专利名称：使用低纵横比复合抗拉支撑带的紧凑型支撑系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及包括抗拉支撑带的支撑结构，特别是用于固定同心容器的结构，更具体的是具有低导热性的结构，用于在低温应用中支撑间隔紧密的同心容器。
背景技术：
在诸如容纳用于磁共振成像(MRI)或核磁共振(NMR)，或用于空间携带的真空瓶的超导磁体的低温恒温器的系统中，必须以如下方式牢固地机械支撑同心的中空容器，使得所述支撑结构能够传导非常小的热量。常规结构包括使用纤维强化的跑道形抗拉支撑带，术语‘跑道形’在本领域中被理解成表示包括通过半圆形末端部分连接的两个平行侧边的环形。所述抗拉支撑带是通过固定点保持在外部和内部容器上。所述抗拉支撑带受到张力，并且内部容器因此支撑在外部容器内，而不与外部容器接触，而是通过抗拉支撑带接触。通过用纤维强化的复合材料生产抗拉支撑带，可以使它们具有非常高的抗拉强度，和非常低的导热性。与其他材料相比，用含有诸如玻璃和碳的纤维的复合材料制成的抗拉支撑带具有独特的强度，硬度和热特性。不过，可以将抗拉支撑带连接在容器上的固定点与抗拉支撑带本身相比是庞大的和复杂的，其结果是，在很多场合下无法重复利用高强度复合物的潜在的节省空间的优点，因为同心容器之间的最小的分离是根据在同心容器之间容纳抗拉支撑带的固定点确定的。
玻璃，碳或其他纤维强化塑料的高强度和硬度，以及有利的热特性被广泛用于承载抗拉支撑带。所述抗拉支撑带通常是使用长丝卷绕工艺生产的，以便获得纤维的最佳强度，通常是跑道形状的抗拉支撑带。为了获得最高的抗拉强度，在回路末端的抗拉支撑带的几何形状必须保持在某些参数范围内，特别是，直径与厚度的比例(D/t)必须保持较高(通常＞10)，产生具有高纵横比(W/t)的截面(通常宽度与厚度的比例＞10)，这种抗拉支撑带对弯曲负荷敏感，这导致了严重降低的抗拉强度。在实际应用中，当支撑结构未对准和运动时，抗拉支撑带的末端必须使用合适的，通常是球形的支撑结构支撑。
使用抗拉负荷抗拉支撑带的结构的例子披露于以下文献中R.Kevin Giesy，低温工程会议/国际低温材料会议，1995年7月17-21日，俄亥俄州，哥伦布，以及R.G.Reed和M.Golda，低温学37(1997)233-250页(R.Kevin Giesy in Cryogenic EngineeringConference/International Cryogenic Materials Conference July17-21，1995，Columbus Ohio and by R.P.Reed and M.Golda inCryogenics 37(1997)pages.233-250)。
图1A和1B表示抗拉支撑带的常规固定点10。固定点的最小高度H主要是由提供支撑结构的要求确定的。支撑销12是由大体上U形的支撑装置14携带的，在图1A中示出的形式被切掉了。支撑装置14本身是刚性机械连接的，例如通过焊接连接在一个容器15上，在它们之间要安装抗拉支撑带20。在支撑销12上提供大体上为球形形状的轴承16，提供支撑辊18，它具有与轴承16互补的内表面，和圆柱形形式的外表面。抗拉支撑带本身放置在支撑辊18的圆柱形外表面上并且与它接触。通过绕轴承16转动，支撑辊可以在有限范围内自由运动。这使得即使在未对准和运动的情况下，也能够有效地保留抗拉支撑带20，避免了在抗拉支撑带上施加不均匀的载荷，如果不提供固定点的话，就有可能出现这种情况。
通过降低抗拉支撑带的环形直径D，可以降低固定点的高度H。不过，为了保持比例D/t＞10，抗拉支撑带的厚度t必须成相同比例降低。这反过来又要求增加抗拉支撑带的宽度W，以便保持需要的抗拉支撑带强度，降低了的直径D和增加了的宽度W，只能导致抗拉支撑带更容易因为未对准或运动导致的弯曲负荷而损坏。改变抗拉支撑带的强度，以便销12垂直于容器15的表面安装，通常不会降低高度H，因为抗拉支撑带的宽度W通常大于它的直径D。
