DE2146032A1

DE2146032A1 - Vorrichtung zum einstellen der magnetkerne von hochleistungsmagneten

Info

Publication number: DE2146032A1
Application number: DE2146032A
Authority: DE
Inventors: Joerg Dipl Ing Haas
Original assignee: Bruker Biospin GmbH
Current assignee: Bruker Biospin GmbH
Priority date: 1971-09-15
Filing date: 1971-09-15
Publication date: 1973-03-29
Also published as: DE2146032B2; DE2146032C3; US3781735A

Description

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Anmelderint Stuttgart, 3· September 1971

Bruker-Physik AG P 2394 S/kg

7501 Karlsruhe-Forchheim
Silberstreifen

Vorrichtung zum Einstellen der Magnetkerne von Hochleistungsmagneten

Die Erfindung "bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Einstellen der Planparallelität der Polflächen der Magnetkerne von Hochleistungsmagneten, die ein Magnetjoch, in das Magnetjoch eingesetzte Führungsrohre und in den Führungsrohren gelagerte Magnetkerne aufweisen.

Hochleistungsmagnete, wie sie zu Forschungszweckeη und beispielsweise bei der Spinresonanzspektrometrie eingesetzt werden, dienen zur Erzeugung eines möglichst homogegen Magnetfeldes hoher Feldstärke im Luftspalt zwischen

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den Enden ihrer Magnetkerne, die'häufig mit besonderen Polplatten versehen sind. Die Homogenität des Magnetfeldes hängt außer von den Materialeigenschaften der. verwendeten Polplatten in hohem Maße von der geometri- ^: sehen Anordnung, insbesondere von der Planparallelität des Luftspaltes ab. Häufig machen sich schon Abweichungen von wenigen tausendsten Millimetern in der Parallelität des Luftspaltes störend bemerkbar. Wegen des fertigungaund funktionsbedingten Spieles zwischen den Magnetkernen und den Führungsrohren, in denen die Magnetkerne häufig zur Einstellung der Breite des Luftspaltes in ihrer Längsrichtung verschiebbar sind, fluchten die Achsen der Magnetkerne normalerweise nicht genau miteinander, sondern bilden vielmehr einen mehr.oder weniger großen Winkel, Dadurch entsteht ein Fehler in der Planparallelität der Stirnseiten der Magnetkerne und damit auch in der Parallelität auf den Stirnseiten aufgesetzter Polplatten. Infolgedessen wird das Feld im Luftspalt inhomogen. Vorrichtungen zum Einstellen der Planparallelität der Polflächen der Magnetkerne welche Polflächen also entweder von den Stirnflächen der Magnetkerne oder von aufgesetzten Polplatten gebildet werden können, haben den Zweck, durch ein Justieren der Polflächen Homogenitätsfehler des Magnetfeldes, die durch mangelnde Planparallelität der Polflächen bedingt sind, soweit wie nur möglich auszuschalten·

Es ist bei Hochleistungsmagneten, die auf die Magnetkerne aufgesetzte Polplatten aufweisen, bekannt, auf die aufgesetzten Polplatten in Richtung der Magnetkernachse wirkende Paare von Zug- und Druckschrauben anzubringen,

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mit denen die Stellung der Polplatten justiert werden kann· Die Anwendung solcher Paare von Zug- und Druckschrauben hat den 'Nachteil, daß sie keine ausreichend feinfühlige Einstellung erlauben und der Justiervorgang sehr umständlich ist· Außerdem wird durch die Anwendung solcher Zug- und Druckschrauben nicht das Spiel. zwischen Magnetkern und Führungsrohr ausgeschaltet, so daß die Magnetkerne in den Führungsrohren ihre Lage verändern, wenn .der Magnet um die Achse seiner Führungsrohre verschwenkt wird, um das Magnet joch in eine für die jeweilige Aufgabe geeignete, gewöhnlich horizontale oder vertikale Stellung zu bringen. Zu diesem Zweck sind viele Hochleistungsmagnete an den aus dem Magnet joch nach außen herausragenden Enden der Führungsrohre in einem Gestell schwenkbar gelagert. Bei Anwendung justierbarer Polplätten muß nach jedem Verschwenken des Magneten die aus den oben genannten Gründen sehr schwierige und zeitraubende Justierung wiederholt werden·

