DE1187695B

DE1187695B - Ventilated rack insert for equipment of high frequency technology

Info

Publication number: DE1187695B
Application number: DES75995A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Peter Maurer; Alfred Lukas
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1961-09-28
Filing date: 1961-09-28
Publication date: 1965-02-25

Description

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.Ventilated rack insert for high frequency equipment The invention relates to a ventilated rack insert for equipment the high frequency technology with at least one klystron having a cooling flange according to patent 1150 722.

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.Rack inserts of this type have to be considered from a thermal point of view be specially trained. Amplifier tubes for very short electromagnetic On the one hand, waves require special cooling because they are generated by them In general, there is insufficient heat loss due to radiation and convection Dimensions can be dissipated. On the other hand, such tube circuits show undesirable temperature-dependent electrical properties, in particular those associated with them electrical oscillating circuits, line or pot circles. Such It is well known that resonant circuits have a temperature-dependent frequency behavior, because their spatial dimensions change with temperature.

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.Fan devices are used for additional cooling, which consist of a fan that generates the cooling air flow. The cooling air flow, the size of which is controlled by a control device as a function of temperature is supplied via a cooling air duct and keeps the from the klystron with its oscillating chambers including the associated connections, the existing assembly at constant operating temperature.

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.In the main patent, such a ventilated, temperature-compensated one Rack insert specified, in which, on the one hand, the operating temperature is as high as possible is selected and on the other hand the cooling air only the cooling flange of the klystron washed around.

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.The expression "operating temperature as high as possible" is included to understand a temperature value that is on the one hand as high as possible above the temperature of the space surrounding the gesture slot and, on the other hand, a certain amount Safety distance with regard to the maximum permissible specified by the tube manufacturer Temperature. For a klystron assembly as detailed in the main claim Contains the gesture slot described, an operating temperature turns out to be in the Limits of 90 to 120 ° C are particularly useful. So not just the amplifier element themselves, but also the associated vibration chambers, in other words, the amplifier elements containing assembly that adopt high operating temperature - from a small one Apart from the thermal gradient, such assemblies must be thermally technically appropriate be trained. It is important that the in different places operating temperatures measured in the amplifier assembly are within the control range do not change the fan device or change it only insignificantly.

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.For a ventilated rack insert the one described in the introduction According to the invention, type is the assembly containing the amplifier element with regard to the thermal conductivity of those in direct contact with the klystron Components designed differently, in such a way that the thermal A component connected to the loaded electrode of the klystron, arranged in the cooling air flow (Cooling flange) is made of a material of high thermal conductivity, while the other components are made of a material that does not hold heat well, preferably conducts considerably less well.

An Hand von Ausführungsbeispielen, die in der Zeichnung dargestellt sind, soll die Erfindung im folgenden näher erläutert werden.Using exemplary embodiments shown in the drawing are, the invention will be explained in more detail below.

F i g. 1 zeigt das Blockschaltbild einer die Kühlluftzufuhr temperaturabhängig steuernden Regeleinrichtung.F i g. 1 shows the block diagram of the cooling air supply as a function of temperature controlling regulating device.

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.The control circuit contains a thermoelectric converter, consisting of from a direct current bridge B, in which one branch of the bridge is the temperature sensor performing Thernewid Tla is formed. The thernewid Th is on the amplifier element arranged and is with the same in good heat-conducting connection. Be yourself in Dependence of Temperature changing resistance value has on Output of the direct current bridge B one of the temperature change of the amplifier element result in a proportional change in current, which is connected to the bridge output in a Magnetic amplifier Mv amplified and the fan motor M of the fan device for speed control is fed. The control device according to FIG. 1 is designed so that the Thernewid Th monitored operating temperature regardless of external temperature fluctuations has a practically constant value. If the outside temperature falls or rises, then the control device regulates the speed of the fan motor according to a desired change of the cooling air supply down or up.

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.Instead of a continuous operation of the fan, the Constancy of the operating temperature of the amplifier element also by means of an intermittent Fan operation can be maintained. For this purpose it is used as a temperature sensor For example, a bimetal contact is provided, which is in the control circuit of one of the The switchgear of the fan motor is located. The bimetal contact is here designed so that when the target temperature is exceeded, the fan motor runs over the Switching device switches on at full speed and turns it on when the value falls below the Setpoint temperature stops again.

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.Another possibility of regulation is the flow of cooling air not via the speed of the fan motor, but directly influenced. In In this case, the control device can consist of an air flap arranged in the air duct exist. The air flap is here by means of bimetal strips that connect to the amplifier element are in good heat-conducting connection, controlled. Instead of one you can of course several air flaps can also be arranged in the air duct.

