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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Membransystem zum Positionieren
und Halten mindestens eines inneren Körpers innerhalb eines äußeren Körpers.
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Bis
jetzt wurden mehrere Systeme zum Zentrieren und Halten eines inneren
zylindrischen Körpers
innerhalb eines äußeren zylindrischen
Körpers vorgesehen.
Die Firma Ringspann, Schaberweg 32, 61348 Bad Homburg, Deutschland,
zum Beispiel bietet leicht konische Scheiben an, die in Paketen
zwischen z.B. einer Achse und einem Rad zu stapeln sind und zusammengepresst
werden, um eine Kraft zwischen dem Rad und der Achse zu erzeugen.
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EP 0 399 123 A1 offenbart
federnde Halteklipps, die Schenkel für Thermoplastrohrsysteme mit doppelter
Umhüllung
stützen.
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Darüber hinaus
wurden ringförmige
Lamellen, die um Magnetspulen herum gestapelt sind, um supraleitende
Magnete für
Beschleuniger zusammenzupressen, im Auftrag des Antragstellers entwickelt,
siehe zum Beispiel "Zusammendrücken von supraleitenden
Spulen durch Scherenlamellen",
veröffentlicht
als Konferenzreferat der "Europäischen Teilchenbeschleunigerkonferenz", 10. bis 14. Juni 1996,
in Sitges, Spanien. Diese Lamellen haben die Besonderheit, dass
der kreisförmige
Umfang so ausgelegt ist, dass er im Vergleich zum Magnetmittelpunkt
leicht exzentrisch ist, und sie sind mit unterschiedlichen Winkelorientierungen
montiert.
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Die
bekannten Systeme haben den Nachteil, dass sie nur für zylindrische
innere sowie äußere Körper anwendbar
sind, wodurch das Gebiet von Vorrichtungen eingeschränkt wird.
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Es
ist deshalb das Ziel der vorliegenden Erfindung, ein System bereitzustellen,
welches die Nachteile des Standes der Technik überwindet.
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Dieses
Ziel wird durch ein Membransystem zum Positionieren und Halten mindestens
eines inneren Körpers
innerhalb eines äußeren Körpers erreicht,
welches eine Vielzahl von Scheiben zwischen dem mindestens einen
inneren Körper
und dem äußeren Körper aufweist,
wobei der mindestens eine innere Körper und der äußere Körper sich
in einer ersten Richtung erstrecken, wobei der mindestens eine innere
Körper
und l oder der äußere Körper einen Querschnitt
senkrecht zu der ersten Richtung von beliebiger nichtzylindrischer
Form aufweisen/aufweist, wobei alle Scheiben im wesentlichen dieselbe
Form aufweisen, wobei jede Scheibe eine Aussparung für jeden
inneren Körper
aufweist, wobei jede Scheibe eine äußere Oberfläche aufweist, die so ausgelegt ist,
dass sie den äußeren Körper über einen
Winkelbereich, der bis zu 180° senkrecht
zu der ersten Richtung beträgt,
und entlang mindestens eines Kontaktabschnitts berührt, und
wobei die Scheiben mit unterschiedlichen relativen Winkelorientierungen
senkrecht zu der ersten Richtung in Bezug auf ihre Kontaktabschnitte
montiert sind.
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Es
wird darüber
hinaus vorgesehen, dass der mindestens eine innere Körper und
oder der äußere Körper einen
Querschnitt senkrecht zu der ersten Richtung von symmetrischer Form
aufweisen/aufweist.
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In Übereinstimmung
mit einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung wird bevorzugt, dass jede Scheibe jeden inneren Körper über einen
Winkelbereich, der bis zu 180° senkrecht
zu der ersten Richtung beträgt,
und entlang mindestens eines Kontaktabschnitts berührt.
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Eine
weitere Ausführungsform
der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass mehrere innere Körper, die
jeweils denselben Querschnitt senkrecht zu der ersten Richtung aufweisen,
parallel zueinander in der ersten Richtung in einem regelmäßigen Winkelmuster
angeordnet sind, wobei die Scheiben in verschiedenen Winkelorientierungen
und 1 oder mit der Oberseite nach unten montierbar sind.
