[0001] Die Erfindung betrifft einen Abstandshalter, insbesondere zur wärmeisolierenden Verbindung
einer Umgebungstemperatur aufweisenden Kryostatenwand mit einem gekühlten Strahlenschild
eines Kryostaten.
[0002] Ein generelles Problem in der Kryotechnik ist die mechanische Abstützung von tiefkalten
Bauteilen gegenüber Bauteilen auf Umgebungstemperatur. So muss beispielsweise bei
einem Kryostaten ein tiefkalter Strahlenschild mit einer Temperatur von beispielsweise
80K gegenüber einer auf Umgebungstemperatur von ungefähr 300K liegenden Kryostatenwand
abgestützt werden. Hierzu werden Abstandshalter eingesetzt, die einerseits eine hinreichende
mechanische Belastbarkeit und andererseits eine möglichst geringe Wärmeleitfähigkeit
aufweisen müssen.
[0003] Beispielsweise ist ein rohrförmiger Abstandshalter bekannt, der an seinen gegenüberliegenden
Stirnflächen durch eine Schraub- oder Nietverbindung einerseits mit der Kryostatenwand
und andererseits mit dem Strahlenschild verbunden wird. Der Abstandshalter besteht
hierbei aus einem Material mit niedriger Wärmeleitfähigkeit, wie beispielsweise glasfaserverstärktem
Kunststoff (GFK), und kann zur weiteren Verringerung der Wärmeleitfähigkeit Öffnungen
(z.B. Rundlöcher, Längs- oder Querschlitze) in seiner Mantelfläche aufweisen.
[0004] Weiterhin werden als Abstandshalter Stäbe, Schraubenfedern oder andere Formkörper
eingesetzt. Schraubenfedern bieten hierbei den Vorteil einer Verlängerung des Wärmeleitungsweges,
was zu einer Verringerung der Wärmeleitfähigkeit führt.
[0005] Problematisch an den vorstehenden beschriebenen bekannten Abstandshaltern ist der
konstruktive Zielkonflikt zwischen einer ausreichenden mechanischen Belastbarkeit
einerseits und einer möglichst geringen Wärmeleitfähigkeit andererseits. So ist zur
Erreichung einer hohen mechanischen Belastbarkeit ein großer Materialquerschnitt des
Abstandshalters wünschenswert, was jedoch die thermische Leitfähigkeit erhöht.
[0006] Nachteilig an den bekannten Abstandshaltern ist deshalb das unbefriedigende Verhältnis
von mechanischer Belastbarkeit einerseits und Wärmeleitfähigkeit andererseits.
[0007] Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, einen Abstandshalter zu schaffen,
der bei möglichst hoher mechanischer Belastbarkeit eine möglichst geringe Wärmeleitfähigkeit
aufweist.
[0008] Diese Aufgabe wird, ausgehend von dem vorstehenden beschriebenen bekannten Abstandshalter
gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs
1 gelöst.
[0009] Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass die bekannten Abstandshalter aufgrund
der im Betrieb auftretenden mehrachsigen Belastungszustände mechanisch überdimensioniert
werden müssen, um bei allen möglichen Belastungszuständen eine ausreichende mechanische
Belastbarkeit zu bieten. So wird ein Abstandshalter im Betrieb sowohl einer Druck-,
Zug- als auch einer Querbelastung unterworfen, so dass der Materialquerschnitt des
Abstandshalters auf Knickung und Scherung und somit größer ausgelegt werden muss,
als der eigentlichen Druck- bzw. Zugfestigkeit des Materials entspricht.
[0010] Die Erfindung umfasst deshalb die allgemeine technische Lehre, einen Abstandshalter
zu schaffen, bei dem die mechanische Belastung durch mindestens ein Verbindungselement
aufgenommen wird, das unabhängig von der mechanischen Belastung des Abstandshalters
nur einachsig mechanisch belastet ist. Dies bietet den Vorteil, dass der Materialquerschnitt
des Verbindungselementes nur auf einen einachsigen Spannungszustand hin ausgelegt
werden muss, was eine Verringerung des Materialquerschnitts gegenüber dem eingangs
beschriebenen bekannten Abstandshalter ermöglicht. Vorteilhaft an dieser Verringerung
des Materialquerschnitts des Verbindungselementes ist die damit verbundene Verringerung
der Wärmeleitfähigkeit.
[0011] In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung weist der Abstandshalter mehrere
Verbindungselemente zur mechanischen Verbindung der Bauteile auf, wobei die Verbindungselemente
räumlich unterschiedlich ausgerichtet sind und jeweils einachsige mechanische Belastungen
in unterschiedlichen Belastungsrichtungen aufnehmen. Jedes der Verbindungselemente
wird hierbei also nur einachsig belastet und kann deshalb einen verringerten Materialquerschnitt
und damit auch eine verringerte Wärmeleitfähigkeit aufweisen. Trotzdem ermöglichen
die Verbindungselemente zusammen die Aufnahme mehrachsiger Belastungen des Abstandshalters,
wie bei dem eingangs beschriebenen bekannten rohrförmigen Abstandshalter.