图2表示典型的常规抗拉支撑带20。它的直径D尽可能地缩小，以便固定点10的高度H能够最小。为了保持优选的比例D/t＞10，同样使厚度t最小。为了保持需要的抗拉强度，尽管具有这种较低的厚度，但增加了宽度W。
高纵横比W/t截面和对容纳轴承16的要求，导致了较大并且复杂的系统，其中，抗拉支撑带固定点10的尺寸超过了抗拉支撑带20的其余部分。在很多用途中，可用于安装抗拉支撑带和它们的相关的固定点的空间是有限的，并且降低需要的空间是重要的设计要求，它们因此是折中的。这特别适用于悬挂紧密安装的同心容器，如在超导磁铁低温恒温器中所使用的。另外，固定点10的支撑组件的费用是相对高昂的。
发明内容
本发明提供了其目的在于至少消除现有技术的某些缺陷的结构。因此，本发明提供了如所附权利要求书中所限定的方法和装置。
通过阅读本发明某些实施方案的以下说明，同时结合附图，能更好地理解本发明的上述和其他目的，优点和特征，其中图1A和1B表示现有技术的抗拉支撑带固定点；图2表示现有技术的抗拉支撑带；图3表示根据本发明实施方案的抗拉支撑带；和图4表示根据本发明一个方面的安装点，用于安装本发明的抗拉支撑带。
具体实施例方式
本发明提供了新形式的抗拉支撑带，和用于固定抗拉支撑带的固定点，它具有非常低的轮廓，生产成本低廉，并且便于安装。
图3表示根据本发明一个方面的抗拉支撑带22。与常规构思不同，本发明的抗拉支撑带保持直径与厚度的比例D/t＞10，但是，显著降低了抗拉支撑带的宽度W，同时通过增加厚度t保持抗拉支撑带的强度和截面积。为了进行比较，假设在图3中示出的本发明的抗拉支撑带是用与图2所示的常规抗拉支撑带相同的材料制成的。本发明的抗拉支撑带可以用任何常用的上述用途的材料制成，如通过纤维强化的树脂，如碳纤维，玻璃纤维，凯夫拉纤维或氧化铝纤维。
在所示出的实施方案中，宽度W与厚度t的纵横比大约为1.0。在本发明的抗拉支撑带22上，尺寸改变为比正常情况更低的纵横比，以便将宽度W降低到大体上等于厚度t，厚度本身增加，以便保持需要的抗拉强度。为了保持抗拉强度，反过来又增加了环直径，以便将D/t的比例保持在有利的范围内(＞10)。尽管直径D大于常规抗拉支撑带的直径，本发明提供了用于安装抗拉支撑带的新型固定点和方法，它能够在小的间隙中安装，例如，在同心容器之间。通过这种几何形状，本发明低纵横比抗拉支撑带(图3)在本质上比常规的高纵横比抗拉支撑带(图2)对弯曲负荷更不敏感。
根据本发明的一个方面，现有技术的轴承型固定点结构10(图1A，1B)可以用钩子形状的简单的固定安装点取代。所得到的抗拉支撑带和安装固定点紧凑并且简单，并且能方便地适用于在诸如同心容器之间的有限空间中经济地安装。
图4A-4C表示根据本发明一个方面的固定点30。固定点30是单片固定点，具有曲面32，它互补于抗拉支撑带22的末端的内部曲面。优选的是，它是简单的钩子形式的，具有突出的保持部分34，用于保持抗拉支撑带22，并且防止它从曲面32上滑落。优选还提供突出的下部凸缘36。这可能有助于将抗拉支撑带限制在它的预期位置上，并且还能防止抗拉支撑带直接与容器15接触。
固定点30优选直接连接在容器15中的一个上，将抗拉支撑带安装在所述容器15之间，例如，通过焊接或螺栓连接。与图1A-1B所示出的现有结构不同，所述抗拉支撑带是这样安装的，使得跑道形抗拉支撑带的弯曲的末端部分位于大体上与安装它的容器15的表面平行。就是说，抗拉支撑带位于与图1A，1B所示抗拉支撑带的位置垂直的位置上。
