DE2741544A1

DE2741544A1 - Paralleljustiereinrichtung von polflaechen

Info

Publication number: DE2741544A1
Application number: DE19772741544
Authority: DE
Inventors: Glen Paul Double; Vincent Noel Kahwaty; James Donald Randall; Fritz Martin Reinhart
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1976-09-20
Filing date: 1977-09-15
Publication date: 1978-03-23
Also published as: US4093912A; GB1530082A; FR2365123A1; FR2365123B1; CA1089006A; JPS5339189A; JPS565932B2; IT1114119B

Description

Anmelderin: International Business Machines

Corporation, Armonk, N.Y., 10504

bu-cn
Paralleljustiereinrichtung von Polflächen

Die Erfindung betrifft eine Anordnung, wie sie dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 zu entnehmen ist.

Bei mannigfachen Anwendungsfällen zur Bereitstellung homogener Felder ist es erforderlich, die hierzu benötigten Polflächen streng parallel zueinander auszurichten. Dies gilt insbesondere für Permanentmagnete, die beispielsweise in einem NMR-Spektrometer angeordnet sein können. In einem derartigen Anwendungsfall ist es bekannt, daß die Homogenität eines derartigen Feldes durch viele Faktoren beeinträchtigt werden kann, u.a. durch den Grad der Flachheit der jeweiligen Polflächen und durch die geringste Abweichung in der Parallelität beider Polflächen zueinander. Diese Probleme sind bekannt und haben auch schon zu verschiedenen Lösungen geführt. So sind z.B. Permanentmagnete zur Bereitstellung parallel zueinander liegender Polflächen je mit einem Flansch versehen, in den Stellschrauben in Eingriff gelangen, die parallel zur Achse der Permanentmagnete angebracht sind. Durch Verstellen dieser Stellschrauben läßt sich dann der Flansch-Abstand an seinem Umfang jeweils so justieren, daß die Polflächen streng parallel zueinander zu liegen kommen. Beispiele hierfür finden sich im "IBM Technical !Disclosure Bulletin", Band 18, Nr. 1, Juni 1975, Seite 188, und

in "Acta Obstetrica et Gynecologica Scandinavia", Band XLV, Ergänzung 2., Eric Obeblad Stockholm (1966), Seiten 68, 69. j Ebenso zeigen auch handelsübliche NMR-Spektrometer Schraubju-Stiereinrichtungen, die den oben erwähnten ähnlich sind. \

; j

Im Artikel "Adjustment of the Homogeneity of a Permanent Magnet) jfor High-Resolution Nuclear Magnetic Resonance" von A. P. McCann u.a., "Journal of Scientific Instruments", Bd. 39 (1962)

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Seiten 349 bis 351, ist eine Magnetanordnung beschrieben, bei der die eine Polfläche um eine geringe Distanz von der anderen Polfläche entfernt angebracht ist, so daß eine geringfügige Relatiwerschiebung der Polflächen zueinander möglich ist. Die verschiebbare Polfläche ist an einem Ring befestigt, an dem in jeweils gleichem Abstand zueinander Keil-Justierbefestigungseinrichtungen angebracht sind, wobei mit den Keilen in Eingriff stehende Schrauben sich in radialer Richtung bezüglich der Polflächen erstrecken. Die an den Keilen fest angebrachten Schrauben lassen sich jeweils durch eine in in der Verankerung eingebrachten Nut drehbar angeordnete Rändelmutter radial verschieben, so daß der Polflächen-Halterungsring je nach Keilverschiebung bezüglich der Verankerung örtlich angehoben oder gesenkt wird. Nachteilig bei einer derartigen Anordnung ist es, daß die Rändelmuttern von außen nicht leicht zugänglich sind und daß außerdem ungewollte Verstellungen sich nicht ausschließen lassen, wenn die bei jeweiliger Justierung eingestellten, geringfügigen Änderungen berücksichtigt werden.

