DE2360431C3 - Thermostat für einen Quarzoszillator - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Thermostaten füi ίο einen Quarzoszillator mit einem den Quarz umschließenden inneren Wärmeleitmantel, welcher von einem äußeren Würmeleitmantel derart umgeben ist, da£ eine Längsseite des quaderförmigen inneren Wärmeleitmantels in eine Aussparung des äußeren Wärmeis leitmantels eingelassen ist und lediglich die diesei Längsseite am nächsten gelegenen Flächenteile dei anschließenden Seiten des inneren Wärmeleitmantels mit dem äußeren Wärmeleitmantel in Wärmeleitkontakt stehen und mit einem kleinflächigen Heizei und einem Temperaturfühler, welche beide mit der Längsseite des inneren Wärmeleiünantels verbunden sind.

Ein Thermostat der vorgenannten Art ist z. B. durch die Darstellung nach Bild 11 des Aufsatzes

»Aufbau hochwertiger Thermostate für Quarzoszillatoren« vom H. Pi chi, abgedruckt in der Internationalen Elektronischen Rundschau, 1971, Nr. 10, S. 249 bis 251, bekannt. Der Thermostat nach Bild 11 dient lediglich der Temperaturstabilisierung

des Quarzes. Eine andere Art von Thermostat mit innerem und äußerem Wärmeleitmantel zeigt Bild 9 der gleichen Literaturstelle, bei der die Elemente der Oszillatorschaltung in dem Raum zwischen äußerem und innerem Wärmeleitmantel bereits einer mittleren Temperaturkonstanz unterliegen. Dieser bekannte Thermostat weist einen gürtelariigen Wärmeleitsteg sowie zwei Heizer und zwei Fühler auf und ist h^:nsichtlich der äußeren Abmessungen recht voluminös und aufwendig in der Herstellung.

Weiterhin ist durch die DT-OS 18 06 114 ein Thermostat für einen Quarzoszillator vorbekannt, welcher einen den Quarz umschließenden inneren Wärmeleitmantel aufweist, der aus einem mit einer Heizwicklung umwickelten topfartigen Teil und einem

deckelartigen Teil besteht. Die Grundfläche des topfartigen Teils steht in Wärmekontakt mit einem Teil einer Innenfläche eines einen äußeren Wärmeleitmantel darstellenden allseitig geschlossenen Gehäuses, welches die Elemente der Oszillatorschaltung mit einschließt, die auf der der Heizwicklung abgewendeten Seite des deckelartigen Teils des inneren Wärnieleitmantels in Kammern angeordnet sind. Die Anordnung der Heizwicklung auf die Zylinderoberfläche des topfartigen Teils hat einen dauernden Wärmefluß innerhalb des inneren Wärmeleitmantels zur Folge und somit ein Temperaturgefälle hierin, wobei der Wärmestrom von der kühleren Grundfläche des topfartigen Teils zum Außengehäuse den Ort der Wärmeerzeugung umgeht.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, einen Thermostaten für einen hochstabilen Quarzoszillator, insbesondere für einen Grundgenerator eines Breitband-Trägerfrequenzsystems anzugeben, der eine besonders hohe Frequenzstabilität des Oszillators ermöglicht.

Diese Aufgabe ist bei einem Thermostaten nach dem Gattungsbegriff des Anspruchs 1 erfindungsgemäß durch die den kennzeichnenden Merkmalen

lueses Anspruches entsprechenden Maßnahmen gelöst.

. Durch die Anwendung dieser Maßnahmen ergibt lach der Vorteil eines einfachen \ufbaus, welcher rationell gefertigt werden kann und es gestauet, a erstens zur Erzielung einer äußerst hohen Güte (Verbesserungsfaktor) einerseits die Wärmeströme optimal zu leiten und andererseits eine sehr hohe Schleifenverstärkung des Temperaturregelkreises anzuwenden, ohne daß Regelungsinstabilitälen auftreten, und zweitens die Elemente" der Oszillatorschaltung hinsichtlich ihrer elektrischen Lage zum Quarz günstig anzuordnen und ebenfalls in ihrer Temperatur zu stabilisieren.

An Hand der Zeichnung ist die Erfindung nachstehend näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 und 2 zwei Ansichten eines ersten Ausführungsbeispiels,

F i g. 3 und 4 je ein weiteres Ausführungsbeispiel, , Fig. 5 und 6 zwei Ansichten einer ersten Ausfüh- ao rungsform des den Heizer und den Fühler beinhallenden Details der Anordnung nach den F j g. 1 bis 4 und

F i g. 7 und 8 zwei Ansichten einer zweiten Ausführungsform des vorgenannten Details.