[0012] Das einzelne Verbindungselement wird vorzugsweise nur auf Zug belastet, jedoch ist
es theoretisch auch möglich, dass das einzelne Verbindungselement nur auf Druck belastet
wird.
[0013] Bei einer reinen Zugbelastung des Verbindungselementes kann als Verbindungselement
beispielsweise ein Faden, Seil oder ein Draht verwendet werden, wobei auch andere
Verbindungselemente in Frage kommen, die nur einachsig mechanisch belastbar sind.
[0014] Bei einer theoretisch ebenfalls möglichen reinen Druckbelastung des Verbindungselementes
kann dagegen als Verbindungselement beispielsweise ein Druckstab eingesetzt werden.
[0015] In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung weist der Abstandshalter ein an dem einen
Bauteil (z.B. dem Strahlenschild) befestigbares Oberteil und ein an dem anderen Bauteil
(z.B. der Kryostatenwand) befestigbares separates Unterteil auf, wobei das Oberteil
durch das Verbindungselement bzw. die Verbindungselemente mechanisch mit dem Unterteil
verbunden ist. Die Befestigung des Oberteils und des Unterteils an den miteinander
zu verbindenden Bauteilen kann beispielsweise durch Schrauben oder Nieten erfolgen,
jedoch sind im Rahmen der Erfindung auch andere Befestigungsmöglichkeiten realisierbar.
Weiterhin ist zu erwähnen, dass das Oberteil im fertig montierten Zustand nicht notwendigerweise
oberhalb des Unterteils angeordnet sein muss. Vielmehr kann der erfindungsgemäße Abstandshalter
bezüglich der miteinander zu verbindenden Bauteile beliebig orientiert sein.
[0016] Vorzugsweise umgreift das Unterteil des Abstandshalters in diesem Ausführungsbeispiel
das Oberteil hülsenförmig, wobei das Unterteil und das Oberteil vorzugsweise im Wesentlichen
zylindrisch sind und einen Ringspalt einschließen, in dem das Verbindungselement angeordnet
ist. Beispielsweise können in dem Ringspalt zwischen dem Unterteil und dem Oberteil
des Abstandshalters Seile gespannt sein, die räumlich unterschiedlich ausgerichtet
sind und deshalb Zugkräfte in unterschiedlichen Richtungen aufnehmen.
[0017] In einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung weisen das Unterteil und das Oberteil
dagegen jeweils über ihren Umfang verteilt mehrere parallele Streifen auf, die vorzugsweise
von einer Grundplatte rechtwinklig oder in einem anderen, bezüglich Kraftrichtung
und -größe der Verbindungselemente sowie der Platzverhältnisse optimierten Winkel
abstehen. Zwischen den einzelnen Streifen befinden sich hierbei jeweils Lücken, wobei
die Streifen des Oberteils in die Lücken des Unterteils eingreifen und umgekehrt.
Hierbei werden die Streifen des Oberteils vorzugsweise mit den benachbarten Streifen
des Unterteils durch das Verbindungselement verspannt, wobei vorzugsweise eine Seilverspannung
eingesetzt wird.
[0018] Die Streifen müssen nicht eben und rechteckig sein, sondern können beliebige Formen
haben, beispielsweise auch gekrümmte.
[0019] Bei einer Seilverspannung sind die den Wärmewiderstand bildenden Seilabschnitte vorzugsweise
im Inneren des Abstandshalters angeordnet, so dass sie das Ober- bzw. Unterteil nur
im Bereich von Seildurchführungen berühren. Dies bietet den Vorteil, dass nahezu die
gesamte Länge zwischen den Seildurchführungen in dem Ober- bzw. Unterteil des Abstandshalters
als Wärmewiderstand dient, wodurch die Wärmeleitfähigkeit des gesamten Abstandshalters
verringert wird.
[0020] In einem weiteren Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Abstandshalters bildet
das Oberteil dagegen eine Nabe, wobei die Verbindungselemente die Nabe speichenförmig
mit dem Unterteil verbinden. Auch hierbei wird als Verbindungselement vorzugsweise
eine Seilverspannung eingesetzt, die sowohl Axial- als auch Radialkomponenten aufnehmen
kann.
[0021] Bei den vorstehenden beschriebenen Seilverspannungen können wahlweise mehrere einzelne
Seile oder ein umlaufendes Seil verwendet werden.
[0022] Ferner kann der Abstandshalter mindestens teilweise mit einem wärmeisolierenden und/oder
strahlendämmenden Material gefüllt sein. Hierzu eignet sich insbesondere die vorstehend
beschriebene Ausführungsform des erfindungsgemäßen Abstandshalters mit einem Ober-
und Unterteil, wobei das wärmeisolierende bzw. strahlendämmende Material in das Oberteil
und/oder das Unterteil eingefüllt oder eingelegt werden kann.
