DE1085590B - Kippschaltroehre mit elektrisch leitender Fluessigkeit - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kippschaltröhre für kleine Betätigungswinkel aus Glas mit einer elektrisch leitenden Flüssigkeit. Diese Schalter werden durch Neigen um ihre Querachse betätigt, und es hat sich herausgestellt, daß sie bei Neigungsbewegungen unterhalb 5° und häufig sogar bei Bewegungen im Bereich von 10° nicht empfindlich genug sind.

Es sind Konstruktionen, dieser Art bekanntgeworden, die mit mehreren an ihren freien Enden spitz ausgebildeten Elektroden ausgerüstet sind, deren Ansprechempfindlichkeit jedoch relativ große Kippwinkel erforderlich macht.

Aufgabe vorliegender Erfindung ist es, einen Schalter der eingangs beschriebenen Art vornehmlich zur Verwendung in Flugzeugen zu schaffen, dessen Ansprechempfindlichkeit wesentlich höher als die der bis jetzt erhältlichen Ausführungsformen ist.

Die Lösung der Aufgabe ist dadurch gelungen, daß die Lauffläche für die Schaltflüssigkeit in der Röhre mattiert, aufgerauht, längsgeritzt oder längsgeriefelt wird. Hierdurch wird die Adhäsion der Lauffläche wesentlich verringert, so daß selbst geringfügige, auf den Flüssigkeitstropfen einwirkende Kräfte schon genügen, um diesen augenblicklich in Bewegung zu setzen. Der Flüssigkeitstropfen wird wohl praktisch nur von den höchsten Erhebungen der rauhen Lauffläche getragen. Es ist damit gelungen, eine Ansprechempfindlichkeit von weniger als 1° Kippwinkel zu erreichen. Bei bestimmten Voraussetzungen wurden praktisch bereits Empfindlichkeitswerte bis ¹ZiOOStCl Grad Kippwinkel festgestellt.

In besonderer Ausbildung der Erfindung besteht die leitende Flüssigkeit aus einem Quecksilber-Thallium-Amalgam (8% Tl), dessen Schmelzpunkt niedriger als der des Quecksilbers ist.

Die Zeichnung gibt einige Ausführungsbeispiele der Erfindung wieder, und zwar zeigt

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer Schaltröhre gemäß Erfindung,

Fig. 2 eine ähnliche Ansicht teilweise geschnitten, bei der die mattierte oder gerauhte Lauffläche auf der Innenseite der Röhre zu erkennen ist,

Fig. 3 einen Längsschnitt durch die Röhre,

Fig. 4 einen ähnlichen Schnitt durch eine leicht bogenförmige Röhre,

Fig. 5 einen ähnlichen Schnitt durch eine andere Ausführungsform,

Fig. 6 eine teilweise geschnittene perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführungsform, bei der die Röhre einen Widerstand enthält,

Fig. 7 einen Längsschnitt durch eine andere Ausführungsform,

Fig. 8 einen ähnlichen Schnitt durch eine weitere Ausführungsform,

Kipps chaltröhr e
mit elektrisch leitender Flüssigkeit

Anmelder:

Engel & Gibbs Limited,
Elstree, Hertfordshire (Großbritannien)

Vertreter: Dipl.-Ing. W. Gollung, Patentanwalt,
Frankfurt/M., Kaiserstr. 16

Ernest Emil Otto Engel

und Francis William George Gibbs,

Elstree, Hertfordshire (Großbritannien),

sind als Erfinder genannt worden

Fig. 9 ein Steuersystem mit Schaltröhren gemäß Erfindung für die Rückführung an einem Kreiselhorizont.

In den Fig. 1 bis 4 ist eine Schaltröhre 10 dargestellt, die aus einer Glasrohre von etwa 24 mm Länge und einem Durchmesser von etwa 6 mm besteht. Die Röhre ist vorzugsweise in ihrer Längsrichtung gerade, wie es aus den Fig. 1 bis 3 zu erkennen ist, sie kann aber auch, wenn es erforderlich ist, gemäß Fig. 4 gebogen ausgeführt werden, um den verschiedensten Anforderungen an die Ansprechempfindlichkeit und dem Winkelbereich der möglichen Bewegung gerecht zu werden.