Die Fig. 1 und 2 zeigen in zwei Ansichten das erste Ausführungsbeispiel des Thermostaten. Der Quarz 3 befindet sich in dem inneren Wärmeleitmantel, der aus einem wannenförmig ausgebildeten Teil 1 mit rechteckförmiger Grundfläche und dem zugehörigen, aufschraubbaren Deckel 2 besteht. Die eine Längsseite des inneren Wärmeleitmantels bildet eine massive Platte 20, welche den wannenförmig ausgebildeten übrigen Teil des inneren Wärmeleitmantels 1 samt Deckel 2 nach unten und oben überragt und eine oder mehrere an die Konturen des Heizers 7 und des Temperaturfühlers 8 sowie dessen Anschlußdrähte 18 angepaßte Ausnehmungen aufweist. Die Platte 20 ist durch den Schlitz 13 (Fig. 1 und 2) derart von der Wanne 1 des inneren Wärmeleitmantels getrennt, daß ein Wärmeleitsteg 19 in der Nähe des Heizers 7 und des Temperaturfühlers 8 stehenbleibt. Die weiteren Schlitze 13 a, parallel zu den Deckeln 2 und S (Fig. 1), trennen die Wanne 1 von der Wanne 4.

Der äußere Wärmeleitmantel, welcher unter anderem aus der massiven (äußeren) Wanne 4 mit rechteckförmiger Grundfläche und dem dazugehörigen aufschraubbaren Deckel S besteht, umgibt den inneren Wärmeleitmantel und die Leiterplatte 6 für die Elemente der Oszillatorschaltung derart, daß die Platte 20 Teil des äußeren Wärmeleitmantels wird. Die eine Längsseite der (äußeren) Wanne 4 weist nämlich eine Ausnehmung auf, welche die Platte 20 wärmekontaktschlüssig aufnimmt. Da die Platte 20 die übrigen Teile des inneren Wärmeleitmantels überragt, ist sichergestellt, daß sich der innere und der äußere Wärmeleitmantel nicht berühren und lediglich über den Wärmeleitsteg 19 ein Wärmekontakt besteht.

Nicht näher dargestellt ist ein in eine Ausnehmung des Deckels 5 des äußeren Wärmeleitmantels passender Vorsprung auf der diesem Deckel 5 zugeordneten Schmalseite der Platte 20. Mittels mehrerer Schrauben mit untergelegten Zahnscheiben 16 ist die Platte 20 mit der Grundfläche der Wanne 4 des äußeren Wärmeleitmantels und mit dessen Deckel 5 verschraubbar, so daß eine gleichbleibende gute thermische Verbindung zwischen den beiden Wärmelehmänteln an dieser Stelle gesichert ist. An den Berührungsflächen kann auch eine Wärmeleitpasie aufgetragen werden oder ein Leitkleber verwendet werden, wenn vorher an denjenigen Stellen, an denen der Thermostat wieder zu öffnen sein soll, wenigstens eine der beiden zu verklebenden Berührungsflächen mit einem Trennmittel· eingestrichen wurde. Die Leiterplatte 6 für die Elemente der Oszillatorschaltung ist parallel zu den Ebenen der beiden von der gleichen Seite aus aufschraubbaren Deckeln 2 und 5 angeordnet und umgibt drei Seiten des inneren Wärmeleitmantels. Die Anschlußdrähte 14 des Quarzes 3 bestehen aus einem dünnen, die Wärme schlecht leitenden Material, um den Durchgriff von der Kammer der Oszillatorschaltung zur Kammer des Quarzes möglichst gering zu halten.

Die Fi g. 3 und 4 zeigen jeweils ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem, ausgehend von der Darstellung nach F i g. 2, die Lage des Temperaiurfühlers 8 und die Lage der Schlitze 13 verändert sind. Die Schlitze 13 sind hierbei derart vorgesehen, daß der Wärmeleitsteg 19 an einem begrenzten On verbleibt, der sich im Falle der Anordnung nach F i g. 3 unmittelbar bei dem Temperaturfühler 8 und im Falle der Anordnung nach F i g. 4 unmittelbar bei dem Heizer 7 befindet. Es ist auch möglich, die Schlitze 13 derart zu gestalten, daß der Wärmeleitsteg 19 an einem Ort zwischen dem Heizer 7 und dem Temperaturfühler 8 oder an dem Ort des Heizers 7 oder an dem des Fühlers 8 verbleibt, was bei der Anordnung nach F i g. 2 verwirklicht ist.

