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Anordnung zur Feineinstellung der Polflächen eines Magneten Die Erfindung
betrifft eine Anordnung zur relativen Feineinstellung der Polflächen eines der Erzeugung
eines hochhomogenen Feldes dienenden Magneten, insbesondere eines dem Zweck gyromagnetischer
Messungen dienenden Magneten, unter Anwendung einer Schraubspindelanordnung zur
mechanischen Deformierung des Magnetkernes.
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Bei gyromagnetischen Resonanzmessungen sind magnetische Felder notwendig,
die sehr stark und außerdem in hohem Maße konstant sein müssen. An die Homogenität
werden extrem hohe Anforderungen gestellt. Es handelt sich dabei um Magnetfelder
von der Stärke von mehr als 10 000 Gauß, die zeitlich und örtlich im Verhältnis
von 1: 100 000 000 konstant bzw. homogen zu halten sind. Die bisher übliche Praxis
der Erzeugung konstanter Magnetfelder sah eine zeitliche Konstanz von 1: 5 000 als
die Grenze des erreichbaren an (vgl. USA.-Patent 2 735 044). Ähnlich liegt es hinsichtlich
der örtlichen Konstanz, d. h. hinsichtlich der Homogenität desselben.
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Werden derartige Magnetfelder zwischen zwei einander parallelen Polschuhen
erzeugt, so sind hohe Anforderungen an die Abgleichmöglichkeit zu stellen, die gewährleistet,
daß die Oberflächen beider Polschuhe parallel sind und parallel bleiben. Es ist
bekannt, bei Bremsmagneten von Elektrizitätszählern den Luftspalt, in dem sich die
Bremsscheibe des Elektromagneten dreht, dadurch einstellbar zu machen, daß die Magnetschenkel
von einer Einstellschraube durchsetzt sind, welche den Abstand der Schenkel einzustellen
gestattet. Dabei werden die Schenkel des Bremsmagneten so ausgebildet, daß sie auseinandergespreizt
und gegeneinandergedrückt werden können, um den gegenseitigen Abstand der beiden
Polflächen des Magneten zu ändern. Eine solche Einstellmöglichkeit wird den Anforderungen
an die Genauigkeit und Konstanz der Felder, wie sie bei einer gyromagnetischen Messung
notwendig sind, nicht gerecht. Dadurch, daß man für das Joch bzw. den Kern des Magneten
elastisches und durchbiegungsfähiges Material verwendet, wird nicht verhindert,
daß unter dem Einfluß des Magnetfeldes sich diese Teile verbiegen. An derartige
Meßanordnungen ist die Anforderung zu stellen, daß die gesamte Anordnung so starr
wie möglich ausgebildet ist. Es ist auch nicht notwendig, bei dem der Erfindung
zugrunde liegenden Verwendungszweck die Feldstärke selbst zu ändern. Hierfür stehen
andere Mittel zur Verfügung. Es handelt sich darum, das Auftreten eines Gradienten
im Luftspalt soweit wie möglich herabzumindern. Wegen der hohen zu erreichenden
Genauigkeit muß ein Kippen der Magnetflächen, zwischen denen in einem Luftspalt
das Feld ausgebildet wird, um weniger als 5 - 10-e cm möglich sein. Darüber hinaus
müssen die Flächen, sind sie einmal in dieser Lage eingestellt, in derselben bleiben.
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Es ist weiterhin bekannt, bei Magneten, welche den Zwecken physikalischer
Messungen dienen und ein sehr starkes, homogenes Magnetfeld liefern sollen, den
Luftspalt in der Weise einstellbar auszubilden, daß der den einen Polschuh tragende
Teil des Magnetjoches durch Spindeln gegenüber dem anderen Teil einstellbar ist.
Dabei gestattet die zur Anwendung gelangende Spindelanordnung sowohl eine parallele
Einstellung der einander zugewendeten Flächen der Polstellung als auch eine Kompensation
eventuell sich infolge der starken magnetischen Kräfte im Joch ergebenden Durchbiegungen.
Hierbei wirkt die Spindelanordnung direkt auf verschiedene Stellen des Kernes. Dadurch
sind der Genauigkeit, die sich nüt derartigen Anordnungen erreichen läßt, Grenzen
gesetzt, die eine derartige Anordnung zur Verwendung bei gyromagnetischen Messungen
ungeeignet machen. Bei der bekannten- Anordnung ist der den einen Pol tragende Teil
des Magnetjoches auf Rollen angeordnet, mit deren Hilfe er auf den Schenkeln des
U-förmigen restlichen Teils des Joches hin und her bewegt wird. Die bei einer solchen
Führung auftretenden
Ungenauigkeiten machen das Erreichen der bei
der Erfindung zu stellenden Anforderungen an die Genauigkeit unerreichbar. Bei dieser
bekannten Anordnung wird der den einen Polschuh tragende Teil des Magnetjoches durch
vier Spindeln eingestellt. Selbst innerhalb der damit erreichbaren Genauigkeit kann
sich der durch die Spindeln verschiebbare Teil des Magnetjoches noch innerhalb der
Ebene infolge der Magnetkräfte verbiegen, die durch die vier Spindeln bestimmt wird.