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Darüber hinaus
wird vorgesehen, dass die Kontaktabschnitte der Scheiben Ein-Punkt-Kontakte, Mehr-Punkt-Kontakte
und/oder Linienkontakte bereitstellen.
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Eine
weitere Entwicklung in Einklang mit der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet,
dass benachbarte Scheiben um eine Achse parallel zu der ersten Richtung
und/oder senkrecht zu der ersten Richtung, vorzugsweise mit der
Oberseite nach unten umgedreht, in Bezug zueinander gedreht sind,
um den mindestens einen inneren Körper innerhalb des äußeren Körpers zu
positionieren und eine Kraftübertragung
von dem äußeren Körper auf
den mindestens einen inneren Körper
in einer Vielzahl von Richtungen zu ermöglichen.
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Es
wird bevorzugt, dass die Scheiben in Paaren mit entgegengesetzten
Winkelorientierungen montiert sind, um Gegenkräfte auszugleichen.
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Darüber hinaus
wird außerdem
vorgesehen, dass die Scheiben oder Scheibenpaare in mindestens einer
Folge in Bezug auf die Winkelorientierung ihrer Kontaktabschnitte
montiert sind, vorzugsweise in einer Folge, in der benachbarte Scheiben
oder die erste (zweite) Scheibe von benachbarten Scheibenpaaren
alle eine gleiche Winkelverschiebung in Bezug zueinander aufweisen,
wobei die erste Scheibe und die letzte Scheibe einer Folge am besten
dieselbe Winkelverschiebung in Bezug zueinander wie benachbarte
Scheiben oder die erste (zweite) Scheibe von benachbarten Scheibenpaaren
aufweisen.
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Die
Folge kann verstellbar sein, um eine ausgewählte Positionierungskraft zu
schaffen und/oder eine Kraft in eine bestimmte Richtung oder an
eine bestimmte Stelle zu richten.
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Es
wird bevorzugt, dass benachbarte Scheiben einander berühren, ohne
in der ersten Richtung zusammengedrückt zu werden, oder abhängig von der
Dicke der Scheiben in der ersten Richtung ein Spiel zwischen sich
aufweisen.
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Jede
Scheibe kann mindestens ein zusätzliches
Loch und/oder einen zusätzlichen
Ausschnitt aufweisen.
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Darüber hinaus
können
die Scheiben in Gruppen angeordnet sein, wobei die Gruppen einen Abstand
voneinander aufweisen.
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Schließlich wird
vorgesehen, dass das Material der Scheiben eine thermische Ausdehnung
aufweist, die zum Anwenden einer Last und/oder Übertragen einer Kraft auf den
mindestens einen inneren Körper
in Abhängigkeit
von der Temperatur beiträgt.
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Es
ist deshalb die erstaunliche Erkenntnis der vorliegenden Erfindung,
dass zum Beispiel ein nichtzylindrischer innerer Körper innerhalb
eines zylindrischen äußeren Körpers positioniert
werden kann, ein zylindrischer innerer Körper innerhalb eines nichtzylindrischen äußeren Körpers positioniert
werden kann oder ein nichtzylindrischer innerer Körper in einem
nichtzylindrischen äußeren Körper positioniert werden
kann, indem eine Vielzahl von Scheiben verwendet wird, die alle
eine identische Form aufweisen, wobei jede Scheibe geeignet ist,
eine Kraft in mindestens eine Richtung, senkrecht zu der Erstreckungsrichtung
des inneren und des äußeren Körpers, von dem äußeren Körper auf
den inneren Körper
zu übertragen,
und die Scheiben in Bezug zueinander verschoben werden, um eine
Positionierung, eine lokale Zentrierungswirkung und/oder eine Kraftübertragung zu – erzielen.