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Einstellen der Planparallelität der Polflächen der Magnetkerne zu schaffen, mit deren Hilfe nicht nur die Einstellung auf einfache Weise und mit hoher Genauigkeit vorgenommen werden kann, sondern die darüber hinaus eine Fixierung der Magnetkerne radial zu den Führungsrohren bewirkt, so daß die planparallele Ausrichtung der Polflächen bei einem Verschwenken des Magneten um die Achse seiner Führui^srohre erhalten bleibt, trotzdem soll die Vorrichtung zum Einstellen der Planparallelität die Verstellbarkeit der Magnetkerne in den Führungsrohren in

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Axialrichtung der Magnetkerne, sofern eine solche Verstellbarkeit vorgesehen ist, nicht-behindern·

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß mindestens einer der Magnetkerne nahe seinen Enden in Stützringen·gelagert ist, die den Magnetkern praktisch spielfrei umgeben und von denen der eine mit dem Führungsrohr starr verbunden ist und eine ballige Innenfläche aufweist, wogegen der andere radial zum Führungsrohr verstellbar ist.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird also nicht eine Polplatte gegenüber dem Magnetkern, sondern der Magnetkern gegenüber dem Führungsrohr verstellt· Zu diesem Zweck ist der Magnetkern nicht mehr wie bisher auf seiner ganzen Länge im Führungsrohr gelagert, sondern nur noch an zwei Stellen nahe seinen Enden. Im übrigen hat der Magnetkern im Führungsrohr ausreichend Spiel, um die zur Einstellung seiner Polfläche erforderliche Schwenkbewegung gegenüber dem Führungsrohr ausführen zu können. Die ballige Oberfläche des mit dem Führungsrohr starr verbundenen Stützringes läßt ebenfalls eine solche Schwenkbewegung zu, ohne daß zu diesem Zweck ein Spiel zwischen dem ortsfesten Stützring und dem Magnetkern bestehen müsste oder die Gefahr eines Verklemmens des Magnetkernes besteht. Daher bleibt der Magnetkern unabhängig von seiner Einstellung in seiner Längsrichtung in den Stützringen verschiebbar, wenn eine solche Verschiebbarkeit gefordert wird. Die Verstellung des beweglichen Stützringes kann auf einfache Weise durch geeignete Stellmittel erfolgen, die

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zweckmäßig in zwei zueinander senkrechten Radialrichtungen wirken. Man kommt daher mit sehr wenigen Stellmitteln aus, die eine sehr einfache Justierung gewährleisten. Darüber hinaus beträgt die Veränderung der Parallelität des Luftspaltes nur einen Bruchteil der Strecke, um den der verstellbare Ring in Radialrichtung verschoben wird, welcher Bruchteil vom Verhältnis des Durchmessers des Magnetkernes zum Abstand der Stützringe voneinander abhängt und in den meisten fällen 1/2 bis 1/4- betragen wird. Dadurch wird die Einstellung feinfühliger als bei der bekannten Verstellung der Polplatten·

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird der mit dem Führungsrohr fest verbundene Stützring in einfacher Weise von einer an der Innenseite des Führungsrohres angebrachten Wulst gebildet. Auf diese Weise ist gewährleistet, daß Lageveränderungen des Magnetkernes durch eine Verschiebung des mit dem Führungsrohr fest verbundenen Stützringes nicht eintreten kann.