Bei der Herstellung wird die Röhre 11 auf ihrer gesamten Länge etwa auf den halben Durchmesser ihrer Innenfläche 12 gerauht oder mattiert. Hierdurch wird die untere Hälfte der Röhre undurchsichtig, wie es bei 13 a in Fig. 1 zu erkennen ist. Die gerauhte Fläche 12 bildet eine Lauffläche für die elektrisch leitende Flüssigkeit 14, die später beschrieben wird; die Lauffläche wird bei der Herstellung mittels einer Diamantfeile bearbeitet, die über die Innenfläche der Röhre 11 gezogen wird. Hierdurch enthält die Fläche 12 feine Längsritzen 13, wodurch ein glattes und genaues Laufen der Flüssigkeit 14 gewährleistet ist.

Die elektrisch leitende Flüssigkeit 14 besteht aus einem Quecksilber-Thallium-Amalgam. Der Thalliumgehalt ist etwa 8°/o, und das Quecksilber ist unter Vakuum dreifach destilliert. Dieses Amalgam ist bei normalen Temperaturen flüssig und verfestigt sich bei etwa — 58° C, was wesentlich unterhalb dem Ver

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festigungspunkt von Quecksilber liegt (ungefähr —39° C) und unterhalb der Betriebsbedingungen der meisten militärischen und zivilen Geräte.

Die erforderliche Amalgammenge 14 wird in die Röhre 11 eingefüllt und diese evakuiert und abgedichtet, wobei große Sorgfalt darauf gelegt werden muß, daß das Amalgam nicht mit Luft in Berührung kommt.

Vorher werden noch verschiedene Elektroden in die Röhrenwände eingesetzt und abgedichtet.

In ihrer einfachsten Form enthält die Röhre 11 eine Stabelektrode 15, die sich im wesentlichen über die Länge der Röhre 11 annähernd im Bereich der Röhrenlängsachse erstreckt. Diese Elektrode 15 ist üblicherweise an ihrem äußeren Ende mit einer elektrischen Stromquelle (Draht 16) verbunden.

Unterhalb der Stabelektrode 15 (z. B. an der Seite der Elektrode 15, die gegenüber der gerauhten Wand 12 der Röhre liegt) befindet sich ein Paar Elektroden 17, 18, die parallel zur Elektrode 15 liegen und sich in das Rohrinnere von den beiden Stirnflächen 19 und 20 erstrecken. Die Elektroden 15, 17 und 18 bestehen aus Wolfram, und die beiden unteren Elektroden 17 und 18 haben Kontaktbereiche 21, 22 in Form von scharf zugespitzten Enden. Solche Kontakte 21, 22 sichern eine gute Verbindung mit dem sich bewegenden Amalgam 14. Sie werden entweder auf elektrolytischem Wege oder durch Schleifen hergestellt.

Die Schaltflüssigkeit 14 in der Röhre 11 ist so bemessen, daß sie bei waagerechter Röhre (Fig. 3) einen Abstand zu den Elektroden 17 und 18 aufweist, sich aber in ständiger Berührung mit der Stabelektrode 15 befindet.

Die beiden Elektroden 17 und 18 sind mit Drähten 23 und 24 verbunden und in verschiedene Steuerstromkreise eingeschaltet, derart, daß bei einer Neigung der Röhre 11 in der einen oder anderen Richtung das Amalgam 14 in eine der Spitzenelektroden 17, 18 läuft und damit der dazugehörige Stromkreis über die Elektrode 15 geschlossen wird.

Die beschriebene Schaltröhre eignet sich besonders zur Anwendung in Kreiselgeräten, wie Kurskreisel und Kreiselhorizonte für Flugzeuge.

Eine derartige Anwendungsform ist in Fig. 9 schematisch dargestellt, wobei die Schaltröhren zur Betätigung der Rückführung eines Kreiselhorizontes dienen.

Der Kreiselhorizont enthält einen in einer Halterung 30 senkrecht eingebauten Kreisel, wobei die Halterung einen inneren und äußeren Kardanrahmen 31 und 32 enthält. Ein Rückführungssystem bewirkt das Einhalten der Vertikalstellung der Drallachse des Kreisels auf Grund der Präzessionsbewegung und es enthält einen Präzessionsmotor 33, dessen Achse sich längs der Welle erstreckt, auf der der Kreisel schwenkbar gelagert ist, d. h. auf der Kreiselrahmenachse, und ferner einen Präzessionsmotor 34, dessen Achse quer zur Kreiselrahmenachse liegt. Der Kreisel befindet sich in einem Gehäuse 35 und ist mit einer elektrischen Stromquelle durch die Leitungen 36 und 37 verbunden.

