CN109471052B - 包括快速锁合装置的用于nmr样品头的紧固装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于NMR样品头(1)在NMR磁体(2)上的紧固装置，包括盘形的嵌件(3)且包括与磁体刚性连接的保持系统(4)，嵌件可装配在保持系统上，借助弹簧元件(8)在样品头和保持系统之间可构造形锁合以及力变化的连接，样品头在嵌件上借助具有分别不可改变的固定的长度的多个一件式的刚性的保持元件(6)可紧固，弹簧元件以及保持元件几何上构造成，使得在打开的第一状态中，在嵌件和保持元件之间存在具有0.5mm至5mm的机械间隙的连接，其中弹簧元件未受应力，并且在关闭的第二状态中，在嵌件和保持元件之间存在没有机械间隙的连接，弹簧元件处于机械的应力下。借此在紧固最终状态中达到确定的保持力并且阻止机械间隙。

Description

包括快速锁合装置的用于NMR样品头的紧固装置

技术领域

本发明涉及一种紧固装置，其用于将NMR(核磁共振)样品头可脱开地紧固在NMR磁体上，其主轴平行于z方向延伸，所述紧固装置包括盘形的嵌件，所述嵌件为了紧固NMR样品头从下面向在NMR磁体的下侧上设置的、与磁体刚性连接的保持系统上移动，其中，然后NMR样品头向嵌件的背离保持系统的下侧移动，直到样品头的上面的端部与保持系统的上面的端部接触，并且随后通过嵌件围绕其平行于z方向的盘轴线的旋转，建立一方面样品头和嵌件之间和另一方面嵌件和保持系统之间的固定的机械连接，并且其中，盘形的嵌件这样构成，使得借助弹簧元件附加于形锁合也可以构造样品头和保持系统之间的力变化的连接。

背景技术

这样的布置结构由Bruker BioSpin AG2009年九月的公司手册“ManualProbes.User Manual Version 003”已知(＝参考文献[1])，尤其是由该文献的5.2和5.8章。

US2009/0015259A1(＝参考[4])也示出一种用于NMR样品头在NMR磁体上的可脱开的紧固的紧固装置。

发明背景

为了分析样品成分或为了在样品中的材料的结构确定使用NMR方法。NMR光谱学是仪器分析的有效的方法。在该NMR方法中，样品承受沿z方向的强的静态的磁场B₀。在此发生与样品材料的核自旋的相互作用，尤其是发生在测量物质中的核自旋的定向。然后与此正交的高频的电磁脉冲沿x方向或y方向入射到样品中。样品的该核自旋的时间上的发展再次产生高频的电磁场，所述电磁场在NMR设备中被探测。由探测到的HF场可以在一定的空间的区域上积分地获得关于样品的特性的信息。尤其是可以由NMR线的位置和强度推断出样品的化学的组成以及化学的结合关系(例如参见DE 10 2013 204 131 B3＝参考文献[2])。

测量样品一般由具有通常圆形的、椭圆形的或矩形的横截面的圆柱形的样品小管组成，所述样品小管包含固定的或液体的测量物质。样品小管至少在其首先穿透到样品头中的侧上闭锁并且典型地处于旋转器中。样品小管和旋转器借助运输系统从磁体外运输到样品头中。接着由此出发，即，导入开口在上面处于样品头上并且样品小管从上面导入样品头中。然而也可设想，样品小管从下面导入为此设置的开口中到样品头中。该情况类似于上述的情况并且出于明了原因不详细说明。当样品小管处于测量位置中时，则旋转器处于涡轮内。涡轮能够实现样品小管的旋转(参看例如DE 10 2013 212 312 B4＝参考文献[3])。

目前可获得的所谓的“标准口径(Standard Bore)”样品头借助两个螺钉在SHIM(垫补)系统上紧固。这对于使用者非常烦琐，因为其一方面为了装配样品头在磁体下爬行并且在那里必须以曲膝的身体姿态工作。另一方面相对小的螺钉由于样品头在磁体上的装配位置是非常烦琐的并且通常只以专用螺丝刀可拧紧。

