der ausserhalb des Hohlraums in Verlängerung der Achse des Kondensatorkolbens angeordnet ist, durch Anlegen einer sägezahnförmigen elektrischen Spannung an den piezoelektrischen Aktor linear verschiebbarer Kondensatorkolben mit elektrisch leitender Oberfläche angeordnet ist.

[0002] Eine solche Anordnung ist bekannt aus der US 2008/0 117 560 A1 (= Referenz [10]).

Hintergrund der Erfindung [0003] Zur Analyse von Probenzusammensetzungen oder zur Strukturbestimmung von Stoffen in Proben werden NMR-Verfahren eingesetzt. Die NMR-Spektroskopie ist ein leistungsfähiges Verfahren der instrumentellen Analytik. Bei diesen NMR-Verfahren ist die Probe einem starken statischen Magnetfeld Bo in einer z-Richtung ausgesetzt, und es werden dazu orthogonale hochfrequente elektromagnetische Impulse in x- oder y-Richtung in die Probe eingestrahlt. Dabei kommt es zu einer Wechselwirkung mit den Kernspins des Probenmaterials. Die zeitliche Entwicklung dieser Kernspins der Probe erzeugt wiederum hochfrequente elektromagnetische Felder, welche in der NMR-Apparatur detektiert werden. Aus den detektierten HF-Feldern können Informationen über die Eigenschaften der Probe erhalten werden. Insbesondere kann aus der Lage und Intensität von NMR-Linien auf die chemischen Bindungsverhältnisse in der Probe geschlossen werden.

[0004] Das Senden und Empfangen von HF-Strahlung erfolgt dabei mit so genannten HF-Resonatoren. Die HF-Resona-toren sind in unmittelbarer Nähe der Probe angeordnet, oder die Probe ist im Inneren der HF-Resonatoren angeordnet.

[0005] Das elektrische Netzwerk eines NMR-Probenkopfes besteht üblicherweise aus mindestens einem elektrischen HF-Schwingkreis. Pro Atomkern (z.B. 1H, 13C oder 1SN), den ein NMR-Probenkopf anregen und detektieren kann, findet man in einem NMR-Probenkopf je einen HF-Schwingkreis (siehe Fig. 2). Diese HF-Schwingkreise müssen für eine NMR-Messung von hoher Qualität je auf die entsprechenden zu messenden Atomkerne fein abgestimmt sein. Dies wird in der Regel mit je zwei kontinuierlich variablen Kondensatoren (Tuning und Matching) pro HF-Schwingkreis erreicht. Es sind dies vorzugsweise Dreh- und/oder Schiebekondensatoren.

[0006] Neben den kontinuierlich variablen Kondensatoren gibt es auch diskret variable Kondensatoren (schaltbare Kondensatoren) mit denen man die HF-Schwingkreise von einer Kernspinresonanz auf eine andere umschalten kann. Wichtig ist, dass die elektronischen Bauteile (NMR-Spulen, fixe und variable Kondensatoren) der HF-Schwingkreise einen möglichst kleinen Abstand voneinander und die elektrischen Leitungen möglichst kurze Wege haben. Natürlich dürfen die Abstände nur so klein sein, dass die Spannungsfestigkeit der HF-Schwingkreise immer noch gewährleistet ist. So wird erreicht, dass die elektrischen Verluste minimal und die Güten der HF-Schwingkreise möglichst hoch sind. Da bei einer NMR-Messung die zu untersuchende Probe immer ins magnetische Zentrum des NMR-Magneten geschoben wird, müssen nicht nur die NMR-Spulen, sondern die HF-Schwingkreise als Ganzes inkl. der variablen Kondensatoren möglichst nahe bei der zu untersuchenden Probe im NMR-Probenkopf untergebracht werden. Die Problematik besteht nun in der Zugänglichkeit von den variablen Kondensatoren, welche meistens mehrere Dezimeter im NMR-Magneten mit einem Magnetbohrloch von wenigen Zentimetern Durchmesser zu liegen kommen und welche häufig (z.B. nach jedem Probenwechsel vor der eigentlichen NMR-Messung) abgestimmt werden müssen.

[0007] Damit der Anwender der NMR-Apparatur die entsprechenden Kernspinresonanzen der HF-Schwingkreise über die variablen Kondensatoren abstimmen kann, müssen die Kondensatoren bei eingebautem NMR-Probenkopf bequem verstellbar sein. Dies ist z.B. indirekt über Verstellstangen möglich, deren Enden an die variablen elektronischen Bauelemente angebracht und die anderen Enden an einen für den Anwender bequem zugänglichen Ort ausserhalb vom NMR-Magneten geführt werden. Die Verstellstangen werden entsprechend dem variablen Kondensatortyp geschoben und/oder gedreht. Häufig werden zusätzlich zu den Verstellstangen Motoren, Kardangelenke, flexible Wellen (1,2), Zahnrad- und/ oder Schraubengetriebe eingesetzt. Motoren mit entsprechender Sensorik erlauben ein automatisches Abstimmen der HF-Schwingkreise (3, 4).

Nachteilig bei diesen Lösungen sind folgende Punkte: [0008] 1. Aufwändige und fehleranfällige Mechanik (z.B. Kardangelenk und Getriebe). 2. Hysterese (Nachgiebigkeit und Spiel) in der Mechanik. Dies erschwert insbesondere das automatische Abstimmen. 3. Drift und Slip-Stick-Bewegungen, die von thermischen Dehnungen herrühren. Dies führt zu einem ungewollten Verstimmen der HF-Schwingkreise, während des NMR-Experimentes. 4. Da darauf geachtet werden muss, dass jeder einzelne Verstellstrang statisch bestimmt bzw. spannungsfrei ist, werden die Konstruktion und die Montage eines solchen entsprechend aufwändig und anspruchsvoll. 5. Elektromotoren (3) können nicht direkt an die variablen Kondensatoren angekoppelt oder im Bereich vom Bohrloch des Kernspinnresonanz-Magneten untergebracht werden, da das magnetische Streufeld des Kernspinnresonanz-Magneten so hoch ist, dass die Elektromotoren Schaden nehmen (z.B. Entmagnetisieren der Permanentmagnete) und das Drehmoment des Motors stark reduziert oder gar eliminiert wird. 6. Bei einem Kryo-NMR-Probenkopf muss zudem pro Verstellstrang eine aufwändige Vakuumdurchführung realisiert werden. Wegen des magnetischen Streufelds des NMR-Magneten, Platzmangel, der Ausgasproblematik und der schlechten Wärmeabfuhr im Vakuum können herkömmliche Elektromotoren nur schwierig innerhalb bzw. im Vakuum eines Kryo-NMR-Probenkopfes untergebracht werden.

