View/Open - JUWEL - Forschungszentrum Jülich

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Fall mit montiertem Tuner auftreten, so ergeben sich bereits bei 10 5 Pa Druckunterschied
Spannungen von bis zu 45 MPa. Ohne Tuner sind diese sogar noch etwas höher und treten im
Bereich des Überganges zwischen Strahlöffnungen und zylindrischer Kavität auf. Da es sich
hierbei allerdings um Druckbelastungen handelt und somit höhere Spannungen möglich sind,
ist sichergestellt, dass keine plastische Verformung während der Evakuierung auftritt, auch
wenn die Tuning-Einrichtung entspannt ist.
a) b)
Strahl
Strahl
Abb. 4.12: Verformung und Spannung unter Berücksichtigung des lHe Druckes, die
gelblich-rot gekennzeichneten Bereiche stellen dabei in a) die höchsten Verformungen
bzw. in b) die höchsten Zug- Druckbelastungen dar.
In diesem Zusammenhang ist auch die Resonanzfrequenzverschiebung in Abhängigkeit des
Heliumdruckes von großem Interesse. Die Auslegung der Helium-Verflüssigungsanlage wird
maßgeblich von der Druckempfindlichkeit und der Geschwindigkeit der Druckänderungen
bestimmt. Eine kombinierte Analyse von mechanischer Verformung und Resonanzfrequenzänderung
mit Hilfe des Simulationsprogramms Ansys [ANSYS] erlaubt eine grobe
Abschätzung der zu erwartenden Empfindlichkeit [Zaplatin03].
Die Resonanzfrequenzänderung gemäß der Simulation beträgt bei 1000 hPa Druckunterschied
32 kHz, somit ergibt sich eine Empfindlichkeit unter Berücksichtigung des linearen
Verhaltens von etwa 30 Hz/hPa. Eine erste Messung am Typ II Prototyp ergab eine
Resonanzfrequenzänderung durch Evakuieren von 50 Hz/hPa. Dies liegt im Bereich der
Simulations- und Messgenauigkeit. Eine Messung der Resonanzfrequenzänderung des
evakuierten Resonators, unter kontinuierlicher Beobachtung des Druckes im Kryostaten und
einer Temperatur von 4,2 K, wies eine um Faktor 2 höhere Druckempfindlichkeit von
100 Hz/hPa auf (Abb. 4.13).