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Die
Erfindung betrifft eine Drehvorrichtung zum Drehen eines Strahlführungsmagneten
sowie einen Strahlführungsmagnet,
der mit einer derartigen Drehvorrichtung gedreht werden kann. Weiterhin
betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Drehen eines Strahlführungsmagneten.
Die Gegenstände
der Erfindung kommen insbesondere bei Anlagen zum Einsatz, in welchem
ein hochenergetischer Strahl aus geladenen Partikeln mithilfe von
Strahlführungsmagneten
geleitet und umgelenkt wird, wie beispielsweise bei Partikeltherapieanlagen.
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In
derartigen Anlagen werden Partikelstrahlen, deren Partikel oftmals
eine sehr hohe Energie von mehreren 100 MeV aufweisen, in einem
Hochenergiestrahl-Transportsystem geleitet. Immer dann, wenn der
Partikelstrahl in seiner Verlaufsrichtung abgelenkt werden soll,
müssen
Strahlführungsmagnete, üblicherweise
Dipolmagnete, eingesetzt werden. Aufgrund des hohen Magnetfeldes,
das durch die Strahlführungsmagnete
bereitgestellt werden muss, weisen die Strahlführungsmagnete üblicherweise
ein hohes Gewicht, mitunter von mehreren Tonnen, auf.
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Ein
Strahlführungsmagnet
ist dabei üblicherweise
aus zwei Hälften
zusammengesetzt, die jeweils aus einem laminierten Eisenjoch mit
einer eingelegten Spule bestehen. Zu Servicezwecken müssen die
Magnethälften
geteilt werden, um Zugang zur innen liegenden Spule zu ermöglichen.
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Je
nach Ausgestaltung des Hochenergiestrahl-Transportsystems kann es
vorkommen, dass die Dipolmagnete derart eingebaut sind, dass ihre Trennlinie
nicht horizontal, sondern vertikal liegt. Dies ist insbesondere
dann der Fall, wenn eine Strahlablenkung in einer vertikalen Richtung,
d. h. in einer Rich tung mit einer Komponente senkrecht zur Erdhorizontalen,
durchgeführt
werden soll.
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Falls
ein Dipolmagnet mit vertikaler Trennebene zerlegt werden muss, muss
er gedreht werden, bis die Trennebene horizontal liegt, da nur dann
die obere Hälfte
des Dipolmagneten mithilfe eines Krans angehoben werden kann.
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Bekannt
sind kufenartige Konstruktionen, in welche ein Strahlführungsmagnet
eingelegt werden kann. Nach Befestigung des Strahlführungsmagneten
in der Konstruktion, beispielsweise über Schrauben, können die
Kufen abgerollt werden, wodurch ein Strahlführungsmagnet um 90° gedreht
wird. In dieser Position kann eine Hälfte des Strahlführungsmagneten
mit einem Kran abgehoben werden, so dass der Strahlführungsmagnet
insgesamt gewartet werden kann. 1 zeigt
eine derartige Konstruktion, wobei der Strahlführungsmagnet in vertikaler
Position – vor Drehung
in eine horizontale Lage- abgebildet ist.
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Bekannt
ist auch die Möglichkeit,
den Strahlführungsmagneten
in eine Konstruktion einzulegen, welche nach Art einer Wiege ausgebildet
ist. Nach anschließender
Befestigung, was mitunter zusätzliche,
am Magneten montierbare Komponenten zur Befestigung benötiget und
einen erheblichen Montageaufwand bedeutet, kann der Strahlführungsmagnet
gekippt werden, indem die gesamte Wiege gekippt wird.
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Es
ist die Aufgabe der Erfindung, eine Drehvorrichtung zum Drehen von
Strahlführungsmagneten
sowie einen Strahlführungsmagneten
anzugeben, mit der ein Strahlführungsmagnet
auf einfache Weise, kostengünstig
und Platz sparend gedreht werden kann. Weiterhin ist es die Aufgabe
der Erfindung, ein Verfahren zum Drehen eines Strahlführungsmagneten
bereitzustellen, mit dem ein Strahlführungsmagnet auf einfache Weise,
kostengünstig und
Platz sparend gedreht werden kann.