Aufgabe der Erfindung ist es, die vorbeschriebenen Unzulänglichkeiten und Nachteile
der bekannten Einrichtungen zu beseitigen. Das wird bei einer Einstellanordnung
der eingangs genannten Art in einfacher Weise dadurch erreicht, daß erfindungsgemäß
die Schraubspindelanordnung einerseits gegen eine Stelle des Magnetkernes und andererseits
gegen einen an einer anderen Stelle am Magnetkern befestigten durchbiegungsfähigen
Arm von einem Querschnitt wirkt, der geringer als der Kernquerschnitt ist.
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Die Dimensionen des Magnetkernes und des Joches sind derart, daß sich
eine sehr hohe Starrheit der gesamten Anordnung ergibt, welche die notwendige Konstanz
der Magnetfelder gewährleistet. Zur Feineinstellung wird die Tatsache ausgenutzt,
daß selbst ein so starres Gebilde noch verformt werden kann, wobei die auftretenden
Durchbiegungen allerdings von so geringem Ausmaß sind, daß sie sich gerade in der
Größenordnung bewegen, innerhalb der eine Einstellung der Parallelität der Polflächen
gewünscht wird. Die auf diese Weise erreichbaren Homogenitätsverhältnisse entsprechen
den eingangs dargestellten Forderungen. So ergibt sich beispielsweise bei Polflächen
von 30 cm Durchmesser und einem Luftspaltabstand von etwa 7,5 cm eine Parallelität,
die auf wenige hunderttausendstel Millimeter genau ist, so daß sich eine Homogenität
des Magnetfeldes von etwa 1 : 100 000 000 ergibt.
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Die vorstehend erörterten Merkmale und weitere Merkmale und Zweckmäßigkeiten
der Erfindung ergeben sich aus den Zeichnungen und den Figuren. Von den Figuren
zeigt F i g. 1 eine Seitenansicht einer Magnetenanordnung gemäß der Erfindung, F
i g. 2 eine entsprechend der Linie 11-11 der F i g. 1 betrachtete Seitenansicht,
F i g. 3 einen vergrößerten Querschnitt eines Teiles der Anordnung gemäß F i g.
1, wobei die maßgebliche Schnittlinie mit 111-III in F i g. 2 bezeichnet ist, F
i g. 4 eine Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen
Magneten, F i g. 5 eine vergrößerte Querschnittsdarstellung eines Teiles der in
F i g. 4 wiedergegebenen Anordnung, wobei in F i g. 4 die Schnittlinie mit V-V bezeichnet
ist, F i g. 6 eine Seitenansicht einer dritten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen
Magneten, F i g. 7 eine Seitenansicht einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform.
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In F i g. 1 bis 3 ist ein Elektromagnet dargestellt, der aus einem
im wesentlichen rechteckigen Joch 1 besteht, das aus hochpermeablem Material hergestellt
ist, beispielsweise aus Eisen besteht; zwei magnetische Pole 2 sind in nahem Abstand
zueinander und miteinander fluchtend angeordnet. Die einander zugewendeten Flächen
der Polstücke 2 bilden Polflächen 20, die flach und im wesentlichen parallel geschliffen
sind. Eine elektrische Spulenanordnung 3 ist koaxial auf jedem der einander zugewendeten
Polstücke 2 vorgesehen; die Spulen werden derart mit elektrischem Strom gespeist,
daß der eine der Pole ein Nordpol und der andere der Pole ein Südpol wird.
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Die Jochanordnung 1 wird von einem Magnetfuß 4
getragen,
welcher zwei Zapfenlager 5 besitzt, dis axial zu den Polstücken 2 angeordnet sind.
Ein Biegungsmoment ausübender Hebelarm 6 ist an dem Joch 1 befestigt, wobei
drei Schraubbolzen 7 sich durch den Arm 6 hindurch und in die Verlängerungszapfen
des Joches 1 erstrecken. Der Arm 6 erstreckt sich nach oben in paralleler Richtung
zu dem Magnetjoch 1 und ist an seinem freien Ende unter Anwendung von drei Schraubbolzen
9, die in Gewindelöcher eingreifen und Bohrungen der Schubplatte 8 durchsetzen,
an letzterer befestigt.