当紧固螺钉被拧紧时，紧固是固定的并且不再可以与以后的长度变化适配，所述长度变化可以例如通过温度变化引起。这些长度变化可以于是引起样品头和保持系统之间的机械的间隙或不允许的轴向的应力。

当今的所谓的“大口径(Wide Bore)”样品头利用本身已经已知的快速锁合装置装配在保持系统上。通过夹紧系统的结构上决定的滑槽形状，在操作张紧环时已经在装配过程开始时有最大的力施加到样品头上。在克服该最大的力之后，系统再次泄去应力并且样品头以不确定的力在NMR设备的SHIM系统中装配直至可能不再可容忍的间隙。

为了避免这些困难，目前在每个样品头中保持元件必须特定地按相应的SHIM系统调节。但调节的力在此不可以被控制。仅可以测试，是否存在或刚好不存在机械的间隙(可容忍或不再可容忍)。

这些情况使得至今不可能将已经由“大口径(Wide Bore)”样品头已知的快速锁合装置也用于装配“标准口径(Standard Bore)”样品头，因为在“标准口径(Standard Bore)”样品头中非常重要的是，一般地说没有间隙或没有太高的力在样品头和SHIM系统之间存在。

为此出现，在“大口径(Wide Bore)”样品头的已知的快速锁合装置中，不存在防止意外的打开的闭锁。然而这基于安全考虑以及由此造成的营销考虑在“标准口径(StandardBore)”样品头中是固定的要求。

发明内容

与此相对，本发明的任务是，以尽可能简单的技术措施这样改进开头确定的类型的紧固装置，使得完全或至少尽量避免以上列举的缺点，而不会借此引起NMR测量的质量的降低，其中，NMR样品头应该保持特别紧凑并且材料费用以及制造费用减少。

本发明的另一个任务在于，能够实现样品头的快速的更换，而不会由此冒着样品头的显著缩短的使用寿命的危险。

本发明的简短的说明

该复杂的任务以同样出人意料地简单的以及很有效的方式如下解决，即，在具有开头确定的特征的同类的紧固装置中，样品头在嵌件上借助具有分别不可改变的固定长度的多个分别一件式的刚性的保持元件可紧固，嵌件的弹簧元件以及保持元件几何上这样构造，使得在打开的第一状态中，在嵌件和保持元件之间存在具有0.5mm至5mm的机械间隙的连接，其中，弹簧元件未受应力(松弛)，并且在关闭的第二状态中，在嵌件和保持元件之间存在没有机械间隙的连接，其中，弹簧元件处于机械的应力下。

亦即按照本发明的紧固装置相反于至今通常的实施方式不仅对于“大口径(WideBore)”样品头而且对于“标准口径(Standard Bore)”样品头在装配的状态中总是具有在确定的区域中限定的力，所述力在样品头和保持系统之间存在。弹簧元件按照本发明这样构造，使得保持力在操纵保持元件时连续升高并且在终端位置中达到其最大值。通过该本身已知的弹簧元件的该新的设计现在不再可能，在装配终端位置中在样品头和NMR磁体系统或SHIM系统之间可以产生间隙。

正是基于通过本发明开启的这样的快速锁合装置的可能性不再可能的是，使用者在NRM样品头装配在保持系统上时、例如在“大口径(Wide Bore)”系统中调节保持元件时必须考虑错误操作。因为在按照本发明的快速更换系统中，参与的构件的长度公差借助弹簧元件接纳，所以不再会出现，系统处于机械上不确定的状态中。

在这里明确要指出的是，本发明的优点不只在垂直的NMR光谱仪中、而且同样也在具有水平的或倾斜的z轴线的NMR系统中能够实现。给出的轴向位置于是不再必须需要处于NMR励磁线圈系统“上方”或“下方”，而是必要时也处于其旁“右边”或“左边”。在任何情况下，重力在本发明的作用方式中起从属的作用。