Insbesondere muss jede Scheibe nur einen Kontaktabschnitt des äußeren Umfangs,
mit einem Winkelbereich von bis zu 180°, zum Berühren des äußeren Körpers aufweisen, um eine Kraft
zu übertragen,
wobei die jeweiligen Kontaktabschnitte Ein-Punkt-Kontakte, Mehr-Punkt-Kontakte
und/oder Linienkontakte schaffen. Darüber hinaus wird zum Erleichtern
der Montage der Scheiben auf dem inneren Körper oder den inneren Körpern bevorzugt,
dass die Scheiben selbigen/selbige nur über einen Winkelbereich von
bis zu 180° berühren. Die
restlichen Umfangsabschnitte der Scheiben können eine beliebige Form aufweisen,
so dass die Scheiben nicht einmal senkrecht zu der Erstreckungsrichtung
geschlossen sein müssen,
sondern bogenförmig
oder ähnlich
sein können.
Aufgrund der Tatsache, dass die Scheiben jeweils nur Kräfte in eine
Richtung übertragen
müssen,
müssen
sie unter unterschiedlichen Winkelorientierungen montiert werden,
um eine Positionierungswirkung zu erzielen. Diese Struktur ermöglicht auch,
dass eine Zentripetalkraft von dem äußeren Körper durch das Membransystem
der Erfindung auf den inneren Körper
oder die inneren Körper übertragen
wird, so dass sie verwendet werden kann, um den/die inneren Körper (vorbereitend)
zusammenzudrücken.
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Es
wird bevorzugt, die Scheiben in Paaren zu montieren, um Gegenkräfte auszugleichen
und die Paare sogar in Folgen zu montieren, so dass die relative
Winkelverschiebung zwischen der ersten Scheibe von benachbarten
Paaren sowie dem ersten und dem letzten Paar identisch ist. Die
Folgen können
so oft wie erforderlich wiederholt werden, um die gewünschte Gesamtpositionierungskraft
zu schaffen oder die Kraft in eine bestimmte Richtung zu richten.
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Für dünne Scheiben
wird bevorzugt, dass sie ausreichend eng gepackt werden, um ihr
Umkippen zu vermeiden. Zentrische Druckkräfte werden tatsächlich versuchen,
die Scheiben dazu zu bringen, sich schräg zu stellen, und als eine
Folge den Druck zu verlieren. Diese Bewegung kann jedoch durch enges
Packen der Scheiben gestoppt werden, insbesondere da Scheiben mit
unterschiedlicher Winkelorientierung dazu neigen, sich in verschiedenen
Richtungen schräg
zu stellen. Die Scheiben können
einander berühren,
sollten aber nicht zu stark zusammengedrückt werden, damit die Scheiben
während des
Druckaufbaus gleiten können.
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Wenn
dicke Scheiben verwendet werden, hat jede Scheibe einen stabilen
Sitz und keine Tendenz umzukippen. Deshalb können dicke Scheiben mit einem
Abstand voneinander angeordnet werden.
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Es
wird bevorzugt, Scheiben in Gruppen zu stapeln. Außerdem können zusätzliche
Löcher
und l oder Ausschnitte innerhalb jeder Scheibe vorgesehen werden,
z.B. um ein Gas oder eine Flüssigkeit durch
das Membransystem strömen
zu lassen oder dessen Gewicht zu verringern.
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Die
Scheiben können
abhängig
von der konkreten Anwendung aus beliebigem Material hergestellt
sein. Falls das Membransystem zum Vorpressen von Magneten verwendet
wird, werden die Scheiben vorzugsweise aus Magneteisen hergestellt;
falls das Membransystem mit Wärmetauschern verwendet
wird, werden die Scheiben vorzugsweise aus Kupfer oder Aluminium
hergestellt; und falls das Membransystem innerhalb von mehrpoligen
Steckverbindern verwendet wird, können die Scheiben aus isolierendem
Kunststoff oder Keramik hergestellt werden.
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Die
Erfindung, zusammen mit weiteren Zielen und Vorteilen, ist am besten
unter Bezugnahme auf die folgende Beschreibung, die in Zusammenhang
mit der dazugehörigen
Zeichnung erfolgt ist, verständlich,
wobei
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1a ein Querschnitt von vier nichtzylindrischen
inneren Körpern
ist, die innerhalb eines zylindrischen äußeren Körpers durch ein Membransystem der
Erfindung positioniert sind;
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1b ein Querschnitt einer Scheibe des Membransystems
von 1a ist;
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2a ein Querschnitt von vier zylindrischen
inneren Körpern
ist, die innerhalb eines nichtzylindrischen äußeren Körpers durch ein anderes Membransystem
der Erfindung positioniert sind;
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2b ein Querschnitt einer Scheibe des Membransystems
von 2a ist; und
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3 ein Längsschnitt des Membransystems
von 1a ist.