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Die Platte 8 besitzt in der Mitte eine Bohrung, die ein Innengewinde
hat, in welches das eine Außengewinde eines an seinen beiden Enden verschiedene
Gewinde besitzenden Schraubbolzens 11 eingreift Das andere Ende des Schraubbolzens
11 besitzt ein Gewinde, dessen Gewindesteigung wesentlich anders ist als
die des erstgenannten Gewindes. Das zweite Gewinde des Schraubbolzens 11 dreht sich
in dem Innengewinde eines Zapfens 12, der in das Magnetjoch 1 eingeschraubt
ist und in dieser Stellung durch eine Gegenmutter 13, die über sein Außengewinde
geschraubt wird, festgelegt ist. Der mittlere Teil des Einstellbolzens
11 besitzt Sechseckform, die dem Sechseckinnenteil eines Schlüssels
14 entspricht, der koaxial zu dem Einstellschraubbolzen 11 angeordnet ist.
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Bei Verdrehung der Einstellschraube 11 um einen bestimmten
Winkel, die mit Hilfe des Schraubenschlüssels 14 durchgeführt wird, wird ein entsprechendes
Biegungsmoment auf den Arm 6 ausgeübt, der entweder nach innen oder nach
außen in bezug auf das Joch 1 gebogen wird, wobei auf das Joch 1 durch die Wirkung
des Armes 6 ein Biegungsmoment ausgeübt wird.
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Je nachdem, ob der Arm 6 nach innen zu dem Joch hin oder nach außen
von dem Joch weg bewegt wird, wird ein Biegungsmoment des einen oder des anderen
Sinnes auf das Joch ausgeübt. Es hat sich gezeigt, daß ein solches Biegungsmoment
ausreicX um eine geringfügige Deformation des Joches 1 hervorzurufen, so
daß die Parallelität der Polflächen 10
und der Polstücke 2 eingestellt werden
kann.
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Wenn der Magnet in einem gyromagnedschen Resonanzapparat hohen Auflösungsvermögens
benutzt wird, kann man beobachten, wie sich die Resonanzauflösung des zu untersuchenden
ProW stückes, das sich in dem Luftspalt des Magneten befindet, ändert, wenn eine
Einstellung der Einstellschraube 11 vorgenommen wird. Es wird die Einstellschraube
11 mittels des Schraubenschlüssels 14 so lange verstellt, bis maximales
Auflösungsvermögen erreicht wird. Wenn das höchste Auflösungsvermögen erreicht ist,
ist dies ein Anzeichen dafür, daß die Polflächen sich in ihrer günstigsten Stellung
in bezug auf Parallelität befinden, und zwar bezogen auf eine Richtung, die in der
Richtung des Armes 6 liegt.
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Will man Parallelität erreichen in einer Ebene, die unter einem rechten
Winkel zu der Längsrichtung des Armes 6 liegt, so ist ein Ansatz an dem Joch 3 vorzusehen,
welcher sich unter einem rechten Winkel in bezug auf das Joch erstreckt, und zwar
zweckmäßigerweise an dem Kreuzungspunkt des Joches 1
und
der Polstücke 2. Eine zweite Einstellschraube der vorstehend erörterten Art und
ein zweiter Biegearm werden unter rechten Winkeln zu den bereits dargestellten Bauteilen
angeordnet, um die Einstellung der Polflächen auf Parallelität zu ermöglichen.
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Im allgemeinen ist bei gyromagnetischen Resonanzapparaten hohen Auflösungsvermögens
eine Feineinstellung in bezug auf Parallelität der Polflächen nur in einer Ebene
erforderlich, da kleine Inhomigenitäten des magnetischen Feldes, die auf nicht parallele
Polflächen in einer Ebene senkrecht zu der erstgenannten Ebene zurückgehen, sich
bei Anwendung eines drehenden Probestückes herausmitteln. Die Anwendung eines rotierenden
Probestückes ist in der USA.-Patentanmeldung 437 770 von Felix. Bloch betitelt »Gyromagnetischer
Apparat mit geringen Linienbreiten« erörtert.
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In F i g. 4 und 5 ist eine zweckmäßige weitere Ausbildung der Erfindung
dargestellt. Bei dieser Ausführungsform ist eine mit Doppelgewinde versehene Einstellschraube,
wie sie zuvor im Zusammenhang mit F i g. 1 bis F i g. 3 erörtert wurde, bei einem
Elektromagneten, der ein C-förmiges Joch besitzt, gezeigt. Das dargestellte Joch
21 besitzt zwei miteinander fluchtend angeordnete Polstücke 2, die im wesentlichen
parallele polierte Polflächen 10 besitzen. Auf den Polstücken 2 sind koaxial
elektrische Spulen vorgesehen.
