连接装置

技术领域

本发明涉及一种根据权利要求1前序部分的连接装置。

背景技术

通用连接设备用于所谓的同步加速器或其他粒子加速器。这些同步加速器或粒子加速器具有由线路和/或腔室组成的线路系统，带电粒子大多以带电粒子束的形式穿过这些线路和/或腔室。通用连接装置在这样的线路系统中用于平衡或补偿由热或其他方式引起的位移和长度变化，从而在线路系统中不会产生过度的张力或变形。为此，这种连接装置本身被设计为柔性的，使得第一法兰和第二法兰可以在连接装置的纵向方向上以及也在至少一个与纵向方向有角度的横向方向上相对于彼此移位，以由此平衡线路系统中例如由热引起的位移和/或长度变化。

然而同样重要的是，穿过连接装置或穿过线路元件的线路空腔的带电粒子或带电粒子束不偏转或不以其他方式受到负面影响。

US 2017/0279205 A1在图1中示出了通用连接装置。US 2017/0279205A1的图2至图4所示的连接装置是非通用的。在这些连接装置的情况下法兰不通过波纹管的中间连接而相互连接。

发明内容

本发明的任务是改进通用连接装置，使得通过它们可以很好地补偿在连接装置的纵向方向和横向方向上的位移，同时穿过线路空腔的带电粒子在法兰的这种相对位移期间尽可能少地偏转或不偏转或不以其他方式受到负面影响。

根据本发明，这通过根据权利要求1的连接装置来实现。

因此，在本发明中规定，在第一法兰和第二法兰上分别布置用于将线路元件与相应法兰电连接的连接元件，其中所述线路元件可移动地支承在两个连接元件中或两个连接元件上，和/或其中所述线路元件具有至少一个环形弹簧或具有至少一个螺旋弹簧或由至少一个环形弹簧或至少一个螺旋弹簧组成。

根据本发明的线路元件确保了布置在所述线路元件内的线路空腔的横截面积在连接装置的法兰由热或无论如何以其他方式引起相对于彼此位移的情况下尽可能保持恒定。由此，与围绕线路元件的外侧布置的波纹管相组合，穿过连接装置的线路空腔的带电粒子不偏转或至少尽可能少地偏转或不以其他方式受到负面影响。本发明确保，即使在法兰在连接装置的纵向方向和/或在连接装置的横向方向上发生较大位移的情况下，法兰也通过其连接元件和所述线路元件最佳地保持彼此导电连接。这通过将线路元件可移动地支承在两个连接元件中或两个连接元件上来实现，和/或仅通过将线路元件构造为环形弹簧或螺旋弹簧或至少具有环形弹簧或螺旋弹簧来实现。

在有疑问的情况下，术语“连接装置的纵向方向和横向方向”是指所述连接装置的起始位置，此时所述连接装置的两个法兰不会因外力而相对于彼此位移。(一个或多个)横向方向与纵向方向成角度。(一个或多个)横向方向优选与纵向方向正交。

根据本发明的连接装置优选地用于同步加速器或其他粒子加速器的线路系统中。如本身已知的，这些线路系统可以具有线路但也可以具有腔室。

在根据本发明的连接装置中，所述第一法兰和所述第二法兰通过所述波纹管的中间连接而彼此连接。为此存在各种实施变型。所述波纹管为此可以在所述第一法兰和所述第二法兰之间的整个距离上延伸并且从而将所述第一法兰和所述第二法兰彼此直接连接。然而，所述波纹管也可以仅在所述第一法兰和所述第二法兰之间的部分区域上延伸。在这些实施例中，有利地至少在这些法兰中的至少一个法兰上布置套管。于是所述波纹管例如可以从所述套管的自由端延伸到另一个法兰。也可以围绕所述波纹管布置第二套管，于是所述第二套管优选地布置或固定或形成在另一个法兰上。在任何情况下，所述波纹管有利地由金属形成。

由于根据本发明的连接装置用于补偿线路系统中由热引起的长度变化和/或位移，因此所述连接装置也可以称为补偿装置或补偿连接装置。

为了不仅能够补偿线路系统在连接装置的纵向方向和/或横向方向上的位移，而且能够补偿线路系统中的扭转运动，本发明的特别优选的变型规定，至少一个连接元件优选可围绕与所述连接装置的纵向方向同轴或至少平行的旋转轴线旋转地支承在法兰上，所述至少一个连接元件布置在该法兰上。

