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Belüfteter Gestelleinschub für Einrichtungen der Höchstfrequenztechnik
Die Erfindung bezieht sich auf einen belüfteten Gestelleinschub für Einrichtungen
der Höchstfrequenztechnik mit wenigstens einem einen Kühlflansch aufweisenden Klystron
gemäß dem Patent 1150 722.
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Gestelleinschübe dieser Art müssen hinsichtlich thermischer Gesichtspunkte
besonders durchgebildet sein. Verstärkerröhren für sehr kurze elektromagnetische
Wellen 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. Solche
Schwingkreise weisen bekanntlich ein temperaturabhängiges Frequenzverhalten auf,
weil sich ihre räumlichen Abmessungen mit der Temperatur ändern.
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Für die zusätzliche Kühlung werden Lüftereinrichtungen verwendet,
die aus einem den Kühlluftstrom erzeugenden Lüfter bestehen. Der Kühlluftstrom,
dessen Größe temperaturabhängig von einer Regeleinrichtung gesteuert wird, wird
über einen Kühlluftkanal zugeführt und hält die aus dem Klystron mit seinen Schwingräumen
einschließlich der zugehörigen Anschlüsse bestehende Baugruppe auf konstanter Betriebstemperatur.
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Im Hauptpatent ist ein solcher belüfteter, temperaturkompensierter
Gestelleinschub angegeben, bei dem einerseits die Betriebstemperatur möglichst hoch
gewählt ist und andererseits die Kühlluft lediglich den Kühlflansch des Klystrons
umspült.
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Unter dem Ausdruck »möglichst hohen Betriebstemperatur« ist dabei
ein Temperaturwert zu verstehen, der einerseits möglichst hoch über der Temperatur
des den Gesteneinschub umgebenden Raumes liegt und andererseits noch einen gewissen
Sicherheitsabstand hinsichtlich der vom Röhrenhersteller angegebenen maximal zulässigen
Temperatur einhält. Für eine Klystronbaugruppe, wie sie der im Hauptanspruch näher
beschriebene Gesteneinschub enthält, erweist sich eine Betriebstemperatur in den
Grenzen von 90 bis 120° C als besonders zweckmäßig. Damit nicht nur das Verstärkerelement
selbst, sondern auch die zugehörigen Schwingräume, mit anderen Worten, die die Verstärkerelemente
enthaltende Baugruppe, die hohe Betriebstemperatur annehmen - von einem kleinen
Wärmegefälle abgesehen - müssen derartige Baugruppen wärmetechnisch entsprechend
durchgebildet sein. Dabei ist es von Bedeutung, daß die an verschiedenen Stellen
in der Verstärkerbaugruppe gemessenen Betriebstemperaturen sich innerhalb des Regelbereiches
der Lüftereinrichtung nicht oder doch nur unwesentlich ändern.
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Für einen belüfteten Gestelleinschub der einleitend beschriebenen
Art ist erfindungsgemäß die das Verstärkerelement enthaltende Baugruppe hinsichtlich
der Wärmeleitfähigkeit der mit dem Klystron in unmittelbarer Verbindung stehenden
Bauteile unterschiedlich ausgebildet, und zwar derart, daß das mit der thermisch
belasteten Elektrode des Klystrons verbundene, in Kühlluftstrom angeordnete Bauteil
(Kühlflansch) aus einem Material hoher Wärmeleitfähigkeit hergestellt ist, während
die übrigen Bauteile aus einem Material bestehen, das die Wärme weniger gut, vorzugsweise
erheblich weniger gut leitet.
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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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F i g. 1 zeigt das Blockschaltbild einer die Kühlluftzufuhr temperaturabhängig
steuernden Regeleinrichtung.