Die Aufgabe der Erfindung besteht deshalb darin, eine Paralleljustiereinrichtung zu schaffen, die Einstellungen während des Betriebes zuläßt und darüber hinaus auch Voreinstellungen vor Einbau der Polflächen in die Gesamtanordnung gestattet, ohne daß nachträgliche Änderungen in der Justiereinstellung zu befürchten sind.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst, wie es dem Kennzeichen des Patentanspruchs 1 zu entnehmen ist. Gemäß der Erfindung sind demnach die Polflächen jeweils in einem Ring gehaltert. j Einer dieser Halterungsringe ist fest angebracht, wohingegen ! der andere Halterungsring in senkrechter Richtung um ein paar Grade verschwenkbar um einen Befestigungspunkt angeordnet ist. {Zwei weitere Befestigungspunkte dieses Rahmens sind vorgesehen, {so daß vom Mittelpunkt der Polflächen aus gesehen alle drei Befestigungspunkte jeweils den gleichen Winkel zueinander aufwei-l sen. Die beiden zuletzt genannten Befestigungspunkte enthalten , PO 976 006

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dabei KeilJustiereinrichtungen. Jede Keil-Justiereinrichtung enthält eine Differentialschraube als Stellschraube, die von außen zugänglich und radial nach innen verschiebbar angeordnet ist, wobei dann ein bezüglich der Polflächenoberfläche leicht geneigter Stift mitgenommen wird, der mit einer öffnung in einem am Halterungsring der Polfläche befestigten Block zusammenwirkt, so daß je nach Verdrehung der Differentialschraube der örtliche Abstand der bewegbaren Polfläche zur fest angebrachten Polfläche veränderbar ist.

Dadurch, daß sich beide am Rahmen befestigten Keil-Justiereinrichtungen durch entsprechende Betätigung der Differentialschrauben einstellen lassen, ergibt sich eine äußerst feine Justiermöglichkeit zur Paralleleinstellung der äußerst flachen und ebenen Polflächen zueinander. Vor Zusammenbau von Permanentmagneten, wie sie beispielsweise in einain uHR-Spektrometer Anwendung finden, lassen sich die Polflächen vorjustieren, indem die Blöcke mit den leicht schräg geneigten Führungsöffnungen in entsprechender Lage auf dem Halterungsring fest angebracht werden.

Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung lassen sich den Unteransprüchen entnehmen.

Die Erfindung wird anschließend anhand einer Ausführungsbeispielsbeschreibung mit Hilfe der unten aufgeführten Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht einer NHR-Magnetanordnung,

in der ein Ausführungsbeispiel der Erfindung als konkreter Anwendungsfall aufgeführt ist,

Fig. 2 einen Querschnitt längs der Linien 2-2 in

Fig. 1,
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Fiy. 3 einen Querschnitt längs der Linien 3-3 in eier

Darstellung nach Fig. 1,

Fig. 4 einen vergrößerten Querschnitt längs der Li

nien 4-4 in der Darstellung nach Fig. 3,

Fig. 5 eine Draufsicht auf eine Keil-Justiereinrich

tung gemäß der Erfindung,

Fig. 6 einen Querschnitt längs der Linie 6-6 der

Darstellung nach Fig. 5,

Fig. 7 eine perspektivische Explosionsansicht der

Keil-Justiereinrichtung gemäß der Erfindung.