[0009] Im Bereich der variablen Kondensatoren (Zylindervolumen mit einem Durchmesser von ca. 40mm) bietet der (Kryo-)NMR-Probenkopf kaum Platz, um bis zu zwölf Elektromotoren (Durchmesser ca. 10mm) unterzubringen. Die Elektromotoren werden deshalb im Bereich des NMR-Probenkopfes ausserhalb des NMR-Magneten bzw. Magnetbohrloches montiert und müssen mit z.B. einem Kupplungselement (Wellen, Stangen, Getriebe, Kardangelenken) an die variablen Kondensatoren gekoppelt werden.

Aufgabe der Erfindung [0010] Der vorliegenden Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, einen NMR-Probenkopf der eingangs definierten Art mit möglichst einfachen technischen Massnahmen so zu modifizieren, dass die oben aufgezählten Nachteile weitestgehend vermieden werden, ohne damit eine Minderung der Qualität der NMR-Messungen hervorzurufen, wobei der NMR-Probenkopf besonders kompakt bleiben soll und die Materialkosten sowie der Fertigungsaufwand reduziert werden.

Kurze Beschreibung der Erfindung [0011] Diese Aufgabe wird auf ebenso überraschend einfache wie wirkungsvolle Weise dadurch gelöst, dass bei einem gattungsgemässen NMR-Probenkopf mit den eingangs definierten Merkmalen eine mechanisch mit dem Dielektrikum verbundene Gleitbuchse mit einer Durchgangsbohrung vorgesehen ist, in welcher eine Kolbenbetätigungsstange läuft, die einerseits den im Hohlraum verschiebbaren Kondensatorkolben betätigen kann und andererseits mechanisch mit dem piezoelektrischen Aktor derart verbunden ist, dass bei Anlegen der sägezahnförmigen elektrischen Spannung an den piezoelektrischen Aktor die Kolbenbetätigungsstange den Kondensatorkolben linear verschiebt, und dass die Gleitbuchse so beschaffen ist, dass sie eine abbremsende Reibung an der Kolbenbetätigungsstange während der linearen Verschiebung des Kondensatorkolbens ausübt und nur während der steilen Flanken der angelegten Sägezahnspannung ein Durchgleiten der Kolbenbetätigungsstange erlaubt.

[0012] Gegenüber motorisierten variablen Kondensatoren nach dem Stand der Technik (7, 8, 9, 10) hat die vorliegende Erfindung unter anderem den Vorteil, dass mit einem bereits bekannten und vielfach bewährten Aufbau eines variablen Kondensators zusammen mit nur einem einzigen piezoelektrischen Aktor, falls nötig einem Masseelement und einer geeigneten Gleitbuchse, einfach ein äusserst kompakter motorisierter variabler Kondensator realisiert werden kann, welcher in grösserer Stückzahl innerhalb eines NMR-Probenkopfes im Bereich des magnetischen Zentrums eines NMR-Magneten eingebaut werden kann. Zudem kann dieser NMR-Probenkopf im Vakuum und/oder bei kryogenen Temperaturen eingesetzt werden. Alle oben aufgezählten Nachteile und Schwierigkeiten des Standes der Technik können mit diesem erfin-dungsgemäss modifizierten motorisierten variablen Kondensator eliminiert werden.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung [0013] Besonders bevorzugt ist eine Ausführungsform des erfindungsgemässen NMR-Probenkopfes, bei der am piezoelektrischen Aktor auf seiner der Kolbenbetätigungsstange abgewandten Seite ein Masseelement der Masse m derart befestigt ist, dass es bei Anlegen einer sägezahnförmigen elektrischen Spannung an den piezoelektrischen Aktor mit diesem in Richtung seiner Polarisation bewegt wird und aufgrund seiner Masse m zusätzliche Trägheitskräfte erzeugt. Die zusätzliche Masse m hat den Vorteil, dass der motorisierte variable Kondensator effizienter wird und deshalb, um gleich grosse Schritte As wie ohne Masse m zu erreichen, mit kleineren Spannungen betrieben werden kann. Anhand der Beziehung unten, welche die Schrittweite As des motorisierten variablen Kondensators unter der Annahme, dass die Steigung der steilen Sägezahnflanke °° ist, beschreibt, kann dies veranschaulicht werden:

Angenommen, die Massen mK (Masse des Kondensatorkolbens) und mKs (Masse der Kolbenbetätigungsstange) sind gegenüber den Massen mA (Masse des Aktors) und m viel kleiner, kann mit entsprechender Masse m und halber Sägezahnspannung bzw. halber Auslenkung AI des Aktors ein nahezu gleich grosser Schritt As ausgeführt werden, wie ohne Masse m und ganzer Sägezahnspannung bzw. voller Auslenkung AI:

As = ((m+ 1/2 mA)/(m + mK + rriKs + mA)) AI

[0014] Bevorzugt ist auch eine Ausführungsform, bei der zumindest die äusseren Oberflächen des Kondensatorkolbens und der Kolbenbetätigungsstange aus elektrisch leitfähigem Material aufgebaut sind und einen elektrischen Anschluss des Kondensators tragen, an welchem ein zweites elektrisches Potential des Kondensators abgegriffen werden kann. Dies hat den Vorteil, dass das zweite elektrische Potential eines variablen Kondensators entsprechend der Fig. 1 nicht umständlich direkt am Kondensatorkolben, welcher ja immer innerhalb des Dielektrikums positioniert ist, abgegriffen werden muss, sondern in einem Bereich der Kolbenbetätigungsstange, welcher bei voll aus- oder eingefahrenem Zustand des Kondensatorkolbens immer ausserhalb des Dielektrikums ist, abgegriffen werden kann. Die Länge der Kolbenbetätigungsstange ausserhalb des Dielektrikums und im voll ausgefahrenen Zustand muss deshalb länger als der geforderte Verfahrweg des Kondensatorkolbens sein.