为了将抗拉支撑带22连接在固定点30上，人们只需要将抗拉支撑带钩在固定点上，并且往回拉抗拉支撑带，以便抗拉支撑带的一个弯曲的末端的内表面与固定点的互补的弯曲表面32接触。优选的是，突出的保持部分34没有出现在固定点的部分38上，距离抗拉支撑带的环形直径D更远。这有利于将抗拉支撑带安装在固定点上，包括可以将抗拉支撑带20安装在固定点30上，而又不会使抗拉支撑带弯曲。在该位置上突出的保持部分的缺乏，没有发现会造成任何困难。这一特征有利于将抗拉支撑带安装在容器之间的有限的空间中，进入该空间是受到局限的。本发明还有助于将抗拉支撑带安装在无法到达和看不到的固定点上。
尽管与图1A-1B所示的常规结构相比，环直径D较大，低抗拉支撑带宽度(在下面所披露的某些实施例中为5.9mm)允许使用具有非常紧凑的总体高度H的固定点30-在该例子中大约为12mm。这意味着与图1A，1B所示的常规抗拉支撑带例子相比，固定点高度H降低了60％。通过沿图4A-4C所示方向安装本发明的抗拉支撑带，提供了较低轮廓的抗拉支撑带和固定点结构。这使得能够在更有限的空间中安装，例如，以图1A-1B所示现有结构更紧密堆积的同心容器。
在很多用途中，例如，用于超导磁铁低温恒温器的同心容器，大的环直径不是问题，相反，较小的高度H直接会转化成悬挂系统所需要的空间的减少。小的高度的另一个优点是，能显著降低由于悬挂负荷施加在容器表面上的弯曲力矩，其结果是，降低了容器的局部强度要求。
为了允许未对准和容器运动，突出的保持部分34和突出的凸缘36可以是逐渐变细的-例如，包括6度±3度的运动角度α。在其他实施方案中，突出的保持部分34和突出的凸缘36可以间隔为比抗拉支撑带22的宽度更大的距离，同样允许类似程度的运动。
尽管本发明的抗拉支撑带22具有低的纵横比W/t，未对准仍然会导致抗拉支撑带在与固定点30的接触点处的边缘应力的微小的增加。降低这种影响的的固定点30的可选择的改进为在抗拉支撑带22和固定点的曲面32之间使用顺从的，低摩擦力间隔层。例如，可以将强化PTFE胶带用作顺从的低摩擦力层。另外，低模量强化层，例如，编织GRP可以放置在抗拉支撑带的内部曲面上；或者可以在抗拉支撑带22和固定点的接触表面上提供不同的截面轮廓-例如，“滚磨”所述表面中的一个或另一个或两个，以便降低边缘应力。
在表1中提供了本发明典型的低纵横比抗拉支撑带22的尺寸的完整的概述，与具有类似强度的常见的常规抗拉支撑带20的相应的尺寸进行比较。抗拉支撑带如图2(常规抗拉支撑带20)和图3(低纵横比抗拉支撑带22)所示。
表1
为了进行公正的比较，两股的总截面积的关键参数csa和长度L对于两个抗拉支撑带来说保持稳定。另外，为了保持强度，对两个抗拉支撑带来说保持参数D/t大体上稳定，处在高性能抗拉支撑带的典型水平上(在本实施例中为11.7)。新设计的关键特征是宽度/厚度比W/t或纵横比，它从该例子中的11.4的值降低到1.0。对于常规抗拉支撑带来说，比例W/t的值的典型范围为10-20。
正如结合图1A和1B所讨论的，常规抗拉支撑带20(图2)通常使用销12，具有球形轴承16或其他等同结构，以便允许未对准，并且确保抗拉支撑带20仅承受纯粹的张力负荷。在图1A，1B所示例子中，在悬挂容器15表面上方的最小端部高度H接近30毫米。其他结构是可行的-例如，将抗拉支撑带转动90度-不过，可导致因为大体上相等的抗拉支撑带宽度/环直径(在所示出的例子中，W＝20毫米，而D＝20.5毫米)造成的较大的高度H。
本发明提供了可以使用紧凑的和简单的连接系统的抗拉支撑带和安装点，而又不会损失抗拉支撑带的强度。与常见的设计相比，具有低纵横比W/t的抗拉支撑带的截面对弯曲负荷敏感，并且可以取消常规的轴承结构。
本发明的抗拉支撑带和固定点的主要优点是·用于设置固定点的明显降低了的高度要求，在同心容器彼此支撑在内部并且在容器之间的间隔距离最小化的用途中是特别有用的。