围绕线路空腔的线路元件可以构造为周向封闭的。然而，这不是绝对必要的。更重要的是，所述线路元件将所述连接元件以及因此将所述连接装置的两个法兰良好地彼此导电连接。为此还可以规定，所述线路元件具有多个杆，其中这些杆彼此平行并且彼此有间隔地布置，并且一起围绕所述线路空腔的部分区域或整个线路空腔。所述线路元件也可以仅由这样的杆布置组成。

为了补偿法兰在连接装置的纵向方向和/或横向方向上的位移并同时能够确保最佳的电接触，优选地规定，每个杆可移动且导电地支承在两个连接元件中或两个连接元件上。在此背景下特别优选地规定，每个杆可移动地且导电地支承在两个连接元件的杆容纳空腔中。在最后这种变型中，杆优选地以其端部可移动地支承在杆容纳空腔中。这些端部在那里全面被连接元件的对应壁包围，从而杆不会从连接元件上升起，而是始终确保相应杆和相应连接元件之间的非常好的电接触。优选地规定，每个杆具有圆形横截面。这在确保最佳电接触方面也是非常有利的。然而，替代的变型也规定杆构造为扁平杆。

还可以规定，在相应连接元件的杆上为了分别与所述线路元件的杆导电连接而分别构造有在所述连接装置的纵向方向上彼此间隔开的两个凸起，其中这些杆利用所述凸起导电地靠置在所述线路元件的相应杆上，并且所述线路元件的相应杆在与相应连接元件的相应杆相对的侧上的两个凸起之间的区域中由所述连接装置的支撑肩部支撑。通过至少两个在所述连接装置的纵向方向上分别依次布置的凸起和在纵向方向上布置在凸起之间的支撑肩部，确保了即使在所述连接装置的纵向方向和/或横向方向上产生较大位移时线路元件的杆和相应连接元件之间也具有特别好的电接触。

准确实现这一点的另一变型规定，所述线路元件的杆的指向相应连接元件的端部分别具有弯曲部，并且所述相应连接元件具有带有弯曲部的杆，其中所述相应连接元件的杆的弯曲部布置在所述线路元件的杆的弯曲部之间的空隙中并且连接杆穿过所述相应连接元件的杆的弯曲部并穿过所述线路元件的杆的弯曲部。在此情况下有利的是，杆的相应弯曲部构造为在所述连接装置的纵向方向上延伸的长孔的形式。由此使得连接杆在纵向方向上可移位地支承在弯曲部中。

在线路元件具有环形弹簧或被构造为环形弹簧的变型中有利地规定，所述环形弹簧具有依次布置的环形元件的序列，其中各个相继的环形元件借助于弹性元件相互连接并且可相对于彼此移动。这些环形元件在此优选地可以是刚性体。有利地，所有环形元件具有相同的直径。当然，这并非强制性的。在任何情况下，支承在环形元件之间的弹性元件确保环形弹簧具有对应的可移动性，以便能够由此补偿法兰之间在连接装置的纵向方向和/或横向方向上的位移。在这里环形元件也确保所述线路元件在任何地方都具有相同的线路横截面，即使在相对强烈偏转的状态下也是如此。除了可以例如构造为螺旋弹簧的弹性元件之外，还可以附加地在环形元件之间布置电滑动接触部，所述滑动接触部确保了相继的环形元件彼此之间的最佳导电连接以及从线路元件到相应连接元件之间的最佳导电过渡。

在本发明的螺旋弹簧是线路元件的一部分或构成线路元件的实施变型中有利地规定，所述螺旋弹簧具有多个依次布置的绕组，这些绕组可以相对于彼此弹性地移动。由此即使在法兰在连接装置的纵向方向和/或横向方向上的相对位移较大的情况下也确保了线路元件内的线路空腔在任何地方都具有相同的横截面。在连接装置的非偏转状态下，所述绕组有利地布置在假想的圆柱体侧表面上。特别优选的变型规定，所述线路元件具有两个螺旋弹簧或由两个螺旋弹簧组成，其中一个螺旋弹簧布置在另一个螺旋弹簧的内部空间中，其中优选地规定，两个螺旋弹簧的绕组彼此错开地布置在所述连接装置的纵向方向上。