[0015] Eine Weiterbildung dieser Ausführungsform sieht vor, dass zumindest die nach aussen gerichteten Oberflächen der Gleitbuchse ebenfalls aus elektrisch leitfähigem Material aufgebaut sind und einen elektrischen Kontakt zur Kolbenbetätigungsstange bilden, so dass das zweite elektrische Potential des Kondensators an der Gleitbuchse abgegriffen werden kann. Gegenüber der Ausführung, bei welcher nur der Kondensatorkolben und die Kolbenbetätigungsstange elektrisch leitfähig sind, hat diese Ausführungsform mit einer zusätzlichen elektrisch leitfähigen Gleitbuchse den weiteren Vorteil, dass mit einem möglichst kurzen elektrischen Leiter - der Verfahrweg des Kondensatorkolbens bzw. der Kolbenbetätigungsstange muss nicht berücksichtigt werden - das zweite elektrische Potential an einem unbewegten bzw. an einem statischen Teil des variablen Kondensators abgegriffen werden kann. Damit die elektrischen Verluste minimal und die Güten eines HF-Schwingkreises entsprechend hoch sind, sollte man stets darauf achten, dass die HF-Schwingkreise mit möglichst kurzen elektrischen Leitern realisiert werden können. Da sich der elektrische Leiter ausserdem nicht mit dem Kondensatorkolben bzw. der Kolbenbetätigungsstange mitbewegt, sondern immer an Ort und Stelle bleibt, wird der elektrische Leiter auch nicht mechanisch beansprucht und läuft nicht Gefahr, dass er einen Ermüdungsbruch erleidet.

[0016] Eine weitere bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemässen NMR-Probenkopfes ist dadurch gekennzeichnet, dass der Kondensator über die Gleitbuchse mechanisch starr am NMR-Probenkopf befestigt ist. Kleinste Positionsänderungen von elektronischen Bauteilen (z.B. fixe, kontinuierlich und diskret verstellbare Kondensatoren und Spulen) und elektrischen Leitungen der HF-Schwingkreise können diese verstimmen und die Performance eines NMR-Probenkopfs massiv verändern. Es ist deshalb wichtig, dass die elektronischen Komponenten, wie z.B. variable Kondensatoren, möglichst starr mit dem NMR-Probenkopf verbunden werden können, so dass sie in jedem Betriebszustand möglichst ihre Position im NMR-Probenkopf beibehalten. Ausserdem sind der NMR-Probenkopf und seine HF-Schwingkreise während einer NMR-Messung einem starken Magnetfeld von in der Regel mehreren Tesla vom NMR-Magneten ausgesetzt. Da während einer NMR-Messung durch die HF-Schwingkreise bzw. durch die elektronischen Bauteile und elektrischen Leiter Ströme fliessen, wirken auf diese auch Lorentzkräfte. Die mechanische Befestigungsschnittstelle des variablen Kondensators, um ihn im NMR-Probenkopf zu befestigen, ist die Gleitbuchse. Das Dielektrikum als Befestigungsschnittstelle sollte man wegen seiner Fragilität vermeiden, falls möglich.

[0017] Besonders vorteilhaft ist auch eine Klasse von Ausführungsformen der Erfindung, die sich dadurch auszeichnen, dass ein mechanischer Hohlkörper vorgesehen ist, der in seiner Kavität den piezoelektrischen Aktor aufnimmt und diesen in dessen Polarisationsrichtung mechanisch verspannt. Piezoelektrische Aktoren besitzen in der Regel keine Montageschnittstellen, wie Z.B. Gewindelöcher. Mit einem Hohlkörper gemäss Fig. 5, der an beiden Enden, welche den Aktor halten bzw. verspannen, mit je einer Montageschnittstelle versehen ist (z.B. mit je einem Gewindeloch) und den Aktor wie oben beschrieben aufnimmt und verspannt, wird das Zusammenbauen eines motorisierten variablen Kondensators massiv vereinfacht. Der von dem mit mindestens einer Montageschnittstelle bzw. einem Gewindeloch versehenen Hohlkörper verspannte Aktor braucht nur an die Kolbenbetätigungsstange eines variablen Kondensators, welche am Ende ein Aussengewinde hat, geschraubt zu werden.

[0018] Falls man noch eine Zusatzmasse m benötigt, kann diese am freien Ende des Hohlkörpers befestigt bzw. angeschraubt werden. Die Dehnsteifigkeit und die Streckgrenze des Hohlkörpers in Wirkrichtung bzw. Polarisationsrichtung des Aktors sollte so gewählt werden, dass sich der Aktor immer noch genügend ausdehnen kann. Die Verspannung wird realisiert, indem die Kavität in Polarisationsrichtung bzw. in die Wirkrichtung des Aktors ein entsprechendes Untermass gegenüber der Länge des piezoelektrischen Aktors hat. Eine Möglichkeit, um den Aktor in die untermassige Kavität zu bringen, besteht darin, dass man den Aktor kühlt und den Hohlkörper erwärmt und dann mit Spiel zusammenfügt. Sobald der Hohlkörper und der Aktor wieder auf Umgebungstemperatur sind, hält bzw. verspannt der Hohlkörper den Aktor.

[0019] Bei bevorzugten Weiterbildungen dieser Klasse von Ausführungsformen ist die durch den mechanischen Hohlkörper auf den piezoelektrischen Aktor wirkende mechanische Spannung so gross gewählt, dass der piezoelektrische Aktor in Betrieb immer geeignet auf Druck belastet ist. Da die piezoelektrischen Aktoren vorzugsweise sowohl im statischen als auch im dynamischen Betrieb minimalst auf Zug belastet werden sollten, weil sonst die Wahrscheinlichkeit der Rissbildung im Aktor zunimmt und somit die Lebensdauer des Aktors abnimmt, ist es von Vorteil, wenn die piezoelektrischen Aktoren während des Betriebs immer mit einem geeigneten Druck belastet sind. Dies kann mit dem Hohlkörper auch erreicht werden. Die Vorspannung des Aktors durch den Hohlkörper ist dann so zu wählen, dass der Aktor sowohl im unipolaren als auch im bipolaren Betrieb immer geeignet auf Druck belastet ist. Der Aktor ist dann über den ganzen möglichen Wirkbereich immer vorgespannt und minimalst auf Zug belastet. Im Gegensatz zum unipolaren Betrieb (E-Feld nur in Richtung der Polarisationsrichtung des Aktors) eines piezoelektrischen Aktors erfährt ein piezoelektrischer Aktor im bipolaren Betrieb auch negative Spannungen (E-Feld entgegen der Polarisationsrichtung des Aktors). Eine negative Spannung lässt den piezoelektrischen Aktor gegenüber seiner spannungslosen Länge verkürzen.

