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Belüfteter Gestelleinschub für Einrichtungen der Höchstfrequenztechnik
mit einem Klystron Die Erfindung bezieht sich auf einen belüfteten Gestelleinschub
für Einrichtungen der Höchstfrequenztechnik mit wenigstens einem Klystron.
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Gestelleinschübe dieser Art müssen hinsichtlich thermischer Gesichtspunkte
besonders durchgebildet sein. Klystrone, wie sie zur Erzeugung und Verstärkung sehr
kurzer elektromagnetischer Wellen verwendet werden, benötigen nämlich einerseits
eine besondere Kühlung, weil die von ihnen erzeugten Wärmeverluste im allgemeinen
nicht durch Strahlung und Konvektion in ausreichendem Maße abgeführt werden können.
Andererseits zeigen solche Röhrenschaltungen unerwünschte temperaturabhängige elektrische
Eigenschaften, die insbesondere auf die ihnen zugeordneten elektrischen Schwingkreise,
Leitungs- oder Topfkreise zurückzuführen sind.
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Solche Schwingkreise weisen bekanntlich ein temperaturabhängiges Frequenzverhältnis
auf, weil sich ihre räumlichen Abmessungen mit der Temperatur ändern.
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Der Einfluß der Temperatur auf die Röhrenschwingkreise kann beispielsweise
dadurch herabgesetzt werden, daß die Resonatorgehäuse aus einem Material mit vernachlässigbarem
Ausdehnungskoeffizienten (Invarstahl) hergestellt werden. Auch sind eine ganze Reihe
weiterer Möglichkeiten bekannt, diese unerwünschte Temperaturabhängigkeit wenigstens
teilweise zu kompensieren. Der hierfür erforderliche Aufwand lohnt sich allerdings
nur dann, wenn die in der Regel sehr kurzlebigen Röhren (etwa 2000 Betriebsstunden)
nicht fest mit den Schwingkreisen zusammengebaut sind. Bei Ein- oder Mehrkammerklystronen
beispielsweise, bei denen die Schwingkreise mit dem eigentlichen Röhrensystem eine
unlösbare Einheit bilden, muß von einer Kompensation der Temperaturabhängigkeit
der Schwingkreiskammern abgesehen werden, weil die hierbei auftretenden technologischen
Schwierigkeiten unter Berücksichtigung der kurzen Lebensdauer solcher Röhren keine
wirtschaftliche Verwertung mehr zulassen.
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Die Anodenverlustleistungen von Mikrowellenröhren im allgemeinen und
Klystronen im besonderen macht eine zusätzliche Kühlung erforderlich, die in der
Regel mittels einer Lüftereinrichtung durchgeführt wird. Die Lüftereinrichtung erzeugt
einen Kühlluftstrom, der über Luftführungskanäle an die wärmekritischen Stellen
im Einschub hingeführt wird. Derartige Lüftereinrichtungen können neben der Kühlung
auch zur Temperaturregelung mitverwendet werden. Es ist beispielsweise bekannt,
den für die Kühlung einer Fernsehkamera von einem Lüfter erzeugten vorgesehenen.
Kühlluftstrom bei Inbetriebnahme der Kamera zunächst vorzuwärmen, um die Aufnahmeröhre
möglichst schnell auf die gewünschte Betriebstemperatur aufzuheizen. Auch kann die
zugeführte Küh #lluftmenge zum Zwecke einer konstanten Betriebstemperatur einer
Röhre temperaturabhängig beeinflußt werden. Auf diese Weise erfüllt die Lüftereinrichtung
sowohl die Funktion der Kühlung als auch der Temperaturregelung. Nachteilig ist
jedoch der Umstand, d'aß eine solche Regelung nur innerhalb eines größeren Toleranzbereiches
einwandfrei arbeitet und daher den an die Temperaturkonstanz bei einer Klystronbaugruppe
zu stellenden Anforderungen nicht genügen kann.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bei Gestelleinschüben
mit Klystronen der einleitend beschriebenen Art auftretenden geschilderten Schwierigkeiten
in einfacher Weise zu beseitigen.