根据本发明的连接装置有利地设计为使得可以在由波纹管围绕的内部空间中形成1×10

本发明的特别优选的变型规定，所述法兰、所述连接元件和/或所述线路元件由铜铍合金构成或具有铜铍合金。替代材料是不锈钢或铜，所述替代材料优选是镀银或镀金的。

附图说明

本发明的进一步特征和细节以及本发明的优选设计变型在下面示例性地在附图描述中进行解释。

图1至图4示出了连接装置的根据本发明的第一实施例的图示；

图5至图8示出了连接装置的根据本发明的第二实施例的图示；

图9至图12示出了连接装置的根据本发明的第三实施例的图示；

图13至图16示出了连接装置的根据本发明的第四实施例的图示；

图17至图20示出了连接装置的根据本发明的第五实施例的图示；以及

图21至图24示出了连接装置的根据本发明的第六实施例的图示。

具体实施方式

下面首先解释在图1至图4中示出的连接装置1的根据本发明的第一实施例。图1示出了根据本发明的连接装置1的纵向截面图。图2放大地示出了图1的区域A。图3示出了连接装置1的透视图并且图4放大地示出了图3中的区域B。

在讨论该实施例中的线路元件10及其与连接元件13和14的连接的特定设计方式之前，讨论该实施方式的在下面的实施例中也实现的特征。因此，这部分描述适用于这里示出的所有实施例。

所有实施例都涉及用于同步加速器或其他粒子加速器的线路系统的连接装置1。因此，带电粒子通常以带电粒子束的形式穿过该线路系统以及穿过连接装置1。该线路系统可以包括线路和腔室。在任何情况下，连接装置1包括第一法兰2和第二法兰4以及波纹管6。第一法兰2和第二法兰4通过波纹管6的中间连接而彼此连接。在该实施例中，这是以波纹管6仅在两个法兰2和4之间的连接的部分区域上延伸的方式实现的。具体地，在本实施例中，与其他实施例中一样，波纹管6布置在第二法兰4的旋转轴承环32与固定至第一法兰2上的套管40之间。然而在替代设计方式中，波纹管6例如也可以从第一法兰2完全延伸到第二法兰4。在图1中，线路系统的线路3和5用虚线表示。第一法兰2与第一线路3连接并且第二法兰4与第二线路5连接。代替线路3或5，线路系统的腔室当然也可以对应地与法兰2和4之一连接或与法兰2和4两者连接。从而在任何情况下，连接装置1布置在线路系统的线路3和5或腔室之间，使得相应线路的线路内部空间33或对应的腔室内部空间与线路元件10的线路空腔11对齐和连接，使得穿过线路内部空间33的带电粒子以及特别是对应的带电粒子束也对应地穿过线路元件10的线路空腔11。

这里所示的所有实施例的连接装置1用于补偿线路系统的第一线路3或腔室与线路系统的第二线路5或腔室之间的位移。这些位移既可以在连接装置1的纵向方向7上进行，也可以在连接装置1的至少一个与纵向方向成角度的、优选正交的横向方向8上进行。连接装置1的法兰2和4可以与它们固定在的相应线路3或5或腔室一起移动。波纹管6和相应的线路元件10允许法兰2和4在纵向方向7和在一个或多个横向方向8上都进行这种相对移动，使得不会在线路系统中产生应力或断裂。线路系统中在纵向方向7和/或横向方向8上的这些位移可能由热引起，但也可能以其他方式引起。

在这里所示的实施例中实现的所有线路元件10都具有以下优点，即它们可以补偿法兰2和4之间的对应相对移动，而不存在它们与连接元件13和14以及因此在法兰2和4之间的导电连接中断的风险。此外，线路元件10具有以下优点，即当法兰2和4相对于彼此移动时，线路元件10总是确保由线路元件10围绕的线路空腔11的开口横截面保持至少基本不变。由此使得穿过线路空腔11的粒子不偏转并且因此粒子束保持不受干扰。

在所有实施例中，在任何情况下线路元件10都布置在至少部分地由波纹管6围绕的内部空间9中，其中各种实施例的线路元件10将法兰2和4经由连接元件13和14彼此导电连接。线路元件10的内部空间形成线路空腔11，带电粒子将穿过该线路空腔。

在这里所示的所有实施例中，套管41布置在第二法兰4上。套管41围绕波纹管6以及布置在第一法兰2上的套管。然而，正如上面已经解释的，这也可以用不同的方式解决。

为了不仅能够补偿线路系统中在纵向方向7和横向方向8上的相对位移，而且能够平衡线路系统中的扭转运动，在所有这里示出的变型中都规定，连接元件13或14中的至少一个可旋转地支承在相应的法兰2或4上，该至少一个连接元件布置在该法兰上。具体而言，这在这里所示的实施例中通过连接元件14固定于其上的旋转轴承环32来实现。该旋转轴承环32可旋转地支承在第二法兰4中。旋转轴承环32可围绕其旋转的旋转轴线17与纵向方向7同轴或至少平行地延伸。