本发明的优选的实施形式

按照特别的使用目的，按照本发明的紧固装置的实施形式可以有用，其中，NMR样品头在嵌件上借助刚好两个对置的保持元件可紧固，所述保持元件尤其是可以作为简单的保持栓实施。这些实施形式非常简单地构造并且促进同时样品头在NMR磁体上快速的、同时可靠的装配或样品头从NMR磁体快速的、同时可靠的拆卸。

特别优选的是按照本发明的紧固装置的如下实施形式，其中，弹簧元件这样构造，使得保持力在操纵保持元件时连续升高并且在关闭的第二状态中的终端位置中达到其最大值。

这相对于“大口径(Wide Bore)”系统具有大的优点，因为其中现今在操纵时必须首先克服最大力并且在最终位置中存在不确定的保持力直至系统上的机械的间隙。

此外，如下实施形式具有大的优点，其特征在于，弹簧元件这样设计，使得嵌件在沿闭锁方向旋转时到达其在关闭的第二状态中的最终位置中之前，已经在样品头和保持系统之间产生无间隙的连接。

在本发明的其他的优选的实施形式中，盘形的嵌件作为快速装配装置构成，优选作为卡口闭锁部，所述卡口闭锁部尤其是围绕平行于z方向的盘轴线可旋转。这样的布置结构的显著的优点在于，具有保持系统在样品头上的装配的非常短的操纵行程。

完全特别优选的也是按照本发明的紧固装置的如下实施形式，其中存在闭锁装置，以防保持的意外的脱开。通过这样的闭锁机构，新的紧固系统总是被保护以防意外的打开。

按照本发明的紧固装置的其他的优选的实施形式的特征在于，样品头在嵌件上借助多个，优选两个对置的保持元件、尤其是保持栓可紧固，所述保持元件设置在10cm和15cm之间的孔圆上，并且保持元件在嵌件的盘平面中具有5mm和10mm之间、优选大约8mm的最大的径向(半径)的延伸长度

这具有优点，即，利用这些尺寸，紧固装置对于SB和WB起作用，但空间需求可以保持得最小。

备选或补充地，本发明的其他的有利的实施方式的特征在于，整个紧固装置的平行于嵌件的盘轴线的结构高度为7mm和15mm之间、优选大约10mm。优点是，通过紧固装置的小的结构高度，用于样品头的可供使用的空间保持最大。用于紧固装置的最小的结构高度通过希望的弹簧行程给出。该弹簧行程直接进入紧固装置的结构高度中。

在本发明的其他的有利的实施形式中，盘形的嵌件具有由非磁性的材料、优选磷青铜(弹簧青铜)制成的弹簧连接件(滑槽)(Federkulisse)。有利的是，没有附加的由NMR磁体和磁性的材料的相互作用引起的力作用到所述机械装置上。附加地，磁性的材料会导致场干扰，所述场干扰然后会影响NMR测量。

在这些实施形式的有利的进一步构成中，弹簧连接件一件式地构造。这以特别简单的方式能够实现，首先可以造成低成本的制造(没有装配工作)并且另一方面结构空间可以更优化地被利用。在一件式的元件中，不需要连接部分，所述连接部分需要结构空间。该结构空间可以对于弹簧强度和弹簧长度被利用。这又产生更多的弹簧行程。

本发明的实施形式的一个特别优选的类的特征在于，在保持系统的背离磁体的下侧上刚性地紧固保持区段，嵌件可逆地可装配在所述保持区段上。优点是，快速锁合装置可以补充装备到已经安装的NMR磁体或保持系统上。

在该类实施形式的有利的进一步构成中，保持区段在装配的状态中径向壳体状包围嵌件。

优点是，嵌件为了旋转运动清洁地(sauber)引导，并且嵌件在壳体中被保护。

这些进一步构成的特别有利的变型的特征在于，在保持区段和嵌件之间设置滑动支承部。优点是，操作力最小。滑动支承部相对于WB的球轴承对于装配简单很多。

这些变型能够最后还如下进一步改善，即，在滑动支承部中的滑动配对件的材料这样选择，使得操作力和磨损最小化，其中，优选PET-C作为滑动配对件使用。优点是，通过该材料选择可以直接使用主要构件(嵌件和保持元件)作为滑动配对件。