Die in Fig. 1 als /vusführungsbeispiel der Erfindung gezeigte NMR-Magnetanordnung 10 besitzt eine zylindrische Ausführung, enthaltend einen Permanentmagneten 11 und eine Polstückanordnung 12. Der Permanentmagnet 11 gewährleistet ein homogenes magnetisches Feld, in das für den Anwendungsfall des NMR-Spektrometers eine hier nicht gezeigte Probe eingeführt v/erden kann. Der Permanentmagnet 11 besteht aus den beiden Kernen 16 und 18, deren Material beispielsweise eine Aluminium-Nickel-Kobalt-Legierung sein kann. Die Polstücke sind jeweils an einem Deckel 20 bzw. 22 fest angebracht. Diese Deckel 20 und 22 bedecken die Endöffnungen eines zylindrischen Gehäuses 23, das die Kerne 16 und 18, uie Polstücke 24 und 26 und die Anordnung 12 umschließt. Die Deckel 20 und 22 sowie das Gehäuse 23 bestehen aus magnetischem Material mit geringem magnetischen Widerstand, wie z.B. Weicheisen, um einen Rückpfad für das durch die Kerne 16 und 18 hervorgerufene Magnetfeld bereitzustellen. Die Kerne 16 und 18 sind ebenfalls zylindrisch und in einer gemeinsamen Achse angeordnet. Die Polstücke 24 und 26 liegen natürlich zwischen den Kernen 16 und 18 und laufen koaxial konisch zu. Die Polstücke 24 und 26 besitzen einander gegenüberliegende, runde, äußerst flache und glatte Oberflächen 28 und 30, die parallel zueinander angeordnet sein sollen. Die Polflächen 28 PO 976 006

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und 30 liegen in einem Abstand von etwa 1,3 cm zueinander, um
so einen Luftspalt mit möglichst gleichförmigem Magnetfeld zur Probenanalyse bereitzustellen. Die Polstücke 24 und 26 sind
andererseits von den Kernen 16 und 18 in einer Distanz von etwa 0,025 cm angeordnet, so daß der Abstand zwischen dem Kern 16
und dem Polstück 24 eine leichte Verschwenkung des Polstücks
24 in Richtung auf den Kern 16 gestattet. Die Polstücke 24 und 26 werden durch entsprechende Maßnahmen in der Anordnung 12
entgegen den einwirkenden magnetischen Anziehungskräften gehalten.

Mit der Ausnahme der Polstücke 24 und 25 besteht die Anordnung 12 aus nicht magnetischem Material, wie z.B. Aluminium, Messing oder nicht magnetischem, rostfreiem Stahl. Die Anordnung 12
enthält einen fest angebrachten Flansch 32 und einen verschwenkbaren oder justierbar angeordneten Flansch 34, die sich im wesentlichen parallel einander gegenüberliegen und koaxial
zum Gehäuse 23 liegen. Am Flansch 34 ist das Polstück 24 mit
Hilfe eines Ringes 35 und hierdurch geführten Schrauben 38
fest angebracht, wohingegen das Polstück 26 mit dem Flansch 32 über einen weiteren Ring 36 mit den hindurchgeführten Schrauben 38 befestigt ist. Der Flansch 32 ist fest mit dem zylindrischen Gehäuse 23 über vier im gleichen Abstand des Umfangs angeordneten Schrauben 40 verschraubt.

Ein Block 42 ist mittels der Schrauben 44 fest mit dem Flansch 32 und senkrecht erstreckend hierzu angeordnet, wobei der Blocl^ 42 über den verschwenkbaren Flansch 34 hinausragt. Am über den j Flansch 34 hinausragenden Ende des Blocks 42 ist eine Endplatte¹

46 senkrecht zum Block 42 erstreckend mittels der Schraube 48 j angebracht, wobei die Platte 46 geringfügig über den verschwenk-

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baren Flansch 34 ragt. Eine an ihrem Ende mit einem Drehzapfen j versehene Schraube 50 ragt über eine Gewindeöffnung in der End-¹ platte 46 hindurch und steht über diesen Drehzapfen in Einwirj ' ι

jkung mit dem Flansch 34. Auf der gegenüberliegenden Seite des j

!Flansches 34 ist eine weitere, mit einem Drehzapfen versehene
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Schraube 52 im fest angebrachten Flansch 32 in entsprechender Gewindeöffnung verankert. Auch hier steht der Drehzapfen mit der entsprechenden Flanschoberfläche in Eingriff. Beide Schrauben 50 und 52 werden je durch eine Sicherungsmutter in ihre Lane gesichert. Da der Dlock 42 in einem gev/issen Abstand zum verschwenkbaren Flansch 34 verschraubt ist, kann der Flansch 34 in kleinen Grenzen (etwa 2 ) Verschwenkbewegungen in der Zeichenebene durchführen. Wie gesagt, befinden sich zur Aufnahme der Schrauben 50 und 52 jeweils Gewindebohrungen in der Endplatte 46 und im Flansch 32.