从而在所有实施例中，在任何情况下在第一法兰2和第二法兰4上分别布置用于将线路元件10与相应的法兰2或4连接的连接元件13和14。

在图1至图4所示的第一实施例中，当法兰2和4之间存在相对移动时，通过将线路元件10可移动地支承在两个连接元件13和14中或两个连接元件13和14上来确保线路元件10与两个连接元件13至14的电接触。

线路元件10具有多个杆18。这些杆18彼此平行延伸并且在外周方向上彼此有间隔地布置。这些杆一起围绕线路空腔11的至少一个部分区域。在第一实施例中，线路元件10的杆18在该线路元件的中心区域的连接区域31中相互连接。

在第一实施例中，在相应的连接元件13和14上也分别形成杆23。连接元件13的杆23在一侧推入线路元件10中。另一个连接元件14的杆23在相对的侧上推入线路元件10中。为了将每个连接元件13和14的杆23分别与线路元件10的杆18导电连接，在该实施例中在相应连接元件13和14的相应杆23上分别形成两个在连接装置1的纵向方向7上具有彼此有间隔的凸起19和20。这些凸起可以在图2中的对图1的区域A的放大图中特别清楚地看出。相应的杆23通过其凸起19和20以导电的方式靠置在线路元件10的相应杆18上。在两个凸起19和20之间的区域中，线路元件10的杆18分别在与相应杆23相对的侧上由连接装置1的支撑肩部21支撑。在图2中以及在图4的透视图中，很容易看出线路元件10的杆18如何在一侧相应的支撑肩部21和在另一侧相应的连接元件13或14的具有凸起19和20的杆23之间穿过。如果现在两个法兰2和4在纵向方向7和/或横向方向8上存在相对移动，则凸起19和20与相应的支撑肩部21的相互作用确保线路元件10与其杆18总是最佳地与连接元件13和14或者它们的杆23保持电接触。由此也对应地确保了法兰2和4之间的导电连接。线路元件10的杆18以及连接元件13和14的杆23都被对应地构造为具有弹性，以实现法兰2和4相对于彼此的移动。在线路元件10和连接元件14之间的所描述的连接类型与在线路元件10和连接元件13之间的连接类型相同。这在所有实施例中又都是如此。

如果现在考虑图5至图8中的本发明的第二实施例，则图5再次示出了对应的纵向截面。图6放大地示出了图5的区域C。图7以透视的纵向剖视图示出了图5中的连接装置1的第二实施例。图8放大地示出了图7中的区域D。下面基本上讨论与第一实施例的不同之处。在其他方面参考前面的陈述。

第一实施例的共同点首先是，这里线路元件10也具有多个杆18，这些杆彼此平行延伸并且彼此有间隔地布置并且一起围绕连接元件13和14之间的线路空腔11。然而，与第一实施例不同，这里线路元件10的杆18在连接区域31中不相互连接。相反，它们的布置是通过它们与连接元件13和14的连接产生的。

在根据图5至图8的本发明的第二实施例中，每个杆18均具有圆形横截面。这在图8中可以特别清楚地看出。每个杆18都可移动地并且导电地支承在两个连接元件13和14中。具体而言，在该实施例中规定，每个杆18通过其相应的端部区域布置在两个连接元件13和14的杆容纳空腔34中。这可以在图6和图8中清楚地看出。杆18以可在纵向方向上移动的方式支承在相应的杆容纳空腔34中。然而，连接元件13和14的围绕杆容纳空腔34的壁即使两个法兰2和3在横向方向8上存在对应的相对位移的情况下也始终确保杆18之间以及因此线路元件10和相应的连接元件13或14之间的可靠电接触，因为杆容纳空腔34中的杆18在它们的整个外周上与相应的连接元件13或14接触。

图9至图12中示出的本发明的第三实施例与已经描述的根据图5至图8的本发明的第二实施例非常相似。与第二实施例的唯一区别在于，线路元件10的杆18这里不具有圆形横截面，而是构造为扁平杆18。在该实施例中，图9再次示出了纵向截面，图10放大地示出了图9中的区域E。图11示出了连接装置1的对应纵向截面的透视图并且图12放大地示出了图11中的区域F。在图12中可以特别清楚地看出作为扁平杆18的构造，所述扁平杆支承在两个连接元件13和14的对应杆容纳空腔34中。

图13至图16示出了本发明的第四实施例的图示。在该第四实施例中，线路元件10构造为环形弹簧15。换言之，也可以说线路元件10由环形弹簧15组成。当然，线路元件10也可以仅局部地具有这样的环形弹簧15，并且在其他地方不同地构造。

图13示出了连接装置1的纵向截面图。图14放大地示出了图13中的区域G。图15再次示出了该连接装置1的对应透视图的纵向截面图。图16放大地示出了图15中的区域H。