Zwei Schaltröhren 38 und 39 sind auf dem inneren Kardanrahmen 31 gelagert und mit der elektrischen Stromquelle durch die Leitungen 40 und 41 verbunden. Die Leitungen 40 und 41 sind an die Stabelektroden 15 der Schalter gelegt. Die Elektroden 17 und 18 der Schaltröhre 38 sind durch die Leitungen 42 und 43 mit dem Motor 33 verbunden, so daß dieser in der einen oder anderen Richtung eingeschaltet wird je nach der Neigung der Schaltröhre 38. Die letztere ist auf dem Rahmen 31 parallel zur Kreiselrahmenachse gelagert, und jede Bewegung des Kreisels aus der Vertikalen in der einen oder anderen Richtung dieser Achse bewirkt eine Betätigung der Schaltröhre 38, wodurch der Stromkreis des Motors 33 geschlossen wird. Der letztere bewirkt somit eine genaue Rückführung der Kreiselachse in ihre Vertikalstellung. In ähnlicher Weise sind die Elektroden 17 und 18 der Schaltröhre 39 durch die Leitung 44 und 45 mit dem

ίο Motor 34 verbunden, so daß dieser durch den Schalter bei einer Neigung des Kreisels aus seiner Vertikalstellung in Querrichtung eingeschaltet wird.

Die Schaltröhren 38 und 39 bewirken auf diese Weise die Korrektur einer Auswanderbewegung der Kreiselachse aus der absoluten Vertikalen auf Grund der Erdrotation, der Lagerreibung od. dgl. Die Schaltröhren sind außerordentlich empfindlich, und eine Neigungsbewegung im Bereich eines hundertstel Grades oder weniger setzen sie bereits in Tätigkeit.

ao Die Schaltröhre 39 kann auch an dem äußeren Kardanrahmen 32 befestigt werden.

Beim Kurvenflug wird der Schalter 39, der parallel zur Flugzeugquerachse gelagert ist, durch die Zentrifugalkraft beeinflußt, so daß Fehlsteuerungen des Kreisels entstehen. Dieser Mangel kann durch die bekannten Kombinationssysteme zur Rückführungsschaltung vermieden werden, bei denen die Steuerung des Motors 33, der bezüglich der Längsachse wirkt, auf das Steuersystem bezüglich der Querachse übertragen wird.

Die beschriebenen- einfachen Schaltröhren können unter gewissen Umständen an dem Nachteil des Nachhinkens der Steuerbewegung leiden.

Dieser Mangel kann durch die Schaltröhre 11 gemäß Fig. 5 beseitigt werden, die eine Mehrzahl, z. B. vier zusätzliche Spitzenelektroden 46 bis 49 aufweist, die sich von der Oberseite 50 der Röhre nach unten seitlich der Stabelektrode 15 bis zu einem Bereich etwas unterhalb der letzteren erstrecken. Die zusätzlichen Spitzenelektroden 46 bis 49 sind im Abstand voreinander in Längsrichtung der Röhre so angeordnet, daß bei einer Bewegung des Amalgams in einer Richtung die Elektroden nacheinander elektrisch mit der Stabelektrode 15 verbunden werden.

Man kann diese Elektroden in Stromkreise des gleichen Motors einschalten, wobei jeder Stromkreis einen Widerstand verschiedenen Wertes enthält, so daß die nacheinander eingeschalteten Elektroden in Richtung von der Mitte der Röhre nach außen Ströme verschiedenen Wertes einschalten, so daß der Motor eine stufenweise Steuerung erfährt.

Man kann die Mehrfachschaltröhre gemäß Fig. 5 und ihre Widerstände auf einem Schaltbrett zu einer für sich montierbaren Einheit anbringen. Eine z. B.

aus Kunststoff bestehende Deckplatte kann zum Verhindern von Beschädigungen oder des Eindringens von Staub angebracht werden. Bei bestimmten Anwendungsfällen, beispielsweise zur Steuerung der sogenannten Autopiloten, wird man das Schaltbrett mit einer Reihe von Aussparungen zur Aufnahme von zwei oder mehreren Schaltröhren versehen, die im rechten Winkel zueinander liegen und mit ihren Widerständen kombiniert sind.