In einem Abstand von 120° sind zu beiden Seiten dieser Schwenkbefestigung zwei Keil-Justierbefestigungen 54 und 56 am Rande des Flansches 34 vorgesehen, die es gestatten, die Winkellage des Flansches 34 und damit auch die Lage der Polfläche 28 innerhalb von + 1° relativ zur Polfläche 30, von den Drehzapfenschrauben 50 und 52 aus gemessen, einzustellen. Die Keil-Justierbefestigungen 54 und 56 sind identisch aufgebaut, und zwar so, wie es den Fign. 5 bis 7 zu entnehmen ist.

Hierzu ist ein zv/eiter Block 58 mit Hilfe der Schrauben 59 am fest angebrachten Flansch 32 verschraubt, wobei der Block sich außerdem über die Randfläche des verschwenkbaren Flansches 34 erstreckt. Dieser Block 58 ist jedoch nicht an der Randfläche des Flansches 34 befestigt, so daß hierzwischen eine freie Gleitbewegung stattfinden kann. Im Block 58, jeweils im Bereich der Randflächen der Flansche 34 und 32, sind sich radial erstreckende Führungsstifte 60 und 62 eingelassen und fest angeordnet. Die Führungsstifte 60 und 62 gleiten in Führungsbohrungen 61 einer Stellplatte 64. In dieser Stellplatte 64 ist zwischen beiden Führungsöffnungen 61 eine Gewindebohrung j eingebracht, die zur Aufnahme einer als Differentialschraube ausgebildeten Stellschraube 66 dient. Die Differentialschraube j 66 hat an ihrem freien Ende einen Gewindeschaft dünneren Durchtnessers, der außerdem einen anderen Gewindegang als der in den btellblock 64 eingreifende Gewindegang besetzt. Die Differentialschraube 66 verläuft parallel zu beiden Führungsstiften PO 976 006

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und 62. Die Differentialschraube 66 enthält somit einen Gnwindegang für Roheinstellung und einen Gewindegang für Feineinstellung mit z.ii. 7,9 bzw. 9,4 Winuungen pro cm. So v/ird erreicht, daß uurch Drehen der Differentialschraube 66 der Stellblock 64 in radialer Richtung um eine entsprechende Distanz von den Polstücken 32 una 34 v/eg und auf die Polstücke 32 und 34 hinzu bewegbar ist, welche proportional der Schraubendrehung und auch der Ganghöhendifferemz der als Differentialschraube wirksamen Stellschraube ist. Bekanntlich besitzt eine Differentiaischraube die Möglichkeit äußerst feiner Längseinstellung, die proportional dem Gangunterschied beider Gewindegänge ist. So liegt z.B. bei oben angegebenen Gewindezahlen aie Längsbewegung im Bereich von 0,02 cm für jede Schraubendrehung.

Der Stellblock 64 erstreckt sich senkrecht über den Flansch 34 hinaus und trägt zwei an diesem L'nde eingelassene und hier fest angebrachte Keilführunnsstifte 68 und 70, die sich radial über den Flansch 34 erstrecken. Diese Führungsstifte 60 und 70 gleiten in entsprechenucn Bohrungen 72 eines Blocks 71, der auf dem Flansch 34 mit Hilfe eines Bolzens 76 fest angebracht ist. Der aolzen 76 erstreckt sich durch ein sich radial erstreckenues Langloch 74 im ßlock 71. v7ie Fig. 6 zeigt, sind die Führungsstifte 70 und 6b beide um einen geringen Winkel A auf den Flansch 34 zu geneigt und zwar vorzugsweise um 2 , so daß eine radiale Verschiebung des Stellblocks 64 und damit der Führungsstifte 68 und 70 zur Folge hat, daß der Block 71 senkrecht zu dieser Bewegung verschoben wird und damit infolge der Befestigung am Flansch 32 der verschwenkbare Flansch 34 entsprechend verschwenkt v/ird, so daß die Polflächen entsprechend in Parallelität zueinander justierbar sind. Das Ausmaß uer Verschwenkung ist gemäß den Gesetzen der Trigonometrie proportional uem Tangens des Neigungswinkels der Führungsstifte 60 und 70. Da dieser Winkel sehr klein ist, übersetzen diese Führungsstifte eine größere radiale Bewegung in eine sehr viel kleinere longitudinale Bewegung. Beträgt so z.B. die Radialbewegung für das vorliegende Beispiel 0,02 cm für jede volle Drehung der Differentialschraube 66, dann werden diese 0,02 cm auf eine longitudi-PO 976 OO6

