DE3414478C2 - - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung geht aus von einer Anordnung zur Tem­ peraturkompensation gemäß dem Oberbegriff des ersten Patentanspruchs.

Eine derartige Anordnung geht aus der DE 30 38 140 A1 her­ vor. Hierbei ist der Kurzschlußkolben eines jeden Hohlraum­ resonators mit einem Zylinder aus Aluminium verbunden, da­ rauf steht ein Zylinder aus Invar (Nickel-Eisen-Legierung) und dieser ist schließlich über einen Zylinder wiederum aus Invar mit der Hohlraumwandung verbunden. Diese Tempe­ raturkompensationseinrichtung, bestehend aus zwei Zylin­ dern aus Invar mit sehr geringer Wärmeausdehnung und einem Zylinder aus Aluminium mit großer Wärmeausdehnung, vermag den Kurzschlußkolben in Abhängigkeit von der Temperatur nur über sehr kleine Strecken zu heben oder zu senken, so daß damit nur sehr geringe Volumenänderungen des Hohlraums kompensierbar sind. Ein aus Hohlraumresonatoren gemäß der DE 30 38 140 aufgebautes mehrkreisiges Filter erhält eine sehr voluminöse Gestalt, weil auf jedem einzelnen Hohlraum­ resonator eine soeben dargelegte Zylinderanordnung aufge­ setzt ist.

Ein aus mehreren Hohlraumresonatoren zusammengesetztes Fil­ ter, das in einem Satelliten eingesetzt werden soll, unter­ liegt für diesen speziellen Einsatz bestimmten Erfordernis­ sen. Ein solches Filter soll möglichst leicht, platzsparend und erschütterungsunempfindlich gebaut sein, und es soll so konzipiert sein, daß beim Betrieb im Vakuum, insbesondere bei hoher Eingangsleistung (<100 W), die darin entstehende Wärme gut abgeleitet wird.

Ein leichtes und gut wärmeleitendes Material ist Aluminium. Deshalb werden im Satelliten vornehmlich Aluminiumstrukturen eingesetzt, so z. B. auch für Kühlflüssigkeit leitende Rohre (Heatpipes), die mit den Hohlraumresonatoren verschraubt sind. Es ist daher zweckmäßig, die Hohlraumresonatoren auch aus Aluminium herzustellen, so daß miteinander verbundene Bauteile gleiches Material mit gleicher Wärmeausdehnung aufweisen.

Somit vermeidet man Verspannungen und Relativbewegungen, die bei Temperaturänderungen zwischen Bauteilen aus Mate­ rialien unterschiedlicher Wärmeausdehnung auftreten. Der Wärmeübergangswiderstand zwischen den Hohlraumresonatoren und den Heatpipes darf sich selbst nach vielen Temperatur­ zyklen (z. B. - 20°C ... 60°C) nicht verschlechtern, da sonst eine Überhitzung der Hohlraumresonatoren eintreten würde. Bei üblicherweise wegen des geringen Wärmeausdeh­ nungskoeffizienten aus Invar gefertigten Hohlraumresona­ toren besteht aber leicht die Gefahr, daß sich der Wärme­ übergangswiderstand gegenüber den Aluminium-Heatpipes än­ dert.

Nun besitzt aber Aluminium einen relativ großen Wärmeaus­ dehungskoeffizienten. Temperaturänderungen bewirken also ziemlich große Volumenänderungen der Resonatorhohlräume, womit eine verhältnismäßig große Drift der Resonanzfre­ quenzen der Hohlraumresonatoren verbunden ist. Eine Anord­ nung zur Temperaturkompensation muß somit in diesem Fall in der Lage sein, großen Volumenänderungen in einem Hohl­ raumresonator entgegenwirken zu können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anord­ nung zur Temperaturkompensation eines Filters der eingangs genannten Art anzugeben, die große temperaturabhängige Vo­ lumenänderungen der Filter-Hohlraumresonatoren ausgleichen kann und dabei sehr platzsparend und erschütterungsunemp­ findlich aufgebaut ist.