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Die
Aufgabe der Erfindung wird gelöst
durch eine Drehvorrichtung gemäß Anspruch
1, durch einen Strahlführungsmagneten
gemäß Anspruch
8 sowie durch ein Verfahren gemäß Anspruch
12. Vorteilhafte Weiterbildungen finden sich in den Merkmalen der
abhängigen
Ansprüche.
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Die
erfindungsgemäße Drehvorrichtung
zum Drehen eines Strahlführungsmagneten
weist auf:
- – ein Gestell,
- – eine
in dem Gestell drehbar gelagertes Element, welches ausgebildet ist
zum Eingehen einer stabilen, lösbaren
Verbindung mit einem Strahlführungsmagneten.
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Mit
einer derartigen Drehvorrichtung kann ein Strahlführungsmagnet,
der mit dem drehbar gelagerten Element eine stabile, lösbare Verbindung
eingegangen ist, über
eine Drehung des drehbar gelagerten Elements gedreht werden. Über die
stabile, lösbare
Verbindung bildet ein eingebrachter Strahlführungsmagnet temporär eine Einheit
mit dem drehbaren Element. Bei einer Drehung des Strahlführungsmagneten
wird diese Einheit – das
drehbar gelagerte Element verbunden mit dem Strahlführungsmagneten – gemeinsam
gedreht. Zudem ermöglicht die
stabile, lösbare
Verbindung ein einfaches Zusammensetzen des Strahlführungsmagneten
mit der Drehvorrichtung, was eine aufwändige Befestigung des Strahlführungsmagneten
an der Drehvorrichtung mithilfe von Schrauben, oder ähnlichem,
was Montagearbeiten erfordert, überflüssig macht.
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Im
Gegensatz zu kufenartigen Gebilden, wie in 1 gezeigt,
spart eine derartige Drehvorrichtung erheblich an Grundfläche, da
kein Abrollen der Kufen mehr notwendig ist.
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Bevorzugterweise
ist das drehbar gelagerte Element derart ausgebildet, dass die stabile,
lösbare Verbindung
als formschlüssige
Verbindung hergestellt werden kann. Dies kann insbesondere mithilfe eines
drehbar gelagerten Elements erfolgen, welches derart ausgebildet
ist, dass das drehbar gela gerte Element mit einem am Strahlführungsmagneten
angeordneten Gegenpart ineinander greift.
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In
vorteilhafter Weise kann diese formschlüssige Verbindung dadurch hergestellt
werden, dass ein Strahlführungsmagnet
auf das drehbar gelagerte Element abgesenkt wird, beispielsweise
mit einem Kran, der den Strahlführungsmagneten
aus dem Hochenergiestrahl-Transportsystem hebt und in die Drehvorrichtung
einbringt.
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In
einer vorteilhaften Ausführungsform
ist das drehbar gelagerte Element in der Drehvorrichtung derart
angeordnet, dass eine Drehung des drehbar gelagerten Elements, welche
bei der Drehung eines Strahlführungsmagneten
durchgeführt
wird, unter Ausnutzung eines Drehmoments, welches von dem Strahlführungsmagneten
in der lösbaren,
stabilen Verbindung erzeugt wird, durchgeführt wird. Auf diese Weise muss
die Drehvorrichtung selbst – wenn überhaupt – weniger
Energie von sich aus bereitstellen, die zur Drehung nötig ist.
Ein Teil der Energie, die zur Drehung nötig ist, wird durch das Drehmoment, welches
durch den Strahlführungsmagneten
erzeugt wird, bereitgestellt. Dies kann entweder die Gewichtskraft
der Strahlführungsmagneten
beim Absenken des Strahlführungsmagneten
sein, oder die Hebekraft des Krans, welche bei einem erneuten Aufrichten
des Strahlführungsmagneten
das Drehmoment zur Drehung des Strahlführungsmagneten erzeugt.