完全特别优选的是一类实施形式，其中，弹簧元件、样品头的长度和保持系统的长度的组合构造成，使得在操纵嵌件时触发弹簧行程f≥2mm。优点是，可以接纳所有机械的制造公差并且借此完全可靠地避免间隙。

在实际中，按照本发明的紧固装置的如下实施形式也证明可行，其中，保持系统作为垫补系统(Shimsystem)构成，以用于在NMR光谱仪中的均匀的磁场的场成形。

包括以上所述类型的按照本发明的紧固装置的NMR测量装置也落入本发明的范围中，所述NMR测量装置可以具有NMR磁体系统并且必要时也可以具有垫补系统以及低温恒温器。

由说明书和附图得出本发明其他的优点。同样上述的并且还进一步说明的特征按照本发明可以分别单独本身或多个以任意的组合使用。示出的和说明实施形式不应理解为最终的列举，而是具有用于描绘本发明的示例性的特性。

附图说明

本发明和附图的详细的说明

在附图中示出并且借助实施例进一步解释本发明。

其中：

图1a示出从斜上方看的按照本发明的紧固装置的第一实施形式上的示意的空间的侧视图；

图1b示出该实施形式的示意的侧视图的垂直的剖面图；

图2示出包括按照本发明的紧固装置的NMR光谱仪的示意的垂直的剖面图；以及

图3示出在保持系统上装配的样品头的示意的纵剖面，并且更确切地说是在左边的图像半部(O)中在嵌件和保持元件之间打开的第一状态中，在右边的图像半部(G)中在关闭的第二状态中。

具体实施方式

总体地，本发明涉及改进的紧固装置，以用于将NMR样品头1可脱开地紧固在NMR磁体2上，其主轴平行于z方向延伸，该紧固装置包括盘形的嵌件3，所述嵌件为了紧固NMR样品头1从下向在NMR磁体2的下侧上设置的、与磁体刚性连接的保持系统4推移，其中，然后NMR样品头1向嵌件3的背离保持系统4的下侧移动，直到样品头1的上面的端部与保持系统4的上面的端部接触并且随后通过嵌件3围绕平行于z方向的盘轴线的旋转建立一方面样品头1和嵌件3之间和另一方面嵌件3和保持系统4之间的固定的机械连接，并且其中，盘形的嵌件3这样构成，使得借助弹簧元件8附加于形锁合也可以构造样品头1和保持系统4之间的力变化的连接。

与此相对，本发明的特征在于，样品头1在嵌件3上可借助多个、优选正好两个对置的保持元件6紧固，所述保持元件可以尤其是作为简单的保持栓实施。按照本发明，保持元件6一件式并且刚性地构造并且因此具有分别不可改变的固定的长度。

按照本发明，此外，嵌件3的弹簧元件8以及保持元件6几何上这样构造，使得在打开的第一状态中，在嵌件3和保持元件6之间存在具有0.5mm至5mm的机械间隙的连接，其中，弹簧元件8未受应力，并且在关闭的第二状态中，在嵌件3和保持元件6之间存在没有机械间隙的连接，其中，弹簧元件8处于机械的应力下。

通常保持力在操纵保持元件6时连续升高并且在关闭的第二状态中的终端位置中达到其最大值。

在嵌件3在沿闭锁方向的旋转时到达其在关闭的第二状态中的最终位置中之前，也已经可以产生在样品头1和保持系统4之间的无间隙的连接。

优选盘形的嵌件3构成为快速装配装置，尤其是构成为卡口闭锁部，所述卡口闭锁部可围绕平行于z方向的盘轴线旋转。

在按照本发明的紧固装置的在图1a和1b中示出的实施形式中，存在闭锁装置7，以防保持措施的意外脱开。

如在图1a和1b中进一步可看出的，盘形的嵌件3的弹簧连接件可以一件式地构造。通常其由非磁性的材料、优选磷青铜制造。

最后图1a和1b示出一种特别优选的实施形式，其中，在保持系统4的与磁体背离的下侧上刚性地紧固保持区段5，嵌件3可逆地可装配在所述保持区段上。保持区段5在装配的状态中径向包围嵌件3并且在此如同进行保护的壳体来起作用。