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Für einen belüfteten Gestelleinschub mit wenigstens einem einen Kühlflansch
aufweisenden Klystron, dem der von einem Lüfter erzeugte Kühlluftstrom, dessen Größe
temperaturabhängig von einer Regeleinrichtung gesteuert ist, über einen Luftkanal
zugeführt wird und bei dem, die aus dem Klystron mit seinen Schwingräumen einschließlich
der zugehörigen Anschlüsse bestehende Baugruppe auf konstanter Betriebstemperatur
gehalten wird, wird erfindungsgemäß die Aufgabe durch die Kombination folgender
an. sich bekannter Merkmale gelöst: a) die Betriebstemperatur ist möglichst hoch
gewählt, b) die Kühlluft umspült lediglich den Kühlflansch des Klystrons.
Der
Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß sich eine mittels Steuerung der Zufuhrmenge
der Kühlluft überwachte Betriebstemperatur in vorteilhafter Weise auch bei Einschüben
mit Klystronen, trotz der hier hohen Anforderungen an die Konstanz der Betriebstemperatur,
anwenden läßt, wenn einerseits die Betriebstemperatur des Klystrons einschließlich
seiner Schwingräume möglichst hoch gewählt ist und: andererseits die Kühlluft lediglich
den Kühlflansch des Klystrons umspült. Die möglichst hoch gewählte Betriebstemperatur
sichert einerseits einen großen Temperaturregelbereich mit hoher Regelsteilheit
und in Verbindung mit der speziellen Art der Kühlung auch eine sehr genaue Regelung
mit einem vernachlässigbar kleinen. Toleranzbereich. Dadurch, daß die Kühlluft lediglich
den Kühlflansch des Klystrons umspült und ansonsten keinen Zutritt zu der das Klystron
mit den angebauten Schwingräumen darstellenden Baugruppe besitzt, ist nämlich erreicht,
daß einerseits die ganze Baugruppe die Betriebstemperatur annimmt und andererseits
der Wärmefluß über den Kühlflansch des Klystrons sehr eng mit der zugeführten, geregelten
Kühlluftmenge verkoppelt ist.
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Es sind bereits Röhrenbaugruppen bekannt, bei denen die einzelnen
Bauteile aus hitzebeständigem Material bestehen und die ganzen Baugruppen bei der
Emissionstemperatur der Röhrenkathoden betrieben werden. Abgesehen davon, daß derartige
Anordnungen ein. völlig andersartiges technisches Konzept aufweisen als der Erfindungsgegenstand;
sind sie auch zur Lösung der letzterem zugrunde liegenden Aufgabe ungeeignet, weil
Klystronröhren auch bei Verwendung hitzebeständiger Materialien nur bei Temperaturen
betriebsfähig sind, die wesentlich unterhalb der erwähnten Emissionstemperaturen
liegen.
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Es sind auch Quarzoszillatoren bekannt, bei denen der Quarz einschließlich
der Röhrenschaltung in einem wärmeisolierten Gehäuse untergebracht ist. Die Temperaturregelung
nimmt in diesem Falle eine Heizwicklung vor, die mit Hilfe eines Kontaktthermometers
im Sinne einer Temperaturkonstanz der Anordnung ein- und ausgeschaltet wird. Obgleich
derartige Oszillatoren ebenfalls. von dem Gedanken Gebrauch machen, die ganze Baugruppe
bei einer relativ hohen Betriebstemperatur zu betreiben, lassen sie jedoch keinen
unmittelbaren Vergleich mit dem Erfindungsgegenstand zu. Beim Erfindungsgegenstand
ist nämlich die Problemstellung insofern, eine andere, als hier im Gegensatz zur
bekannten Anordnung ein Kühlmittel zur Anwendung gelangen muß, dessen Temperatur
von der Außentemperatur abhängig ist.
