DE1566025A1

DE1566025A1 - Abstimmbare Mikrowellenroehre mit frequenzmodulierter Abstimmung

Info

Publication number: DE1566025A1
Application number: DE1967V0034236
Authority: DE
Inventors: Chun Herbert H
Original assignee: Varian Associates Inc
Current assignee: Varian Medical Systems Inc
Priority date: 1967-08-09
Filing date: 1967-08-09
Publication date: 1971-02-18
Also published as: GB1160345A; DE1566025C3; DE1566025B2

Description

Patentanwalt

Pr. CLAUS REINLÄNDER DIP L-I N G. H. KLAUS BERNHARDT

8000 MÖNCHEN 23 · MAINZERSTR.5 V1 P134 I

YABIM ASSOCIATES Palo Alto / California

V. St. v. Amerika

Abstimmbare Mikrowellenröhre mit frequenzmodulierter Abstimmung

Die Erfindung betrifft allgemein frequenzmoduliert*.« Mikrowellenröhren, und insbesondere eine Vorrichtung, mit der eine Mikrowellenröhre auf eine Frequenz innerhalb eines relativ breiten Abstimmbereiches abgestimmt werden kann und mit der die Bohre über einen kleineren Frequenzbereich um die ausgewählte Frequenz herum frequenzmoduliert werden kann. Frequenzmodulierbare Mikrowellenröhren nach der Erfindung sind besonders gut ale Mikrowellen-Ausgangsröhren in frequenzbeweglichen Badarsystsmen geeignet, wo es erwünscht ist, dass eine Anzahl frequenzmodulierter Badargeräte gleichzeitig in verschiedenen Frequenzbändern arbeiten, oder wo es erwünscht ist, das Betriebsband des Badargerätes von Zeit zu Zeit zu ändern. Bohren mit frequenzmodulierter Abstimmung sind auch für die Seegangentstörung in Badargeräten geeignet.

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Mikrowellen-Magnetron-Leistuiigs-Ausgangsröhren mit freuqnezmodulierter Abstimmung für Radargeräte sind bereits bekannt. Ein solches Magnetron ist in der Anmeldung S 105 714 IXd/21g der SFD Laboratories, Inc., einer Tochtergesellschaft der Anmelderin, beschrieben. Bei dieser bekannten Röhre ist ein Abstiamplunger in einem Hohlraum bewegbar, der mit dem Fahnen-Resonator-System gekoppelt ist, um die Frequenz des Hohlraumes und damit die Betriebsfrequenz des Fahnen-Resonator-Systems abzustimmen. Sin länglicher, flexibler Betätigungsstab ist mit dem Abetimmplunger an einem Ende gekoppelt und reicht aus der Röhre hinaus in ein Kugellager . das mit einer quer liegenden exzentrischen, rotierenden Well· gekuppelt ist. Die exzentrische Well· wird mit einem Motor mit hoher Drehzahl Ton beispielsweise 12.000 U/min angetrieben, damit der Abstimmpluager und der Stab axial um etwa + 0,038 s» (0,0015") us ein· mittir· axiale Lag· des Abstimxplungers schwingen. Der Plunger-Betätigungsstab kat eine feste Länge, und die Lage der quer liegenden exzentrischen Well· war so festgelegt, dass die Röhre nur um eine vorgegebene fest· Frequenz zur Frequenzmodulation durchgestiamt wurde. Der Plunger-Betätigungsstab wurde flexibel gemacht, um dem seitlichen Ausschlag des Stabes durch die Exzentrität der rotierenden Antriebswelle Rechnung zu tragen. Das Problem bei dieser bekannten Anordnung lag darin, dass keine Möglichkeit bestand, die mittler· Lag· des Plungers und des Betätigungsstab·· su andern, so dass alle diese Röhren eine feste, vorgegebene Betrie»·- frequenz hatten, um die sie frequenzmoduliert wurden.