优选可以在保持区段5和嵌件3之间设置在附图中未特意示出的滑动支承部。

在滑动支承部中的滑动配对件的材料于是这样选择，使得操作力和磨损最小化，其中优选PET-C作为滑动配对件被使用。

通常盘形的嵌件3这样构成，使得借助弹簧元件8附加于形锁合也可以构造样品头1和保持系统4之间的力变化的连接，其中，弹簧元件8这样构造，使得在其操纵时触发弹簧行程f≥2mm。

图2示意性示出，按照本发明的紧固系统怎样能够实现NMR样品头1在NMR磁体2上的快速的装配或拆卸。为此，首先盘形的嵌件3从下面向在NMR磁体2中设置的、与磁体2刚性连接的保持系统4的下侧推移，在所述嵌件上，NMR样品头1借助保持元件6紧固。随后通过嵌件3围绕盘轴线的旋转，建立一方面样品头1和嵌件3之间和另一方面嵌件3和保持系统4之间的固定的机械的连接。

保持系统4可以此外也作为垫补系统构成，以用于在NMR光谱仪中的均匀的磁场的场成形。

图3最后在保持系统4上装配的样品头1的示意的纵剖面中阐明，参与的系统组件的相对距离在两个强调的装配状态中按照本发明为怎样，并且更确切地说是在左边的图像半部(以“O”表征)中在嵌件3和保持元件6之间在打开的第一状态中并且在右边的图像半部中(以“G”表征)在关闭的第二状态中：

在如下几何关系中

(L5_min+L3_min)-(L4_max–L2_min)＝dHE_min

(L5_max+L3_max)-(L4_min–L2_max)＝dHE_max

必须满足后续的几何条件：

用于无间隙的几何条件：

L1>dHE_max

用于可装配性的几何条件：

dHE_max>0

在此表示：

L1弹簧元件8的非张紧的高度

L2保持元件6的高度

L3嵌件3的高度

L4NMR样品的高度

L5保持系统5的高度

dHE在嵌件3和保持元件6之间的间隙

附图标记列表：

1NMR样品头

2NMR磁体

3嵌件

4保持系统

5保持区段

6保持元件

7闭锁装置

8弹簧元件

参考文献列表：

用于评估可专利性考虑的出版物：

[1]Bruker BioSpin股份公司的公司手册“Manual Probes.User Manual Version003”，2009年九月

[2]DE 10 2013 204 131 B3

[3]DE 10 2013 212 312 B4

[4]US 2009/0 015 259 A1

Claims (24)

1.紧固装置，用于将NMR样品头(1)可脱开地紧固在NMR磁体(2)上，其主轴平行于z方向延伸，所述紧固装置包括盘形的嵌件(3)，所述嵌件为了紧固NMR样品头(1)从下向在NMR磁体(2)的下侧上设置的、与磁体(2)刚性连接的保持系统(4)推移，其中，NMR样品头(1)向嵌件(3)的背离保持系统(4)的下侧移动，直到样品头(1)的上面的端部与保持系统(4)的上面的端部接触，并且随后通过嵌件(3)围绕其平行于z方向的盘轴线的旋转，建立一方面样品头(1)和嵌件(3)之间以及另一方面嵌件(3)和保持系统(4)之间的固定的机械连接，并且其中，盘形的嵌件(3)构成为，使得借助弹簧元件(8)可以构建样品头(1)和保持系统(4)之间的形锁合和力变化的连接，

其特征在于，

样品头(1)在嵌件(3)上可借助具有分别不可改变的固定长度的多个分别一件式的刚性的保持元件(6)紧固，

嵌件(3)的弹簧元件(8)以及保持元件(6)几何上构造成，使得在打开的第一状态中，在嵌件(3)和保持元件(6)之间存在具有0.5mm至5mm的机械间隙的连接，其中，弹簧元件(8)未受应力，

