DE19934392C2 - Abstimmgerät für Hohlraumresonatoren - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Abstimmgerät für Hohlraumresonatoren bestehend aus einem mehrstufigen Hebelgetriebe.

Es ist bereits ein Abstimmgerät für Hohlraumresonatoren bekannt, bei dem ein oder mehrere, radial um die Wirkungsachse angeordnete, mechanische gleichsinnig verkop­ pelte Spindelgetriebe verwendet werden, die den Resonator zusammendrücken bzw. auseinanderziehen (Tesla Report Nr. 96-09, Deutsches Elektronen-Synchrotron Hamburg, Seite 2; Proceedings of the CERN Accelerator School Nr. 89-04, 30.05.-­ 3.6.1988, Seite 224-226, CERN, Genf).

Es ist auch bekannt, ein von einem Spindelgetriebe bewegtes ein- oder mehrstufiges Hebelgetriebe einzusetzen, (Proceedings of the 2nd Workshop on Rf-Superconductivity, 23.-27.7.1984, Part 1, Seite 85, CERN, Genf).

Weiterhin ist eine Ausführung dazu bekannt, bei der der Lastarm an der Resonator­ vorderseite angreift, während alle Hebeldrehpunkte mit der Resonatorhinterseite verbunden sind (Tesla Report Nr. 95-01, Deutsches Elektronen-Synchrotron Hamburg, Seite 174).

In derartigen mechanischen Getrieben werden unterschiedliche, mit Gleitschichten versehene Rotationslager verwendet, die nur bei sehr aufwendiger Ausführung und Wartung insbesondere im Vakuum und bei einer Temperatur nahe dem absoluten Nullpunkt betrieben werden können. Diese Lagerstellen erreichen unter den genannten Einsatzbedingungen nicht die geforderte Lebensdauer und Spielfreiheit.

Ein piezostriktiver Antrieb kann bei entsprechender Ausbildung die geforderte Auflö­ sung erreichen, aber nicht gleichzeitig den geforderten großen Verstellweg und eine hohe Antriebskraft. Deshalb werden solche Antriebe oft einem grob arbeitenden, mechanischen Antrieb nachgeschaltet (Proceedings of the CERN Accelerator School Nr. 89-04, 30.5.-3.6.1988, Seite 174, CERN, Genf). Dabei nimmt der Aufwand und der Platzbedarf zu. Über die Arbeitsdauer dieses Antriebes muß die Antriebsenergie ständig aufrecht und extrem konstant gehalten werden. Nachteilig wirkt sich auch die große Eigenhysterese auf den Betrieb solcher Antriebe aus. Das Abstimmresultat geht mit Abschalten der Antriebsenergie verloren. Die Verwendung piezostriktiver Antriebe ist bei Temperaturen nahe dem absoluten Nullpunkt wegen des abnehmenden Wir­ kungseffektes und der mechanischen Unzuverlässigkeit nicht möglich.

Es ist auch ein magnetostriktiver Antrieb bekannt (Proceedings of the 6th Workshop on Rf-Superconductivity, 4.-8.10.1993, Vol. 2, Seite 1074, CERN, Genf). Dieser Antrieb benötigt eine große Baulänge zur Erzeugung des geforderten Verstellweges. Zur gleichzeitigen Erzeugung der geforderten hohen Verstellkraft müssen mehrere solcher Antriebe parallel geschaltet werden. Da die Wirkungskennlinien voneinander abwei­ chen, entsteht bei Parallelschaltung zusätzlicher Aufwand für die Anpassung der Kennlinien. Das Eigenmagnetfeld solcher Antriebe stört das Verhalten supraleitender Resonatoren. Auch hier muß über die Arbeitsdauer dieses Antriebes die Antriebs­ energie ständig aufrecht und extrem konstant gehalten werden und das Abstimm­ resultat geht mit Abschalten der Antriebsenergie verloren.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein mechanisches Getriebe für ein Abstimm­ gerät für Hohlraumresonatoren vorzuschlagen, das in weniger aufwendiger Ausführung vergegenständlicht und betreibbar ist und dessen hohe Lebensdauer und geringe Spielfreiheit auch bei sehr niedrigen Temperaturen gewährleistet sind. Dabei soll auf piezoelektrische oder magnetostriktive Antriebe oder deren Kombination mit mechanischen Grobantrieben verzichtet werden.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mit den im Patentanspruch 1 dargelegten Merkma­ len gelöst.