[0020] Weitere vorteilhafte Varianten sehen vor, dass der mechanische Hohlkörper einstückig mit dem Masseelement aufgebaut ist. Das Zusammenbauen eines motorisierten variablen Kondensators mit einer Zusatzmasse m kann nochmals vereinfacht werden, wenn der Hohlkörper und die Zusatzmasse m einstückig sind. Der einstückige Hohlkörper mit Zusatzmasse und Aktor kann einfach als Baugruppe vorgefertigt werden und braucht dann nur noch an die Kolbenbetätigungsstange eines variablen Kondensators, welche am Ende ein Aussengewinde hat, geschraubt zu werden.

[0021] Weitere bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung zeichnen sich dadurch aus, dass die beweglichen Teile des Kondensators, insbesondere der Kondensatorkolben, die Kolbenbetätigungsstange, der piezoelektrische Aktor und das Masseelement durch Wahl der Form ihres Querschnitts, vorzugsweise durch einen dreieckigen Querschnitt zumindest der Kolbenbetätigungsstange und der Durchgangsbohrung der Gleitbuchse gegen Verdrehung um die Achse des Kondensatorkolbens gesichert sind. Sind die Querschnitte der Durchgangsbohrung und der Kolbenbetätigungsstange kreisrund, dann können sich die beweglichen Teile des Kondensators während des Betriebs unkontrolliert verdrehen. Dies kann dazu führen, dass sich die beiden elektrischen Zuleitungen für die elektrische Speisung des piezoelektrischen Aktors verwickeln und verdrillen. Dies sollte vermieden werden, da sonst die elektrischen Zuleitungen Schaden nehmen können. Mit einem nicht-runden Querschnitt (z.B. dreieckig) der Durchgangsbohrung und der Kolbenbetätigungsstange wird der Drehfreiheitsgrad der bewegliche Teile gesperrt, und somit sind diese gegen Verdrehung gesichert.

[0022] Besonders bevorzugt schliesslich ist auch eine Ausführungsform des erfindungsgemässen NMR-Probenkopfes, bei welcher die Gleitbuchse einen mechanisch steifen Teil und einen elastischen Teil umfasst. Die Gleitbuchse des Kondensators soll bis zu vier Funktionen gleichzeitig übernehmen können. Das Dielektrikum soll direkt an der Gleitbuchse befestigt werden. Zudem soll das zweite elektrische Potential des Kondensators gemäss Fig. 1 an der Gleitbuchse abgegriffen werden können und ausserdem wird der variable Kondensator über die Gleitbuchse am NMR-Probenkopf befestigt. Neben den bis zu drei Befestigungsfunktionen der Gleitbuchse übernimmt die Gleitbuchse auch das spielfreie Lagern und gegebenenfalls auch noch das elektrisch leitende Kontaktieren des beweglichen Teils bzw. der Kolbenbetätigungsstange des Kondensators. Je nachgiebiger die Lager- bzw. Gleitbuchse ist, desto ungenauer kann der Durchmesser der Kolbenbetätigungsstange sein. Je nachgiebiger bzw. elastischer die Gleitbuchse aber ist, desto ungeeigneter ist sie dann, um die bis zu drei Befestigungsfunktionen zu übernehmen, insbesondere die Befestigung des Kondensators am NMR-Proben-kopf. Deshalb ist es von Vorteil, wenn die Gleitbuchse einen mechanisch steifen und einen elastischen Bereich aufweist.

[0023] Eine vorteilhafte Weiterbildung dieser Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass der elastische Teil der Gleitbuchse spannzangenförmig ausgebildet ist, die Kolbenbetätigungsstange einspannt und eine mechanische Reibung und gegebenenfalls eine elektrisch leitende Kontaktierung zwischen Gleitbuchse und Kolbenbetätigungsstange erzeugt. In der Praxis wird die mechanische Reibungskraft zwischen der Gleitbuchse und der Kolbenbetätigungsstange die Schrittweite des motorisierten variablen Kondensators beeinflussen. Je elastischer der nachgiebige Führungsteil der Gleitbuchse ist, desto weniger werden Durchmesserschwankungen der Kolbenbetätigungsstange die Klemmkraft bzw. die mechanische Reibungskraft beeinflussen und somit wird die Schrittweite und gegebenenfalls auch die elektrische Kontaktierung reproduzierbarer. Deshalb soll die Federkonstante des elastischen Führungsteils möglichst klein sein, so dass die Steigung der Federkennlinie möglichst flach wird. Dies kann zum Beispiel dadurch erreicht werden, dass der elastische Teil der Gleitbuchse spannzangenförmig ausbildet ist.

[0024] Alternativ oder ergänzend kann bei einer anderen Weiterbildung der mechanisch steife Teil einstückig mit dem elastischen spannzangenförmigen Teil der Gleitbuchse aufgebaut sein. Dies hat den Vorteil, dass eine solche einstückige Gleitbuchse besonders einfach hergestellt werden kann. Für die mechanische Fertigung einer solchen Gleitbuchse geht man zuerst von einem Zylinder aus geeignetem Werkstoff mit einer abgestuften und koaxialen Bohrung gemäss Fig. 6a und 6b aus. Im nächsten Fertigungsschritt wird der Zylinder von der Zylinderseite mit dem kleineren Durchmesser her mit einer gewissen Anzahl von Schlitzen versehen. Auf diese Weise ergibt sich eine gewisse Anzahl von Spannzangenfingern der Spannzange. Die Schlitze sollten radial entlang und gleichmässig um den Durchmesser der Gleitbuchse verteilt sein. Über die Wandstärke des Hohlzylinders, die Länge der Spannzangenfinger bzw. die Schlitztiefe sowie über den gewählten Elastizitätsmodul E des Materials kann die Steifigkeit und die Klemmkraft der Spannzange eingestellt werden. Der kleine Durchmesser der abgestuften Bohrung im Zylinder soll natürlich untermassig gegenüber dem Kolbenbetätigungsstangendurchmesser sein und bereits den idealen auf den Durchmesser der Kolbenbetätigungsstange abgestimmten Durchmesser haben.