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In
einer bevorzugten Ausführungsvariante wird
eine Drehung des drehbar gelagerten Elements zur Drehung lediglich
unter Einwirkung eines extern erzeugten Drehmoments durchgeführt. Auf
diese Weise vereinfacht sich die Konstruktion der Drehvorrichtung,
welche dann lediglich eine mechanische Konstruktion ohne Drehmotoren
sein kann. Die Drehvorrichtung muss somit keinen eigenen Antrieb
zum Durchführen
einer Drehung aufweisen.
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Bei
einer einfachen Ausführungsform
kann das drehbar gelagerte Element eine Aussparung zur Aufnahme
eines Vorsprungs aufweisen, welche an dem Strahlführungsmagneten
angebracht ist. Das Zusammenwirken des Vorsprungs und der Aussparung
ermöglicht
auf einfache Weise eine formschlüssige
Verbindung. Das drehbar gelagerte Element kann beispielsweise eine
Achse sein.
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Die
Drehvorrichtung kann weiterhin eine Auflagefläche zum Abstützen eines
in die horizontale Lage gedrehten Strahlführungsmagneten aufweisen.
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Der
erfindungsgemäße Strahlführungsmagnet
weist eine Spule, und eine mechanischen Stabilisierungsvorrichtung
auf, in welcher die Spule angeordnet ist, wobei der Strahlführungsmagnet
eine an der mechanischen Stabilisierungsvorrichtung angeordnete
Komponente aufweist, welche zum Eingehen einer stabilen, lösbaren Verbindung
mit einem drehbar gelagerten Element einer Drehvorrichtung ausgebildet
ist.
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Üblicherweise
lässt sich
der Strahlführungsmagnet
entlang einer Ebene zumindest in zwei Hälften zerlegen. Die mechanische
Stabilisierungsvorrichtung kann vornehmlich dazu dienen, ein Eisenjoch
des Magneten, das üblicherweise
eine laminierte Bauweise und dadurch mechanisch nicht die erforderliche
Stabilität
aufweist, und die Spule zu stabilisieren. Spule und Eisenjoch gehören folglich
zu den Magnetfeld erzeugenden Komponenten des Strahlführungsmagneten,
welche üblicherweise
durch die Stabilisierungsvorrichtung stabilisiert werden. Dies kann
beispielsweise über
Haltebleche erfolgen, welche mit dem Eisenjoch zur Stabilisierung
des Eisenjochs verbunden sind. Der Strahlführungsmagnet ist derart ausgebildet,
dass diese mechanische Stabilisierungsvorrichtung nun zum Eingehen
einer stabilen, lösbaren
Verbindung mit der erfindungsgemäßen Drehvorrichtung
ausgebildet ist. Dies ist vorteilhaft gegenüber Ausführungsformen, bei denen eigens Komponenten
zur Drehung an den Magneten montiert und anschließend wieder
demontiert werden müssen.
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Auch
hier kann die an der Stabilisierungsvorrichtung angeordnete Komponente
derart ausgebildet sein, dass mit dem drehbar gelagerten Element der
Drehvorrichtung eine formschlüssige
Verbindung hergestellt wird. Dies kann z. B. durch ein Ineinandergreifen
der Komponente mit dem drehbar gelagerten Element erfolgen.
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Insbesondere
kann die Komponente am Strahlführungsmagneten
derart angeordnet sein, dass die formschlüssige Verbindung durch ein
Absenken des Strahlführungsmagneten
auf das drehbar gelagerte Element hergestellt werden kann. Bei dem
Absenken kann der Strahlführungsmagnet
z. B. mithilfe eines Krans gehalten und in die Drehvorrichtung abgesenkt
werden.