[0023] Bei den vorstehend beschriebenen Seil- oder Drahtverspannungen weist das Oberteil
und/oder das Unterteil vorzugsweise mindestens eine Halterung für das Seil bzw. den
Draht auf, um die Spannkräfte der Seilverspannung aufzunehmen. Diese Halterung kann
an dem Oberteil und/oder an dem Unterteil beispielsweise angenietet, angeschweißt
oder angelötet sein oder auch in eine Aufnahme in dem Oberteil und/oder dem Unterteil
eingehängt sein. Bei der Halterung kann es sich beispielsweise um eine Bohrung, eine
Nut, eine Einkerbung, eine Vertiefung, einen Haken und/oder eine Schraube handeln,
die zur Aufnahme eines Seils bzw. Drahtes dienen. Das Seil bzw. der Draht kann an
mindestens einem Ende ein Endelement aufweisen, um das Seil oder den Draht in der
Halterung des Oberteils und/oder des Unterteils des Abstandshalters zu befestigen,
wobei das Endelement beispielsweise ein Knoten, eine Seilhülse oder eine Klemme sein
kann. Weiterhin ist zu erwähnen, dass das Seil bzw. der Draht in der Halterung durch
eine Niete, eine Schraube, einen Bolzen oder einen Keil gesichert sein kann.
[0024] Zur weiteren Verringerung der Wärmeleitfähigkeit kann der Abstandshalter in dem Oberteil
und/oder in dem Unterteil mindestens ein Loch oder einen Schlitz aufweisen, wobei
das Loch bzw. der Schlitz vorzugsweise in der Mantelfläche des Oberteils und/oder
des Unterteils angeordnet ist.
[0025] Als Materialien zur Fertigung des Oberteils und/oder des Unterteils kommen beispielsweise
Edelstahl oder Kunststoff in Frage. Die Erfindung ist jedoch hinsichtlich der Materialzusammensetzung
des erfindungsgemäßen Abstandshalters nicht auf diese Materialien beschränkt, sondern
auch mit anderen Materialien realisierbar, die vorzugsweise eine geringe spezifische
Wärmeleitfähigkeit aufweisen.
[0026] Das Verbindungselement zur Aufnahme der mechanischen Belastung besteht vorzugsweise
mindestens teilweise aus einer Kunstfaser, wie beispielsweise einer Aramidfaser, wobei
sich Kevlar besonders eignet. In besonderen Fällen, insbesondere in radioaktiver Umgebung,
wo der Einsatz von Kunststoffen aufgrund der die Lebensdauer begrenzenden Verhältnisse
nicht möglich ist, können beispielsweise auch Seile aus Edelstahl oder anderen Materialien
als Verbindungselemente vorteilhaft eingesetzt werden. Der erfindungsgemäße Abstandshalter
hätte auch in diesem Fall im Vergleich zu einem konventionellen aus vergleichbarem
Material erhebliche Vorteile bzgl. der Wärmeisolation.
[0027] Schließlich ist zu erwähnen, dass die Erfindung nicht auf den vorstehenden beschriebenen
Abstandshalter als Einzelteil beschränkt ist, sondern auch ein Gerät mit mindestens
einem derartigen Abstandshalter umfasst. Beispielsweise kann der erfindungsgemäße
Abstandshalter im Rahmen der Erfindung in einem Kryostaten eingesetzt werden. Besonders
eignet sich der erfindungsgemäße Abstandshalter hierbei zur mechanischen Verbindung
und thermischen Isolation der auf Raumtemperatur befindlichen Kryostatenwand mit einem
tiefkalten Strahlenschild.
[0028] Der erfindungsgemäße Abstandshalter kann vorteilhaft auch zur wärmeisolierenden Abstützung
von Bauteilen eingesetzt werden, die sich auf beliebigen Temperaturniveaus befinden,
beispielsweise auch im Hochtemperaturbereich.
[0029] Andere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet
oder werden nachstehend zusammen mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele
der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
- Figur 1
- eine Querschnittsansicht eines erfindungsgemäßen Abstandshalters mit einem rohrförmigen
Oberteil und einem rohrförmigen Unterteil,
- Figuren 2a-2e
- verschiedene Ansichten eines alternativen Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen
Abstandshalters mit ineinandergreifenden Streifen an dem Oberteil und dem Unterteil
und einer Seilverspannung,
- Figuren 3a-3g
- verschiedene Ausführungsbeispiele von Seilverspannungen zwischen dem Unterteil und
dem Oberteil des Abstandshalters sowie zugehörige Befestigungen,
- Figuren 4a-21b
- verschiedene Ausführungsbeispiele für Seilhalterungen des erfindungsgemäßen Abstandshalters,
- Figuren 22 und 23
- verschiedene Seilverspannungen für den erfindungsgemäßen Abstandshalter,
- Figuren 24a und 24b
- ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Abstandshalters mit einer
speichenförmigen Seilverspannung,
- Figuren 25a-25c
- ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Abstandshalters mit jeweils
zwei Streifen an dem Oberteil und dem Unterteil,
- Figuren 26a-26c
- ein weiteres alternatives Ausführungsbeispiel mit zwei Streifen an dem Oberteil und
dem Unterteil des Abstandshalters, wobei Oberteil und Unterteil identisch ausgeführt
sind und die Streifen nicht rechtwinklig zur Grundplatte stehen.