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Die Regelschaltung enthält einen thermoelektrischen Wandler, bestehend
aus einer Gleichstrombrücke B, bei der ein Brückenzweig von einem den Temperaturfühler
darstellenden Thernewid Tla 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 F i g. 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 Änderung 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
Lüfterbetriebes aufrechterhalten werden. Zu diesem Zweck ist als Temperaturfühler
beispielsweise ein Bimetallkontakt vorgesehen, der im Steuerstromkreis einer den
Lüftermotor sschaltenden Schalteinrichtung liegt. Der Bimetallkontakt ist hierbei
so ausgelegt, daß er bei Überschreiten der Solltemperatur den 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 F i g. 2 ist ein konstruktiv besonders vorteilhaft gestalteter,
belüfteter Gestelleinschub mit zwei Klystronen in Draufsicht gezeigt, bei dem die
Betriebstemperatur der Klystronbaugruppen gemäß der Erfindung bemessen ist.
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Der Gestelleinschub besteht aus einem linken, die Lüftereinrichtung
enthaltenden Einschubteil und einem rechten, eine Sende-Empfangs-Einrichtung 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 5 den beiden Verstärkerelementen
der Sende-Empfangs-Einrichtung des Einschubteiles 2 zuführt. Das Sende- und Empfangsteil
enthalten jeweils ein Klystron 6, deren Hohlleiterausgänge über Leitungszwischenstücke
7 mit den frontseitigen Anschlüssen 8 des Gesteneinschubs 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 Gestelleinschub wieder austritt.
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Die Kühlflansche 10 und 11 sind aus einem Material hoher Wärmeleitfähigkeit,
beispielsweise elektrolytisch gereinigtes Kupfer, hergestellt. Im Gegensatz hierzu
bestehen der Schnellverschluß 9 wie auch die Leitungszwischenstücke 7 mit ihren
frontseitigen Anschlüssen 8 aus einer die Wärme in erheblich geringerem Maße leitenden
Stahllegierung. Hierdurch ist erreicht, daß die Betriebstemperatur praktisch überall
in der Verstärkerbaugruppe über den Regelbereich der Lüftereinrichtung konstant
bleibt.
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Der Einschub nach der F i g. 2 ist mit einer Regeleinrichtung nach
der F i g. 1 ausgerüstet. Der Magnetverstärker ist im linken Einschubteil 1 untergebracht
und mit der Nummer 15 gekennzeichnet. Der den Temperaturfühler bildende Thernewid
16 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.
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Die Regeleinrichtung ist so eingestellt, daß sich die Wärmezu- und
-abfuhr in der Zeiteinheit bei etwa l00° C im dynamischen Gleichgewicht befindet.
Selbstverständlich hat die Temperatur an verschiedenen Stellen in den Baugruppen
etwas voneinander abweichende Werte. Beispielsweise bedingt das Wärmegefälle gegen
die Kühlflansche 10 und 11 hin, daß der Temperaturfühler 16 eine um etwa 10° C niedrigere
Temperatur aufweist als die Klystrone selbst. Die Höhe der Betriebstemperatur ermöglicht
es nun, daß die temperaturabhängig gesteuerte Kühlluftzufuhr selbst große Schwankungen
der Außentemperatur noch auszuregeln vermag. Abgesehen hiervon arbeitet die Regelung
im Gegensatz zu Anordnungen, bei denen die Betriebstemperatur möglichst niedrig
gehalten ist, sehr schnell und außerordentlich exakt. Der allgemein große Temperaturunterschied
zwischen der Raumtemperatur und der Betriebstemperatur - bei einer mittleren Raumtemperatur
von 20° C beträgt er 80° C - bedeutet eine große Regelsteilheit der Regeleinrichtung.
Wie die Praxis zeigt, lassen sich bei einigermaßen normalen Betriebsbedingungen
selbst sehr kleine Temperaturschwankungen in der Größenordnung l° C noch gut ausregeln.
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Zur besseren Veranschaulichung der Kühlelemente sind in F i g. 3 die
beiden Kühlflansche 10
und 11 (F i g. 2) besonders 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.