DE3005400C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einer Abstimmvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, und eignet sich insbesondere für ein Koaxialmagnetron.

Eine solche Abstimmvorrichtung wurde bereits in den Druckschriften DE-AS 15 66 025 und DE-OS 29 26 868 vorgeschlagen.

Bei Koaxialmagnetrons, wie sie aus diesen Druckschriften bekannt sind, treibt die Kurbel­ welle ein Pleuel an, dessen Kopf mit dem Abstimmelement über ein zylindrisches oder sphärisches Gelenk mechanisch ver­ bunden ist, das im Innenraum eines in einem Führungszylinder laufenden Kolbens angeordnet ist. Dieses Gelenk ist erfor­ derlich, weil sich bei der Verschiebung des Pleuelkopfes eine Seitenbewegungskomponente der Kurbelwelle ergibt. In dem Gelenk der bekannten Abstimmvorrichtung tritt Reibung auf, die zu Verschleiß und unerwünschtem Spiel führen kann. Die Reibungskräfte wirken außerdem auf den Kolben und ver­ ursachen zusammen mit dem auf den Pleuelkopf wirkenden Seiten­ druck zusätzliche Reibung zwischen dem Kolben und dem Füh­ rungszylinder, die weiteren Verschleiß und unerwünschtes Spiel zwischen Kolben und Zylinder zur Folge hat. Diese Nachteile treten in umso höherem Maße auf, je höher die Arbeitsgeschwin­ digkeit der Abstimmvorrichtung ist. Bei manchen Anwendungs­ fällen, bei denen eine besonders hohe Änderungsgeschwindigkeit der Schwingungsfrequenz des Koaxialmagnetrons (in der Größen­ ordnung von einigen Zehntausend Zyklen pro Minute bzw. in der ersten Minute) erforderlich ist, können die bekannten Abstimm­ vorrichtungen wegen der übermäßigen Reibung selbst bei Schmie­ rung aller sich bewegender Teile nicht benutzt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Abstimm­ vorrichtung zu schaffen, die sehr schnelle Änderungen der Schwingungsfrequenz des Koaxialmagnetrons oder einer anderen Mikrowellenröhre ermöglicht.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebene Abstimmvorrichtung gelöst.

Die Schwingvorrichtung befindet sich bei stillstehender Abstimmvorrichtung immer am oberen Totpunkt. Sie wird durch die Vertikalbewegungskomponente der Kurbelwelle bis zum unteren Totpunkt geschoben und dann durch die Rückholfeder wieder in die ursprüngliche Lage gebracht. Die Rückholfeder kompensiert im übrigen das unvermeidbare Spiel zwischen der exzentrischen Welle und ihren Lagern und gewährleistet während der Bewegung auch eine zuverlässige Anlage der ebenen Ober­ fläche an dem äußeren Kugellagerring.

Gegenüber bekannten Abstimmvorrichtungen ergibt sich der Vorteil, daß keine Gleitreibung auftritt, sondern nur die Wälzreibung der schwingenden Relativbewegung zwischen dem äußeren Kugellagerring und der ebenen Oberfläche der Schwing­ vorrichtung. Diese Wälzreibung tritt zudem an einer Stelle auf, die von den warmen Zonen etwa eines Magnetrons weit entfernt liegt, während bei den bekannten Abstimmvorrichtungen deren Gelenkreibung Wärme in einer dem Schwingelement nahe benach­ barten Zone erzeugt, in der auch aus elektrischen Gründen Wärme entsteht. Die damit verbundenen Wärmeabführungsprobleme der bekannten Abstimmvorrichtungen werden also durch die Er­ findung vermieden. Da die Abstimmvorrichtung ohne Gleitrei­ bungsstellen auskommt, sind sehr hohe Abstimmgeschwindig­ keiten möglich.

Vorteilhafte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Abstimm­ vorrichtung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Teilquerschnitt eines Koaxialmagnetrons mit der hier beschriebenen Abstimmvorrichtung;

Fig. 2 eine Seitenansicht des Magnetrons von Fig. 1;

Fig. 3 einen Ausschnitt aus der Abstimmvorrichtung von Fig. 1 in vergrößertem Maßstab; und

Fig. 4 eine alternative Ausführungsform der Abstimm­ vorrichtung.

