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Dokumentenidentifikation DE19934392A1 15.02.2001
Titel Abstimmgerät für Hohlraumresonatoren
Anmelder Forschungszentrum Rossendorf e.V., 01474 Schönfeld-Weißig, DE
Erfinder Stephan, Jürgen, 01259 Dresden, DE
DE-Anmeldedatum 22.07.1999
DE-Aktenzeichen 19934392
Offenlegungstag 15.02.2001
Veröffentlichungstag im Patentblatt 15.02.2001
IPC-Hauptklasse H01P 11/00
IPC-Nebenklasse H01P 7/06   
Zusammenfassung Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein mechanisches Getriebe für ein Abstimmgerät 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.
Das erfindungsgemäße Abstimmgerät besteht aus einem mehrstufigen Hebelgetriebe, bei dem der Drehpunkt und die bewegliche Verbindungsstelle aus einem Werkstück bestehen und über einen schmalen Steg fest verbunden sind. Die Verbindungsstellen zwischen den Stufen des mehrstufigen Hebelgetriebes sind als bolzenförmiges Teil ausgebildet, dessen Enden fest mit einer Stufe verbunden sind und dessen Mittelteil fest mit der anderen Stufe verbunden ist.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Abstimmgerät für Hohlraumresonatoren durch kontrolliertes zerstörungsfreies Deformieren steifer Hohlkörper, insbesondere zum Verstellen der Schwingfrequenz supraleitender Resonatoren.

Es ist bereits ein Abstimmgerät für Hohlraumresonatoren bekannt, bei dem ein oder mehrere, radial um die Wirkungsachse angeordnete, mechanische gleichsinnig verkoppelte Spindelgetriebe verwendet werden, die den Resonatorzusammendrücken bzw. auseinanderziehen (Tesla Report Nr. 96-09, Deutsches Elektronen-Synchrotron Hamburg, Seite 2; Proceedings of the CERN Accelerator School Nr. 89-04, 30.5.- 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 Resonatorvorderseite 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 Auflösung 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 abnehmendem Wirkungseffektes 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 zum Erzeugung des geforderten Verstellweges. Zur gleichzeitigen Erzeugung der geforderten hohen Verstellkraft müssen mehrere solcher Antriebe parallel geschaltet werden. Da die Wirkungskennlinien voneinander abweichen, 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 Antriebsenergie ständig aufrecht und extrem konstant gehalten werden und das Abstimmresultat geht mit Abschalten der Antriebsenergie verloren.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein mechanisches Getriebe für ein Abstimmgerät 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 in den Patentansprüchen dargelegten Merkmalen 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.

Im Längsschnitt durch die Verbindungstellen des Hebelgetriebes mit dem Resonator 1 ist ersichtlich: Die starre, unbewegliche Verbindungsstelle 2 des Drehpunktes 3 der ersten Stufe 4 des Hebelgetriebes befindet sich am Gehäuse 5, dessen Verbindung mit dem nicht verstellbaren Ende des Resonators 1 nicht dargestellt ist.

Der Drehpunkt 3 ist dabei als bandförmige Biegezone ausgeführt, innerhalb der sich bei Aktion ein funktioneller Drehpunkt ausbildet. Diese bandförmige Biegezone wird durch die Reaktionskräfte des Resonators 1 einer Druck- oder Zugbeanspruchung bis zu 2500 N unterworfen. Die flexible Kopplung mit dem verstellbarem Ende des Resonators 1 erfolgt über die bewegliche Verbindungsstelle 6 des Lastarmes 7 der ersten Stufe 4 des Hebelgetriebes. Eine starre Verbindung mit dem deformierbaren 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 Verschiebung 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 Hebelgetriebes 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 Kraftarmverlängerung 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 die Rotationslager durch bandförmige Torsionsbolzen 18 ersetzt. Diese Bolzen bilden 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 Hebelgetriebes ist komplementär zur rechten, ersten Stufe 17 ausgeführt.

Der Torsionsbolzens 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 zeiten Stufe 17 erfolgt formschlüssig starr oder durch Löten oder Schweißen. Dabei ist die radiale Orientierung so festgelegt, daß die Aktionskräfte des Hebelgetriebes 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 verwunden wird.

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


Anspruch[de]
  1. 1. Abstimmgerät für Hohlraumresonatoren, bestehend aus einem mehrstufigen Hebelgetriebe, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehpunkt (3) und die bewegliche Verbindungsstelle (6) aus einem Werkstück bestehen und über einen schmalen Steg fest verbunden sind und dass die Verbindungsstellen zwischen den Stufen des mehrstufigen Hebelgetriebes als bolzenförmiges Teil ausgebildet sind, dessen Enden fest mit einer Stufe verbunden sind und dessen Mittelteil fest mit der anderen Stufe verbunden ist.
  2. 2. Abstimmgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das bolzenförmige Teil an seinen Enden als Einspannbereich (25) und seinem Mittelstück als Klemmbereich (24) einen runden oder vieleckigen Querschnitt aufweist und die Bereiche zwischen den Enden und Mittelstück als bandförmiger Bereich (26) ausgeführt sind.
  3. 3. Abstimmgerät nach Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der schmale Steg zwischen Drehpunkt (3) und Verbindungsstelle (6) sowie der Drehpunkt (3) selbst weitestgehend die gleiche Gestaltung aufweisen.






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