Erfindungsgemäss ist die Röhr· auf mehrere auswählbare Frequenzen innerhalb eines Frequenzbandes abstimmbar, und um die ausgewählte Frequenz wird die Röhre dann frequenzmoduliert, innerhalb eines schmaleren Frequenzbandes. Das wird bei der erfindungsgemässen Röhre dadurch er-

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reioht, dass die Länge des Abstimmplunger-Betätigungsstabee verändert wird/ um lie Frequenz auszuwählen, um die die Rühre durch Schwingung des Stabes und des Plungers frequenzmoduliert wird. Bei einer bevorzugten Ausi'ührungsform der Erfindung wird der Tuner-Betätigungsstab dadurch in seiner Länge geändert, dass ein Teil des'Betätigungsstabes aus einer verdrehbaren Mutter besteht, die auf das mit Gewinde versehene Ende des anderen Teiles des Stabes aufgeschraubt ist, das seinerseits mit dem Abstimmplunger verbunden ist und daran gehindert ist, sich'mit der drehbaren Mutter zu drehen. Eine "Verdrehung der Mutter sorgt also dafür, dass der zusammengesetzte Betätigungsstab sich in der Länge ändert, um die Röhre auf verschiedene Frequenzen abzustimmen, um die herum die Röhre frequenzmoduliert wird. Bei der bevorzugten Ausführungsform wird der Mutt er t elides- zusammengesetzten Betätigungsstabes mit der exzentrischen Welle über ein Kugelpfannengelenk verbunden, so dass die seitlichen Ausschläge des äusseren Endes des Betätigungsstabes ebenso wie die Drehung der Mutter aufgenommen werden können. Die Mutter wird mit einem axial feststehenden verdrehbaren Zahnrad über eine axial flexible Spinne und/oder ein Längsnuten-Lager verdreht.

Durch die Erfindung soll also eine abstimmbare Mikrowellenröhre mit frequengmodulierter Abstimmung verfügbar gemacht werden.

Erfindungsgemäss wird ein Frequenzmodulations-Abstimmstab verwendet, dessen Länge axial veränderbar ist, um die Frequenz der Röhre auszuwählen, um die die Ausgangsfrequenz frequenzmoduliert wird.

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Gemäss einer Weiterbildung der Erfindung wird der Abstimmstab dadurch in der Länge veränderbar, dass ein Teil des Stabes aus einer verdrehbaren Mutter besteht, die auf ein mit Gewinde versehenes Teil des Stabes aufgeschraubt ist.

Diese Mutter des zusammengesetzten Stabes wird gemäss einer Weiterbildungdes Erfindungsgedankens von einer exzentrischen Welle über eine jochartige Lageranordnung angetrieben, die mit dem Stab durch eine Kugelpfannenverbindung verbunden ist, um der Drehung der Mutter und dem seitlichen Ausschlagen der Jochkupplung mit der exzentrischen Welle Rechnung zu tragen.

Die Mutter wird vorzugsweise mittels einer flexiblen Spinne und/oder einer Nuten- oder Keilverbindung von einem axial stationären Zahnrad in Drehung versetzt.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung! es zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht eines erfindungsgemässen Magnetrons; Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie 2-2 in Fig. 1; Fig. 3 einen Schnitt längs der Linie 3-3 in Fig. 2} und Fig. 4 einen Schnitt längs der Linie 4-4 in Fig. 2.

In Fig. 1 ist ein Magnetron 1 mit Merkmalen nach der Erfindung dargestellt. Die dargestellte Röhre ist ein üblicher Koaxialtyp und enthält einen zylindrischen Röhrenkörper 2 mit einem Kathodenisolator 3» der