Mit der Anwendung der Erfindung wird neben den in der Aufgabe gestellten Zielen erreicht, daß ein Stellweg von einigen Zehntel Millimetern mit einer Auflösung von etwa einem Nanometer bei einer Stellkraft von über 2000 N reproduzierbar ist und daß die Abstimmstellung auch nach Abschalten der Antriebsenergie beibehalten wird.

Diese Bedingungen werden auch bei geringem Einbauraum eingehalten.

Die Erfindung wird nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. In der zugehörigen Zeichnung zeigen

Fig. 1 einen Längsschnitt durch die Verbindungsstellen des Hebelgetriebes,

Fig. 2 die perspektivische Ansicht des Abstimmgerätes,

Fig. 3 die zweite Stufe des Hebelgetriebes,

Fig. 4 die Ausbildung des Torsionsbolzens,

Fig. 5 eine Ausführungsvariante des vollständigen Abstimmgerätes.

Aus Längsschnitt nach Fig. 1 durch die Verbindungsstellen des Hebelgetriebes mit dem Resonator 1 ist ersichtlich: Die Verbindungsstelle 2 des Lagerortes 3 der ersten Stufe 4 des Hebelgetriebes mit dem Resonator 1 befindet sich am Gehäuse 5, dessen Verbindung mit dem nicht verstellbaren Ende des Resonators 1 nicht dargestellt ist.

Der Lagerort 3 ist dabei als bandförmige Biegezone ausgeführt, die bei Biegung für die Hebel der ersten Hebelstufe 4 einen virtuellen Drehpunkt bildet, der im Schnittpunkt der Tangenten liegt, die an beiden Enden der zugeordneten, mathematisch definierten Biegelinie anzulegen sind, der die bandförmige Biegezone bei einer Biegebelastung folgt. Bei Bewegung der mit dem Lagerort 3 verbundenen Hebel der ersten Hebelstufe 4 scheinen sich diese um diesen virtuellen Drehpunkt zu drehen, der in Abhängigkeit vom Grad der Biegung seinen Ort wechselt.

Weil die Verbindungsstelle 6 beweglich mit dem Lastarm 7 verbunden ist und der virtuelle Drehpunkt außerhalb der bandförmigen Biegezonen liegt, wird diese selbst durch die Reaktionskräfte des Resonators 1 einer Druck- und Zugbeanspruchung unterworfen. Es tritt keine Scher- oder Torsionsbeanspruchung auf. Die flexible Kopp­ lung mit dem verstellbaren Ende des Resonators 1 erfolgt über die bewegliche Verbin­ dungsstelle 6 des Lastarmes 7 der ersten Stufe 4 des Hebelgetriebes. Eine starre Verbindung mit dem beweglichen Teil 8 des Resonators 1 erfolgt über justierbare Koppelbolzen 9 und über segmentierte, selbstzentrierende Klammerringe 10 mit dem an der Außenwand des Resonators 1 ausgeformten Bundring 11. Der Koppelbolzen 9 gestattet eine Verbindung des Arbeitspunktes des vollständigen Abstimmgerätes bezogen auf den Resonanzpunkt des Resonators 1.

In Fig. 2 ist der Resonator 1 nicht sichtbar. Er befindet sich innerhalb des Gehäuses 5. Aus Redundanz- und Symmetriegründen befinden sich zwei erste Stufen 4 des Hebel­ getriebes auf den als Basisring 12 ausgebildeten Verbindungsstellen 2 zum Gehäuse 5. Der Kraftarm 13 der ersten Stufen 4 des paarigen Hebelgetriebes ist aus Fertigungs- und Montagegründen geteilt, er wird dort jeweils mit der in Fig. 3 dargestellten Kraft­ armverlängerung 14 während der Montage der rechten oder linken, zweiten Stufe des Hebelgetriebes 17 starr mit dem Koppelpunkt 20 verbunden.