Der Zweck der entsprechend ausgestalteten Schlitze 13 ist es, die Wärmeströme derart zu leiten, daß Temperaturschwankungen am äußeren Wärmelcitmantel möglichst keinen schädlichen Wärmeleitweg zum inneren Wärmeleitmantel unter Umgehung des Temperaturfühlers 7 bzw. des Heizers 8 finden können. Der optimale, eng begrenzte Ausgangsort bzw. Fußpunkt des Wärmeleitstegs 19 in der Platte 20 zwischen dem Heizer 7 und dem Temperaturfühler 8 für das Verschwinden des Durchgriffes der Außentemperaturschwankungen zum Quarz ist nun abhängig von der (am Ort des Temperaturfühlers gemessenen) Schleifenverstärkung des Temperaturregelkreises und von dem restlichen Wärmeleitwert des schädlichen Wärmeleitweges. Bei Verwendung einer Temperaturregelschaltung mit relativ geringer Schleifenverstärkung treten am Ort des Temperaturfühlers relativ große Temperaturschwankungen auf; gleichzeitig treten unter Umständen jedoch Temperaturschwankungen umgekehrten Vorzeichens am On des Heizers auf. An der Stelle zwischen Heizer und Temperaturfühler, wo sich die Temperaturschwankungen kompensieren, ist somit der optimale Ort für den Fußpunkt des Wärmeleitsteges, vorausgesetzt, der Leitwert des schädlichen Wärmeleitsteges ist vernachlässigbar. Stellt sich heraus, daß der schädliche Wärmeleitwert nicht vernachlässigt werden kann, muß der Fußpunkt des Wärmeleitsteges 19 in Richtung des Heizers 7 verlegt werden; unter Umständen ist der Ort des Heizers selbst der günstigste Fußpunkt.

Es ist nun eine wesentliche Eigenschaft des erfindungsgemäßen Thermostaten, daß der den Fühler und den Heizer umgehende, schädliche Wärmeleitweg einen verschwindend geringen Wärmeleilwert aufweist, im Gegensatz zu bekannten Thermostaten

vergleichbarer Art, bei denen eine gürtelartige Zone Aus dem vorgenannten Grund sind bei den Aus-

zwischen innerem und äußerem Wärmeleilmantel führungsbcispielen der den kleinflächigen Heizer 7

vorgesehen ist. Zwar lassen sich die Eigenschaften darstellende Transistor und der Temperaturfühler 8

der Thermostaten mit der gürtelartigen Zone da- relativ eng benachbart in der Ausnehmung bzw. den

durch verbessern, daß am äußeren Gürtelumfang 5 Ausnehmungen der Platte 20 untergebracht. Die

mehrere Heizer und Fühler und für eine Störgrößen- F i g. 5 und 6 zeigen hierzu eine Anordnung, bei der

aufschaltung ein Fühler außerhalb dieser Zone zu- der Heizer 7 und der Temperaturfühler 8 in zwei

sätzlich angeordnet werden; die genaue Kompen- getrennten Ausnehmungen eingepaßt sind, und die

sation aller Einzelmaßnahmen ist jedoch nur be- F i g. 7 und 8 zeigen eine Anordnung, bei der der

grenzt möglich und zudem mit einem hohen Auf- io Heizer 7 und der Temperaturfühler 8 in einer ge-

wand verbunden. meinsamen Ausnehmung jeweils mit gut wärme-

Die besonders guten Eigenschaften der einen leitendem Kleber 17 eingeklebt sind.
Quasi-Doppelthermostaten darstellenden Anordnung Die in den Fig. 1 bis 4 dargestellten Anordnunmit einem äußeren und einem inneren Wärmeleit- gen weisen weiterhin das aus thermoplastischem mantel und nur einer einzigen, relativ einfachen 15 Kunststoff bestehende Gehäuse 10 auf, welches zum Temperaturregelung kommen um so mehr zur Gel- Zweck der guten Wärmedämmung innen mit einem tung, je höher die Schleif en verstärkung im Tempe- Hartschaumstoff (Wärmedämmantel 11) extrem niedraturregelkreis ist. Zu allermindest soll die Schleifen- riger Wärmeleitfähigkeit ausgeschäumt ist. An Stelle verstärkung so groß sein, daß in unmittelbarer Um- des Hartschaumstoffes können auch aus Weichgebung des Heizers eine leichte Überkompensation ao schaumstoffplatten gefertigte Teile treten, mit denen der Außen-Temperaturabweichung bzw. eine genaue das Gehäuse 10 ausgelegt werden kann. Das gesamte Kompensation eintritt. In diesem Fall sind die wärmeisolierende Gehäuse 10 samt dem Wärme-Schlitze 13 derart vorzusehen, daß der Fußpunkt dämmantel 11 umschließt den äußeren Wärmeieitdes Wärmeleitsteges 19 am Ort des Heizers 7 ist. Bei mantel 4, 5 einschließlich der mit dem Heizer 7 und der Anwendung einer höheren Schleifenverstärkung 25 dem Temperaturfühler 8 unmittelbar verbundenen verschiebt sich der Ort der Temperaturkompensation Leiterplatte 9 für die Elemente der Ternperaturregel- und somit auch des günstigsten Fußpunktes für den schaltung.