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koaxial vom Hauptkörper 2 nach unten reicht. Ein doppel-C-fÖrmiger -Magnet 4 ist an Polschuhen an einander gegenüberliegenden axialen Enden des Röhrenkörpers 2 befestigt, um ein axial gerichtetes Magnetfeld im Wechselwirkungsbereich des Magnetrons innerhalb des Hauptkörpers 2 zu erzeugen. Ein Tuner-Gehäuse 5 ist auf der Oberseite des Körpers 2 angeordnet und enthält den Tuner-Betätigungsmechanismus zum Abstimmen des Magnetrons 1 über das durchstimmbar Frequenzband von beispielsweise 16-17 CrHz. Ein Tuner-Antriebsmotor 6 ist auf der Oberseite des Tun er-Gehäuses 5 angeordnet, um die Ausgangsfrequenz des Magnetrons ua irgendeine ausgewählte Frequenz innerhalb des durchstimmbaren Bandes des Magnetrons 1 zu frequenzmodulieren. Ein Drehmelder 7 ist an der Ausgangs·» welle des Motors befestigt, um eine Ausgangespannung su liefern, die die momentane Frequenzabweichung der Ausgangsspannung des Magnetrons gegenüber der vorgewählten Frequenz, d.h. der Trägerfrequenz, zu repräsentieren. Die Ausgangs-Mikrowellenspannung wird über Ausgangehohlleiter von der Röhre 1 ausgekoppelt«

In Fig. 2 ist die Abetimmvorrichtung oder der Tuneroechanismus mit näheren Einzelheiten dargestellt. Der Mikrowellenteil des Magnetrone 1 enthält einen axial angeordneten Kathodenemitter 9. Sine Reih« nach innen gerichteter Fahnenresonatoren 11 ist üb den Kathodenemitter 9 herum angeordnet, so dass ein ringförmiger Magnetron-Wechselwirkungsbereioh 12 in dem dazwischen liegenden Raum gebildet wird, in des die Felder der Fahnenresonatoren mit einem Blektronenstroa in Wechselwirkung treten, der um den Emitter 9 herum zirkuliert. Ein axial gerichtetes Magnetfeld verläuft axial durch den Weohselwirkungsbereioh 12 von einem magnetischen Polschuh 13 zu einem axial gegenüberliegenden Polschuh I4. Eine zylindrische

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Anodenwand 15 umfasst die Fahnenanordnung 11 und trägt die Fahnen an ihren Wurzeln. Ein Hohlraumresonator 16 für den kreisförmigen elektrischen Modus umgibt die Anodenwand 15 und steht mit der Fahnenanordnung über eine Reihe axial gerichteter Koppelschlitze 17 in Verbindung, die durch die Wand 15 in den rückwärtigen Teil jedes zweiten Fahnenresonators geschnitten sind. Der koaxiale Hohlraum 16 dient dazu, die Frequenz des W-Modus des Fahnenresonatorsystems mit dem

erregten TE_n _Λ .»Modus des Hohlraums 16 zu verrasten. υ,ι ,ι

Der koaxiale Hohlraum und damit das Fahnensystem werden mittels eines Abstimmplungers 18 abgestimmt, der axial innerhalb des Hohlraums 16 bewegbar ist. Eine axiale Bewegung des Plungers 18 stimmt die Ausgangsfrequenz der Mikrowellen-Ausgangsspannung ab, die über Ausgangshohlleiter 8 ausgekoppelt wird. Der Abstimmplunger 18 ist axial adbtels einer Spinne 19 bewgbar, die im Tuner-Gehäuse 5 enthalten ist. Die Spinne besteht aus einem plattenartigen Körper 21 und daron herabhängenden Schenkeln 22, die durch axiale Bohrungen 23 im oberen Polschuh 13 hindurchtreten. Die Schenkel 22 sind an ihren inneren Enden mit der Rückseite des Abstimmplungers 18 rerbunden.

Ein Stab 24 ist mit der Platte 21 der Spinne 19 Terbunden und reicht τοη der Anodenleitung 11 in axialer Richtung weg. Das obere Ende des Stabes

24 ist mit Aussengewinde rersehen und in das Innengewinde einer Mutter

25 eingeschraubt. Das obere Ende der Mutter 25 ist mit einem Pfannengelenk 26 rerbunden, das seinerseits mit einem Joch 27 Terbunden ist. Das Joch 27 enthält ein Kugellager 28, das konzentrisch auf ein·?