Das Koaxialmagnetron nach Fig. 1 wird im wesentlichen durch eine in der Mitte eines Anodenblocks 2 liegende Kathode 1 gebildet. Diese Teile sind in einen Hohlzylinder 3 eingesetzt, der so ausgelegt ist, daß er zusammen mit der Anodenkonstruk­ tion einen Hohlraumresonator bildet, der bei einer festge­ legten Frequenz in Resonanz ist. Die Abstimmung des Magnetrons erfolgt durch Änderung des Rauminhalts des äußeren Hohlraums 4 mit Hilfe eines Abstimmelementes 5, das im Inneren des Hohl­ raums bewegbar ist und dadurch mit dessen Rauminhalt die Re­ sonanzfrequenz verändert.

Das Abstimmelement 5 ist mittels seines Körpers 6 mit einem Ende einer Schwingvorrichtung fest verbunden, welche einen zylindrischen Schaft 7 enthält, der in einer auf einer Tragkonstruktion 9 montierten Kugelbüchse 8 gleitet. Wegen der Kugelbüchse 8 führt der Schaft 7 eine streng lineare Be­ wegung aus. An seinem Kopf hat der Schaft 7 eine flache Ober­ fläche 10, an welcher der äußere Ring eines Rollen- oder Kugel­ lagers 11 angreift, das auf dem exzentrischen Teil 12 einer Kurbelwelle 13 montiert ist, wie deutlicher in Fig. 2 darge­ stellt ist. Eine Drehung der Kurbelwelle 13 zwingt den äußeren Ring des Lagers 11 zu einer Pendelbewegung mit ihrer Mantel­ fläche (gemäß der Berührungserzeugenden) gegen die ebene Ober­ fläche 10, so daß diese eine vertikale Bewegung ausführt. Wenn nämlich unter Annahme einer Drehung im Uhrzeigersinn der in Fig. 1 obere Totpunkt A des exzentrischen Teils 12 der Kurbelwelle 13 sich nach unten bewegt, erfolgt eine seitliche Verschiebung des äußeren Ringes des Lagers 11, bei einer 90°- Drehung der Kurbelwelle 13 zunächst um eine Größe, die gleich der Exzentrizität e (Fig. 3) der Kurbelwelle ist. Wird die Kurbelwelle um 180° gedreht, so gelangt der exzentrische Teil 12 an den unteren Totpunkt, wodurch der Ring des Lagers 11 um eine Größe 2 e nach unten versetzt wird. Diese Abwärtsbewegung wird über die Oberfläche 10, den Schaft 7 und den Körper 6 auf das Abstimmungselement 5 übertragen, und zwar gegen die Kraft einer Rückzug- oder Rückholfeder 14, die zwischen der Tragkonstruktion 9 und einem Teller 15 angeordnet und mit dem Kopf des Schaftes 7 fest verbunden ist. Die Feder entspannt sich wieder, wenn der exzentrische Teil 12 der Kurbelwelle 13 sich nach oben bewegt und hält die Oberfläche 10 des Schaftes 7 in Berührung mit dem äußeren Ring des Lagers 11. Eine 270°- Drehung der Kurbelwelle entspricht eine Verschiebung des äuße­ ren Ringes um die Größe der Exzentrizität e nach links. Hat die Kurbelwelle 13 eine weitere 90°-Drehung ausgeführt, so befindet sich der exzentrische Teil in der Ausgangsstellung, und gegenüber der bei halben Kreislauf eingenommenen Stellung hat sich der äußere Ring um die Größe 2 e nach oben bewegt. Die Verschiebung des Abstimmelementes 5 nach oben erfolgt durch die Feder 14 über den Teller 15, den Kopf des Schaftes 7 und den Körper 6. Die eigentliche Schwingvorrichtung bewegt sich rein axial, da die Seitenbewegungskomponente durch die schwingende Bewegung des äußeren Ringes des Lagers 11 auf der Oberfläche 10 aufgenommen wird, wie in Fig. 3 deutlicher dar­ gestellt ist.