[0030] Die Querschnittsansicht in Figur 1 zeigt einen Abstandshalter 1, der beispielsweise
in einem Kryostaten eingesetzt werden kann, um die auf Umgebungstemperatur (z.B. 300K)
liegende Kryostatenwand mit einem tiefkalten (z.B. 80K) Strahlenschild zu verbinden,
wobei der Abstandshalter 1 zum einen eine mechanische Verbindung und zum anderen eine
thermische Isolation bildet.
[0031] Der Abstandshalter 1 besteht im Wesentlichen aus einem hohlzylindrischen Oberteil
2 und einem ebenfalls hohlzylindrischen Unterteil 3, wobei das Unterteil 3 einen größeren
Durchmesser als das Oberteil 2 aufweist und das Oberteil 2 hülsenförmig umgreift.
[0032] Das Oberteil 2 weist zur Befestigung an dem Strahlenschild des Kryostaten eine Grundplatte
4 auf, in der sich mehrere Bohrungen 5 befinden, um die Grundplatte 4 durch Nieten
oder Schrauben an dem Strahlenschild des Kryostaten zu befestigen.
[0033] Das Unterteil 3 weist ebenfalls eine Grundplatte 6 auf, in der sich mittig eine Bohrung
7 befindet, so dass die Grundplatte 6 des Unterteils 3 an der Kryostatenwand festgeschraubt
werden kann.
[0034] Die Erfindung ist jedoch hinsichtlich der Ausrichtung des Abstandshalters 1 nicht
auf die vorstehende beschriebene Anordnung beschränkt. Es ist alternativ auch möglich,
dass das Oberteil 2 an der Kryostatenwand befestigt wird, wohingegen das Unterteil
3 an dem Strahlenschild angebracht wird.
[0035] Das Oberteil 2 und das Unterteil 3 besteht hierbei beispielsweise aus glasfaserverstärktem
Kunststoff (GFK) oder Edelstahl, die eine relativ schlechte Wärmeleitfähigkeit aufweisen,
was zur Isolation des tiefkalten Strahlenschildes gegenüber der auf Umgebungstemperatur
liegenden Kryostatenwand vorteilhaft ist.
[0036] Die mechanische Verbindung zwischen dem Oberteil 2 und dem Unterteil 3 erfolgt hierbei
durch mehrere Seile 8-11, beispielsweise aus Kevlar, die in einem umlaufenden Ringspalt
zwischen dem Oberteil 2 und dem Unterteil 3 angeordnet sind.
[0037] Zur Fixierung der Seile 8-11 sind in dem Oberteil 2 und in dem Unterteil 3 Bohrungen
12-19 angebracht, durch die die Seile 8-11 hindurchgeführt sind, wobei die Seilenden
durch Endelemente 20-29 in den Bohrungen 12-19 fixiert sind. Bei den Endelementen
20-29 kann es sich beispielsweise um Knoten, Seilhülsen oder Klemmen handeln.
[0038] Die Seile 8-11 sind hierbei räumlich unterschiedlich ausgerichtet und nehmen Zugkräfte
in unterschiedlichen Richtungen auf, so dass der Abstandshalter 1 auf Druck, Zug und
in Querrichtung belastet werden kann. Die Seile 8, 10 nehmen hierbei im Wesentlichen
Druckkräfte zwischen dem Oberteil 2 und dem Unterteil 3 auf, während die anderen Seile
9, 11 im Wesentlichen Zugkräfte zwischen dem Oberteil 2 und dem Unterteil 3 aufnehmen.
[0039] Figur 2a zeigt eine isometrische Ansicht eines alternativen Ausführungsbeispiels
eines Abstandshalters 30, wobei Figur 2b eine Querschnittsansicht des Abstandshalters
30 mit ebenen Streifen entlang einer Schnittebene 31 in Figur 2a zeigt, während Figur
2c eine Querschnittsansicht des Abstandshalters 30 mit kreisbogenförmig gewölbten
Streifen, wie sie beispielsweise durch das Herausfräsen aus einem Rohr entstehen,
durch die Schnittebene 31 zeigt.