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exzentrischen Antriebswelle 29 montiert ist, die quer zu der Richtung verläuft, in der der Tuner-Betätigungsmechanismus von der Anodenleitung nach aussen verläuft. Die exzentrische Antriebswelle 29 ist lediglich ein exzentrischer Teil der Antriebswelle des Motors 6, die zwischen zwei zentrischen Teilen der Antriebswelle liegt; die in zentrischen, nicht dargestellten Lagern laufen, die fest im Tuner-Gehäuse 5 montiert sind.

Sine Drehung der Antriebswelle 29 vom Motor 6 mit einer geeigneten hohen Drehzahl von beispielsweise 12.000 ü/min sorgt dafür, dass das. Joch 27, das auf dem exzentrischen Teil der Welle reitet, in axialer Richtung mit 12.000 Schwingungen/min schwingt. Der exzentrische Teil der Antriebswelle ist gegen den zentrischen Teil der Antriebswelle nur um etwa 0,05 mm (0,0012") versetzt, so dass 'der Tuner-Betätigungsmechanismus mit dem daran hängenden Abstimmplunger 18 plus und minus 0,03 a»m (0,0012") um die mittlere axiale Lage des Abstimmplungers 18 schwingt. Diese Schwingbewegung des Abstimmplungers 18 sorgt für eine Frequenzmodulation der Ausgangsfrequenz des Magnetrons 1 um die Trägerfrequenz der Ausgangsspannung, die durch die mittlere Lage des Abstimmplungers 18 festgelegt ist. ; ■ ^:

Die mittlere axiale Lage des Abstimmplungers 18 im Hoklraum 16, und damit die Trägerfrequenz der Ausgangsspannung der Röhre 1 wird durch Drehung der Mutter 25 geändert. Die Mutter 25 kann nicht axial zum Tuner-Betätigungsmechanismus wandern, weil das Pfannengelenk 26 keine axiale Bewegung zulässt. Eine Drehung der Mutter 25 sorgt deshalb dafür, dass der Stab 24 in die Mutter 25 eindringt oder aus dieser heraustritt, je nach dem Drehsinn der Mutter, so dass die Länge des Tuner-Betätigungsmechanismus und damit die mittlere Lage des Abstimmplungers; 18 im Hohlraum 16 geändert werden. Dadurch wird selbstverständlich die Trägerfrequenz

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der frequenzmodulierten Ausgangsspannung geändert.

Die Mutter 25 wird von einem konzentrischen Zahnrad 31 in Drehung versetzt, während sie in axialer Richtung hin- und herschwingt, und zwar mit einer von zwei Einrichtungen. Die erste Einrichtung besteht aus einer axial flexiblen Spinne 32 gemäss Fig. 3· Die Spinne besteht aus einer dünnen Platte aus Federstahl, beispielsweise 0,18 mm (0,007") stark, die aus einem ringförmigen Teil 33 und drei radial nach aussen gerichteten Schenkeln 34 besteht. Diese Schenkel 34 sind mit Schrauben 35 ⁸^ einer Unterseite des drehbaren Zahnrades 31 befestigt, das von Umfangs-Drucklagern 36 an einer axialen Bewegung gehindert wird. Die Spinne 32 dreht sich also mit dem Zahnrad 3I· Der Mittelteil 33 der Spinne 32 ist mit Schrauben 37 an der Mutter 25 befestigt. Die Schenkel 34 der Spinne nehmen die axiale Hin- und Herschwingung der Mutter auf, während Drehkräfte von dem Zahnrad 31 zur Mutter 25 übertragen werden, um diese in Drehung zu versetzen.

Die zweite Einrichtung zur Übertragung von Drehkräften auf die Mutter ist in Fig. 4 gezeigt, gemäss der zwei Abflachungen J>Q auf der Mutter verschiebbar in einem entsprechenden Paar Abflachungen 39 gelagert sind, die vom Innendurchmesser auf der Oberseite des Zahnrades 31 hervorstehen. Eine Schnecke 41 käwiijffiit den Zähnen des Zahnrades 3I» um dieses in Drehung zu versetzen.