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Die freien Enden des C-förmigen magnetischen Joches 21 sind mittels
einer zwei verschiedene Gewinde besitzenden Einstellschraube 11 verbunden, wobei
sich auf dem Schraubbolzen 11 ein Schraubenschlüssel 14 befindet. Es besitzen die
beiden Enden des Schraubbolzens 11 Gewinde verschiedener Steighöhe, die in entsprechende
Innengewinde von Bolzen 12 eingeschraubt werden, welch letztere in die freien Enden
des magnetischen Joches 21 eingeschraubt sind und unter Anwendung von Gegenmuttern
13 festgelegt sind.
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Im Betrieb wird die Parallelität der Polflächen 10 dadurch eingestellt,
daß mittels des Schraubenschlüssels 14 der Schraubbolzen 11 verdreht wird. Bei Verdrehen
des Schraubbolzens in der einen oder in der anderen Richtung werden die freien Enden
des Joches 21 auseinandergezogen oder zusammengezogen, je nach dem Drehsinn. Dadurch
ergibt sich eine geringe Feineinstellung der Parallelität der einander zugewendeten
Polflächen 10.
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In F i g. 6 ist eine besondere Ausgestaltung der Erfindung gezeigt.
Bei dieser Ausführungsform besitzt das C-förmige Magnetjoch 22 zwei im wesentlichen
parallele Verlängerungen 23, die sich an der Rückseite des Joches nach außen ,erstrecken;
diese Verlängerungen gestatten Einstellung der Parallelität der Polflächen, ohne
daß der Zugang zu dem Luftspalt des Magneten beeinträchtigt wird. Die Schraubbolzenanordnung
ist die gleiche, die in Verbindung mit F i g. 4 und 5 erörtert wurde, und greift
an den beiden Verlängerungen 23 des C-förmigen Magneten 22 an.
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Bei einem Verdrehen des Schraubbolzens 11 unter Anwendung des Schraubenschlüssels
14 werden die Verlängerungen 23 des Joches zueinander hingezogen oder auseinandergezogen,
je nach dem Drehsinn des Schraubbolzens 11. Die Deformation derFortsätze23 des Joches,
bedingt durch die Wirkung des Schraubbolzens 11, dient dem Zweck, ein Biegemoment
auf das Joch 22 zu übertragen, wodurch sich eine Feineinstellung der Parallelität
der Polflächen 10 ergibt. Der Vorteil dieser Anordnung ist in dem ungehinderten
Zugang des Magnetspaltes zu sehen.
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In F i g. 7 ist noch eine weitere zweckmäßige Ausgestaltung der Erfindung
gezeigt. Bei dieser Ausführungsform, die im wesentlichen der Ausführungsform gemäß
F i g. 1 bis 3 entspricht, hat. das magnetische Joch im wesentlichen achteckige
Gestalt, wobei das Joch 24 zwei Magnetpole 2 trägt, die miteinander fluchtend und
einander gegenüberliegend angeordnet sind. Die einander gegenüberliegenden Enden
der Polstücke 2 besitzen ebene und im wesentlichen parallele Polflächen 10. Stromspulen
3 sind koaxial auf den Polstücken 2 angeordnet und erzeugen zwischen den Polstücken
2 in dem Luftspalt ein starkes magnetisches Feld, wenn sie durch einen Strom erregt
werden. Ein Einstellschraubbolzen, der im wesentlichen dem in F i g. 1. bis 3 dargestellten
Schraubbolzen entspricht, ist an das Joch 24 angesetzt. Ein Arm 6 ist unter
Anwendung einer Mehrzahl von Schraubbolzen 25 mit Sechseckkopf an dem Joch befestigt.
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Die Betätigung der Anordnung gemäß F i g. 7 entspricht im wesentlichen
der Betätigung der in F i g. 1 dargestellten Anordnung. Wird mittels des Schraubenschlüssels
14 der Schraubbolzen 11 gedreht, so übt der Arm 6 ein Biegemoment auf das magnetische
Joch 24 aus. Dieses Moment überträgt sich über das Joch 24, so daß eine geringfügige
Einstellung der Parallelität der beiden Polflächen 10 entsprechend der Winkelverstellung
des Einstellschraubbolzens 11
auftritt.
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Es kann die dargestellte Konstruktion in. verschiedener Weise in einer
für einen Fachmann naheliegenden Art abgeändert werden, ohne daß dadurch der allgemeine
Erfindungsgedanke verlassen wird. Die Beschreibung und die Figuren erläutern ein
Ausführungsbeispiel der Erfindung, sollen aber in diesem Sinne nicht die Erfindung
einengen.