Eine weitere Ausführungsform zeigt Fig. 6, bei

Ö5 welcher sich die Widerstände im Inneren der Röhre befinden. Hierbei weist die Röhre 11 zwei Stäbe 15 a und 51 auf, die sich parallel zueinander in der Längsrichtung der Röhre erstrecken, wobei der eine der Stabelektrode 15 der obigen Ausführungsbeispiele entspricht. Der andere Stab 51, der aus geeignetem

Isoliermaterial bestehen kann, ist mit einer Widerstandswicklung 53 versehen, die mit dem Motor durch die Leitung 52 verbunden ist. Bei dieser Ausführungsform bewirkt die Bewegung des Amalgams 14 eine Verbindung der Stabelektrode mit dem Motorstromkreis über jeweils verschiedene Widerstände.

In einer weiteren Ausführungsform gemäß Fig. 7 enthält die Röhre 11 keine Stabelektrode. Die Röhre weist hierbei je ein Paar Spitzenelektroden 54, 55 an jedem Röhrenende auf, wobei jeweils eine Elektrode. z. B. die Elektroden 54 eines jeden Paares mit der elektrischen Stromquelle verbunden ist.

Bei einer anderen Ausführungsform, wie sie in Fig. 8 dargestellt ist, sind Mittel zur Zuführung eines höheren Stromwertes in den geschlossenen Stromkreis vorgesehen, z. B zur Durchführung einer Schnellrückführung eines Kreisels bei bestimmten Betriebsbedingungen.

Hierzu ist der Kreisel mit einem Schnellrückführungsschalter an einer Seite des Gerätes versehen, bei dessen Betätigung ein Stromkreis eingeschaltet wird, durch den eine Schnellrückführungselektrode 56 in der Schaltröhre 11 mit einer Stromquelle höherei Spannung oder Stromstärke verbunden wird.

Diese Schnellrückführungselektrode ist ebenfalls an ihrem Ende mit einer Spitze 57 versehen und erstreckt sich von der Oberseite der Röhre bis annähernd in die Röhrenmitte. Wenn erforderlich, kann die Stabelektrode 15 (wenn eine solche vorhanden ist) im Bereich der Elektrode 56 gespalten werden; die Elektroden müssen natürlich alle so zueinander liegen, daß ein Kontakt zwischen der Schnellrückführungselektrode 56 einerseits und einer der Spitzenelektroden 17 und 18 andererseits durch das Amalgam 14 während mindestens einem bestimmten Neigungsbereich der Röhre gegeben ist.

Die beschriebenen Schaltröhren haben eine so weite industrielle Anwendungsmöglichkeit, daß nicht alle Fälle erwähnt werden können, ihr Wert ist jedenfalls dann unschätzbar, wenn eine außerordentlich empfindliche und genaue elektrische Steuerung erforderlich ist. Auf Grund der Verwendung eines besonderen Amalgams unterliegen die Schaltröhren keinerlei Fehlschaltungen auf Grund von Temperaturänderungen, und sie sind mit hoher Präzision in einem Temperaturbereich voll verwendungsfähig, der mit dem anomal tiefen Wert von —58° C beginnt.

Claims (2)

Patentansprüche·

1. Kippschaltröhre für kleine Betätigungswinkel aus Glas mit einer elektrisch leitenden Flüssigkeit und mehreren an ihren freien Enden spitz ausgebildeten Elektroden, dadurch gekennzeichnet, daß die Lauffläche der Schaltflüssigkeit in der Röhre mattiert, aufgerauht, längsgeritzt oder längsgeriefelt ist.

2. Kippschaltröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die leitende Flüssigkeit aus einem Quecksilber-Thallium-Amalgam (8% Tl) besteht, dessen Schmelzpunkt niedriger als der des Quecksilbers ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:

Deutsche Patentschriften Nr. 374 896, 392 096, 599 445, 616 057, 724 176, 736 577, 895 319;

österreichische Patentschrift Nr. 179 347;

USA.-Patentschriften Nr. 2 531 452, 2 626 333;

Liste Q 3, S. 2, der Firma Albert Zuckschwerdt, Ilmenau i. Thür., vom April 1930.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

®t 009 567/243 7.60