[0040] Der Abstandshalter 30 besteht ebenfalls im Wesentlichen aus einem Oberteil 32 und
einem Unterteil 33, wobei Figur 2d das Oberteil 32 im halbfertigen, d.h. noch nicht
gebogenen Zustand zeigt, während Figur 2e das Unterteil 33 im halbfertigen Zustand
wiedergibt.
[0041] Das Oberteil 32 des Abstandshalters 30 weist eine Grundplatte 34 auf, die beispielsweise
durch Nieten oder Schrauben an dem Strahlenschild eines Kryostaten befestigt werden
kann. Hierzu sind in der Grundplatte 34 des Oberteils 32 mehrere Bohrungen 35 angeordnet.
[0042] Von der Grundplatte 34 stehen beispielsweise rechtwinklig mehrere Streifen 36-38
ab, wobei die Streifen 36-38 über den Umfang des Oberteils 32 verteilt äquidistant
angeordnet sind und jeweils Lücken einschließen.
[0043] Das Unterteil 33 weist ebenfalls eine Grundplatte 39 auf, die beispielsweise an der
Kryostatenwand eines Kryostaten befestigt werden kann.
[0044] Von der Grundplatte 39 des Unterteils 33 stehen beispielsweise ebenfalls rechtwinklig
drei Streifen 40-42 ab, die in die Lücken zwischen den Streifen 36-38 des Oberteils
32 eingreifen.
[0045] In den Streifen 36-38 und 40-42 befinden sich jeweils am Ansatz und am freien Ende
Bohrungen 44 zur Aufnahme eines oder mehrerer Seile 45, welche das Oberteil 32 mit
dem Unterteil 33 verspannen. Die einzelnen Seilabschnitte zwischen den Bohrungen 44
nehmen hierbei jeweils Zugkräfte in unterschiedlichen Richtungen auf, so dass der
gesamte Abstandshalter 30 auf Zug, Druck sowie in Querrichtung belastet werden kann.
[0046] Die Figuren 3a-3c zeigen verschiedene Ausführungsbeispiele der Seilverspannung zwischen
dem Oberteil 32 und dem Unterteil 30 des Abstandshalters 30.
[0047] Bei der Seilverspannung gemäss Figur 3a wird ein einziges Seil 45 für die gesamte
Seilverspannung verwendet, wobei das Seil abwechselnd an der Innenseite und der Außenseite
der Streifen 36-38 bzw. 40-42 geführt ist. Der Wechsel des Seils 45 von der Innenseite
zur Außenseite des Abstandshalters 30 erfolgt hierbei jeweils bei der Durchführung
durch die Bohrungen 44.
[0048] Bei der in Figur 3b dargestellten Seilverspannung wird ebenfalls nur ein einziges
Seil für die gesamte Seilverspannung verwendet, wobei das Seil 45 ebenfalls abwechselnd
an der Innenseite und an der Außenseite des Abstandshalters 30 geführt wird. Der Wechsel
zwischen der Innenseite und der Außenseite des Abstandshalters 30 erfolgt hierbei
jedoch jeweils sowohl bei der Durchführung durch die Bohrungen 44 als auch zwischen
den Streifen 36-38 und den benachbarten Streifen 40-42.
[0049] Bei der in Figur 3c dargestellten Seilverspannung werden zwei Seile 46, 47 verwendet,
wobei die Seilabschnitte der beiden Seile 46, 47, welche die Streifen 36-38 des Oberteils
32 mit den Streifen 40-42 des Unterteils 33 verbinden, an der Innenseite des Abstandshalters
30 angeordnet sind. An der Außenseite der Streifen 36-38 bzw. 40-42 verlaufen die
beiden Seile 46, 47 dagegen parallel. Diese Seilverspannung bietet den Vorteil, dass
die die beiden Temperaturniveaus verbindenden Seilstücke die Streifen 36-38 bzw. 40-42
nur im Bereich der Bohrungen 44 berühren, so dass die volle Länge zwischen den entsprechenden
Bohrungen 44 als Wärmewiderstand ausgenutzt werden kann.
[0050] Die Figuren 3d und 3e zeigen eine Fixierung des Seils 45 an einem Streifen mittels
einer Niete 48, wodurch ein Verkippen des Oberteils 32 relativ zu dem Unterteil 33
verhindert wird.
[0051] Bei der Anordnung gemäß Figur 3f wird darüber hinaus das Seilende des Seiles 45 in
einem Loch mittels einer Niete 49 fixiert.
[0052] Auf das zusätzliche Loch für die Niete 49 kann bei der Anordnung gemäß Figur 3g verzichtet
werden, indem das Seil 45 jeweils in den Bohrungen 44 durch eine Niete 50, 51 fixiert
wird. Dies ermöglicht es, sämtliche Streifen 36-38 bzw. 40-42 baugleich auszuführen.
