-
Die
Erfindung betrifft einen Chopper für einen Teilchenstrahl.
-
Stand der Technik
-
Um
einen kontinuierlichen Teilchenstrahl in räumlich und zeitlich
begrenzte Pulse zu unterteilen, werden Chopper verwendet. Ein Chopper
ist ein Element, welches sowohl für den Teilchenstrahl
durchlässige als auch für den Teilchenstrahl undurchlässige
Bereiche aufweist. Wird der Chopper durch den Teilchenstrahl bewegt,
treten wechselweise durchlässige und undurchlässige
Bereiche durch den Teilchenstrahl, so dass der Teilchenstrahl moduliert
wird.
-
Aus
der
DE 10 2004
002 326 A1 sind als Räder ausgebildete Chopper
bekannt, welche durch den Teilchenstrahl rotiert werden. Ein wesentliches Kriterium
für die Leistungsfähigkeit eines solchen Choppers
ist die höchste Frequenz, mit der dieser den Teilchenstrahl
modulieren kann. Diese Frequenz wird bestimmt durch die Umfangsgeschwindigkeit
am Rand des Chopperrades, welche wiederum durch den Durchmesser
und die Drehzahl festgelegt ist.
-
Die
oben genannte Druckschrift offenbart, dass für typische
Experimente Umfangsgeschwindigkeiten von etwa 300 m/s gefordert
werden. Die Druckschrift offenbart sowohl als Vollscheiben ausgebildete
als auch speichenförmig segmentierte Chopper zur Erzielung
derartiger Umlaufgeschwindigkeiten.
-
Nachteilig
wird das Material der Chopperräder auf Grund der Fliehkräfte
bis an die Grenzen seiner mechanischen Festigkeit beansprucht. Zudem können
die Chopperräder in Schwingungen geraten. In der Praxis
müssen Drehzahlbereiche, in denen Eigenfrequenzen der Chopperräder
angeregt werden können, vermieden werden. So kann es vorkommen, dass
der Chopper gar nicht mit der Umlaufgeschwindigkeit betrieben werden
kann, zu der er von seiner mechanischen Festigkeit her in der Lage
wäre.
-
Aufgabe und Lösung
-
Es
ist daher die Aufgabe der Erfindung, einen Chopper zur Verfügung
zu stellen, der einen Teilchenstrahl mit einer höheren
Frequenz als bislang möglich zu modulieren vermag und zugleich
sicherer zu betreiben ist als Chopper nach dem Stand der Technik.
-
Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch
einen Chopper gemäß Hauptanspruch. Weitere vorteilhafte
Ausgestaltungen ergeben sich aus den darauf rückbezogenen
Unteransprüchen.
-
Gegenstand der Erfindung
-
Im
Rahmen der Erfindung wurde ein Chopper für einen Teilchenstrahl
entwickelt. Dieser Chopper ist gekennzeichnet durch mindestens ein
ringförmiges, insbesondere kreisringförmiges,
Führungselement sowie durch mindestens ein Steuerelement für
den Teilchenstrahl, welches derart gegen das Führungselement
gelagert ist, dass mindestens ein Aufpunkt auf dem Steuerelement
entlang eines Umfangs des Führungselements umzulaufen vermag.
-
Unter
einem Führungselement im Sinne dieser Erfindung wird ein
Element verstanden, welches der Bewegung des Steuerelements eine
oder mehrere Zwangsbedingungen aufprägt. Das Führungselement
sollte daher zumindest derart beschaffen und/oder im Raum fixiert
sein, dass eine Bewegung des Steuerelements im Betrieb des Choppers
keine Bewegung des Führungselements auslöst.
-
Unter
einem Steuerelement im Sinne dieser Erfindung wird jedes Element
verstanden, welches mindestens einen Bereich aufweist, der die Intensität des
Teilchenstrahls abzuschwächen vermag. Dieser Bereich kann
insbesondere völlig undurchlässig für den
Teilchenstrahl sein. Wird das Steuerelement durch den Teilchenstrahl
bewegt, kann die Intensität des Teilchenstrahls moduliert
werden.