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Der an sich bereits große Regelbereich beim Erfindungsgegenstand:
kann gegen tiefe Außentemperaturen in vorteilhafter Weise noch dadurch erweitert
werden, daß in unmittelbarer Nähe des Klystrons eine Zusatzheizung angebracht wird,
die sich automatisch einschaltet, sobald die Außentemperatur einen bestimmten Wert
unterschreitet.
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An Hand von Ausführungsbeispielen, die in der Zeichnung dargestellt
sind, soll die Erfindung im folgenden näher erläutert werden.
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In der Fig.1 ist eine Regelschaltung in Form eines Blockschaltbildes
angegeben. Die Regelschaltung enthält einen thermoelektrischem Wandler, bestehend
aus einer Gleichstrombrücke B, bei der ein Brückenzweig von einem den Temperaturfühler
darstellenden Theznewid Th gebildet ist. Der Thernewid Th ist am Verstärkerelement
angeordnet und steht mit demselben in gut wärmeleitender Verbindung. Sein sich in
Abhängigkeit der Temperatur verändernder Widerstandswert hat am Ausgang der Gleichstrombrücke
B eine der Temperaturänderung des Verstärkerelementes proportionale Stromänderung
zur Folge, die in einem sich an den Brückenausgang anschließenden Magnetverstärker
Mv verstärkt und dem Lüftermotor M der Lüftereinrichtung zur Drehzahlregelung zugeführt
ist. Die Regeleinrichtung nach der Fig. 1 ist so ausgelegt, daß die vom Thernewid
Th überwachte Betriebstemperatur unabhängig von äußeren Temperaturschwankungen einen
praktisch konstanten Wert aufweist. Fällt oder steigt die Außentemperatur, dann
regelt die Regeleinrichtung die Drehzahl des Lüftermotors entsprechend einer gewünschten
Anderung der Kühlluftzufuhr herunter oder herauf.
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An Stelle einer kontinuierlichen Arbeitsweise des Lüfters kann die
Konstanz der Betriebstemperatur des Verstärkerelementes auch mittels eines intermittierenden
Lufterbetriebes aufrechterhalten werden. Zu diesem Zweck ist als Temperaturfühler
beispielsweise ein Bimetallkontakt vorgesehen, der im Steuerstromkreis einer den
Lüftermotor schaltenden Schalteinrichtung liegt. Der Bimnetallkontakt ist hierbei
so ausgelegt, daß er bei überschreiten der Solltemperatur dem. Lüftermotor über
die Schalteinrichtung mit voller Drehzahl einschaltet und. ihn bei Unterschreiten
der Solltemperatur wiederum stillsetzt.
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Eine weitere Möglichkeit der Regelung besteht darin, den Kühlluftstrom
nicht über die Drehzahl des Lüftermotors, sondern unmittelbar zu beeinflussen. In
diesem Fall kann die Regeleinrichtung aus einer im Luftkanal angeordneten Luftklappe
bestehen. Die Luftklappe ist hierbei mittels Bimetallstreifen, die mit dem Verstärkerelement
in gut wärmeleitender Verbindung stehen, gesteuert. An Stelle einer können selbstverständlich
auch mehrere Luftklappen im Luftkanal angeordnet sein.
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Für viele Anwendungszwecke des Erfindungsgegenstandes dürfte es zweckmäßig
sein, den Temperaturfühler außerhalb des Kühlluftstromes anzuordnen. Bei Anordnungen,
die eine große Masse und infolgedessen auch eine große Wärmeträgheit besitzen.,
ist es aber auch denkbar, in vorteilhafter Weise wenigstens einen Teil des Luftstromes
auf den Temperaturfühler zu richten, weil dadurch die Regelung in gewissem Maße
von der Wärmeträgheit der zu kühlenden Anordnung unabhängig wird.