[0053] Die Figuren 4a und 4b zeigen alternative Ausführungsbeispiele der Streifen 36-38
bzw. 40-42, bei denen am freien Ende der Streifen 36-38 bzw. 40-42 anstelle der Bohrungen
44 ein u-förmiger Ausschnitt 52 bzw. ein v-förmiger Ausschnitt 53, der auf das Seil
eine Klemmwirkung ausübt, angeordnet ist, durch den das Seil 45 geführt werden kann.
[0054] Bei dem Ausführungsbeispiel des Streifens 41 gemäß den Figuren 5a und 5b ist aus
dem Streifen 41 eine Zunge 54 heraus gepresst, welche das Seil 45 aufnimmt.
[0055] Bei den Ausführungsbeispielen gemäß den Figuren 6a und 6b sowie 7a bis 7c wird das
Seil 45 durch einen Haken 55, 56 bzw. 57 geführt, wobei der Haken 55 durch eine Niete
58 an dem Streifen 41 befestigt ist, wohingegen die Haken 56, 57 durch Punktschweißen
an dem Streifen 41 angebracht sind. Ein weiterer Unterschied zwischen den Haken 56
und 57 besteht darin, dass der Haken 57 zusammen gedrückt ist, wodurch das Seil 45
in dem Haken 57 eingeklemmt wird.
[0056] Die Figuren 8a und 8b sowie 9a und 9b zeigen Ausführungsbeispiele mit einem losen
Haken 59 bzw. 60, der in eine Bohrung 61 bzw. 62 eingehängt ist. Bei dem Ausführungsbeispiel
gemäß den Figuren 8a und 8b ist die Bohrung 61 kreisrund, wohingegen die Bohrung 62
bei dem Ausführungsbeispiel gemäß den Figuren 9a und 9b aus einem Langloch besteht.
Der Haken 60 muss deshalb beim Einsetzen in die Bohrung 62 um 90° gedreht werden.
Vorzugsweise werden beim Einsatz der losen Haken 59, 60 schnell wirkende Kleber verwendet,
um diese vor dem Einlegen des Seils 45 provisorisch zu fixieren. Die Haken 59, 60
können ebenso wie der Haken 57 in Figur 7c zusammen gedrückt werden, um das Seil 45
festzuklemmen.
[0057] Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß den Figuren 10a und 10b sowie Figuren 11a und 11b
wird das Seil 45 über eine Schraube 63 bzw. 64 geführt, die zum Festklemmen einfach
angezogen werden kann. Bei der Schraube 63 bzw. 64 kann es sich um eine Blechschraube
handeln oder eine Standardschraube, für die ein Gewinde in den Streifen 41 geschnitten
werden muss. Grundsätzlich ist auch die Verwendung einer Mutter auf der Rückseite
des Streifens 41 möglich, wobei die Mutter durch Punktschweißen oder Kleben an dem
Streifen 41 befestigt werden kann. Falls das Gewinde der Schraube 63 bzw. 64 bis zu
deren Kopf reicht, kann das Seil 45 durch Unterlegen eines schmalen Ringes, einer
Folie oder dergleichen geschützt werden. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäss den Figuren
11a und 11b wird hierzu ein Zwischenring 65 verwendet, der einerseits ermöglicht,
dass das Gewinde nicht bis zum Schraubenkopf reichen muss und damit das Seil 45 nicht
beschädigen kann und andererseits den Haltepunkt des Seils 45 an dem Streifen 41 weiter
nach außen verlegt. Dadurch kann, abgesehen vom Haltepunkt, ein thermischer Kontakt
des Seils 45 mit dem Streifen 41 vermieden werden.
[0058] Die Figuren 12 bis 21b zeigen verschiedene Ausführungsbeispiele für die Führung bzw.
Fixierung des Seils 41 am Ansatz (Fußende) der Streifen 36-38 bzw. 40-42, wobei zur
Vereinfachung lediglich der Streifen 41 dargestellt ist. Diese Ausführungsbeispiele
entsprechen analog den Ausführungsbeispielen in den Figuren 4a bis 11b, so dass zur
Vermeidung von Wiederholungen auf die vorstehende Beschreibung verwiesen wird und
für entsprechende Bauteile dieselben Bezugszeichen verwendet werden.
[0059] Die Figuren 22 und 23 zeigen weitere Ausführungsbeispiele für eine Seilverspannung.
[0060] Das Ausführungsbeispiel gemäß Figur 22 zeichnet sich hierbei durch eine Kombination
aus einem punktgeschweißten Haken 66 am Ansatz des Streifens 41 mit einer u-förmigen
Aussparung 67 am freien Ende des Streifens 41 aus.
[0061] Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 23 sind dagegen sowohl am Ansatz als auch
am freien Ende des Streifens 41 punktgeschweißte Haken 68, 69 vorgesehen, die jeweils
zur Fixierung des Seils 45 zusammen gedrückt sind.