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nale Bewegung von etwa 0,007 cm reduziert. An dieser Stelle wird hervorgehoben, daß sich jede Differentialschraube 66 auch nur um Grade verdrehen läßt, so daß äußerst feine Justiermöglichkeiten vorgegeben sind.

Beim Zusammenbau der Magnetanordnung 10 bietet es sich an, vor Einsetzen in das Gehäuse 23 bereits die Anordnung 12 zusammenzusetzen. Bei einem derartigen Verfahrensgang läßt sich eine vorläufige Paralleljustierung beider Polflächen 23 und 3O vorab vornehmen, z.B. unter Zuhilfenahme geeigneter optischer oder mechanischer Meßeinrichtungen. Anschließend wird dann die Anordnung 12 in das Gehäuse 23 eingesetzt, die Magnetanordnung in das Spektrometer eingebracht und eine rohe Paralleljustierung vorgenommen.

Um eine derartige Justierung durchführen zu können, besitzt das Gehäuse 23 eine Abdeckplatte 3O, die eine rechteckige Öffnung des Gehäuses 23 abdeckt. Wird die Abdeckplatte 80 abgenommen, dann sind die Bolzen 76 und die Keilöffnungsblocks 71 zugänglich. Im Verlaufe der RoIiJustierung zur exakten Paralleleinstellung der Polflächen ist es zweckmäßig, daß das NMR-Spektrometer z.B. in Betrieb genommen wird, um Messungen an eingegebenen Proben gleichzeitig mit der Justierung vornehmen zu können, wobei Proben mit bekannten Meßergebnissen Verwendung finden, und den Spektrometerausgang visuell zu überwachen, so daß beim Justieren jeweils Höhe und Breite der Impulse beachtet werden können. Die jeweilige Justage wird so vorgenommen, daß sich maximale Impulshöhe und maximale Impulsbreite einstellen. Derartige RohJustierungen werden durchgeführt, indem die Bolzen 76 zunächst gelöst und die Keilführungsblocks 71 radial nach innen und außen verschoben werden. Wie bereits erwähnt, führt eine derartige Bewegung zum Verschwenken des Flansches 34 und damit der Polfläche 2Ü relativ zur Polfläche 30, so daß die Parallellage grob einstellbar ist. Derartige RohJustierungen lassen sich anwenden, um einander so eng benachbarte Impulse wie möglich hervorzurufen. Anschließend werden die Bolzen 76 wieder

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angezogen und gesichert. Es bleibt aber dabei, daß eine derartige Rohjustage, bei der die Spektrometer-Empfindlichkeit hinsichtlich der Parallelität beider Polflächen derart grob ist, noch keine genügend genaue Betriebseinstellung ergeben kann. Es muß also noch eine Fein j us tage, v/ie nachstehend beschrieben, vorgenommen werden.

Für die Feinjustage sind im Gehäuse 23 zwei radiale Bohrungen 82 vorgesehen, die mit beiden Differentialschrauben 66 fluchten, so daß durch Einführen von Schraubenziehern durch diese Bohrungen die Differentialschrauben gedreht.werden können, um die angestrebte Polflächenparallelität herbeizuführen.