[0025] Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der Zeichnung. Ebenso können die vorstehend genannten und die noch weiter ausgeführten Merkmale erfindungsgemäss jeweils einzeln für sich oder zu mehreren in beliebigen Kombinationen Verwendung finden. Die gezeigten und beschriebenen Ausführungsformen sind nicht als abschliessende Aufzählung zu verstehen, sondern haben vielmehr beispielhaften Charakter für die Schilderung der Erfindung.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung und Zeichnung [0026] Die Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Ausführungsform des erfindungsgemässen NMR-Probenkopfes im schematischen Vertikalschnitt mit motorisiertem variablen Kondensator;

Fig. 2 ein elektrisches Schema eines HF-Schwingkreises mit NMR-Probenkopf nach dem Stand der Technik;

Fig. 3a die Dynamik des motorisierten variablen Kondensators gemäss Fig. 1 während der flachen Flanke einer Sägezahnspannung;

Fig. 3b wie Fig. 3a, aber während der steilen Flanke der Sägezahnspannung;

Fig. 4 eine Variante der Erfindung mit zwei Elektroden auf dem Dielektrikum des variablen Kondensators;

Fig. 5 wie Fig. 1a, aber mit einem durch ein Masseelement mechanisch verspannten piezoelektrischen Aktor des motorisierten variablen Kondensators;

Fig.6a eine einteilige Gleitbuchse mit einer Durchgangsbohrung des Durchmessers d, welche spannzangenförmig ausgebildet ist, in einem schematischen Querschnitt; und

Fig. 6b wie Fig. 6a, aber im schematischen Längsschnitt.

[0027] Fig. 1 veranschaulicht schematisch eine Ausführungsform des erfindungsgemässen NMR-Probenkopfes, wie er unten im Detail beschrieben ist.

[0028] In Fig. 2 ist ein einfaches elektrisches Schaltschema eines HF-Schwingkreises eines NMR-Probenkopfes nach dem Stand der Technik mit einer Sende- und Empfangsspule 1 der Induktivität L, einem Koaxial-Kabel 2 mit einer elektrischen Impedanz von 50 Ohm, einem kontinuierlich variablen Kondensator 3 mit Kapazität Gr für das Tuning sowie einem kontinuierlich variablen Kondensator 4 mit Kapazität CM für das Matching dargestellt. Die variablen Kondensatoren 3 und 4 für das Tuning und Matching von mindestens einem HF-Schwingkreis können hierbei als linear verstellbare Kondensatoren realisiert werden.

[0029] Ein bevorzugter Aufbau eines solchen linear verstellbaren Kondensator in einem erfindungsgemässen NMR-Probenkopf mit einem Dielektrikum 5, das einen Hohlraum 15 zumindest teilweise umschliesst, sowie mit einem piezoelektrischen Aktor 12 und einem Masseelement 13 mit der Masse m ist in Fig. 1 dargestellt. An einer Elektrode 6 beziehungsweise auf einem Kondensatorkolben 7 - die elektrisch leitende Mantelfläche des Kondensatorkolbens bildet eine Elektrode -wird ein erstes bzw. ein weiteres elektrisches Potential des Kondensators abgegriffen. Kontaktiert wird der Kondensatorkolben 7 über eine elektrisch leitende Kolbenbetätigungsstange 8, welche mit dem Kondensatorkolben 7 elektrisch leitend verbunden ist. Wenn die erfindungsgemäss vorgesehene Gleitbuchse 9 mit Durchgangsbohrung 16 ebenfalls elektrisch leitend und mit dem Kondensatorkolben 7 über die elektrisch leitende Kolbenbetätigungsstange 8 elektrisch kurzgeschlossen ist, so kann an der Gleitbuchse 9 problemlos das gewünschte elektrische Potential auf dem Kondensatorkolben 7 abgegriffen werden.

[0030] Es gibt einige weitere Varianten, variable Kondensatoren zu realisieren: [0031] In Fig. 4 ist eine Ausführungsform eines erfindungsgemässen NMR-Probenkopfs mit variablem Kondensator mit zwei Elektroden 6, 19 auf dem Dielektrikum 5 dargestellt. Kontaktiert wird dieser variable Kondensator an den beiden Elektroden 6, 19. Bei diesem variablen Kondensator sind die Kolbenbetätigungsstange 8 und die Gleitbuchse 9 vorzugsweise aus einem elektrisch nichtleitenden Material hergestellt.

[0032] Durch das über Verstellstangen, Kardangelenke, flexible Wellen, Zahnrad- und/oder Schraubengetriebe manuelle oder motorisierte Verschieben der Kolbenbetätigungsstange 8 bzw. des Kondensatorkolbens 7 längs der Achse a der Kolbenbetätigungsstange 8 kann die Kapazität des variablen Kondensators in einem bestimmten Bereich eingestellt werden.

[0033] Der variable Kondensator in Fig. 1 wird über die Gleitbuchse 9 mechanisch am NMR-Probenkopf befestigt. Er wird ausserdem häufig so gestaltet sein, dass die Kolbenbetätigungsstange 8 über eine geeignet gestaltete Gleitbuchse 9 mit einer bestimmten Kraft FK geklemmt wird, und dass deshalb zum Verschieben des Kondensatorkolbens 7 eine Reibungskraft Fr überwunden werden muss. Dies hat den Vorteil, dass die Kolbenbetätigungsstange 8 bzw. der Kondensatorkolben 7 - auch bei Temperaturschwankungen bzw. thermischen Dehnungen des Verstellstranges - während des NMR-Experi-ments in Position bleibt und sich nicht verstellt. Die Wirkrichtung der Klemmkraft FK ist in den Fig. 1,3a, 3b, 4 und 5 jeweils durch gegenläufige Pfeile 11 angedeutet.