[0062] Die Figuren 24a und 24b zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen
Abstandshalters 70, der ein Oberteil 71 und ein Unterteil 72 aufweist, wobei das Oberteil
71 beispielsweise an einem Strahlenschild eines Kryostaten befestigt werden kann,
während das Unterteil 72 beispielsweise an der Kryostatenwand angebracht sein kann.
[0063] Das Oberteil 71 bildet hierbei eine Nabe, die im Mittelpunkt des hohlzylindrischen
Unterteils 72 angeordnet ist, wobei ein oder mehrere Seile 73 speichenförmig zwischen
dem nabenförmigen Oberteil 71 und dem Unterteil 72 gespannt sind.
[0064] Die Figuren 25a-25c sowie 26a- 26c zeigen jeweils ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen
Abstandshalters mit einem Oberteil 74, 75 und einem Unterteil 76, die jeweils zwei
Streifen aufweisen. Beim Abstandshalter gem. Figur 26a und 26b sind das Oberteil 75
und das Unterteil 75 gleich ausgeführt und die Streifen stehen nicht rechtwinklig
auf die Grundplatte. Die Figur 26b stellt einen Schnitt durch das fertige Bauteil
in Bezug auf die Schnittebene A-A des halbfertigen Teils in Fig. 26a dar. Insgesamt
verfügt der Abstandshalter bei diesen Ausführungsbeispielen also über vier Streifen,
die über den Umfang verteilt angeordnet sind.
[0065] Die mechanische Verbindung erfolgt hierbei beispielsweise ebenfalls durch eine Verspannung
mittels eines Seiles 77, wobei in diesem Beispiel an jedem Streifenende eine Seilschlinge
durch zwei Löcher geführt und durch eine Schraube mit rechteckiger Beilagenscheibe
festgeklemmt ist.
[0066] Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele
beschränkt. Vielmehr ist eine Vielzahl von Varianten und Abwandlungen möglich, die
ebenfalls von dem Erfindungsgedanken Gebrauch machen und deshalb in den Schutzbereich
fallen.
1. Abstandshalter (1, 30, 70) zur wärmeisolierenden Verbindung von auf unterschiedlichen
Temperaturen befindlichen Bauteilen, insbesondere einer Umgebungstemperatur aufweisenden
Kryostatenwand mit einem gekühlten Strahlenschild eines Kryostaten,
mit mindestens einem Verbindungselement (8-11, 45, 73, 77) zur mechanischen Verbindung
und zur thermischen Isolation der Bauteile,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Verbindungselement (8-11, 45, 73, 77) unabhängig von der mechanischen Belastung
des Abstandshalters (1, 30, 70) nur einachsig mechanisch belastet ist.
2. Abstandshalter (1, 30, 70) nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch mehrere Verbindungselemente (8-11, 45, 73, 77) zur mechanischen Verbindung der beiden
Bauteile, wobei die Verbindungselemente (8-11, 45, 73, 77) räumlich unterschiedlich
ausgerichtet sind und jeweils einachsige mechanische Belastungen in unterschiedlichen
Belastungsrichtungen aufnehmen.
3. Abstandshalter (1, 30, 70) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement (8-11, 45, 73, 77) unabhängig von der mechanischen Belastung
des Abstandshalters (1, 30, 70) entweder nur auf Zug oder nur auf Druck belastet ist.
4. Abstandshalter (1, 30, 70) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement (8-11, 45, 73, 77) ein Faden, Seil oder ein Draht ist.
5. Abstandshalter (1, 30, 70) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein an dem einen Bauteil befestigbares Oberteil (2, 32, 71, 74, 75) und ein an dem
anderen, auf anderer Temperatur befindlichen Bauteil befestigbares separates Unterteil
(3, 33, 72, 76, 75), wobei das Oberteil (2, 32, 71, 74, 75) durch das Verbindungselement (8-11, 45, 73, 77) mechanisch mit dem Unterteil (3, 33, 72,
76, 75) verbunden ist.
6. Abstandshalter (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Unterteil (3) das Oberteil (2) hülsenförmig umgreift, wobei das Verbindungselement
(8-11) das Unterteil (3) mit dem Oberteil (2) verspannt.
7. Abstandshalter (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Unterteil (3) und das Oberteil (2) im Wesentlichen zylindrisch sind und einen
Ringspalt einschließen, in dem das Verbindungselement (8-11) angeordnet ist.
8. Abstandshalter (30) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Unterteil (33, 75, 76) und das Oberteil (32, 74, 75) jeweils über ihren Umfang
verteilt mehrere , von der Ebene der jeweiligen Grundplatte 39 bzw. 34 abstehende
Streifen (36-38, 40-42) aufweisen, zwischen denen sich jeweils Lücken befinden, wobei
die Streifen (36-38) des Oberteils (32, 74, 75) in die Lücken des Unterteils (33,
76, 75) eingreifen und umgekehrt.