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In
den 1a, 1b und 3 wird das Positionieren von vier inneren
Körpern 1, 1', 1'', 1''', die einen rechteckigen
Querschnitt senkrecht zu deren Erstreckungsrichtung haben, innerhalb
eines zylindrischen äußeren Körpers 10 mit
Hilfe einer Vielzahl von Scheiben 100 eines Membransystems
der Erfindung gezeigt. Jede Scheibe 100 weist einen äußeren Umfang
mit einem Kontaktabschnitt 102 zum Berühren des inneren Umfangs des äußeren Körpers 10 und vier
Aussparungen, eine für
jeden inneren Körper 1, 1', 1'', 1''', mit einem
Kontaktabschnitt 101, 101', 101'', 101''' für jeden
inneren Körper 1, 1', 1'', 1''', auf.
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Die 2a und 2b zeigen
ein alternatives Membransystem der Erfindung zum Positionieren von
vier zylindrischen inneren Körpern 2, 2', 2'', 2''' innerhalb eines äußeren Körpers 20,
der einen rechteckigen Querschnitt senkrecht zu dessen Erstreckungsrichtung
hat, mit einer Vielzahl von Scheiben 200. Jede Scheibe 200 hat
einen Kontaktabschnitt 202 zum Berühren des inneren Umfangs des äußeren Körpers 20 und
vier Kontaktabschnitte 201, 201', 201'', 201''' zum
Berühren
des äußeren Umfangs
jedes der inneren Körper 2, 2', 2'', 2'''.
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Beide
dargestellten Alternativen zeigen deutlich, dass die Kontaktabschnitte 102, 202 das
Berühren
des äußeren Körpers 10, 20 nur über einen
Winkelbereich von 90° zulassen,
um einen Linienkontakt zu schaffen, der die Übertragung von Kräften von dem äußeren Körper 10, 20 auf
die inneren Körper 1, 1', 1'', 1''', 2, 2', 2'', 2''' gestattet.
Um das Montieren der Scheiben 100, 200 zu erleichtern,
lassen die Aussparungen für
die inneren Körper 1, 1', 1'', 1''', 2, 2', 2'', 2''' außerdem auch
nur das Berühren
jedes inneren Körpers 1, 1', 1'', 1''', 2, 2', 2'', 2''' über einen
Winkelbereich von 90° durch
die Kontaktabschnitte 101, 101', 101'', 101''' und 201, 201', 201'', 201''' zu.
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Wie
in 3 gezeigt wird, umfasst das Membransystem 50 der
Erfindung eine Vielzahl von Scheiben 100, die auf die inneren
Körper 1, 1', 1'', 1''' in Paaren und
in einer bestimmten Folge montiert sind, so dass die relative Winkelverschiebung,
von links nach rechts in 3, 0°, 180°, 90°, 270° beträgt, wobei
diese Folge einmal mit den Scheiben 100 wiederholt wird,
wobei sie mit der Oberseite nach unten umgedreht sind, was durch 100 angegeben wird.
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Zusammenfassend
haben die Scheiben 100, 200 der Erfindung deutlich
erkennbare Kontaktabschnitte 101 bis 102, 201 bis 202,
die sich jeweils über
einen Winkelbereich von weniger als 180° erstrecken, wobei die Scheiben 100, 200 in
unterschiedlichen Winkelorientierungen ihrer Kontaktabschnitte 101 bis 102, 201 bis 202 platziert
werden, um ein perfektes Positionieren und Halten zu erreichen.
Im Falle von dünnen
Scheiben 100 sind sie auch eng gepackt und in Gruppen angeordnet,
wobei eine Gruppe in 3 gezeigt wird.
Folglich brauchen die Scheiben der Erfindung in der Form nicht extrem genau
sein, weil sie alle identisch sind und mit unterschiedlichen Winkelorientierungen
platziert werden, wodurch die Herstellungskosten gesenkt werden.