Eine Abstimmvorrichtung der hier beschriebenen Art arbei­ tet nur dann befriedigend, wenn die Reibung zwischen dem äußeren Ring des Lagers 11 und der Oberfläche 10 größer ist als die Gesamtreibung zwischen dem inneren und dem äußeren Ring des Lagers. Andernfalls wird der äußere Ring unter Drehung mitgenommen, was eine Verschlechterung der Betriebsfähigkeit des Systems zur Folge hat. Bei einer bevorzugten Ausführungs­ form der Abstimmvorrichtung sind besondere Mittel vorgesehen, welche eine Drehung des äußeren Ringes verhindern, ohne die oben erläuterten Bewegungsmöglichkeiten zu beeinträchtigen. Diese Mittel bestehen darstellungsgemäß aus einer Kugel 16, die in einer komplementär geformten Ausnehmung teils in dem äußeren Ring des Lagers 11 und teils in der Oberfläche 10 des Schaftes 7 sitzt. Der Durchmesser der Ausnehmung zur Auf­ nahme der Kugel 16 muß etwas größer sein als der Durchmesser der Kugel, damit diese keiner Belastung unterworfen wird. Wie bei dem oben beschriebenen Fall soll auch hier die ganze Be­ lastung zwischen dem Ring des Lagers 11 und der Oberfläche 10 liegen.

Die Rückholfeder 4 soll so bemessen sein, daß ihre Kraft größer ist als die Trägheitskräfte der beteiligten Massen beim Bewegungswechsel und folglich ein konstanter Kontakt zwischen der Oberfläche 10 und dem Ring des Lagers 11 gewährleistet ist, so daß kein Spiel der beweglichen Teile der Abstimm­ vorrichtung möglich ist. Dies hat den Vorteil einer optimalen elektrischen Leistungsfähigkeit des Koaxialmagnetrons.

Fig. 2 zeigt eine Seitenansicht des Koaxialmagnetrons von Fig. 1, in welcher neben allen anderen in Fig. 1 erkenn­ baren Elementen besonders deutlich die Gestaltung der Kurbel­ welle 13 dargestellt ist, auf deren exzentrischen Teil 12 das Kugellager 11 montiert ist. Die Kurbelwelle 13 ist in Haupt­ lagern 17 gelagert und an einem Ende über eine elastische Kupplung 18 mit einem Antrieb 19 verbunden, mit dem sie in der beschriebenen Weise gedreht werden kann.

In Fig. 3 ist der Ausschnitt P aus Fig. 1 dargestellt, wobei der exzentrische Teil 12 der Kurbelwelle 13 um einen 270°-Winkel gegenüber der in Fig. 1 dargestellten Stellung gedreht wurde. Gegenüber der Lage in Fig. 1 ist der äußere Ring des Kugellagers 11 also um eine Größe nach links ver­ schoben, die der Exzentrizität e entspricht. Eine Drehung des äußeren Ringes des Kugellagers 11 wird durch die Kugel 16 ver­ hindert. Bei jeder 360°-Drehung der Kurbelwelle 13 schwingt der äußere Ring des Lagers 11 abwechselnd nach rechts und nach links von der als Haltemittel dienenden Kugel 16 und nimmt somit die Seitenbewegungskomponente der Kurbelwelle auf. Da der Durchmesser der Kugel 16 kleiner ist als der Durch­ messer ihres komplementären Sitzes, bleibt der äußere Ring des Lagers 11 ständig in Anlage mit der Oberfläche 10, auf welche die gesamte Belastung wirkt.

In Fig. 3 ist ferner mit einer Strichlinie die Stellung dargestellt, welche der äußere Ring des Lagers 11 einnimmt, nachdem der exzentrische Teil 12 der Kurbelwelle 13 um 180° in bezug auf die vorherige Stellung gedreht wurde. Die ge­ samte Verschiebung des äußeren Ringes des Lagers 11 beträgt daher 2 e.