9. Abstandshalter (30) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement (8-11, 45, 77) die Streifen (36-38) des Oberteils (32, 74,
75) mit den benachbarten Streifen (40-42) des Unterteils (33, 75, 76) verspannt.
10. Abstandshalter (70) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Oberteil (71) eine Nabe bildet, wobei die Verbindungselemente (73) die Nabe speichenförmig
mit dem Unterteil (72) verbinden.
11. Abstandshalter (1, 30, 70) nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Oberteil (2, 32, 71, 74, 75) durch mindestens ein über den Umfang umlaufendes
Seil (45) oder durch mindestens einen über den Umfang umlaufenden Draht oder durch
mehrere Seilstücke oder Drahtstücke mit dem Unterteil (3, 33, 72, 76, 75) verspannt
ist.
12. Abstandshalter (1, 30) nach einem der Ansprüche 5-9, dadurch gekennzeichnet, dass das umlaufende Seil (45) oder der umlaufende Draht Seil- bzw. Drahtabschnitte aufweist,
die das Oberteil (2, 32, 74, 75) mit dem Unterteil (3, 33, 76, 75) verspannen, wobei
diese Seil- bzw. Drahtabschnitte innen angeordnet sind.
13. Abstandshalter (1, 30, 70) nach einem der Ansprüche 5 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Oberteil (2, 32, 71, 74, 75) und/oder das Unterteil (3, 33, 72, 76, 75) mindestens
teilweise mit einem wärmeisolierenden und/oder strahlendämmenden Material bedeckt
oder gefüllt ist.
14. Abstandshalter (1, 30, 70) nach einem der Ansprüche 5 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Oberteil (2, 32, 71, 74, 75) und/oder das Unterteil (3, 33, 72, 76, 75) mindestens
eine Halterung (12-19, 44, 52-57, 59, 60, 63, 64, 66-69) für das Seil (45) oder den
Draht aufweist.
15. Abstandshalter (1, 30, 70) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Halterung (55-57, 59, 60, 63, 64, 66, 68, 69) an dem Oberteil (2, 32, 71, 74,
75) und/oder an dem Unterteil (3, 33, 72, 76, 75) angenietet (58), angeschraubt, angeschweißt
oder angelötet ist oder in eine Aufnahme (61, 62) in dem Oberteil (2, 32, 71, 74,
75) und/oder dem Unterteil (3, 33, 72, 76, 75) eingehängt ist.
16. Abstandshalter (1, 30, 70) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Halterung eine Bohrung (12-19, 44), eine Nut (52, 53, 67), eine Einkerbung, eine
Vertiefung, eine aus dem Streifen (41) herausgedrückte Zunge (54), ein Haken (55-57,
59, 60, 66, 68, 69)und/oder eine Schraube (63, 64) ist.
17. Abstandshalter (1, 30, 70) nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Seil (8-11, 45) oder der Draht an mindestens einem Ende ein Endelement (20-29)
aufweist, um das Seil (8-11, 45) oder den Draht in der Halterung des Oberteils (2,
32, 71, 74, 75) und/oder das Unterteils (3, 33, 72, 76, 75) zu befestigen.
18. Abstandshalter (1, 30, 70) nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Endelement (20-29) des Seils (8-11, 45) oder des Drahtes ein Knoten, eine Seilhülse
oder eine Klemme ist.
19. Abstandshalter (1, 30, 70) nach einem der Ansprüche 14 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Seil (8-11, 45) oder der Draht in der Halterung durch einen Niet (48-51), eine
Schraube, einen Bolzen oder einen Keil gesichert ist.
20. Abstandshalter (1, 30, 70) nach einem der Ansprüche 5 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Oberteil (2, 32, 71, 74, 75) und/oder in dem Unterteil (3, 33, 72, 76, 75)
mindestens ein Loch oder ein Schlitz angeordnet ist.
21. Abstandshalter (1, 30, 70) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Oberteil (2, 32, 71, 74, 75) und/oder das Unterteil (3, 33, 72, 76, 75) mindestens
teilweise aus Edelstahl oder Kunststoff besteht.
22. Abstandshalter (1, 30, 70) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement (8-11, 45, 73, 77) mindestens teilweise aus einer Kunstfaser
besteht.
23. Abstandshalter (1, 30, 70) nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement (8-11, 45, 73, 77) mindestens teilweise aus einer Aramidfaser,
insbesondere aus Kevlar, besteht.
24. Kryostat mit mindestens einem Abstandshalter (1, 30, 70) nach einem der vorhergehenden
Ansprüche.
25. Kryostat nach Anspruch 24, gekennzeichnet durch eine Kryostatenwand und einen gekühlten Strahlenschild, wobei der Abstandshalter'(1,
30, 70) die Kryostatenwand mit dem Strahlenschild verbindet.