Der verstellbare Stützring kann in einfacher Weise zwischen den Enden auf seinen Umfang verteilter, radial gerichteter und in das Führungsrohr oder einen mit dem Führungsrohr verbundenen Justierring eingeschraubten Stellschraubengehalten sein. Solche Stellschrauben sind auf einfache Weise anzubringen und auch einfach in der Handhabung. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Stellschrauben paarweise einander diametral gegenüberstehend angeordnet sind und sich eine Stellschraube des Paares unter Zwischenschaltung eines Federelementes an dem

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Stützring abstützt. In diesem Fall ist durch Verdrehen beider Stellschrauben eine Grobverstellung möglich, während zur Feinverstellung nur noch die eine, ungefederte Schraube verdreht zu werden braucht,.während das zwischen der anderen Stellschraube und dem Stützring angeordnete Federelement die zur Feinjustierung erforderlichen, geringfügigen Verschiebungen des Stützringes aufnimmt. Es versteht sich, daß die ungefederten Stellschrauben zweckmäßig diejenigen sind, auf denen das Gewicht des Magnetkernes lastet, während die Federelemente nur zur Ausschaltung von Spiel dienen· Dabei ist es zweckmäßig, Federelemente zu verwenden, die eine sehr flache Kennlinie haben, wie beispielsweise Tellerfederpakete. Statt dessen können jedoch auch beispielsweise Schraubenfedern, Blattfedern oder Gümmielemente Anwendung finden. Das Einschalten von Federelementen erleichtert nicht nur die Justierung, sondern verhindert auch, daß der Magnetkern zwischen den einander gegenüberstehenden Justierschrauben eingeklemmt wird, so daß eine Verstellung in Längsrichtung der Magnetkerne unmöglich würde. Die Vorspannkraft der Federelemente wird zweckmäßig gleich dem halben Gewicht des Magnetkernes gewählt, damit der Magnetkern auch beim Schwenken des Magneten sicher gehalten wird. Es genügt bei einer solchen Anordnung die Anwendung zweier um 90° gegeneinander versetzter Stellschraubenpaare, um eine einwandfreie Justierung des Luftspaltes zu ermöglichen·

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung können sich die Stellschrauben bzw. die Federelemente unter Zwischenschaltung von Druckbacken an dem verstellbaren Stützring

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abstützen· Solche Druckstücke haben nicht nur den Vorteil, daß sie eine bessere Verteilung der von den Stell· schrauben ausgeübten Kräfte auf den Stützring gewährleisten und den Stützring von den beim Verdrehen der Stellschrauben auftretenden Torsionskräften freihalten, sondern sie ermöglichen darüber hinaus in besonders einfacher Weise die Verwendung von Stellschrauben, die zwei gleichsinnige Gewinde mit nur geringfügig verschiedener Steigung aufweisen, von denen das eine mit einem Gegengewinde' des Führungsrohres oder des Justierringes und das andere mit einem Gegengewinde des Druckstückes in Eingriff steht· Das hohe Gewicht der Magnetkerne macht es erforderlich, Stellschrauben mit einem relativ groben Gewinde zu verwenden, weil Feingewinde bei praktikabler Gewindelänge der Belastung durch die Magnetkerne nicht standhalten· Grobe Gewinde haben aber notwendig eine relativ große Steigung, die eine sehr genaue Einstellung der Parallelität des Luftspaltes erschwert. Bei der Verwendung von Stellschrauben, die zwei gleichsinnige Gewinde mit nur geringfügig verschiedener Steigung aufweisen, findet jedoch bei einer vollen Umdrehung der Stellschraube eine Lageänderung des verstellbaren Stützringes statt, die nur gleich der Differenz zwischen den beiden Gewindesteigungen ist· Auf diese Weise wird eine große Untersetzung erzielt, die ohne große Mühe die Justierung der Parallelität des Luftspaltes mit sehr großer Genauigkeit ermöglicht· Dabei können die beiden Gewinde der Stellschrauben entweder axial hintereinander angeordnet sein, so daß auch das Druckstück eine Gewindebohrung für das ent-

