DE69516990T2

DE69516990T2 - Temperaturkompensierter resonator

Info

Publication number: DE69516990T2
Application number: DE69516990T
Authority: DE
Inventors: Risto Piirainen
Original assignee: Nokia Networks Oy
Current assignee: Nokia Oyj
Priority date: 1994-07-19
Filing date: 1995-07-17
Publication date: 2000-10-05
Anticipated expiration: 2015-07-18
Also published as: FI943423A0; NO961100D0; AU691315B2; WO1996002952A2; CN1130959A; EP0719461B1; JPH09503365A; DE69516990D1; US5686874A; EP0719461A1; NO961100L; ATE193161T1; FI96150C; AU2928595A; JP3056789B2; WO1996002952A3; FI96150B

Description

Die Erfindung betrifft einen temperaturkompensierten Resonator mit einem Steuerstab zur Steuerung der Schwerpunktfrequenz, der in einem mit einem vorderen Ende und einem hinteren Ende versehenen Resonatorgehäuse angeordnet ist; einer Resonatorröhre, die an das Gehäuse gesichert ist und koaxial um den Steuerstab angeordnet ist; einem Regulierbecher, der an dem Ende des Steuerstabes angeordnet ist, das dem hinteren Ende des Gehäuses zugewandt ist, und der zu dem Steuerstab und der Resonatorröhre koaxial angeordnet ist; einer Motoreinrichtung, die die Schwerpunktfrequenz steuert und die an dem Ende des Steuerstabes angeordnet ist, das dem vorderen Ende des Resonatorgehäuses zugewandt ist; und einer temperaturkompensierenden Einrichtung zur Kompensation von Längenveränderungen, die durch die aus dem Steuerstab, der Resonatorröhre und dem Regulierbecher bestehenden Einheit bei Temperaturveränderungen gezeigt werden, wobei die Einrichtung eine temperaturkompensierende Röhre aufweist, die den Steuerstab auf Temperaturveränderungen hin bewegt, dabei ist die Röhre innerhalb der Resonatorröhre angeordnet und an das Ende der Resonatorröhre, welches dem hinteren Ende des Gehäuses zugewandt ist, und an den Rahmen der Motoreinrichtung gesichert.
Diese Lösungsart, wie sie in der einen Stand der Technik im Sinne des Art. 54(3) EPÜ in Verbindung mit Art 158(1) EPÜ bildenden Druckschrift WO 95/11529 A1 beschrieben ist, ist dazu entworfen, damit beispielsweise der durch CELWAVE hergestellte Resonator ersetzt wird, bei dem eine Temperaturkompensation durch eine von der äußeren Oberfläche des Resonatorgehäuses vorstehende Temperaturkompensationsvorrichtung umgesetzt ist, ein wesentlicher Nachteil dieser Lösung ist dabei, dass der Resonator viel Raum einnimmt. Der Resonator nimmt besonders viel Raum ein, wenn der Resonator durch die Verbindung einer Motoreinrichtung, beispielsweise einer Stufenmotoreinrichtung, an den Steuerstab automatisch steuerbar ausgebildet ist.
Bei der Lösung gemäß der vorstehend angeführten Druckschrift WO 95/11529 A1 ist es jedoch schwierig, die Motoreinrichtung in ihrer Gesamtheit innerhalb des Resonatorgehäuses zu positionieren, und somit verbleibt in der Praxis noch immer ein Teil der Motoreinrichtung außerhalb des Gehäuses.
Demzufolge liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, den vorstehenden Nachteil zu beseitigen. Dies wird durch einen Resonator nach der vorstehend angeführten Bauart erzielt, der erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet ist, dass der Regulierbecher an den Steuerstab mit zwei Hülsen eingepasst ist, die ineinander angeordnet und aus verschiedenen Werkstoffen ausgebildet sind, dabei ist eine erste Hülse um den Steuerstab an dem Ende des Steuerstabes befestigt, das dem Regulierbecher zugewandt ist, und eine zweite Hülse ist an dem Ende der ersten Hülse, das dem Regulierbecher abgewandt ist, und an dem Regulierbecher um die erste Hülse befestigt, die Hülsen bilden zusätzliche temperaturkompensierende Einrichtungen aus, wodurch die die Schwerpunktfrequenz steuernde Motoreinrichtung vollständig innerhalb der Resonatorröhre angeordnet werden kann.
Die Erfindung basiert auf der Idee, zusätzlich zu der vorstehend angeführten temperaturkompensierenden Röhre zudem temperaturkompensierende Einrichtungen zu verwenden, wobei eine innerhalb der anderen angeordnet ist und die sich in gegenüberliegende Richtungen auf unterschiedliche Weise durch Wärmeeinwirkung ausdehnen, wodurch der mit der Motorwelle zu verbindende Steuerstab um ein derartiges Ausmaß verkürzt werden kann, dass die Motoreinrichtung vollständig innerhalb der Resonatorröhre und somit innerhalb des gesamten Resonatorgehäuses abgeordnet werden kann.
Wenn die Motoreinrichtung vollständig innerhalb des Resonatorgehäuses angeordnet ist, ist es wesentlich einfacher als früher, den Resonator an seinem vorgesehenen Standort zu positionieren. Gleichzeitig wird ein Anstieg bei der Platzverschwendung vermieden.
Nachstehend wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher beschrieben, welche eine vereinfachte Schnittansicht des erfindungsgemäßen automatisch steuerbaren temperaturkompensierten Resonators zeigt.