Wärmeleitsteg 19 in Richtung auf den Temperatur- Die Gewindebuchsen 12 aus Hartgewebe, welche

fühler 8; gleichzeitig wird es möglich, den Abstand in der Wanne 4 des äußeren Wärmeleitmantels ein-

zwischen dem Heizer 7 und dem Fühler 8 zu ver- 3° genietet sind, durchdringen das Kunststoffgehäuse 10

ringern, wodurch wiederum eine höhere Regel- samt dem Wärmedämmantel 11 und dienen zur Be-

geschwindigkeit bzw. eine höhere Schleifenverstär- festigung des Thermostaten.

kung realisierbar wird. Der Regelgeschwindigkeit Der den Heizer darstellende Transistor 7 ist mit

und dem der Regelgeschwindigkeit zugeordneten zwei Gewindebolzen 15 angeschraubt, die für einen

jeweiligen Wert der Regelverstärkung sind nämlich 35 guten Anpreßdruck an die Platte 20 sorgen und

durch die thermische Laufzeit zwischen dem Heizer 7 gleichzeitig zur Halterung der Leiterplatte 9 für die

und dem Temperaturfühler 8 Grenzen gesetzt. Elemente der Temperaturregelschaltung dienen.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Thermostat für einen Quarzoszillator mit einem den Quarz umschließenden inneren Wärmeleitmantel, welcher von einem äußeren Wärmeleitmantel derart umgeben ist, daß eine Längsseite des quaderförmigen inneren Wärmeleitmantels in eine Aussparung des äußeren Wärmeleitmantcls eingelassen ist und lediglich die dieser Längsseite am nächsten gelegenen Flächenteile der anschließenden Seiten des inneren Wärmeleiimantcls mit dem äußeren Wärmeleitmantel in Wärmeleitkontakt stehen und mit einem kleinflächigen Heizer und einem Temperaturfühler, welche beide mit der Längsseite des inneren Wärmeleitmantels verbunden sind, dadurchgekennzeich.net, daß die genannte Längsseite des inneren Wärmeleiünantels eine massive Platte (20) bildet, welche den wannenförmig ausgebildeten übrigen Teil des inneren Wärmeleitmantels (1) samt Deckel (2) nach unten und oben überragt und eine oder mehrere an die Konturen des Heizers (7) und des Temperaturfühlers (8) sowie dessen Anschlußdrähte (18) angepaßte Ausnehmungen aufweist, daß der äußere Wärmeleitmantel als massive Wanne (4) ausgebildet ist und eine Seitenwand mit einer Ausnehmung für die Platte (20) des inneren Wärmeleitmantels und einen Deckel (S) aufweist und daß zwischen dem inneren und dem äußeren Wärmeleitmantel eine Leiterplane (6) für die Elemente der Oszillatorschaltung parallel zu den Ebenen der beiden von der gleichen Seite aus aufschraubbaren Deckel (2 und 5) angeordnet ist.

2. Thermostat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Platte (20) durch Schlitze (13) derart von der Wanne des inneren Wärmeleitmantels getrennt ist, daß ein Wärmeleitsteg (19) in der Nähe des Heizers (7) und des Temperaturfühlers (8, stehenbleibt.

3. Thermostat nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlitze (13) derart vorgesehen sind, daß der Wärmeleitsteg (19) an einem begrenzten Ort zwischen dem Heizer (7) und dem Temperaturfühler (8) oder an dem Ort des Heizers (7) oder an dem des Temperaturfühlers (8) verbleibt.

4. Thermostat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Platte (20) einen in eine Ausnehmung des Dekkels (5) des äußeren Wärmeleitmantels passenden Vorsprung aufweist.

5. Thermostat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Platte (20) mit der Grundfläche der Wanne (4) des äußeren Wärmeleitmantels und mit dessen Deckel (S) verschraubbar ist.

6. Thermostat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterplatte (6) drei Seiten des inneren Wärmeleitmantels umgibt.

7. Thermostat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein wärmeisolierendes Gehäuse (10, 11) den äußeren Heizmantel (4, S) einschließlich einer mit dem Heizer (7) und dem Temperaturfühler (8) unmittelbar verbundenen Leiterplatte (9) für die Elemente der Temperaturregelschaltung umschließt.