并且在关闭的第二状态中，在嵌件(3)和保持元件(6)之间存在没有机械间隙的连接，其中，弹簧元件(8)处于机械应力下。

2.按照权利要求1所述的紧固装置，其特征在于，弹簧元件(8)构造成，使得保持力在操纵保持元件(6)时连续升高并且在关闭的第二状态中的终端位置达到其最大值。

3.按照权利要求1或2所述的紧固装置，其特征在于，在嵌件(3)沿闭锁方向旋转时到达其在关闭的第二状态中的最终位置之前，已经产生样品头(1)和保持系统(4)之间的无间隙的连接。

4.按照权利要求1或2所述的紧固装置，其特征在于，盘形的嵌件(3)构成为快速装配装置。

5.按照权利要求1或2所述的紧固装置，其特征在于，存在闭锁装置(7)，以防意外地脱开保持。

6.按照权利要求1或2所述的紧固装置，其特征在于，样品头(1)在嵌件(3)上可借助多个保持元件(6)紧固，所述保持元件设置在具有10cm和15cm之间的直径的围绕盘轴线的孔圆上，并且保持元件(6)在嵌件(3)的盘平面中具有5mm和10mm之间的最大的延伸长度。

7.按照权利要求1或2所述的紧固装置，其特征在于，整个紧固装置平行于嵌件(3)的盘轴线的结构高度为7mm和15mm之间。

8.按照权利要求1或2所述的紧固装置，其特征在于，盘形的嵌件(3)具有由非磁性的材料制成的弹簧连接件。

9.按照权利要求8所述的紧固装置，其特征在于，弹簧连接件一件式地构造。

10.按照权利要求1或2所述的紧固装置，其特征在于，在保持系统(4)的背离磁体的下侧上刚性地紧固保持区段(5)，嵌件(3)可逆地可装配在所述保持区段上。

11.按照权利要求10所述的紧固装置，其特征在于，保持区段(5)在装配的状态中径向壳体状地包围嵌件(3)。

12.按照权利要求10所述的紧固装置，其特征在于，在保持区段(5)和嵌件(3)之间设置滑动支承部。

13.按照权利要求12所述的紧固装置，其特征在于，在滑动支承部中的滑动配对件的材料选择成，使得操作力和磨损最小化。

14.按照权利要求1或2所述的紧固装置，其特征在于，弹簧元件(8)、样品头(1)的长度和保持系统(4)的长度的组合构造成，使得在操纵嵌件(3)时触发弹簧行程f≥2mm。

15.按照权利要求1或2所述的紧固装置，其特征在于，保持系统(4)构成为垫补系统，以用于在NMR光谱仪中的均匀磁场的场成形。

16.按照权利要求6所述的紧固装置，其特征在于，样品头(1)在嵌件(3)上可借助两个对置的保持元件(6)紧固。

17.按照权利要求6所述的紧固装置，其特征在于，样品头(1)在嵌件(3)上可借助多个保持栓紧固。

18.按照权利要求6所述的紧固装置，其特征在于，样品头(1)在嵌件(3)上可借助两个对置的保持栓紧固。

19.按照权利要求6所述的紧固装置，其特征在于，保持元件(6)在嵌件(3)的盘平面中具有8mm的最大的延伸长度。

20.按照权利要求7所述的紧固装置，其特征在于，整个紧固装置平行于嵌件(3)的盘轴线的结构高度为10mm。

21.按照权利要求8所述的紧固装置，其特征在于，盘形的嵌件(3)具有由磷青铜制成的弹簧连接件。

22.按照权利要求13所述的紧固装置，其特征在于，PET-C作为滑动配对件使用。

23.按照权利要求4所述的紧固装置，其特征在于，盘形的嵌件(3)构成为卡口闭锁部。

24.按照权利要求23所述的紧固装置，其特征在于，所述卡口闭锁部可围绕平行于z方向的盘轴线旋转。

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