[0034] Es ist nun von grossem Vorteil, dass direkt an die Kolbenbetätigungsstange 8 ein geeigneter Motor zum Verschieben des Kondensatorkolbens 7 angebracht ist. Ein solcher motorisierter variabler Kondensator reduziert die Materialkosten und den Fertigungsaufwand eines NMR-Probenkopfes beträchtlich. Geeignete Motoren oder Aktoren, welche ins Streufeld oder direkt ins magnetische Zentrum eines NMR-Magneten gesetzt werden können, sind piezoelektrische Motoren. Piezoelektrische Aktoren erzeugen bei solchen Motoren die treibende Kraft [5, 6]. Piezoelektrische Aktoren haben die Eigenschaft, dass sie sich positiv dehnen bzw. negativ dehnen bzw. scheren, wenn eine elektrische Spannung in ihrer Polarisationsrichtung oder in der entgegengesetzten Richtung oder normal dazu angelegt wird. Ein Magnetfeld beeinflusst diese Eigenschaft eines solchen piezoelektrischen Aktors nicht.

[0035] Ein motorisierter variabler Kondensator lässt sich auf folgende Weise realisieren: Wird an die Kolbenbetätigungsstange 8 des in einer Gleitbuchse 9 unter Reibung geführten und verstellbaren Kondensatorkolbens 7 ein in Verstellrichtung längs der Achse a agierender piezoelektrischer Aktor 12 und an letzteren ein Masseelement 13 mit der Masse m gegenüber der Kolbenbetätigungsstange 8, welche in der Gleitbuchse 9 reibungsbehaftet geführt wird, befestigt, entsteht ein motorisierter diskret verstellbarer variabler Kondensator (siehe etwa Fig. 1). Durch das Anlegen einer sägezahnförmigen Spannung an den piezoelektrischen Aktor 12 in seiner Polarisationsrichtung 14 führt der Kondensatorkolben 7 pro Sägezahn einen Schritt ΔΙ aus (siehe Fig. 3a, 3b).

[0036] Im Folgenden wird die Funktionsweise des motorisierten variablen Kondensators unter der Annahme, dass 1. der Piezoelektrische Aktor 12 masselos ist, 2. und die Steigung der steilen Sägezahnflanke 18 unendlich ist, beschrieben. Während der flachen Flanke 17 der Sägezahnspannung wird der Aktor 12 mit der Länge I um ΔΙ gedehnt und somit die Masse m um ΔΙ verschoben. Der Kondensatorkolben 7 mit der Masse mK und Kolbenbetätigungsstange 8 mit der Masse mKs bleiben aber an Ort und Stelle, da die Reibung 10 zwischen der Gleitbuchse 9 und der Kolbenbetätigungsstange 8 nicht überwunden wird. Im Zeitpunkt der steilen Flanke 18 der Sägezahnspannung erfahren die Massen sehr hohe Beschleunigungen, da der Aktor 12 in einem Zeitpunkt wieder seine ursprüngliche Länge I annimmt. Da ausserdem zu diesem Zeitpunkt die Reibung zwischen der Gleitbuchse 9 und der Kolbenbetätigungsstange 8 keine Rolle mehr spielt (Reibung gegenüber den Trägheitskräften vernachlässigbar), gleitet die Kolbenbetätigungsstange 8 durch die Gleitbuchse 9 und der Kondensatorkolben 7 führt dabei einen Schritt Δ3 aus. Durch das Wiederholen dieses Vorgangs können beliebige Strecken zurückgelegt werden. Durch das wechseln der elektrischen Polarität der Sägezahnspannung kann die Bewegungsrichtung des Kondensatorkolbens geändert werden.

[0037] Der Schritt Δ3 ist kleiner als die Auslenkung ΔΙ des Piezoelektrischen Aktors und hängt von den Massen der Masse m 13, des Kondensatorkolbens 7 mK und der Kolbenbetätigungsstange 8 mKs ab:

As = (m/(m + rriK + mKs)) ΔΙ [0038] In der Realität ist die Masse des Aktors 12 mA aber nicht vernachlässigbar und hat auch einen Einfluss auf Schrittweite As:

As = ((m+ 1/2 mA)/(m + m« + mKs + mA)) ΔΙ [0039] Sind die Massen mK und mKS gegenüber der Masse mA des Aktors 12 vernachlässigbar klein, kann auf die Masse m 13 verzichtet werden, da so immer noch vernünftig grosse Schritte Δ3 (max. ΔΙ/2) ausgeführt werden können.

[0040] In einem Kernspinresonanz-Probenkopf ist die Bewegungsrichtung eines variablen Kondensators meistens vertikal. In dieser Einbaulage darf die Gewichtskraft des beweglichen Teils des variablen Kondensators die Reibung zwischen Gleitbuchse 9 und Kolbenbetätigungsstange 8 nicht überschreiten. Ausserdem sei darauf hingewiesen, dass auch die zweite Annahme oben nicht ganz der Realität entspricht. Da die Steigung der steilen Flanke der Sägezahnspannung nie wirklich °° sein wird, werden in Realität neben den Massen auch die Reibung zwischen der Gleitbuchse 9 und der Kolbenbetätigungsstange 8, die Elastizität des gesamten variablen Kondensators und Lasten in Bewegungsrichtung der Kolbenbetätigungsstange 8 die effektive Schrittweite Δδ beeinflussen. Deshalb wird auch die Schrittweite As, im Gegensatz zum idealisierten Fall, nicht mehr in beiden Bewegungsrichtungen gleich sein, wenn der variable Kondensator nicht horizontal betrieben wird.

[0041] Die Gleitbuchse 9 kann in unterschiedlichen Ausführungsformen der Erfindung ein- oder mehrteilig ausgeführt sein.