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sprechende Gewinde der Stellschraube aufweisen muß, sie können aber auch koaxial zueinander angeordnet sein, so daß das Druckstück einen Gewindezapfen tragen muß, der in daa zum Außengewinde der Stellschraube koaxial angeordnete Innengewinde eingreift.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist der verstellbare Stützring in einer Hingnut des Führungsrohres oder des Justierringes angeordnet. Durch diese Maßnahme wird der Stützring auf einfache Weise gegen eine Axialverschiebung gesichert, was besonders in dem Falle von Bedeutung ist, wenn der Magnetkern in seiner Längsrichtung verschiebbar ist und beim Verschieben des Hagnetkernes auf den Stützring erhebliche Reibungskräfte ausgeübt werden, die bestrebt sind, den Stützring in Axialrichtung mitzunehmen. Zum Einlegen des Stützringes in die Hingnut kann der Stützring zweiteilig ausgebildet sein· Vorteilhafter ist jedoch die Anbringung eines Schrägschlitzes, der es ermöglicht, den Stützring zum Einsetzen in die Ringnut auf den notwendigen kleinen Durchmesser zusammenzubiegen.

V/eitere Einzelheiten und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsform der Erfindung. Die der Beschreibung und der Zeichnung zu entnehmenden Merkmale können bei anderen Ausführungsformen der Er- · findung einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination Anwendung finden· Es zeigen

Fig. 1 teilweise in Seitenansicht und teilweise, im Schnitt einen Hochleistungsmagneten mit einer Einstellvorrichtung nach der Erfindung,

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Fig. 2 eine Draufsicht auf die Einstellvorrichtung des Hochleistungsmagneten nach Fig. 1,

Fig. 3 einen Schnitt längs der Linie IH-III durch die Einstellvorrichtung nach Fig. 2 und

Fig. 4- einen Teilschnitt längs der Linie IV-IV durch die Einstellvorrichtung nach Fig. 2.

Der in Fig. 1 'dargestellte Hochleistungsmagnet weist ein rechteckiges Magnetjoch 1 auf, in dem zwei einander gegenüberstehende Führungsrohre 2 befestigt sind. Auf jeden der Führungsrohre 2 ist eine Magnetspule 5 angeordnet, während innerhalb jedes Führungsrohres ein Magnetkern 4-gelagert ist. Die Stirnflächen 5 äer Magnetkerne 4 stehen einander mit Abstand gegenüber und begrenzen als Polflächen einen Luftspalt 6, in dem mit Hilfe der Magnetspulen 3 ein möglichst homogenes Magnetfeld hoher Feldstärke· erzeugt werden kann. Zur Einstellung der Breite des Luftspaltes sind die beiden Magnetkerne 4- in den Führungsrohren 2 in ihrer Längsrichtung verschiebbar gelagert und mit Hilfe je einer an den äußeren Enden der Führungsrohre 2 angebrachten Stelleinrichtung 7 verstellbar. Weiterhin ist der Magnet an den aus dem Magnetjoch 1 herausragenden Enden der Führungsrohre 2 in einem Gestell 8 um die Längsachse, der Führungsrohre 2 verschwenkbar gelagert. Insoweit ist die Ausbildung des Hochleistungsmagneten nach Fig. 1 herkömmlicher Art und braucht deshalb nicht weiter beschrieben zu werden.