-
Es
wurde erkannt, dass durch die erfindungsgemäßen
Maßnahmen erstmals eine Alternative zu den bislang immer
als Rädern ausgebildeten Chopper zur Verfü gung
gestellt wird. Dadurch werden unerwünschte Schwingungen,
die als Folge der radförmigen Ausbildung bislang zwangsläufig
auftraten, vorteilhaft vermieden. Im Ergebnis wird so ein Chopper
zur Verfügung gestellt, der den Teilchenstrahl mit einer
wesentlich höheren Frequenz zu modulieren vermag als dies
nach dem Stand der Technik möglich war. Die erfindungsgemäße
Lagerung entlang eines Umfangs ist jedoch auch bei Umlauffrequenzen
des Aufpunkts auf dem Steuerelement entlang des Umfangs des Führungselements
funktionsfähig und vorteilhaft, die kleiner sind als die
maximal mögliche Umlauffrequenz.
-
Es
wurde außerdem erkannt, dass die erfindungsgemäße
Lagerung entlang eines Umfangs insbesondere bei großen
Umfangen und Umlaufgeschwindigkeiten wesentlich stabiler ist als
die bei radförmigen Chopper gemäß Stand
der Technik zwangsläufig notwendige Lagerung an einer Drehachse.
Um ein gegebenes Störmoment zu kompensieren, ist gemäß der
Definition des Drehmoments bei einer Lagerung entlang eines Umfangs
eine viel geringere Kraft erforderlich als bei einer Lagerung an einer
Drehachse. Zugleich kann die aufzubringende Lagerkraft auf den ganzen
Umfang des Führungselements verteilt werden, so dass auch
insgesamt höhere Lagerkräfte auf das Steuerelement
ausgeübt werden können. Im Ergebnis kann das Führungselement einen
höheren Umfang aufweisen und zugleich das Steuerelement
schneller bewegt werden. Somit kann sich das Steuerelement mit einer
höheren Umfangsgeschwindigkeit bewegen. Dies bewirkt, dass
der Teilchenstrahl mit einer höheren Frequenz moduliert werden
kann als dies nach dem Stand der Technik möglich war.
-
Die
Erfindung schließt ausdrücklich auch ein Chopperrad
als Steuerelement ein, wobei dieses als Vollscheibe oder auch speichenförmig
segmentiert ausgebildet sein kann und wobei auch eine Lagerung an
einer Drehachse vorhanden sein kann. Somit kann auch ein bestehender
Chopper mit der erfindungsgemäßen Lagerung entlang
eines Umfangs nachgerüstet werden. Es kommen dann gleichermaßen
die erfindungsgemäßen Vorteile zum Tragen, dass
zur Kompensation eines gegebenen Störmoments die Lagerung
entlang des Umfangs eine geringere Kraft aufbringen muss als die
Lagerung an einer Drehachse und dass insgesamt höhere Lagerkräfte auf
das Steuerelement ausgeübt werden können.
-
Da
das Steuerelement erfindungsgemäß nahe am Ort
seiner Funktion gelagert ist, ist der Hebel, mit dem Störmomente
am Lager angreifen können, vorteilhaft verkürzt.
Damit wirkt ein gegebenes Störmoment mit einer geringeren
Kraft auf das Lager ein als bei einer Lagerung an einer Drehachse
gemäß Stand der Technik. Somit ist die Gefahr
vermindert, dass das Lager zerstört wird und das Steuerelement
oder Teile davon unkontrolliert davonfliegen, wenn beispielsweise
die Bewegung des Steuerelements durch einen Fremdkörper
abrupt gestoppt wird.
-
Hinzu
kommt, dass eine Drehachse insgesamt entbehrlich wird. Damit besteht
auch keine Notwendigkeit, Teile des Steuerelements mit einer Drehachse
mechanisch zu verbinden. Dadurch werden vielfältige Formgebungen
für das Steuerelement möglich. Es kann beispielsweise
ringförmig, insbesondere kreisringförmig, ausgebildet
sein. Insbesondere kann das Steuerelement konzentrisch zum Führungselement
angeordnet sein. Die Wirkung auf den Teilchenstrahl kann aber auch
schon mit einem Einzelsteuerelement erzielt werden, das gerade groß genug
ist, in einem Punkt des Umlaufs um den Umfang des Führungselements
den Teilchenstrahl abzuschwächen. Aus einer Mehrzahl derartiger
Einzelsteuerelemente lässt sich ein Steuerelement zusammensetzen,
das im Ganzen um den Umfang des Führungselements umzulaufen
vermag. Dieses Steuerelement kann beispielsweise den Umfang des
Führungselements ganz oder teilweise belegen. Bei Defekten,
wie etwa Strahlenschäden durch die Wechselwirkung mit dem
Teilchenstrahl, können dann die Einzelsteuerelemente unabhängig
voneinander ausgetauscht werden. Die Verbindung der Einzelsteuerelemente
kann elastisch oder fest sein.