Geeignete Gleitlager sind koaxial zum Tuner-Betätigungemechanismus angeordnet, um eine einwandfreie axiale Ausfluchtung zu gewährleisten und um seitliche Ausschläge zu verhindern. Eine Bronzebüchse 42 umgibt den

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Tuner-Betätigungsstab 24 oberhalb der Abstimmspinne 21. Die Büchse wird dadurch in ihrer Lage gehalten, dass sie in eine axiale Bohrung in einer Quer-Montageplatte 45 des Tuner-Gehäusea 5 montiert ist. Eine zweite Büchse 44, beispielsweise aus Teflon, umfasst den zylinrischen Aussenteil der Mutter 25 und ist in die Mittelöffnung des drehbaren Zahnrades 31 montiert. Eine Nutringdichtung 40 ist in die Wand des Tuner-Gehäuses um den oberen Teil der Mutter 25 herum montiert, das das Pfannengelenk 26 enthält. Das Zahnrad 31 besteht aus zwei Teilen. Ein oberes Element 45 in Form einer umgekehrten Schüssel enthält die Umfangszähne und die Aussenwand. Dieses schüsselartige Element ist fest an einer unteren, mit einer Mittelöffnung versehenen Scheibe mit Schrauben 47 befestigt. Das untere scheibenartige Element 46 wird an einer axialen Bewegung durch die Umfanga-Drucklager 36 gehindert, die ihrerseits: an der Qüer-Montageplatte 43 mit Montagering 48 festgehalten werden.

Im Betrieb sorgt die exzentrische Welle 29 dafür, dass der Abstimmplunger 18 um die mittlere Abstimmlage des Plungers 18 um 0,03 mm' (0,0012»·) schwingt. Die mittlere Lage des Abstimmplungers ist axial in einem Bereich von etwa 5,1 mm (0,200··) durch Drehung der Kutter bewegbar, wodurch der Stab 24 in die Mutter eintritt bzw. aus dieser heraustritt, um den Gesamtweg des Plungers 18 von 5,1 mm (0,200") hervorzurufen·

Sin Balgen 51 ist vakuumdicht an seinen Enden mit der Unterseite der Quer-Montageplatte 45 und der Spinne-Abstimmplatte 21 verbunden*,

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um die Vakuumintegrität der Röhre 1 aufrechtzuerhalten) auch wenn die Abstimmstruktur bewegbar bleibt. Eine Druckfeder 52 ist zwischen der Abstimmspinnenplatte 21 und der Unterseite der Quer-Montageplatte angeordnet, um den Tuner-Betätigungsmechanismus mit dem Gewinde der Mutter 25 und dem Pfannengelenk 26 unter 6,8 kg (15 Pfund) Spannung ■ zu setzen, um somit toten Gang und Lose im Mechanismus zu verhindern, weil der Abstioua-Meohanismus auch unter erschwerten Vibrationen keine Mikrophonie zeigen darf, solche erschwerten Betriebsbedingungen herrschen in Hubschraubern und anderen luftgestützten Radargeräten·

.../Patentansprüche

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Claims

1. Abstimmbare Mikrowellenröhre mit frequenzmodulierter Abstimmung, bestehend aus einer Einrichtung zur Erzeugung eines Elektronenstroms, einer Miko.wellenleitung, die Schwingungsenergie zur elektromagnetischen Wechselwirkung mit dem Elektronenstrom führt, um eine Mikrowellenausgangsspannung zu erzeugen, einer Einrichtung zur Abstimmung der Mikrowellenleitung innerhalb eines vorgegebenen Frequenzbandes, um die Ausgangsspannung über ein Frequenzband durchzustimmen, die ein bewegliches Element aufweist, das in der Nähe der Mikrowellenleitung angeordnet ist, um ein veränderliches Volumen des Saumes in der Nähe der ' Leitung auszufüllen, um diese abzustimmen, einem Tuner-Betätigungsmechanismus, der an ein Ende dieses bewegbaren Tunereiementes angeschlossen ist und sich in einer bestimmten Sichtung von der Leitung hinweg erstreckt, und einer mechanisch mit diesem Betätigungsmechanismus gekuppelten Einrichtung, mit der der Betätigungsmechanismus und das daran hängende bewegliche Tunerelement mechanisch in Schwingung versetzt werden, dadurch gekennzeichnet, dass im Tuner-Betätigungsmechanismus zwischen dem Tunerelement und dem Anschlusspunkt der mechanischen Kupplung zur Schwingungseinrichtung eine Einrichtung vorgesehen ist, mit der die Länge des Betätigungsmechanismus zwischen* dem Abstimmetlement und dem Angriffspunkt der mechanische Kupplung zur Schwingungseinrichtung veränderbar ist, so dass die mittlere Lage des Tunerelementes, um die die Schwingung hervorgerufen wird, zur Abstimmung der Frequenz der Mikrowellen-Ausgangsspannung auf eine