Im bevorzugten Verfahren zur Feinjustierung werden die Differentialschrauben 66 abwechselnd verdreht. Jede Differentialschraube 66 wird dabei so lange verdreht, bis die Breite des gemessenen Pulses ein Minimum einnimmt. Die Schrauben werden alternierend betätitgt, bis sich keine weitere Impulsbreitenabnahme einstellt. Die Justierungen lassen eine Parallelität erzielen, die etwa 0,13 μΐη auf 7,6 cm genau ist.

Ein bedeutsamer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß die Polstücke 24 und 26 unabhängig von mechanischen Toleranzen der permanenten Magneten angeordnet sind und durch die Anordnung 12 in, wenn auch sehr kleinem Abstand hiervon, gehaltert werden.

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Claims

27A15A4 PATENTANSPRÜCHE

1. j Paralleljustiereinrichtung für Polflächen mittels Keilverstellung der einander gegenüberliegenden Polstücke, von denen mindestens eines in einen Rahmen fest eingefaßt ist, der seinerseits an drei Befestigungspunkten justierbar aufgehängt ist, insbesondere für eine NMR-Magnet-Anordnung, dadurch gekennzeichnet, daß der Rahmen (34) des verstellbaren Polstücks (24) in einem Befestigungspunkt (4) als Drehpunkt für den Rahmen (34) zur Verschwenkung um etwa 2° in Richtung senkrecht zur Polfläche (28) befestigt ist und daß in entsprechender Verteilung am Umfang des Rahmens (34) an den zwei weiteren Eefestigungspunkten Einstellmechanismen den Rahmen (34) mit festen Ankerpunkten verbinden, v/obei der Einstellmechanismus (54, 56) aus einem ersten, bezüglich des Polstücks (24) radial bewegbarem Glied (64) mit einer am Rahmen (34) drehbar befestigten und im Eingriff stehenden Differentialschraube (66) besteht, so daß das radial bewegbare Glied (64) durch Drehen der Differentialschraube (66) auf den Rahmen (34) zu und hiervon weg bewegt werden kann, und fernerhin aus einem am Rahmen (34) befestigten zweiten Glied (71) mit mindestens einer in radialer Richtung des Polstücks (24) verlaufender, jedoch unter einem kleinen Winkel A in senkrechter Richtung zum Polstück (34) geneigter Bohrung (72) besteht, die zur Aufnahme eines am ersten radial bewegbaren Glied (54, 56) befestigten Führungsstiftes (68, 70) dient, der ebenfalls um den Winkelbetrag A von der Senkrechten des ersten radial bewegbaren Gliedes (64) geneigt ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die kreisförmig ausgebildeten Polstücke in Form von Permanentmagneten jeweils in einem ringförmig ausgebildeten Rahmen (34, 36) angeordnet sind und daß die |

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Rahmenbefestigungen (4, 54, 56) andererseits an einem zylindrischen, konzentrisch die Permanentmagnete umgebenden Gehäuse (23) befestigt sind und daß die Differentialschrauben (66) der Keileinstellbefestigungen (54, 56) über entsprechende Löcher (82) in der Gehäusewandung (23) von außen zugänglich sind.

3. Anordnung nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Vorjustierung der Parallellage beider Polflächen (28, 30) zueinander das zweite Glied (71) ein sich bezüglich der Polfläche radial erstreckendes Langloch (74) zur Aufnahme einer in den Rahmen (34) eindrehbaren Schraube (76) aufweist.

4. Anordnung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei jeder Keileinstelleinrichtung (54,56) die Differentialschraube (66) in einer Platte (58) drehbar eingreift, die ihrerseits am Rahmen (34) und am Rahmen (32) fest angebracht ist, und daß an der Platte (58) fest angebrachte Führungsstifte (60) und (62) in das erste, plattenförmig ausgebildete radial verschiebbare Glied (64) mit entsprechenden Führungsöffnungen (61) ragen.

5. Anordnung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das dritte Glied (71) zwei Führungslöcher (72) in entsprechender Winkellage aufweist, die mit den an der Platte (64) befestigten, um den Winkel A von der Senkrechten der Platte (64) geneigten, beiden Justierungsstiften (68, 70) in Eingriff stehen.

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