Fig. 4 zeigt eine weitere Ausführungsform des Koaxial­ magnetrons von Fig. 1, von welchem sie sich dadurch unterschei­ det, daß die Schwingvorrichtung an zwei bezüglich der Kurbel­ welle diametral entgegengesetzten Stellen geführt ist, damit sie eine noch genauere lineare Bewegung ausführt. Darstellungs­ gemäß hat die Schwingvorrichtung einen Bügel 20 mit zwei ent­ gegengesetzten Armen, von denen einer aus dem durch die Kugel­ büchse 8 geführten Schaft 7 besteht, während der zweite Arm 21 durch eine zweite Kugelbüchse 22 geführt ist. Der Bügel 20 hat eine Ausnehmung zur Aufnahme des Kugellagers 11 und ferner einen schwalbenschwanzförmigen Sitz für die Oberfläche 10, deren Form zu dem Sitz komplementär ist. Wie bei der zuvor beschriebenen Ausführungsform kann die Oberfläche 10 mit einem Aufnahmelager für eine Kugel 16 versehen sein, damit eine Drehung des äußeren Ringes des Kugellagers 11 verhindert wird. Zwischen dem äußeren Ring des Lagers 11 und dem Bügel 20 ist ein Zwischenraum 23 vorgesehen, dessen Breite größer ist als die Exzentrizität e, um die schwingende Relativbewegung des Ringes des Kugellagers 11 zu ermöglichen.

Eine Abstimmvorrichtung der beschriebenen Art arbeitet ebenfalls nach dem Pleuel/Kurbel-Prinzip zur Umwandlung einer Drehbewegung bzw. der Relativbewegung eines Lagerringes in eine Hin- und Herbewegung. Im vorliegenden Fall besteht die Kurbel aus der Exzentrizität e, während das Pleuel nur theoretisch vorhanden ist und eine Länge entsprechend dem Abstand zwischen der Mitte des exzentrischen Teils 12 und der Mitte der Kugel 16 hat.

Claims (8)

1. Abstimmvorrichtung für eine Mikrowellenröhre, deren Ausgangsfrequenz durch Ver­ schieben eines von einem Motor über eine Kurbelwelle (13) ange­ triebenen Abstimmelementes (5) innerhalb eines Hohlraumresonators (4) änderbar ist, mit einem auf dem exzentrischen Teil (12) der Kurbelwelle (13) montierten Rollen- oder Kugellager (11) und mit einem von der Kurbelwelle (13) axial schwingend bewegbaren starr mit dem Abstimmelement (5) verbundenen Betätigungsschaft (7), dessen Lagerung nur eine streng lineare Bewegung zuläßt, dadurch gekennzeichnet, daß eine Rückholfeder (14) eine ebene Oberfläche (10) eines Teils des Betätigungsschaftes (7) gegen den äußeren Ring des Lagers (11) des exzentri­ schen Teils (12) der Kurbelwelle (13) drückt, daß der äußere Ring des Lagers (11) mit der ebenen Oberfläche (10) des Betätigungsschaftes (7) gekoppelt ist und daß der Betätigungsschaft (7) gleitreibungsfrei gelagert ist.

2. Abstimmvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kopplung mit der ebenen Oberfläche (10) aus einer Kugel (16) besteht, die in je einer Ausnehmung in dem Ring des Lagers (11) und in der ebenen Oberfläche (10) angeordnet ist.

3. Abstimmvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der Ausnehmung zur Aufnahme der Kugel (16) größer ist als der Durchmesser der Kugel (16) selbst.

4. Abstimmvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückhohlfeder (14) so bemessen ist, daß sie eine Kraft ausübt, die größer ist als die Trägheitskräfte der hin- und herbewegten Teile.

5. Abstimmvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Betätigungsschaft (7) in min­ destens einer an einer Tragkonstruktion (9) befestigten Kugelbüchse (8, 22) gleitet.

6. Abstimmvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der schwingende Teile der Vorrichtung einem zwei entgegengesetzte Arme (7 und 21) und eine Aus­ nehmung zur Aufnahme des Rollen- oder Kugellagers (11) des exzentrischen Teils (12) der Kurbelwelle (13) aufwei­ senden Bügel (20) besteht und daß die ebene Oberfläche (10) an der Ausnehmung des Bügels (20) angeordnet ist.

7. Abstimmvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Bügel (20) einen Sitz für die ebene Oberfläche (10) aufweist.

8. Abstimmvorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zwischen dem Bügel (20) und dem äußeren Ring des Kugellagers (11) ein Zwischenraum (23) vorgesehen ist, dessen Breite nicht kleiner ist als die Exzentrizität (e) der Kurbelwelle (13).