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Wie aus den Fig. 2 Ma 4 näher ersichtlich, ist »jeder der beiden Magnetkerne 4 in dem Führungsrohr 2 mit Spiel angeordnet und wird nur von zwei Stützringen 11 und 12 gehalten, von denen der Stützring 11 durch eine "ballige Wulst an der Innenfläche des Führungsringes 2 gebildet wird. Wie aua Fig. 1 ersichtlich, "befindet sich die Wulst 11 nahe dem. äußeren Ende des Magnetkernes 4 etwa in der Mitte des jeweiligen Schenkels des Magnetjoches 1· Während der von der Wulst gebildete Stützring 11 mit dem Führungsrohr 2 starr verbunden und. daher gegenüber dem Führungsrohr unbeweglich ist, ist der zweite Stützring 12. radial zum Führungsrohr 2 verstellbar· Zu diesem Zweck ist dieser Stützring 12 in einer Ringnut 13 eines Justierringes 14 angeordnet, der in nicht näher dargestellter V/eise an dem inneren Ende des Führungsrohres 2 befestigt ist. Innerhalb dieser Ringnut ist der verstellbare Stützring 12 von Stellschrauben 15 und 16 gehalten, die in entsprechende Gewindebohrung des Justierringes 14 eingeschraubt sind und unter Zwischenschaltung von Druckstücken 17 bzw· den verstellbaren Stützring 12 radial abstützen. Jeder verstellbare Stützring 12 ist von zwei Paaren einander diametral gegenüberstehender Stellschrauben 15 und 16 gehalten, die um 90° gegeneinander versetzt sind, so daß eine Verstellung des Stützringes 12 in zwei zueinander senkrechten Richtungen möglich ist. Bei der Vertikalstellung des Magnetjoches 1 sind die beiden Paare von Stellschrauben 15 und 16 auf Achsen angeordnet, die mit der Vertikalen einen Winkel von 4-5° bilden. Die in dieser Stellung unterhalb der Horxzontalebene liegenden

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Stellschrauben 15* die also das vordere Ende des Magnetkernes 4 von unten abstützen und daher das volle Gewicht des Hagnetkernes aufzunehmen haben, greifen mit einem Gewindezapfen 19 in eine entsprechende Gewindebohrung des zugeordneten Druckstückes 17 ein, so daß in ifeder gewählten Stellung eine starre Verbindung zwischen der Stellschraube 15 und dem Druckstück 17 vorhanden ist. Im Gegensatz dazu ist zwischen den bei der genannten Stellung oberhalb der*Horizontalebene angeordneten Stell-

schrauben 16 und den Druckstücken 18 auf einem Zapfen der Stellschraube 16 ein Teilerfederpaket 22 angeordnet, mit dem sich die Stellschraube 16 an dem Druckstück 18 abstützt· Auf diese V/eise ist es möglich, mit Hilfe der unteren Stellschrauben 15 den Stützring 12 radial zum Führungsrohr 2 zu verstellen, ohne daß bei einer feinen Verstellung die Stellschrauben 16 nachgedreht werden müssten·

Nachdem durch ein Verdrehen der Stellschrauben 15 und unter Ausgleich der Fertigungstoleranzen ein annähernd paralleler Luftspalt 6 zwischen den PoIflachen 5 der Magnetkerne 4- eingestellt worden ist, genügt es, zur Einstellung eines genau planparallelen Luftspaltes nur noch die unteren Stellschrauben 15 zu verdrehen, weil die zwischen den oberen Stellschrauben 16 und den zugeordneten Druckstücken 18 angeordneten Federelemente in Form der Tellerfederpakete 22 die nur noch sehr geringe Radialverschiebung des verstellbaren Stützringes 12 mit dem Magnetkern 4· aufzunehmen vermögen, Die Anwendung von Tellerfedern hat den Vorteil, daß sie eine sehr flache

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Kennlinie besitzen und daher die von ihnen auf den Stützring ausgeübte Kraft im wesentlichen konstant bleibt. Diese Kraft ist so bemessen,■ daß sie etwa dem halben Gewicht des Magnetkernes gleich ist, damit der Hagnetkern zwar in allen Winkelstellungen des Llagnet^oohes sicher gehalten wird, andererseits aber die auf den Stützring 12 ausgeübte Kraft nicht zu groß ist, um eine Axialverschiebung des Magnetkernes zu behindern· Durch das Einlegen des Stützringes 12 in die Ringnut des Justierringes 14 ist der Stützring 12 gegen eine Axialverschiebung beim Verstellen des Magnetkernes 4 in Axialrichtung einwandfrei gesichert·