-
Derartige
Formgebungen des Steuerelements können ein ganz erheblich
geringeres Gewicht aufweisen als Chopperräder nach dem
Stand der Technik. Dieses Gewicht wächst zudem nur linear
mit dem Umfang des Steuerelements. Da die für die maximal
erzielbare Modulationsfrequenz maßgebliche Umfangsgeschwindigkeit
das Produkt aus Drehzahl und Umfang ist, ist ein möglichst
großer Umfang des Steuerelements vorteilhaft. Bei einem
(massiven) Chopperrad gemäß Stand der Technik
dagegen ist das Gewicht proportional zur Fläche und wächst
damit quadratisch mit dem Umfang. Das erfindungsgemäß wesentlich
geringere Gewicht bewirkt wiederum, dass pro Einheit Lagerkraft,
welche auf das Steuerelement ausgeübt werden kann, eine
höhere Umfangsgeschwindigkeit und damit eine höhere
Modulationsfrequenz erzielt werden kann.
-
Das
geringere Gewicht verbessert die Betriebssicherheit des Choppers
in zweifacher Weise: Es führt zu einer geringeren Beanspruchung
des Steuerelements durch die Fliehkräfte, so dass die Gefahr
verringert wird, dass dieses zerreißt. Im unwahrscheinlichen
Fall des Zerreißens haben die Bruchstücke zudem
eine wesentlich geringere Masse und damit kinetische Energie, so
dass ein wesentlich geringerer Aufwand für eine Umschließung
getrieben werden muss, die die Umgebung vor derartigen Bruchstücken
schützt.
-
Zugleich
erhöht das geringere Gewicht auch die Eigenfrequenzen des
Steuerelements, so dass diese vorteilhaft nicht mehr im Bereich
der Umlauffrequenzen um den Umfang des Führungselements
liegen.
-
Bei
einem Betrieb des Choppers im Vakuum wirkt sich eine ringförmige
Formgebung des Steuerelements noch in einer weiteren Weise vorteilhaft
aus. Nur das Führungselement und das Steuerelement müssen
sich im Vakuum befinden, nicht jedoch der gesamte von diesen Elementen
umgrenzte Bereich. Es genügt somit, wenn ein rohrförmiger
Bereich, der das Steuer- und das Führungselement umschließt, unter
Vakuum gehalten wird. Dieser Bereich kann insbesondere zwischen
einem Innendurchmesser, der kleiner ist als der Innendurchmesser
des Steuerelements, und einem Außendurchmesser, der größer ist
als der Außendurchmesser des Führungselements,
angeordnet sein. Dies verkleinert das unter Vakuum zu haltende Volumen
drastisch. Der Aufwand an Pumpleistung und Zeit für die
Herstellung dieses Vakuums verringert sich erheblich.
-
Die
Ringform des Führungselements ist erfindungsgemäß nicht
auf die Kreisringform festgelegt. Andere ringförmige Gestaltungen,
wie beispielsweise Ellipsen, können beispielsweise vorteilhaft sein,
wenn der Chopper an beengte räumliche Gegebenheiten einer
bereits existierenden Versuchsanordnung anzupassen ist.
-
In
einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist
das Steuerelement mindestens einen Bereich auf, der reflektierend
für den Teilchenstrahl ist. Hierfür ist bei einem
Neutronenstrahl beispielsweise ein Graphit-Einkristall geeignet.