Diese Aufgabe wird bei der eingangs genannten Anordnung durch die im Kennzei­ chen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Aus dem Buch von K. Erbich "Präzisionspendluhren:
von Graham bis Riefler", München 1978, Verlag Callwey, S. 34 ist es an sich bekannt, zur Kompensation einer tem­ peraturabhängigen Pendelstablängenänderung mehrere inein­ andergesteckte Zylinder mit unterschiedlichen Wärmeaus­ dehnungskoeffizienten einzusetzen, die mäanderförmig mit­ einander verkettet sind.

Zweckmäßige Ausgestaltungen der im ersten Patentanspruch angegebenen Anordnung gehen aus den Unter­ ansprüchen hervor.

Anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbei­ spiel wird nachfolgend die Erfindung näher erläutert.

Die Figur zeigt den Querschnitt durch zwei - z. B. zu einem vierkreisigen Filter gehörende - Hohlraumresonatoren, die aus einem die Hohlräume 1 und 2 bildenen Unterteil 3 und einem daraufgesetzten Oberteil 4 bestehen. Die Hohlraumre­ sonatoren sind durch Koppelöffnungen (in der Figur nicht dargestellt) in den Trennwänden auf bekannte Weise mitein­ ander elektromagnetisch gekoppelt.

In jedem Hohlraumresonator ist durch die obere Hohlraum­ wand 5 des Oberteils 4 der Schaft 6 eines in axialer Rich­ tung verschiebbaren Kurzschlußkolbens 7 geführt, der in den Hohlraum hineinragt und eine das Volumen des Hohlraums und damit die Resonanzfrequenz verändernde Wirkung hat.

Eine in der Hohlraumwand 5 eingesetzte, den Schaft 6 umge­ bende Hülse 8 aus Kunststoff, der unter dem Handelsnamen Teflon bekannt ist, erhöht die Gleitfähigkeit des Kurz­ schlußkolbens.

Der Kurzschlußkolben 7 ist mit seinem Schaft 6 an einer gut wärmeleitenden Kupfermembran 9 aufgehängt, die zwischen dem Oberteil 4 und einem darauf gesetzten abschließenden Deckel 10 eingeklemmt ist. Diese Membran 9 dient dazu, die durch eine hohe Verlustleitung in dem Kurzschlußkolben entstehende Wärme an die Hohlraumwände abzuleiten. Damit sich die Membran 9 bei Verschiebung des Kurzschlußkolbens in axialer Richtung frei durchbiegen kann, sind unterhalb und oberhalb der Membran in der Hohlraumwand 5 und im Deckel 10 Aussparungen 11 und 12 eingelassen. Bei mehreren zu einem kompletten mehrkreisigen Filter zusammengefügten Hohlraumresonatoren sind, wie die Figur zeigt, mit einer einzigen Membran 9 alle Kurzschluß­ kolben wärmeleitend verbunden, so daß sich eine gleichmäßige Wärmeverteilung über alle Hohlraumresonatoren ergibt und dadurch eine leistungsunabhängige Kompensation gewährleistet ist.

Die temperaturabhängige Verschiebung des Kurzschlußkolbens 7 bewirkt eine Vorrichtung, die sich aus ineinander gesteckten Zylindern 13, 14 und 15 mit unterschiedlichen Wärmeausdehnungs­ koeffizienten zusammensetzt. Der innerste Zylinder 13, ein Stab aus Invar mit geringer Wärmeausdehnung, ist am unteren Ende mit dem Unterteil 3 der Hohlraumresonatoren gut wärme­ leitend verbunden. Der innerste Zylinder 13 steckt in einem Zylinder 14 aus Aluminium mit großer Wärmeausdehnung und die­ ser wiederum in einem Zylinder 15 aus Invar mit geringer Wärmeausdehung.

Zwischen dem innersten Zylinder 13 und dem mittleren Zylinder 14 besteht nur im oberen Endbereich eine Schraubverbindung. Im übrigen Bereich ist der Zylinder 14 axial gleitend auf dem darin steckenden Zylinder 13 gelagert, und es besteht zwischen beiden Zylindern ein Spiel von ca. 0,1 mm. Eine zwischen beide Zylinder 13 und 14 eingefügte Teflonbuchse 16 dient als Gleit­ lager. Der äußerste Zylinder 15 ist nur am unteren Ende mit dem in ihm steckenden Zylinder 14 verschraubt. Im verbleiben­ den Teil sind auch diese beiden Zylinder gegeneinander axial verschiebbar. Der äußere Zylinder 15 ist in einer in den Dec­ kel 10 eingesetzten Teflonhülse 17 geführt. Damit erhält die gesamte Zylinderanordnung einen sicheren, erschütterungsun­ empfindlichen Halt.