Der in der Zeichnung gezeigte automatisch steuerbare Resonator umfasst ein Resonatorgehäuse 1 mit einem vorderen Ende 1a und einem hinteren Ende 1b; einem Steuerstab 2 zur Steuerung der Schwerpunktfrequenz, welcher vorzugsweise aus einem 64 : 36-Eisen-Nickel- Legierungsstahl ausgebildet und innerhalb des Gehäuses 1 angeordnet ist; eine vorzugsweise aus Kupfer ausgebildete Resonatorröhre 3, die an dem Gehäuse 1 angebracht und koaxial um den Steuerstab 2 angeordnet ist; und einen vorzugsweise aus Kupfer ausgebildeten Regulierbecher 4, der an dem Ende des Steuerstabes 2 angeordnet ist, das dem hinteren Ende 1b des Gehäuses zugewandt ist, und der zu dem Steuerstab 2 und der Resonatorröhre 3 koaxial angeordnet ist, wobei der Regulierbecher so angeordnet ist, dass er auf der Resonatorröhre 3 gleitet.
Der Resonator umfasst zudem eine temperaturkompensierende Röhre 5 zur Kompensation von Längenveränderungen, die durch die aus dem Steuerstab, der Resonatorröhre und dem Regulierbecher bestehenden Einheit bei Temperaturveränderungen gezeigt werden, wobei die temperaturkompensierende Röhre 5 innerhalb der Resonatorröhre 3 koaxial mit dieser angeordnet und an das Ende der Resonatorröhre 3 befestigt ist, welches dem hinteren Ende 1b des Gehäuses zugewandt ist. Diese temperaturkompensierende Röhre 5 ist vorzugsweise aus Aluminium ausgebildet, aber sie kann ebenso aus einem anderen Werkstoff wie etwa Plastik ausgebildet sein. Wenn die innerhalb des Resonatorgehäuses 1 angeordneten vorstehend angeführten Bestandteile mit einer geeigneten Länge dimensioniert werden, verändern Temperaturschwankungen nicht wesentlich die Schwerpunktfrequenz.
Der Resonator ist durch eine die Schwerpunktfrequenz steuernde Schrittmotoreinrichtung automatisch steuerbar ausgebildet, an ihrer Welle 7 an dem Ende des Steuerstabes 2 befestigt, welches den hinteren Ende 1a des Resonatorgehäuses 1 zugewandt ist, und mit ihrem Rahmen 8 an dem Ende der temperaturkompensierenden Röhre 5.
Der Regulierbecher 4 ist an den Steuerstab 2 mit zwei Hülsen 9 und 10 eingepasst, die ineinander angeordnet und aus verschiedenen Werkstoffen ausgebildet sind, dabei ist eine erste Hülse 9 um den Steuerstab 2 an dem Ende des Steuerstabes 2 befestigt, das dem Regulierbecher 4 zugewandt ist, und eine zweite Hülse 10 ist an dem Ende der ersten Hülse 9, das dem Regulierbecher 4 abgewandt ist, und an dem Regulierbecher 4 um die erste Hülse 9 befestigt. Diese Hülsen 9 und 10 bilden zusätzliche temperaturkompensierende Einrichtungen aus, wodurch die die Schwerpunktfrequenz steuernde Motoreinrichtung 6 vollständig innerhalb der Resonatorröhre 3 beispielsweise in einer daran ausgebildeten Erweiterung 11 angeordnet werden kann.
Nachstehend wird ein Beispiel angeführt, wie die zusätzlichen Kompensationseinrichtungen (Hülsen 9 und 10) des Resonators gemäß der Zeichnung dimensioniert werden können, und welche Rohmaterialien ausgewählt werden können, dabei ist die Gesamtwärmeausdehnung für eine Temperaturveränderung minimiert und es ist möglich, die Motoreinrichtung 6 vollständig innerhalb des Resonatorgehäuses anzuordnen.
Somit gilt bezüglich der durch Wärmeausdehnung verursachten Umwandlung nachstehendes:
YF = k&sub1;A + k&sub2;B + k&sub3;C + k&sub3;E,
und bezüglich der Kompensationsumwandlung nachstehendes:
YR = k&sub4;D + k&sub4;F
In den Gleichungen bezeichnet k&sub1;, &sub2; ... den Wärmeausdehnungskoeffizienten des betroffenen Metalls und A, B, ... die Länge eines Teils.
Da es bezüglich der Betriebsweise des Resonators wünschenswert ist, daß der Abstand G des Regulierbechers 4 von der Ecke des Gehäuses 1 bei einer Temperaturschwankung unverändert bleibt, wird dies verwirklicht, wenn YF = YR ist.
Der Aufbau kann derart entworfen werden, daß E nahezu gleich F ist. (In der Zeichnung sind sie zur Klarstellung ungleich lang. Diese Annahme ist nicht von wesentlicher Bedeutung, und es kann wirklichkeitsentsprechend beispielsweise ebenso festgelegt werden: F = E + 2 mm.) Wenn F = E ist, erhält man nachstehendes:
k&sub1;A + k&sub2;B + k&sub3;C + k&sub3;E = k&sub4;D + k&sub4;F
E = (k&sub1;A + k&sub2;B + k&sub3;C - k&sub4;D)/(k&sub4; - k&sub3;)
Es wird nachstehendes ausgewählt:
- eine Resonatorröhre mit 130 mm
- eine Schrittmotoreinrichtungswelle 6 mit 20 mm Länge aus rostfreiem Stahl
- einen Steuerstab 3 mit 110 mm Länge aus 64 : 36 Eisen- Nickel-Legierungsstahl (Abmessung C)
- einen Regulierbecher 4 mit 75 mm
- eine innere Hülse 9 aus Aluminium
- eine äußere Hülse 10 aus 64 : 36 Eisen-Nickel- Legierungsstahl (Abmessung E)
Die Wärmeausdehnungskoeffizienten sind wie nachstehend aufgeführt:
k&sub1; = 17 · 10&supmin;&sup6; 1/K für Kupfer
k&sub2; = 16 · 10&supmin;&sup6; 1/K für rostfreien Stahl
k&sub3; = 0,8 · 10&supmin;&sup6; 1/K für 64 : 36 Eisen-Nickel- Legierungsstahl
k&sub4; = 23,9 ·10&supmin;&sup6; 1/K für Aluminium
Die Abmessung H wird zu 5 mm ausgewählt, was für die lichte Weite des Regulierungsbechers 4 ausreichend ist.
Mit den vorstehend angeführten Abmessungen wird der Wert von E und somit auch von F zu 34 mm. Daher besteht die innere Hülse 9 aus einer 64 : 36 Eisen-Nickel- Legierungsstahlhülse, welche 34 mm lang ist, und die äußere Hülse 10 besteht aus einer Aluminiumhülse, welche 34 mm lang ist.