Dann kann der vom Chopper nicht durchgelassene Anteil des Teilchenstrahls
für ein weiteres Experiment genutzt werden. Er kann aber
auch durch einen weiteren Chopper geleitet werden. Werden beide
Zweige des Teilchenstrahls miteinander kombiniert, ist das Ergebnis
mit einer höheren Frequenz moduliert als dies ein einzelner
Chopper könnte
-
In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist das
Steuerelement mindestens eine schraubenförmige Bohrung
auf. Bei einer gegebenen Umlaufgeschwindigkeit können dann
nur Teilchen innerhalb eines engen Geschwindigkeitsfensters das
Steuerelement passieren. Der Chopper moduliert dann nicht nur die
Intensität des Teilchenstrahls, sondern selektiert die
Teilchen des Strahls gleichzeitig nach ihrer Geschwindigkeit und
damit nach ihrer Energie und ihrem Impuls. Somit sind Chopper und
Geschwindigkeitsselektor vorteilhaft in einem Gerät vereinigt.
Da nur ein Antrieb erforderlich ist, ist ein derartiges Kombinationsgerät
zuverlässiger als zwei Einzelgeräte. Zugleich
wird Einbauraum gespart, was insbesondere in räumlich beengten
Versuchsanordnungen und beim Betrieb im Vakuum von Vorteil ist.
-
Je
langer die schraubenförmige Bohrung ist, desto schmaler
ist der Geschwindigkeitsbereich der Teilchen, die sie passieren
können. Eine längere Bohrung vergrößert
jedoch die Dicke und damit das Gewicht des Steuerelements. Da beim
Steuerelement erfindungsgemäß an anderer Stelle
sehr viel Gewicht eingespart wird, ist es ohne Beeinträchtigung
der Stabilität möglich, den Bereich der schraubenförmigen
Bohrung dicker auszugestalten.
-
Es
ist vorstellbar, dass das Steuerelement derart gegen das Führungselement
gelagert ist, dass der Aufpunkt entlang des Außenumfangs
des Führungselements umzulaufen vermag. In einer besonders
vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Steuerelement
jedoch derart gegen das Führungselement gelagert, dass
der Aufpunkt entlang des Innenumfangs des Führungselements
umzulaufen vermag.
-
In
dieser Ausgestaltung wird das Steuerelement im Betrieb durch die
Fliehkräfte gegen das Führungselement gedrückt.
Dies erhöht die Stabilität der Lagerung und zugleich
auch die Betriebssicherheit: Selbst wenn das Steuerelement brechen
sollte, hindert das Führungselement die Bruchstücke
am radialen Davonfliegen. Eine separate, aufwändige Umschließung
des Choppers zum Schutz der Umgebung vor Bruchstücken ist
nicht erforderlich. Das Führungselement erhöht
bereits die Betriebssicherheit.
-
Die
Lagerung des Steuerelements gegen das Führungselement ist
in einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung eine
magnetische Lagerung und hier insbesondere eine permanentmagnetische
Lagerung. Eine solche Lagerung ist berührungslos und damit
auch bei hohen Drehzahlen verschleißfrei. Es ist keinerlei
Schmiermittel erforderlich, so dass das Lager uneingeschränkt
ultrahochvakuumtauglich ist.
-
Vorteilhaft
weisen das Führungselement und das Steuerelement jeweils
mindestens einen magnetisierten Bereich auf dergestalt, dass sich
diese magnetisierten Bereiche in dem Punkt des Umlaufs des Aufpunkts,
in dem sie sich am nächsten kommen, abstoßen.
Ist das Steuerelement beispielsweise kreisringförmig ausgebildet
und sind die magnetisierten Bereiche punktsymmetrisch um den Mittelpunkt
des Rings angeordnet, ist eine Ruhelage definiert, in der sich alle
Abstoßungen zwischen magnetisierten Bereichen kompensieren.
Bei einer Auslenkung aus der Ruhelage wird ein Magnetspalt verringert,
so dass die abstoßende Kraft zwischen den entsprechenden magnetisierten
Bereichen sich erhöht und das Steuerelement zurück
in die Ruhelage treibt.
-
In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist die Lagerung des
Steuerelements Zwangsbedingungen dergestalt auf, dass das Steuerelement sich
weder axial aus dem Führungselement herausbewegen noch
in diesem verkanten kann. Dies kann beispielsweise durch zusätzliche
magnetisierte Bereiche am Steuerelement und am Führungselement bewirkt
werden, die, wenn sie sich im Betrieb unmittelbar gegenüber
liegen, Magnetkräfte mit einer axialen Komponente aufeinander
ausüben.