Durch die beschriebene Art der Verbindung zwischen den ein­ zelnen ineinander gesteckten Zylindern 13, 14, 15 entsteht eine mäanderförmige Verkettung dieser Zylinder. Man erhält damit eine kompakte Vorrichtung geringer Baulänge, deren äußerer Zylinder 15 bei Temperaturschwankungen, die von der Hohlraumresonatorwandung auf den innersten Zylinder 13, von dort auf den mittleren Zylinder 14 und von diesem auf den äußeren Zylinder 15 übertragen werden und zu Längenänderungen der Zylinder führen, große axiale Verschiebungen erfährt.

Diese Verschiebungen macht eine auf den äußeren Zylinder 15 geschraubte Platte 18 mit. Sämtliche Kurzschlußkolben der zu einem kompletten Filter gehörenden Hohlraumresonatoren sind mit der Platte 18 verbunden und erfahren nun die gleichen von den ineinander steckenden Zylindern hervorgerufenen tem­ peraturabhängigen axialen Verschiebungen. Zweckmäßigerweise werden bei mehreren miteinander gekoppelten Hohlraumresona­ toren die Zylinder 13, 14 und 15, wie die Figur zeigt, in einer allen Hohlraumresonatoren gemeinsamen Zwischenwand 19 eingelassen. An dieser Stelle ist der Einfluß von Tempera­ turschwankungen der einzelnen Hohlraumresonatoren auf die Zylinder gleich stark.

Die Zahl der ineinandergesteckten Zylinder und deren Länge richtet sich danach, wie groß die erforderlichen Verschie­ bungen der Kurzschlußkolben sein müssen, um Volumenänderun­ gen der Hohlräume kompensieren zu können.

Claims (4)

1. Anordnung zur Temperaturkompensation bei mehreren miteinander gekoppelten, ein Filter bildenden Hohlraumresonatoren, von denen jeder einen in axialer Richtung verschiebbaren Kurzschlußkolben enthält, den eine Vorrichtung aus mehreren aneinanderge­ reihten, unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizien­ ten aufweisenden Zylindern in Abhängigkeit von der Tem­ peratur so verschiebt, daß die durch eine Temperatur­ änderung hervorgerufene Volumenänderung des Hohlraums kompensiert wird, und bei der der erste der aneinandergereih­ ten Zylinder mit der Hohlraumwandung und der letzte Zylinder mit dem Kurzschlußkolben verbunden ist, da­ durch gekennzeichnet, daß die Zylinder (13, 14, 15) ineinander gesteckt sind, daß jeweils benachbarte Zylinder solche mit unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten sind, daß die Zylinder nur an ihren En­ den so miteinander verbunden sind, daß, beginnend mit dem ersten an der Hohlraumwandung (3) und endend mit dem letzten am Kurzschlußkolben befestigten Zylinder, eine mäanderförmige Verkettung der ineinander gesteck­ ten Zylinder entsteht, daß die Zylinder zwischen den fixierten Endbereichen in axialer Richtung gleitend aufeinander gelagert sind, daß die ineinander ge­ steckten Zylinder (13, 14, 15) in einer den Hohlraum­ resonatoren gemeinsamen Zwischenwand (19) eingelassen sind und daß alle Kurzschlußkolben (7) mit ihren Schäf­ ten (6) an eine Platte (18) montiert sind, die mit dem letzten der aneinandergereihten Zylinder (15) verbunden ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der mit der Hohlraumwandung (3) verbundene Zylinder (13) ein Invarstab ist, dieser in einem aus Aluminium beste­ henden zweiten Zylinder (14) steckt und dieser wiederum in einem aus Invar bestehenden dritten Zylinder (15) steckt, der mit dem Kurzschlußkolben verbunden ist.

3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kurzschlußkolben (7) mit seinem durch eine Hohlraum­ wand (5) geführten Schaft (6) an einer aus gut wärmelei­ tendem Material bestehenden Membran (9) aufgehängt ist, die an der Hohlraumwand (S) festgeklemmt ist.

4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (9) aus Kupfer besteht.