·可以提供简化的固定点，具有成本优势。
·固定点高度的降低，直接导致了将抗拉支撑带安装在容器上的点的高度的降低，降低了在末端连接和相关容器中的应力，从而可以简化所述部件。
尽管业已结合以举例形式提供的有限数量的实施方案对本发明进行了说明，在所附权利要求书限定的本发明的范围内可以进行各种改进和改良。
例如，尽管所披露的典型的抗拉支撑带具有的纵横比为大约1.0，本发明可应用于具有较低纵横比的其他抗拉支撑带，通常在0.5-5.0的范围内。不过，纵横比W/t的优选范围为0.7-1.5。尽管业已以低温容器的安装结构形式对本发明进行了说明，本发明可应用于使用抗拉支撑带的任何设备。
权利要求
1.一种支撑系统，包括以张紧形式保持在被支撑的物品和支撑物品之间的多个跑道形抗拉支撑带(22)，每一个抗拉支撑带的相应的弯曲的末端部分通过相应的固定点(30)分别安装在被支撑的物品和支撑物品的相应表面上，其特征在于安装至少一个抗拉支撑带，以便弯曲的末端部分位于大体上与安装相应的固定点的表面平行的平面上；和至少一个固定点是单片固定点，具有与抗拉支撑带末端的内部曲面互补的曲面(32)。
2.如权利要求1的支撑系统，其中，所述固定点还包括突出的保持部分(34)。
3.如权利要求2的支撑系统，其中，所述突出的保持部分不存在于固定点的部分(38)上面，所述部分的间隔距离比抗拉支撑带的弯曲末端的内径更大。
4.如权利要求2或3的支撑系统，其中，所述至少一个固定点还包括突出的下部凸缘(36)，用于阻止抗拉支撑带直接与安装相应的固定点的表面接触。
5.如上述权利要求中任意一项的支撑系统，其中，所述抗拉支撑带的宽度/厚度纵横比在0.5-5.0的范围内。
6.如上述权利要求中任意一项的支撑系统，其中，所述抗拉支撑带的宽度/厚度纵横比在0.7-1.5的范围内。
7.如上述权利要求中任意一项的支撑系统，其中，所述抗拉支撑带的宽度/厚度纵横比为大约1.0。
8.一种使用一种系统支撑待由一种支撑物品支撑的物品方法，该系统包括以张紧形式保持在相应的固定点(30)之间的多个跑道形抗拉支撑带(22)，所述固定点分别安装在待支撑的物品和该支撑物品的表面上，其中，至少一个固定点是单片固定点，具有与抗拉支撑带末端的内部曲面互补的曲面(32)，并且，该方法包括安装至少一个抗拉支撑带，以便弯曲的末端部分中的至少一个位于大体上与安装相应的固定点的表面平行的平面上。
9.如权利要求8的方法，还包括将抗拉支撑带安装在一个固定点上的步骤，包括将抗拉支撑带钩在固定点上，并且往回拉抗拉支撑带，以便抗拉支撑带弯曲的末端的内部与所述固定点的曲面接触。
10.如权利要求8或权利要求9的方法，其中，所述抗拉支撑带的宽度/厚度纵横比在0.5-5.0的范围内。
11.如权利要求8或权利要求9的方法，其中，所述抗拉支撑带的宽度/厚度纵横比在0.7-1.5的范围内。
12.如权利要求8或权利要求9的方法，其中，所述抗拉支撑带的宽度/厚度纵横比为大约1.0。
13.大体上如本文所披露的和/或如附图中的图4A-4C所示出的支撑系统。
全文摘要
一种支撑系统，包括以张紧形式保持在被支撑的物品和支撑物品之间的多个跑道形抗拉支撑带(22)，每一个抗拉支撑带的相应的弯曲的末端部分是通过分别安装在被支撑的物品和支撑物品的相应表面上的相应的固定点(30)固定的。安装至少一个抗拉支撑带，以便弯曲的末端部分位于大体上与安装相应的固定点的表面平行的平面上；并且至少一个固定点是单片固定点，具有与抗拉支撑带末端的内部曲面互补的曲面(32)。
文档编号G01R33/3815GK1868818SQ20061008990
公开日2006年11月29日 申请日期2006年5月25日 优先权日2005年5月26日
发明者N·曼 申请人:西门子磁体技术有限公司