-
In
einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist
das Führungselement Mittel zur Erzeugung eines magnetischen
Wanderfelds auf. Dann kann neben der magnetischen Lagerung auch der
Antrieb des Steuerelements über das Führungselement
erfolgen. Diese funktionelle Integration von Antrieb und Lagerung
ist auch in der Lage, auf Unwuchten im Steuerelement zu reagieren,
indem die Stärke des magnetischen Wanderfelds zeitabhängig angepasst
wird. Derartige Unwuchten sind bei Choppern mit typischen Durchmessern
von 1,20 m und mehr und Umfangsgeschwindigkeiten bis 300 m/s nur
sehr schwer zu vermeiden.
-
In
einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist mindestens ein
zeitweise oder dauerhaft magnetisierter Bereich des Führungselements,
der zur magnetischen Lagerung des Steuerelements gegen das Führungselement
gehört, zugleich auch ein Element zur Erzeugung des magnetischen
Wanderfeldes. Ist der magnetisierte Bereich beispielsweise eine
Spule, die zur magnetischen Lagerung des Steuerelements nach einem
Zeitprogramm bestromt wird, so kann auf diesen Strom ein zusätzlicher Strom
aufmoduliert werden, der das magnetische Wanderfeld erzeugt.
-
Zur
Erzielung eines maximalen Vortriebs und damit einer maximalen Umlaufgeschwindigkeit
steht das magnetische Wanderfeld vorteilhaft senkrecht auf dem Magnetfeld
der magnetischen Lagerung.
-
Die
den vorstehenden Ausführungen zu Grunde liegende technische
Lehre ist nicht auf den detailliert beschriebenen Anwendungsfall
Chopper eingeschränkt. Stattdessen wird allgemein gelehrt, dass
es vorteilhaft ist, eine, vorzugsweise magnetische, Lagerung zweier,
insbesondere gegeneinander drehbarer, Bauteile derart auszugestalten,
dass mindestens ein Aufpunkt auf dem ersten Bauteil entlang eines
Umfangs des zweiten Bauteils umzulaufen vermag, wobei dieses zweiten
Bauteil vorteilhaft ringförmig ausgestaltet ist. Die oben
beschriebenen erfindungsgemäßen Vorteile einer
solchen Anordnung kommen beispielsweise auch bei der Magnetlagerung
von Turbomolekularpumpen oder Abgasturboladern zum Tragen.
-
Allgemein
bietet der Ansatz eine Möglichkeit, bisher im Stand der
Technik durch sich um eine Drehachse drehende Elemente, welche im
Bereich ihres Außenumfangs eine physikalische Wirkung erzielen, derart
zu modifizieren, dass das Element entlang des Außenumfangs
gelagert wird. Auf diese Weise können die Drehachse sowie
Verbindungen jedweder Art zwischen dieser Drehachse und dem Außenumfang teilweise
oder vollständig eingespart werden. Dadurch kann die Masse
der Anordnung vorteilhaft reduziert werden, und der Hebel, mit dem
Störmomente am Lager angreifen, wird vorteilhaft reduziert.
Der Außenumfang kann auf den Bedarf zugeschnitten werden.
Er kann beispielsweise eine geschlossene Schleife sein, die beliebig,
beispielsweise in einer senkrechten Ebene, im Raum orientiert sein
kann. Das Lager trägt das die physikalische Wirkung erzielende
Element, wie beispielsweise ein oder mehrere Turbinenschaufeln,
Beamstopper, Filter, Reflektoren oder Energieselektoren.
-
Insbesondere
die Turbomolekularpumpe und der Abgasturbolader sind durch besonders
große Störmomente gekennzeichnet, die bei einer
Magnetlagerung an einer Achse gemäß Stand der
Technik mit einem großen Hebel am Lager angreifen. Bei
der erfindungsgemäßen Lagerung entlang eines Umfangs
greifen diese Störmomente nur noch mit einem sehr kurzen
Hebel an und können somit besser vom Lager kompensiert
werden. Überhaupt wird die Lagerkraft auf den gesamten
Umfang des zweiten Bauteils verteilt, so dass erfindungsgemäß insgesamt deutlich
größere Lagerkräfte aufgenommen werden können
als nach dem Stand der Technik. Auch kann das Bauvolumen sowohl
von Turbomolekularpumpen als auch von Abgasturboladern durch die
erfindungsgemäße Integration von Antrieb und Lagerung
vorteilhaft verringert werden.