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Beispielsweise
kann die an der Stabilisierungsvorrichtung angeordnete Komponente
als ein Vorsprung der Stabilisierungsvorrichtung ausgebildet sein,
welcher Vorsprung in eine entsprechende Aussparung an dem drehbar
gelagerten Element eingeführt
werden kann.
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Die
Stabilisierungsvorrichtung kann weitere Komponenten aufweisen, beispielsweise
eine Halterungsvorrichtung wie z. B. eine Hebeöse, mit welcher der Strahlführungsmagnet
durch eine Hebe- und Transportvorrichtung wie z. B. einem Kran ergriffen werden
kann. In dieser Transportposition befindet sich die Komponente derart
an der Stabilisierungsvorrichtung, dass die Verbindung durch das
Absenken hergestellt werden kann.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
zum Drehen eines Strahlführungsmagneten
weist folgende Schritte auf:
- – Einbringen
des Strahlführungsmagneten
in eine Drehvorrichtung derart, dass zwischen dem Strahlführungsmagneten
und einem drehbar gelagerten Element der Drehvorrichtung eine stabile,
lösbare
Verbindung hergestellt wird,
- – Drehen
des Strahlführungsmagneten
mit der Drehvorrichtung über
das drehbar gelagerte Element.
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Die
stabile, lösbare
Verbindung mit dem drehbar gelagerten Element kann als formschlüssige Verbindung
hergestellt werden, welche insbesondere aufgrund der räumlichen
Anordnung der ineinander greifenden Komponenten am Strahlführungsmagneten
und an der Drehvorrichtung durch ein bloßes Absenken des Strahlführungsmagneten
in der Drehvorrichtung hergestellt werden kann.
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Wenn
die Verbindung mit dem Strahlführungsmagneten
und der Drehvorrichtung hergestellt ist, kann der Strahlführungsmagnet
in der Drehvorrichtung durch die lösbare Verbindung derart abgestützt werden,
dass durch das Gewicht des Strahlführungsmagneten ein Drehmoment
erzeugt wird, welches zur Drehung des Strahlführungsmagneten ausgenutzt wird.
Dies wird automatisch insbesondere durch eine außermittige Anordnung der Komponente am
Strahlführungsmagneten
erreicht, welche eine Verbindung mit der Drehvorrichtung eingeht.
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Im
Gegensatz zu einer herkömmlichen
wiegeartigen Konstruktion mit mittiger Drehachse weist dieser Aufbau
den Vorteil auf, dass das drehbare Element nicht mit dem vollen
Gewicht des Strahlführungsmagneten
belastet wird, sondern dass ein wechselnder Anteil des Gewichts
immer auch von einer Hebe- und Transportvorrichtung, mit welcher
der Strahlführungsmagnet
auf die Drehvorrichtung abgesenkt wird, aufgenommen wird. In einer
Endstellung kann das Gewicht zu einem Teil von einer Auflagefläche aufgenommen
werden.
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Ausführungsformen
der Erfindung mit vorteilhaften Weiterbildungen gemäß den Merkmalen
der abhängigen
Ansprüche
werden anhand der folgenden Zeichnung näher erläutert, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein.
Es zeigen:
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1 eine
Drehvorrichtung mit Kufen für
einen Strahlführungsmagneten,
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2 eine
Frontansicht eines Strahlführungsmagneten
und eine Drehvorrichtung für
den Strahlführungsmagneten,
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3 eine
Seitansicht des Strahlführungsmagneten
und der Drehvorrichtung
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2 zeigt
eine Frontalansicht eines Strahlführungsmagneten 11,
der sich oberhalb einer Drehvorrichtung 13 für den Strahlführungsmagneten 11 befindet. 3 zeigt
eine Seitansicht desselben Aufbaus.