环形弹簧15具有依次布置的环形元件27的序列。这些环形元件27本身可以构造为基本上刚性的。相继的环形元件27借助于弹性元件28彼此连接并且因此可以相对于彼此移动。在图14和图16中可以特别清楚地看出这里具体实现的结构。在那里可以看到，在该实施例中弹性元件28被构造为螺旋弹簧。当然，这里也可以涉及其他合适类型的弹簧或弹性体。在任何情况下，弹性元件28都允许环形元件27在纵向方向7和横向方向8两者上的相对移动。当不再存在从外部作用于法兰2和4上的力时，弹性元件28也确保对应的复位。在这里具体示出的实施例中，中间环形元件38和附加的电滑动接触部39位于每两个相邻的环形元件27之间。电滑动接触部39被对应地构造为柔性的并且确保相继的环形元件27的可靠电接触。弹性元件28的对应端部支承在中间环形元件38中，如在图14和图16中清楚可见的。在该实施例中，线路元件10的这种特殊设计也确保了当法兰2和4在纵向方向7或横向方向8上有相对位移时不会导致线路空腔11的横截面积变窄。因此，根据本发明的这种类型的线路元件10还确保在两个法兰2和4之间存在相对位移时不会不利地影响穿过线路空腔11的带电粒子或这种带电粒子束。

图17至图20所示的本发明的第五实施例是一种变型，其中线路元件10由至少一个螺旋弹簧16构造而成。图17再次示出了连接装置1的纵向截面。在图18中放大地示出了区域I。图19示出了纵向截面的透视图并且图20示出了图19中的区域J。即使原则上单个螺旋弹簧16足以将两个连接元件13和14彼此导电连接并围绕线路空腔11，但在该实施例中规定，线路元件10具有两个螺旋弹簧12和16，其中螺旋弹簧12之一布置在另一个螺旋弹簧16的内部空间30中。两个螺旋弹簧12和16的绕组29在连接装置1的纵向方向7上彼此错开地布置，这在图18和图20中也可以清楚地看出。两个螺旋弹簧12和16的绕组29均位于假想的圆柱侧表面上。螺旋弹簧12或16或它们的绕组29允许在法兰2和4之间有对应的相对位移的情况下线路元件10发生对应的弹性变形，而线路空腔11的开口横截面不会明显改变。这也确保了穿过线路空腔11的带电粒子或带电粒子束不会受到不利影响。绕组29可以相对于彼此弹性移动，从而当法兰2和4之间的位移再次被取消时也确保对应的复位。

图21至图24中的第六实施例现在示出了线路元件10的变型，其中线路元件10的杆18的指向相应连接元件13或14的端部分别具有弯曲部22。图21再次示出了纵向截面，图22放大地示出了图21中的区域K。在图23中示出了透视纵向截面。图24放大地示出了图23中的区域L。

在该实施例中，杆18的连接区域31在线路元件10的中心区域中相对较宽地构造。当然不一定非要如此。当然，它也可以实施得更窄，例如在图1至图4的第一实施例中就是这种情况。

在该实施例中，在任何情况下相应的连接元件13和14同样具有杆23。每个杆23也具有弯曲部24。相应连接元件13或14的杆23的弯曲部24布置在线路元件10的杆18的弯曲部20之间的空隙25中。连接杆26分别穿过相应连接元件13和14的杆23的弯曲部24并穿过线路元件10的杆18的弯曲部22，如在图22和图24中清楚可见的。杆18的弯曲部22和杆23的弯曲部24均实施在一种长孔中，使得相应的连接杆26可在纵向方向7上移动地支承在弯曲部22和24中。这也允许补偿两个法兰2和4既在纵向方向7又和横向方向8上的相对移动，而不会由此在线路空腔11的开口横截面中产生任何相关变化。由此，即使法兰2和4例如由热引起随着线路系统相对于彼此移动，穿过线路空腔11的带电粒子或这种粒子束的分布也基本上不受影响。

附图标记说明：

1连接装置

2第一法兰

3第一线路

4第二法兰

5第二线路

6波纹管

7纵向方向

8横向方向

9内部空间

10线路元件

11线路空腔

12螺旋弹簧

13连接元件

14连接元件

15环形弹簧

16螺旋弹簧

17旋转轴线

18杆

19凸起

20凸起

21支撑肩部

22弯曲部

23杆

24弯曲部

25空隙

26连接杆

27环形元件

28弹性元件

29壁

30内部空间

31连接区域

32旋转轴承环

33线路内部空间

34杆容纳部

38中间环元件

39电滑动接触部

40套管

41套管。