[0042] In den Fig. 6a und 6b ist beispielhaft eine spezielle einteilige Gleitbuchse 9' mit einer abgestuften, spannzangenförmig ausgebildeten Durchgangsbohrung 16 dargestellt. Diese einteilige Gleitbuchse 9' mit der Gesamthöhe h hat einen ringförmigen und einen mechanisch steifen Bereich mit dem Innendurchmesser D und dem Querschnitt b x s, an welchem durch eine Anzahl von Schlitzen 23 gleichviel Spannzangenfinger ausgebildet sind. Diese Spannzangenfinger sind radial entlang und gleichmässig um den Durchmesser d der einteiligen Gleitbuchse 9' verteilt. Der Durchmesser d ist gegenüber dem Durchmesser der Kolbenbetätigungsstange 8 untermassig, damit die Lagerflächen 22 der Gleitbuchse 9' die Kolbenbetätigungsstange 8 einspannen und eine mechanische Reibung zwischen den Lagerflächen 22 und der Kolbenbetätigungsstange 8 erzeugen. Über die Wandstärke b, die Länge der Spannzangenfinger bzw. die Schlitztiefe t sowie über den gewählten Elastizitätsmodul E des Materials kann die Steifigkeit der Spannzange eingestellt werden.

[0043] Die Gleitbuchse 9, 9' kann aus elektrisch leitendem oder nichtleitendem (z.B. Keramik Si3N4) Material gefertigt werden. Über die Form des Querschnitts (z.B. rechteckig) der Kolbenbetätigungsstange 8 und der Durchgangsbohrung 16 kann der bewegliche Teil des variablen Kondensators, bestehend aus dem Kondensatorkolben 7, der Kolbenbetätigungsstange 8, dem Aktor 12 und dem Masseelement 13, gegen Verdrehung gesichert werden.

[0044] Eine weitere Ausführungsform eines motorisierten variablen Kondensators ist in Fig. 5 dargestellt. Der variable Kondensator aus Fig. 1 wird hier um einen mechanischen Hohlkörper 20 erweitert. Der mechanische Hohlkörper 20 ist so ausgebildet, dass er eine Kavität 21 aufweist, welche den piezoelektrischen Aktor 12 aufnehmen kann.

[0045] Durch die Kavität 21, welche in Polarisationsrichtung 14 ein entsprechendes Untermass gegenüber der Länge I des piezoelektrischen Aktors hat, wird der piezoelektrische Aktor 12 so verspannt, dass er während des Betriebs minimalst auf Zug belastet wird. Dies reduziert die Gefahren von Rissbildung im piezoelektrischen Aktor 12 und eines Spotanbruchs des piezoelektrischen Aktors 12 und erhöht folglich dessen Lebensdauer. Diese Variante eines motorisierten variablen Kondensators lässt sich auch realisieren, indem man den mechanischen Hohlkörper 20 und das Masseelement 13vereint und aus einem Stück fertigt.

[0046] Der piezoelektrische Aktor 12 kann aus einem monolithischen Block aus piezoelektrischem Werkstoff mit der Länge I und mit zwei aufgebrachten Elektroden mit dem Abstand I oder aus n, meistens zusammengeklebten Scheiben aus piezoelektrischem Werkstoff mit der Dicke l/n und mit je zwei aufgebrachten Elektroden mit dem Abstand l/n aufgebaut sein (piezoelektrische Stapelaktoren). Die einzelnen Scheiben werden bei solchen piezoelektrischen Stapelaktoren miteinander verklebt und die einzelnen Elektroden müssen geeignet miteinander elektrisch verbunden werden. Die Stapelaktoren sind aufwändiger in der Herstellung, haben aber den Vorteil, dass sie für eine Dehnung ΔΙ viel kleinere elektrische Spannungen Vpp benötigen (typischerweise Vpp = 50...200 V), als monolithische piezoelektrische Aktoren.

[0047] Gegenüber bereits bekannten motorisierten variablen Kondensatoren [7, 8, 9] hat die vorliegende Erfindung den Vorteil, dass mit einem bereits bekannten und vielfach bewährten Aufbau eines variablen Kondensators zusammen mit nur einem piezoelektrischen Aktor 12, falls nötig einem Masseelement 13 und einer geeigneten Gleitbuchse 9, 9' einfach ein äusserst kompakter motorisierter variabler Kondensator realisiert werden kann, welcher in grösserer Stückzahl innerhalb eines NMR-Probenkopfes im Bereich des magnetischen Zentrums eines NMR-Magneten eingebaut werden kann. Zudem kann dieser NMR-Probenkopf im Vakuum und/oder bei kryogenen Temperaturen eingesetzt werden. Alle oben aufgezählten Nachteile und Schwierigkeiten können mit diesem erfindungsgemäss modifizierten motorisierten variablen Kondensator eliminiert werden.

Bezugszeichenliste: [0048] (1) Sende- und Empfangsspule L eines NMR-Probenkopfes (2) Koaxial-Kabel 50 Ohm (3) Kontinuierlich variabler Kondensator CT (Tuning) (4) Kontinuierlich variabler Kondensator CM (Matching) (5) Dielektrikum des variablen Kondensators (6) Elektrode: Elektrisch leitende Schicht (Kondensatorfläche und elektrische Kontaktierung) (7) Verstellbarer Kondensatorkolben (elektrisch leitend): Die Mantelfläche des Kondensatorkolbens ist die (zweite) Elektrode des variablen Kondensators (8) Kolbenbetätigungsstange: Kupplungsschnittstelle des verstellbaren Kondensators (7) für Verstellstrang (z.B. Verstellstangen, Kardangelenk und/oder Motor) (9, 9') Gleitbuchse (mechanische Befestigung & elektrische Kontaktierung) (11) Wirkrichtung (gegenläufige Pfeile) der Klemmkraft FK der Gleitbuchse

(12) Piezoelektrischer (oder piezostriktiver) Aktor mit der Länge I (13) Masseelement mit Masse m (14) Polarisationsrichtung des piezoelektrischen Aktors (15) Zumindest teilweise vom Dielektrikum (5) umschlossener Hohlraum (16) Durchgangsbohrung der Gleitbuchse (9, 9') (17) Flache Flanke der Sägezahnspannung (18) Steile Flanke der Sägezahnspannung (19) Weitere Elektrode auf dem Dielektrikum (5) (20) Mechanischer Hohlkörper mit der entsprechenden Dimensionierung zur Aufnahme des piezoelektrischen Aktors (12), welcher diesen in seiner Polarisationsrichtung (14) verspannt bzw. vorspannt

Claims (12)