Claims

1. Temperaturkompensierter Resonator mit

einem Steuerstab (2) zur Steuerung der Schwerpunktfrequenz, der in einem mit einem vorderen Ende (1a) und einem hinteren Ende (1b) versehenen Resonatorgehäuse (1) angeordnet ist;

einer Resonatorröhre (3), die an das Gehäuse gesichert ist und koaxial um den Steuerstab angeordnet ist;

einem Regulierbecher (4), der an dem Ende des Steuerstabes angeordnet ist, das dem hinteren Ende (1b) des Gehäuses zugewandt ist, und der zu dem Steuerstab und der Resonatorröhre koaxial angeordnet ist;

einer Motoreinrichtung (6), die die Schwerpunktfrequenz steuert und die an dem Ende des Steuerstabes angeordnet ist, das dem vorderen Ende (1a) des Resonatorgehäuses zugewandt ist; und

einer temperaturkompensierenden Einrichtung (5) zur Kompensation von Längenveränderungen, die durch die aus dem Steuerstab, der Resonatorröhre und dem Regulierbecher bestehenden Einheit bei Temperaturveränderungen gezeigt werden, wobei die Einrichtung eine

temperaturkompensierende Röhre (5) aufweist, die den Steuerstab auf Temperaturveränderungen hin bewegt, dabei ist die Röhre innerhalb der Resonatorröhre (3) angeordnet und an das Ende der Resonatorröhre (3), welches dem hinteren Ende (1b) des Gehäuses zugewandt ist, und an den Rahmen der Motoreinrichtung (6) gesichert,

wobei der Regulierbecher (4) an den Steuerstab (2) mit zwei Hülsen (9, 10) eingepasst ist, die ineinander angeordnet und aus verschiedenen Werkstoffen ausgebildet sind, dabei ist eine erste Hülse (9) um den Steuerstab (2) an dem Ende des Steuerstabes (2) befestigt, das dem Regulierbecher (4) zugewandt ist, und eine zweite Hülse (10) ist an dem Ende der ersten Hülse (9), das dem Regulierbecher (4) abgewandt ist, und an dem Regulierbecher (4) um die erste Hülse (9) befestigt, die Hülsen (9, 10) bilden zusätzliche temperaturkompensierende Einrichtungen aus, wodurch die die Schwerpunktfrequenz steuernde Motoreinrichtung (6) vollständig innerhalb der Resonatorröhre (3) angeordnet werden kann.

2. Resonator nach Anspruch 1, wobei die temperaturkompensierende Röhre (5) und die erste Hülse (9) aus Aluminium ausgebildet sind, und die zweite Hülse (10) aus 64 : 36-Eisen-Nickel-Legierungsstahl ausgebildet ist.