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.It should be useful for many uses of the subject matter of the invention be to arrange the temperature sensor outside of the cooling air flow. For orders which have a large mass and consequently also a large thermal inertia but it is also conceivable to advantageously use at least part of the air flow to be directed to the temperature sensor, because it does the regulation to a certain extent becomes independent of the thermal inertia of the arrangement to be cooled.

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.In Fig. 2 is a structurally particularly advantageous designed, ventilated rack insert with two klystrons shown in plan view, in which the Operating temperature of the klystron assemblies is dimensioned according to the invention.

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.The rack insert consists of a left insert part containing the fan device and a right insert part 2. The fan 3 in the insert part 1 consists of a flat radial fan that draws in the fresh air through the dust filter 4 in the front panel of the rack insert and feeds it to the two amplifier elements of the transmitting / receiving device of the insert part 2 via an air duct 5. The transmitting and receiving parts each contain a klystron 6, the waveguide outputs of which are connected to the front-side connections 8 of the gesture insert via intermediate line pieces 7. The waveguide flange connection of the intermediate line pieces 7 with the klystrones 6 has a quick-release fastener 9, with the aid of which the klystrons 6 can be easily and quickly detached from the assembly assigned to them. On their opposite end faces, the klystrons 6 each have a cooling flange 10 and 11, which together form a closed air duct into which the air duct 5 of the fan 3 opens on one side. On the other side of the air channel formed from the cooling flanges 10 and 11, a funnel-shaped tube part 12 connects, which ends at the front plate. The front panel itself is pierced at this point by air slots through which the cooling air heated in the cooling flanges 10 and 11 exits the rack insert again.

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.The cooling flanges 10 and 11 are made of a material of high thermal conductivity, for example electrolytically cleaned copper. In contrast to this exist the quick release 9 as well as the intermediate line pieces 7 with their front-side connections 8 from a heat conductive to a much lesser extent Steel alloy. This ensures that the operating temperature is practically everywhere constant in the amplifier assembly over the control range of the fan device remain.

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.The insert according to FIG. 2 is with a control device according to the F i g. 1 equipped. The magnetic amplifier is housed in the left slide-in part 1 and marked with the number 15. The Thernewid forming the temperature sensor 16 is arranged directly on the cooling flange 10 of the klystron 6 associated with the transmitter part, namely outside of the air duct which forms the two cooling flanges 10 and 11 with one another. To protect the Klystrone 6 against failure of the fan 3 or the control device a second temperature sensor, for example, can be attached to the cooling flanges 10 and 11 a bimetallic contact can be provided, which when an upper temperature limit is exceeded the resonator voltage of the klystrons 6 directly or indirectly via a switching device turns off.

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.The control device is set so that the heat supply and -Discharge in the unit of time is in dynamic equilibrium at around 100 ° C. Of course, the temperature is at different points in the assemblies slightly different values. For example, the heat gradient causes against the cooling flanges 10 and 11 indicate that the temperature sensor 16 is about 10 ° C lower Has temperature than the klystrons themselves. The level of operating temperature allows it is now that the temperature-dependent controlled cooling air supply itself large fluctuations the outside temperature is still able to regulate. Apart from this, the scheme works in contrast to arrangements in which the operating temperature is as low as possible is held, very quickly and extremely precisely. The generally large temperature difference between room temperature and operating temperature - at an average room temperature from 20 ° C it is 80 ° C - this means that the control system has a steep control slope. As practice shows, in reasonably normal operating conditions Even very small temperature fluctuations in the order of magnitude of 1 ° C can still be compensated for.

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.To better illustrate the cooling elements, FIG. 3 the both cooling flanges 10 and 11 (Fig. 2) are particularly shown. Inside, they have a larger number of cooling fins that are offset from one another 13 and 14, the best possible heat transfer of the brushing along them Ensure fresh air. The special design of the air cooling of the rack insert has the great advantage that the cooling air through the two cooling flanges 10 and 11 flows through without touching the actual assemblies themselves. This is the risk of contamination of the individual assemblies is significantly reduced.

Claims

Claim: Ventilated rack insert for high-frequency technology equipment with at least one klystron having a cooling flange, that of one Fan generated cooling air flow, the size of which depends on the temperature of a control device is controlled, is supplied via an air duct and thus from the klystron existing assembly with its vibration chambers including the associated connections is kept at a constant operating temperature, and furthermore on the one hand the Operating temperature is selected as high as possible and on the other hand the cooling air only around the cooling flange of the klystron, according to patent 1150722, characterized in, that the assembly containing the klystron with regard to the thermal conductivity of the components directly connected to the klystron differ is designed in such a way that with the thermally loaded electrode The component connected to the klystron and arranged in the cooling air flow (cooling flange) a material of high thermal conductivity is made, while the other components consist of a material that the heat less well, preferably significantly less well conducts.