-
Spezieller Beschreibungsteil
-
Nachfolgend
wird der Gegenstand der Erfindung anhand von Figuren näher
erläutert, ohne dass der Gegenstand der Erfindung dadurch
beschränkt wird. Es ist gezeigt:
-
1:
Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen
Choppers, entlang dessen Symmetrieachse betrachtet.
-
2:
Seitenansicht des Choppers aus 1.
-
3:
Ausschnitt des Choppers aus 1 in Schnittzeichnung.
-
4:
Dreidimensionale Ansicht des Choppers aus 1.
-
Gleiche
Bezugszeichen bezeichnen jeweils gleich wirkende Elemente.
-
1 zeigt
ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen
Choppers in einer Ansicht entlang dessen Symmetrieachse (die Symmetrieachse steht
senkrecht auf der Zeichenebene). Dieser Chopper umfasst ein kreisringförmiges
Führungselement 11 auf einem Standfuß 12 sowie
ein ebenfalls kreisringförmiges, konzentrisch zum Führungselement 11 angeordnetes
Steuerelement 13. Das Führungselement 11 umfasst
einen Grundkörper 11a sowie Magnetspulen 11b.
Der Grundkörper 11a besteht aus einem Kreisring 11a1,
der zwischen zwei Kreisringscheiben 11a2 und 11a3 angeordnet
ist. Die Magnetspulen 11b sind in regelmäßigen
Abständen in der Innenseite des Kreisrings 11a1 des
Grundkörpers 11a versenkt.
-
Das
Steuerelement 13 umfasst einen Grundring 13a,
permanentmagnetische Bereiche 13b sowie für den
Teilchenstrahl reflektierende und somit undurchlässige
Bereiche 13c. Die permanentmagnetischen Bereiche 13b sind
in regelmäßigen Abständen in der Außenseite
des Grundrings 13a versenkt. Die für den Teilchenstrahl
reflektierenden und damit undurchlässigen Bereiche 13c sind
in regelmäßigen Abstanden auf der Innenseite des
Grundrings 13a montiert.
-
Die
Magnetspulen 11b und die permanentmagnetischen Bereiche 13b wirken
derart zusammen, dass das Steuerelement 13 magnetisch gegen das
Führungselement 11 gelagert ist. Zugleich sind die
Magnetspulen 11b auch Elemente zur Erzeugung eines magnetischen
Wanderfeldes, mit dem das Steuerelement 13 und damit auch
die für den Teilchenstrahl reflektierenden Bereiche 13c in
eine Rotation innerhalb des Führungselements 11 versetzt werden
können.
-
Der
Grundkörper 11a umschließt den Grundring 13a fast
vollständig bis auf einen radial nach innen gerichteten
Bereich, in dem die für den Teilchenstrahl reflektierenden
Bereiche 13c in jeder Umlaufposition des Steuerelements 13 um
das Führungselement 11 radial nach innen ragen
können. Somit wird die magnetische Lagerung des Steuerelements 13 gegen
das Führungselement 11 durch eine mechanische
Notlagerung ergänzt, die dem Steuerelement 13 derartige
Zwangsbedingungen aufprägt, dass es sich weder axial aus
dem Führungselement 11 herausbewegen noch in diesem
verkanten kann
-
Die
Einbettung der Magnetspulen 11b in den Grundkörper 11a sowie
die Einbettung der magnetisierten Bereiche 13b in den Grundring 13a sind
nur im rechten oberen Quadranten von 1 zu sehen, in
dem der Chopper teilweise in Schnittzeichnung dargestellt ist.
-
2 zeigt
eine Seitenansicht des Choppers aus 1. Gegenüber 1 ist
der Chopper hier um 90° aus der Zeichenebene heraus gedreht.
Hier wird die Unterteilung des Grundkörpers 11a in
einen Kreisring 11a1 sowie zwei Kreisringscheiben 11a2 und 11a3 verdeutlicht.