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Der
Strahlführungsmagnet 11 weist
dabei eine Spule 15 auf, welche in einem Eisenjoch 17 angeordnet
ist. Der Übersichtlichkeit
halber nicht gezeigt ist ein laminierter Aufbau des Eisenjochs 17. Zur
mechanischen Stabilisierung des Eisenjochs 17 und der Spule 15 ist
der Strahlführungsmagnet 11 zwischen
zwei Haltebleche 19 eingefasst, wobei in der Frontansicht
lediglich das vordere Halteblech zu sehen ist. Die Spule 15 und
das Eisenjoch 17 weisen eine Höhe H und eine Dicke D auf.
Ebenfalls in der Seitansicht zu sehen ist die vertikale Trennebene 37 des
Strahlführungsmagneten 11.
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Die
Haltebleche 19 weisen an ihrer Oberseite Hebeösen 21 auf,
wodurch eine Hebe- und Transportvorrichtung wie beispielsweise ein
Kran (nicht dargestellt) den Strahlführungsmagneten 11 aus
seiner Position in einem Hochenergiestrahl-Transportsystem heben
kann und den Strahlführungsmagneten 11 z.
B. zu Wartungszwecken zur Drehvorrichtung 13 bringen kann.
In dieser Hebe- und Transportposition befindet sich ein Fortsatz 23 an
der Unterseite des Halteblechs 19 in einer vertikalen Position,
so dass beim Absenken des Strahlführungsmagneten 11 durch
den Kran dieser Fortsatz 23 in einen Schlitz 25 einer
drehbar gelagerten Achse 27 der Drehvorrichtung 13 eingeführt wird.
Diese Bewegung ist durch den geraden Pfeil angedeutet.
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Die
Achse 27 ist dabei in einem Gestell 29 drehbar
gelagert angeordnet. Durch das Absenken des Strahlführungsmagneten 11 wird
zwischen dem Fortsatz 23, dem Schlitz 25 der Achse 27 und
der Anschlagskante 33 eine formschlüssige Verbindung hergestellt,
welche auf einfache Weise wieder gelöst werden kann, indem der Strahlführungsmagnet 11 durch
den Kran angehoben wird.
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Die
formschlüssige
Verbindung erlaubt eine kontrollierte Drehung des Strahlführungsmagneten 11 über die
drehbar gelagerte Achse 27. Die Drehbewegung ist durch
die gebogenen Pfeile angedeutet. Hierbei kann der Strahlführungsmagnet 11 aus
seiner vertikalen Position in eine horizontale Position gedreht
werden. In der horizontalen Position liegt der Strahlführungsmagnet 11 auf
einer höhenverstellbaren
Auflagefläche 31 auf.
In der horizontalen Position kann der Strahlführungsmagnet 11 gewartet
werden, indem beispielsweise die obere Hälfte des Strahlführungsmagneten 11 durch
einen Kran abgehoben wird, so dass Zugang zum Inneren des Strahlführungsmagneten 11 ermöglicht wird.
Die Höhe
der Auflagefläche 31 kann
z. B. mit einer Bohrungsreihe mit Querstiften 35 oder mit
einer Gewindespindel an die Dicke D des zu drehenden Strahlführungsmagneten
angepasst und variabel eingestellt werden. Eine variable Höhe H des
Strahlführungsmagneten
stellt üblicherweise
auch kein Problem dar, da die Oberkante frei über die Auflagefläche hinausragen
kann. Auf diese Weise kann die Drehvorrichtung mit verschiedenen
Strahlführungsmagneten
verwendet werden.
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Dadurch,
dass der Fortsatz 23 in der vertikalen Position außermittig
angeordnet ist, erzeugt das Gewicht des Strahlführungsmagneten 11 bei
einem weiteren Absenken des Strahlführungsmagneten 11 ein
Drehmoment, durch welches der Strahlführungsmagnet 11 in
die horizontale Position gedreht wird. Es sind folglich keine zusätzlichen
Motoren zur Drehung des Strahlführungsmagneten 11 notwendig.