1. (21) Kavität des mechanischen Hohlkörpers (20) (22) Lagerflächen für die Kolbenbetätigungsstange (8) (23) Schlitze der einteiligen Gleitbuchse (9') (а) Längsachse der Kolbenbetätigungsstange (8) Referenzliste [0049] [1] Agilent ProTune: http://www.chem.agilent.com/Library/datasheets/Public/5991-0043EN.pdf [2] Jeol auto-tune: http://www.jeolusa.com/PRODUCTS/Analyticallnstruments/NuclearMagneticResonance/Probes/tabid/381/ Default, aspx [3] BrukerATM: http://www.bruker-biospin.com/cryoprobe_atm.html [4] Agilent ProTune-PZT: http://www.chem.agilent.com/en-US/products-services/lnstruments-Systems/Nuclear-Magnetic-Resonance/ProTune-PZT/Pages/default.aspx [5] US-A 5,568,004 [б] US-A 4,894,579 [7] US-A 3,213,340 [8] US-A 3,447,047 [9] US 7,061,745 B2 [10] US 2008/0 117 560 A1 Patentansprüche

   1. NMR-Probenkopf mit mindestens einem mittels eines piezoelektrischen Aktors (12) motorisch angetriebenen abstimmbaren Kondensator im HF-Schwingkreis des NMR-Probenkopfes, wobei der Kondensator ein Dielektrikum (5) aufweist, das einen Hohlraum (15) zumindest teilweise umschliesst und mit mindestens einer Elektrode (6; 19) verbunden ist, an welcher ein elektrisches Potential des Kondensators abgegriffen werden kann, und wobei im Hohlraum innerhalb des Dielektrikums (5) ein unter Einwirkung des piezoelektrischen Aktors (12), der ausserhalb des Hohlraums (15) in Verlängerung der Achse (a) des Kondensatorkolbens (7) angeordnet ist, durch Anlegen einer sägezahnförmigen elektrischen Spannung an den piezoelektrischen Aktor (12) linear verschiebbarer Kondensatorkolben (7) mit elektrisch leitender Oberfläche angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine mechanisch mit dem Dielektrikum (5) verbundene Gleitbuchse (9; 9') mit einer Durchgangsbohrung (16) vorgesehen ist, in welcher eine Kolbenbetätigungsstange (8) läuft, die einerseits den im Hohlraum (15) verschiebbaren Kondensatorkolben (7) betätigen kann und andererseits mechanisch mit dem piezoelektrischen Aktor (12) verbunden ist, und dass die Gleitbuchse (9; 9') so beschaffen ist, dass sie eine abbremsende Reibung an der Kolbenbetätigungsstange (8) während der linearen Verschiebung des Kondensatorkolbens (7) ausübt und nur während der steilen Flanken der angelegten Sägezahnspannung ein Durchgleiten der Kolbenbetätigungsstange (8) erlaubt.
2. 2. NMR-Probenkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass am piezoelektrischen Aktor (12) auf seiner der Kolbenbetätigungsstange (8) abgewandten Seite ein Masseelement (13) der Masse m derart befestigt ist, dass es bei Anlegen einer sägezahnförmigen elektrische Spannung an den piezoelektrischen Aktor (12) mit diesem in Richtung seiner Polarisation bewegt wird und aufgrund seiner Masse m zusätzliche Trägheitskräfte erzeugt.
3. 3. NMR-Probenkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die äusseren Oberflächen der Kolbenbetätigungsstange (8) aus elektrisch leitfähigem Material aufgebaut sind und der Kondensatorkolben (7) und die Kolbenbetätigungsstange (8) einen elektrischen Anschluss des Kondensators tragen, an welchem ein zweites elektrisches Potential des Kondensators abgegriffen werden kann.
4. 4. NMR-Probenkopf nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die nach aussen gerichteten Oberflächen der Gleitbuchse (9; 9') ebenfalls aus elektrisch leitfähigem Material aufgebaut sind und einen elektrischen Kontakt zur Kolbenbetätigungsstange (8) bilden, so dass das zweite elektrische Potential des Kondensators an der Gleitbuchse (9; 9') abgegriffen werden kann.
5. 5. NMR-Probenkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kondensator über die Gleitbuchse (9; 9') mechanisch starr im NMR-Probenkopf befestigt ist.
6. 6. NMR-Probenkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein mechanischer Hohlkörper (20) vorgesehen ist, der in seiner Kavität (21) den piezoelektrischen Aktor (12) aufnimmt und diesen in dessen Polarisationsrichtung mechanisch verspannt.
7. 7. NMR-Probenkopf nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die durch den mechanischen Hohlkörper (20) auf den piezoelektrischen Aktor (12) wirkende mechanische Spannung so gross gewählt ist, dass der piezoelektrische Aktor (12) in Betrieb immer auf Druck belastet ist.
8. 8. NMR-Probenkopf nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der mechanische Hohlkörper (20) einstückig mit dem Masseelement (13) aufgebaut ist.
9. 9. NMR-Probenkopf nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die beweglichen Teile des Kondensators, insbesondere der Kondensatorkolben (7), die Kolbenbetätigungsstange (8), der piezoelektrische Aktor (12) und das Masseelement (13), durch Wahl der Form ihres Querschnitts, vorzugsweise durch einen dreieckigen Querschnitt zumindest der Kolbenbetätigungsstange (8) und der Durchgangsbohrung (16) der Gleitbuchse (9; 9'), gegen Verdrehung um die Achse (a) des Kondensatorkolbens (7) gesichert sind.
10. 10. NMR-Probenkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleitbuchse (9; 9') einen mechanisch steifen Teil und einen elastischen Teil umfasst.
11. 11. NMR-Probenkopf nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der elastische Teil der Gleitbuchse (9; 9') spannzangenförmig ausgebildet ist, die Kolbenbetätigungsstange (8) einspannt und eine mechanische Reibung und gegebenenfalls eine elektrisch leitende Kontaktierung zwischen Gleitbuchse (9; 9') und Kolbenbetätigungsstange (8) erzeugt.
12. 12. NMR-Probenkopf nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass der mechanisch steife Teil einstückig mit dem elastischen Teil der Gleitbuchse (9; 9') aufgebaut ist.