-
In 3 ist
ein Ausschnitt des Choppers in Schnittzeichnung dargestellt, wobei
der Schnitt entlang der Linie A-A in 1 durchgeführt
wurde. Die Kreisringscheiben 11a2 und 11a3 des
Grundkörpers 11a weisen an ihrem zur gemeinsamen
Symmetrieachse von Führungselement 11 und Steuerelement 13 gerichteten
Rand Fortsätze 11a4 und 11a5 auf, die
aufeinander gerichtet sind. Die Fortsätze 11a4 und 11a5 bilden
einen Spalt 11a6, in den der für den Teilchenstrahl
reflektierende Bereich 13c des Steuerelements eingreift
und in dem dieser Bereich 13c umlaufen kann.
-
In
den in Richtung des Grundrings 13a des Steuerelements 13 weisenden
Kanten der Kreisringscheiben 11a2 und 11a3 des
Führungselements 11 sind zusätzliche
magnetisierte Bereiche 11a7 und 11a8 versenkt.
In den auf diese Bereiche 11a7 und 11a8 weisenden
Kanten des Grundrings 13a des Steuerelements 13 sind
magnetisierte Bereiche 13a1 und 13a2 versenkt.
Die magnetisierten Bereiche 11a7 und 11a8 in den
Kreisringscheiben wirken mit den magnetisierten Bereichen 13a1 und 13a2 des Grundrings
derart zusammen, dass die Kreisringscheiben 11a2 und 11a3 über
axiale magnetische Kräfte mit dem Grundring 13a Wechselwirken,
wobei sich der Begriff „axial" hier auf die gemeinsame
Symmetrieachse von Führungselement 11 und Steuerelement 13 bezieht.
Somit weist die magnetische Lagerung des Steuerelements 13 gegen
das Führungselement 11 Zwangsbedingungen dergestalt
auf, dass das Steuerelement 13 sich weder axial aus dem
Führungselement 11 herausbewegen noch in diesem verkanten
kann. Die oben angesprochene mechanische Notlagerung wird nur bei
außergewöhnlichen Betriebszuständen in
Anspruch genommen, die die magnetische Lagerung durch das Zusammenspiel der
magnetisierten Bereiche 11a7 und 11a8 mit den magnetisierten
Bereichen 13a1 und 13a2 überfordern.
-
Der
magnetisierte Bereich 13b, der im Grundring 13a des
Steuerelements versenkt ist, bildet mit der Magnetspule 11b einen
Magnetspalt. Der magnetisierte Bereich 11a7 bildet mit
dem magnetisierten Bereich 13a1 einen Magnetspalt. Der
magnetisierte Bereich 11a8 bildet mit dem magnetisierten Bereich 13a2 einen
Magnetspalt.
-
Der
für den Teilchenstrahl reflektierende und somit undurchlässige
Bereich 13c erhält seine reflektierende Eigenschaft
durch eine einseitig aufgebrachte Beschichtung 13c1.
-
In
der in 3 gezeigten Ausgestaltung können optional
die magnetisierten Bereiche 13b, die im Grundring 13a des
Steuerelements 13 versenkt sind, zusätzlich durch
eine Schicht oder eine Wicklung aus hochfestem Material (wie etwa
CFIC oder ein Gewebe) gesichert werden, die eine radial nach außen
gerichteten Bewegung der magnetisierten Bereiche 13b aus
dem Grundring 13a heraus verhindern. In diese Richtung
wirkt im Betrieb auf die magnetisierten Bereiche 13b die
Fliehkraft, die erheblich sein kann, da permanentmagnetische Materialien
meistens eine hohe Dichte aufweisen.
-
4 zeigt
den Chopper in einer dreidimensionalen Darstellung. Es ist besonders
deutlich zu erkennen, dass die für den Teilchenstrahl reflektierenden
Bereiche 13c im Betrieb innerhalb des Spalts 11a6 zwischen
den Fortsätzen 11a4 und 11a5 der Kreisringscheiben 11a2 und 11a3 des
Grundkörpers 11a des Führungselements 11 umlaufen.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste
der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert
erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information
des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen
Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- - DE 102004002326
A1 [0003]