Um weiterhin eine sehr feinfühlige Verstellung des Stützringes 12 mit dem Magnetkern 4 zu ermöglichen, hat das Gewinde 25 der Stellschraube 15» das in den Justierring 14 eingeschraubt ist, eine nur etwas größere Steigung als das Gewinde 19, das in die Gewindebohrung des zugeordneten Druckstückes 17 eingreift. Auf diese Weise wird das Druckstück 17 und mit ihm der Stützring bei einer vollen Umdrehung der Stellschraube 15 nur um eine Strecke radial verschoben, die der Differenz der Steigungen der beiden Gewinde 25 und 19 gleich ist· Es ist daher möglich, trotz Anwendung grober Gewinde, wie sie zur Aufnahme der Last des Magnetkernes 4 erforderlich sind, bei einer Umdrehung der Stellschraube 15 Verschiebungen von nur geringen Bruchteilen eines Millimeters zu erzielen. ·

Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel befindet sich der feste Stützringj in Höhe des Magnatjoches 1 nahe dem äußeren Ende des Führungsrohres 2, wogegen der verstellbare

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otützring 12 nahe dem Luftspalt 6 angeordnet ist. Daher überlagern sich "beim Verstellen des Magnetkernes zwei den Feldverlauf beeinflussende Effekte, nämlich die Planparallelität und die Zentrizität. Ist eine solche Überlagerung der Effekte unerwünscht, könnte der feste Stützring auch in der Nähe des Luftspaltes und der verstellbare Stützring am äußeren Ende des Führungsrohres angebracht werden. Auf diese Weise kann die erfindungsgemäße Anordnung auf Jeden Bedarfsfall optimal abgestimmt werden.

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Claims

Patentansprüche

\ 1./ Vorrichtung zum Einstellen der Planparallelität der Polflächen der Magnetkerne von Hochleistungs-Eiagneten, die ein Magnetjoch, in das Magnetjoch eingesetzte Führungsrohre und in den Führungsrohren gelagerte Magnetkerne aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einer der Magnetkerne (4·) nahe seinen Enden in Stützringen (11 und 12) gelagert ist, die den Magnetkern (4-) praktisch spielfrei umgeben und von denen der eine mit dem Führungsrohr (2) starr verbunden ist und eine ballige Innenfläche aufweist,' wogegen der andere radial zum Führungsrohr (2) verstellbar ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der mit dem Führungsrohr (2) fest verbundene .Stützring (11) von einer an der Innenseite des Führungsrohres angebrachten Wulst gebildet wird,
3· Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der verstellbare Stützring (12) zwischen den Enden auf seinen Umfang verteilter, radial gerichteter und in dan Führungsrohr oder einen mit dem Führungsrohr (2) verbundenen Justier ring (14-) eingeschraubten Stellschrauben (15 und 16) gehalten ist.
4-. Vorrichtung nach Anspruch 5> dadurch gekennzeichnet;, daß die StelLschrauben (15 und Ib) paarweise einander diametral'gegenüberstehend angeordnet sind und sich eine Stellschraube (16) den Paare3 unter Zwischenschaltung eines Federelementes (22) an dom Stübzring (12) abstützt.

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BAD ORIGINAL
5· Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Stellschrauben (15) bzw. die Federelemente (22) unter Zwischenschaltung von Druckstücken (17 bzw. 18) an dem verstellbaren Stützring (12) abstützen.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5* dadurch gekennzeichnet, daß die Stellschrauben (15) zwei gleichsinnige Gewinde (25 und 19) mit nur geringfügig verschiedener Steigung aufweisen, von denen das eine mit einem
Gegengewinde des Führungsrohres oder des Justierringes (14) und das andere mit einem Gegengewinde
(20) des Druckstückes (17) in Eingriff steht.
7» Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der verstellbare Stützring (12) in einer Ringnut (13) des Führungsrohres
oder des Justierringes (14) angeordnet ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß der verstellbare Stützring (12) einen Schrägschlitz aufweist.

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