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In. der Fig. 2 ist ein konstruktiv besonders vorteilhaft gestalteter,
gemäß der Lehre, nach der Erfindung ausgebildeter, belüfteter Gestelleinschub in
Draufsicht gezeigt. Der Gestelleinschub besteht aus einem linken, die Lüftereinrichtung
enthaltenden Einschubteil 1 und einem rechten, eine Sendeempfangseinrichtung darstellenden
Einschubteil 2. Der Lüfter 3 im Einschubteil 1 besteht aus einem flachen Radialgebläse,
das die Frischluft durch das Staubfilter 4 in der Frontplatte des Gestelleinschubs
ansaugt und über einen Luftkanal s den beiden Verstärkerelementen der Sendeempfangseinrichtung
des Einschubteiles 2 zuführt. Das Sende und Empfangsteil enthalten jeweils ein Klystron
6, deren Hohlleiterausgänge über Leitungszwischenstücke 7 mit den frontseitigen
Anschlüssen 8 des Gestelleinschubs verbunden sind. Die Hohlleiterflanschverbindung
der Leitungszwischenstücke 7 mit den Klystronen 6 weist einen Schnellverschluß 9
auf, mit dessen Hilfe die Klystrone 6 leicht und schnell
aus der
ihnen zugeordneten Baugruppe herausgelöst werden können. Auf ihren einander gegenüberstehenden
Stirnseiten tragen die Klystrone 6 jeweils einen Kühlflansch 10 bzw. 11, die zusammen
einen geschlossenen Luftkanal bilden, in den der Luftkanal 5 des Lüfters 3 auf der
einen Seite einmündet. Auf der anderen Seite des aus den Kühlflanschen 10 und 11
gebildeten Luftkanals schließt sich ein trichterförmiges Rohrteil 12 an, das an
der Frontplatte endet. Die Frontplatte selbst ist an dieser Stelle von Luftschlitzen
durchbrochen, durch die die in den Kühlflanschen 10 und 11 erwärmte Kühlluft aus
dem Gesteneinschub wieder austritt.
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Zur besseren Veranschaulichung sind die beiden Kühlflansche 10 und
11 in. der Fig. 3 nochmals perspektivisch dargestellt. Sie tragen im Innern eine
größere Anzahl jeweils gegeneinander versetzter Kühlrippen 13 und 14, die eine möglichst
gute Wärmeübertragung der an ihnen entlangstreichenden Frischluft sicherstellen.
Die besondere Ausbildung der Luftkühlung des Gestelleinschubs hat den großen Vorteil,
daß die Kühlluft durch die beiden Kühlflansche 10 und 11 hindurchströmt, ohne die
eigentlichen Baugruppen selbst zu berühren. Dadurch ist die Verschmutzungsgefahr
der einzelnen Baugruppen wesentlich vermindert.
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Der Einschub nach der Fig. 2 ist mit einer Regeleinrichtung nach der
Fig. 1 ausgerüstet. Der Magnetverstärker ist im linken Einschubteil 1 untergebracht
und mit der Nummer 15 gekennzeichnet. Der den Temperaturfühler bildende Thernewid16
ist unmittelbar am Kühlflansch 10 des dem Sendeteil zugehörigen Klystrons 6 angeordnet,
und zwar außerhalb des die beiden Kühlflansche 10 und 11 miteinander bildenden Luftkanals.
Zum Schutz der Klystrone 6 gegen Ausfall des Lüfters 3 oder der Regeleinrichtung
kann an den Kühlflanschen 10 und 11 noch ein zweiter Temperaturfühler, beispielsweise
ein Bimetallkontakt vorgesehen werden, der bei Überschreiten einer oberen Temperaturgrenze
die Resonatorspannung der Klystrone 6 direkt oder indirekt über eine Schalteinrichtung
abschaltet.