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Frequenz abgestimmt wird, um die die Ausgangsspannung mit der Schwingungseinrichtung frequenzmoduliert wird.

2. Röhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Längenänderungseinrichtung des Tuner-Betätigungsmechanismus eine Mutter aufweist, die einen Teil des Tuner-Betätigungsmechanismus bildet, und einen Gewindestab, der in das Gewinde der Mutter eingeschraubt ist und den zweiten Teil des Tuner-Betätigungsmechanismus bildet, und dass Einrichtungen vorgesehen sind, um eine Drehung eines dieser beiden Teile hervorzurufen und das andere Teil an einer Drehung zu hindern, so dass sich die Länge des Betätigungsmechanismus ändern kann.

3· Höhre nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die mechanische Schwingungseinrichtung eine exzentrisch drehbare Welle aufweist, deren Drehachse quer zu der Richtung liegt, in der der Betätigungsmechanismus von der Leitung absteht, ein Joch konzentrisch auf der exzentrisch rotierenden Welle gelagert ist, so dass eine exzentrische Drehung der Welle in eine Schwing-Translation des Joches umgewandelt wird, und dass das Joch mechanisch mit dem Tuner-Betätigungsmechanismus gekuppelt ist, so dass die Schwing-Translation des Joches auf den Tuner-Betätigungsmechanismus übertragen wird, um eine geradlinige Schwing-Translation des Betätigungsmechanismus mit dem davon herabhängenden Tuner in der Richtung hervorzurufen, in der der Mechanismus von der Mikrowellenleitung hervorsteht.

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4· Röhre nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, dass ein Pfannengelenk den Tuner-Betätigungsmechanismus mit dem Joch verbindet, so dass die seitlichen Ausschläge des Joches nicht an den Tuner-Betätigungsmechanismus übertragen werden.

5· Röhre nach Anspruch 4» dadurch gekennzeichnet, dass die Mutter des Tuner-Betätigungsmechanismus zwischen dem Pfannenigelenk und dem an einer Drehung gehinderten Teil des Tuner-Betätigungsmechanismus angeordnet ist.

6. Röhre nach Anspruch 5»dadurch gekennzeichnet, dass ein an einer axialen Bewegung gehindertes, drehbares Zahnrad konzentrisch zur drehbaren Mutter des Tuner-Betätigungsmechanismus montiert ist, und Einrichtungen vorgesehen sind, mit denen eine Drehung des Zahnrades zu einer Drehung der Mutter des Tuner-Betätigungsmechanismus weitergeleitet wird.

7·' Röhre nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehungs-Übertragungseinrichtung des Zahnrades zur Drehung der Mutter aus einer axial flexiblen Spinne besteht, die das Zahnrad und die Mutter verbindet.

Ö. Röhre nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehungs-Übertragungseinrichtung des Zahnrades zur Drehung der Mutter eine nicht runde axial verschiebbare Lagerung der Mutter im Zahnrad umfasst.

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9. Röhre nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Federvorspannung die ineinandergeschraubten Teile des Tuner-Betätigungsmechanismus und das Pfannengelenk unter Spannung setzt, um Totgang und Lose im zusammengesetzten Tuner-Betätigungsmechanismus zu verhindern.

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L e e r s e i t e