Die rechte, zweite Stufe 17 des Hebelgetriebes besteht aus Lastarm 16 und Kraftarm 23. Dort ist die Ankopplung 15 der Kraftarmverlängerung 14 an den Lastarm 16 der zweiten Stufe 17 des Hebelgetriebes dargestellt. In dieser Stufe sind übliche Rotations­ lager durch in Fig. 4 dargestellte bandförmige Torsionsbolzen 18 ersetzt, welche an ihrem äußeren Einspannbereich 25 mit einer gabelförmig ausgebildeten Aufnahme am Ende des Kraftarmes 23 fest verbunden sind. Wie in Fig. 3 und 5 dargestellt, bilden diese Bolzen sowohl die Drehachse 19 des Hebels der zweiten Stufe 17 des Hebelgetriebes, als auch den flexiblen Koppelpunkt 20 zwischen der ersten Stufe 4 und der zweiten Stufe 17 des Hebelgetriebes. Die starre Verbindung mit der nicht dargestellten Verbindungsstelle 2 erfolgt über das nicht dargestellte Gehäuse 5, an dem der Lagerbock 21 starr befestigt ist. Zur starren Halterung des Torsionsbolzens 18 im Lagerbock 21 wird die Klammer 22 benutzt. Die linke, erste Stufe des Hebel­ getriebes ist komplementär zur rechten, ersten Stufe 17 ausgeführt.

Der Torsionsbolzen 18 ist vorzugsweise als Vierkantbolzen ausgeformt. In Funktion des Bolzens wird der mittlere Klemmbereich 24 gegenüber den beiden äußeren Einspannbereichen 25 verdreht, wobei sich die bandförmigen Bereiche 26 elastisch verwinden. Am Klemmbereich 24 erfolgt die formschlüssige, starre Ankopplung der Kraftarmverlängerung 14, der ersten Stufe 4 oder die starre Befestigung im Lagerbock 21 mit dem Gehäuse 5 mittels der Klammer 22. Die Verbindung der Einspannbereiche 25 mit der zweiten Stufe 17 erfolgt formschlüssig starr oder durch Löten oder Schwei­ ßen. Dabei ist die radiale Orientierung so festgelegt, daß die Aktionskräfte des Hebel­ getriebes in der Mittellagestellung des Abstimmgerätes als Querkräfte gegen das größere Widerstandsmoment des bandförmigen Bereiches 26 wirken und dieser bei Funktion des Abstimmgerätes in beide Verstellrichtungen im gleichem Maße verwun­ den wird.

Das vollständige Abstimmgerät ist in Fig. 5 dargestellt. Beim Betrieb des Abstimm­ gerätes werden die Enden 27 der Kraftarme 23 aufeinander zu oder weg bewegt.

Claims (3)

1. Abstimmgerät für Hohlraumresonatoren, bestehend aus einem paarigen, zweistufigen Hebelgetriebe mit folgenden Merkmalen:

• 1. ein erster Hebel besteht aus einem betätigbaren Kraftarm (23) und einem gabelförmigen Lastarm (16),
  ein zweiter Hebel besteht aus einem mit dem gabelförmigen Lastarm (16) verbundenen Kraftarm (13, 14) und einem mit dem Resonator (1) verbundenen Lastarm (7);
• 2. der gabelförmige Lastarm (16) enthält zwei Torsions­ bolzen (18), die je einen bandförmigen Bereich (26) zwischen ihren Enden (25) und dem Mittelstück (24) auf­ weisen, wobei das Mittelstück (24) des einen Torsionsbolzens (18) mit dem den Resonator (1) umgebenden Gehäuse (5) und das Mittelstück (24) des anderen mit dem Kraftarm (13, 14) des zweiten Hebels verbunden ist;
• 3. der Lagerort (3) des zweiten Hebels ist durch einen schmalen biegsamen Steg gebildet.

2. Abstimmgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Torsions­ bolzen (18) an seinen Enden als Einspannbereich (25) und an seinem Mittel­ stück als Klemmbereich (24) einen runden oder vieleckigen Querschnitt auf­ weist.

3. Abstimmgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein weiterer schmaler Steg zwischen Lagerort (3) und Verbindungsstelle (6) weitestgehend die gleiche Gestaltung aufweist wie der Lagerort (3).