DE1283942B

DE1283942B - Hydraulisch bzw. pneumatisch betaetigbarer elektrischer Schalter

Info

Publication number: DE1283942B
Application number: DEJ26585A
Authority: DE
Inventors: Johnston Richard Paul; Schaffer Robert Rudolph
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1963-09-25
Filing date: 1964-09-23
Publication date: 1968-11-28
Also published as: JPS423458B1; GB1024685A; US3328543A; FR1409068A

Description

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- Die Erfindung betrifft einen hydraulisch bzw. verwendet, das wegen seiner geringen Masse nahezu pneumatisch betätigbaren elektrischen Schalter zur trägheitslos betätigbar ist und sich nach dem Ende Abgabe elektrischer Signale, bei denen eine elektrisch des Druckimpulses unmittelbar und ohne Nachleitende Flüssigkeit hoher Oberflächenspannung ver- schwingungen selbsttätig in seine unwirksame Lage wendet wird, um wahlweise kurzzeitig zwei Leiter 5 zurückstellt.

unterschiedlichen Potentials miteinander zu verbinden. Der besondere Vorteil des erfindungsgemäßen

Druckschalter, in denen eine solche Flüssigkeit, Schalters wird darin gesehen, daß die erzeugten Yornehmfich Quecksilber, 'Verwendung findet, sind elektrischen Impulse sehr steile Flanken aufweisen in. verschiedenen ,Ausführungen und Anwendungen und nahezu Rechteckform haben. Dies ist ein für die bekannt. Bei einem solchen Schalter befindet sich in 10 Sicherheit und Zuverlässigkeit von Rechenanlagen zwei kommunizierenden Röhren eine Quecksilber- außerordentlich wichtiges Kriterium. säule, die einerseits ständig' mit einem Leiter ver- Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfin-

bunden ist und zur Kontaktgabe mit einem Stift dung sind an den der Schaltkammer abgewandten zum Anheben des Spiegels in der einen Röhre pneu- Seiten der elektrischen Leiter Kammern angeordnet; matiseh beaufschlagt wird. In einer weiteren be- 15 wobei die Eintrittskammer über eine relativ enge Kannten Schalterausführung befindet sich in einer und lange Eingangsleitung an den Eingangskanal mit Quecksilber gefüllten Kammer ein Balg, dessen angeschlossen ist. Dadurch entsteht eine Filterwir-Volumen durch pneumatische Signale veränderbar kung, durch die unbeabsichtigte Störungen in dem ist, so daß die über der Kammer befindliche Queck- zugeführten Druckmedium ausgeglichen und die höhesilbersäule unterschiedliche Höhen einnehmen kann 20 ren Harmonischen der Schwingungen" des Druck- und eine Vielzahl entsprechend angeordneter Kon- mediums beseitigt werden.

takte schließt bzw. öffnet. Während die vorher be- Bei einer besonders zweckmäßigen Ausführungsschriebene Schalteinrichtung bevorzugt für Signal- form der Erfindung hat die verengte Öffnung einen anlagen, z.B. Läutewerke u.a., einsetzbar ist, eignet solchen Querschnitt, daß die gesamte, auf den Tropfen sich dieser Schalter insbesondere als Regler für Ge- 25 wirksame Druckkraft mindestens gleich dem Wert neratoren. des durch die Oberflächenspannung gegebenen Widerin jedem Fall arbeiten diese bekannten Ausführun- Standes ist und dessen vierfachen Wert nicht übersteigt. gen verhältnismäßig träge, insbesondere deshalb, Diese Merkmale der Erfindung sowie weitere vorweil eme relativ große Menge Quecksilber benötigt teilhafte Maßnahmen sind im folgenden an Hand wird und sich der jeweilige Flüssigkeitsspiegel bei 30 der Zeichnungen in einem Ausführungsbeispiel der Betätigung erst allmählich einpendelt. Auch be- erläutert.

dingt die Ausführung der Kontakte einen ziemlich Fig. 1 zeigt die Draufsicht auf einen Druckschalter hohen Widerstand für den Stromkreis. Diese Schalter- und ,

ausfiihrungen sind daher für solche Zwecke unbrauch- Fi g. 2 einen Schnitt in der Linie 2-2 der Fi g. 1. bar, bei denen sehr viele Schaltungen pro Zeiteinheit 35 Gemäß Fig. 1 und 2 dient zur Aufnahme des ausführbar sein müssen. Druckschalters eine Platte 10 aus Kunststoff oder

Durch die Erfindung wird ein Druckschalter ge- anderem Werkstoff, in die durch ein spanabhebendes schaffen, der vornehmlich für hydraulisch bzw. pneu- oder ein Ätzverfahren entsprechende Hohlräume einmatisch betriebene Rechenanlagen einsetzbar ist. gearbeitet sind. Besteht die aus Kunststoff hergestellte In derartigen Anlagen müssen Signale in schneller 40 Platte aus einem Fotopolymer, so kann beispielsweise Folge verarbeitet werden können, beispielsweise mit mit ultraviolettem Licht und einer Maske und aneiner Impulsfrequenz in der Größenordnung von schließendem Waschen der mit der Maske verdeckten 200 Hz. Da solche Rechner in wachsendem Maße Flächen mit Natriumhydroxydlösung die Ausbildung mit Druckmedien betrieben werden, die Ausgangs- der Platte 10 erzielt werden. Die Platte 10 ist durch signale aber, beispielsweise zu ihrer Speicherung 45 eine Schichtplatte 12 aus Metall oder Kunststoff an oder Weitergabe an eine angeschlossene Ausgabe- ihrer Rückseite verstärkt. In der Platte 10 befinden einheit, in Form elektrischer Impulse zur Verfügung sich Eintritts- bzw. Austrittskammern 14 und 16, stehen müssen, werden hierfür Schalter benötigt, die an die Eingangs- bzw. Ausgangskanäle 18 und 20 die Druckimpulse praktisch verzögerungsfrei und in über Leitungen 22 und 24 angeschlossen sind, sehr schneller Folge in elektrische Impulse um- 50 Zwischen den Kammern 14 und 16 befindet sich wandeln. eine Schaltkammer 26 mit einer relativ großen öff-

Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß nung 28 zur Eingangskammer 14 und einer verzwischen den Leitern eine Schaltkammer mit einem engten Öffnung 30 zur Austrittskammer 16. Beider-Tropfen einer leitenden Flüssigkeit hoher Ober- seits der Schaltkammer 26 sind zwei Elektroden 32 flächenspannung angeordnet ist, die eingangsseitig 55 und 34 angeordnet und in Nuten 36 und 38 in der durch den einen Leiter begrenzt und ausgangsseitig Platte 10 gelagert. Die Elektroden 32,34 sind als bei Druckbeaufschlagung über eine verengte Öffnung flache Stäbe ausgebildet und bestehen aus Wolfram mit dem zweiten Leiter elektrisch verbunden ist, oder einem entsprechenden Werkstoff, der von Queckwobei die Leiter mit relativ engen Bohrungen für silber nicht angegriffen wird; die Elektroden weisen den Durchgang der hydraulischen bzw. pneumatischen 60 eine Vielzahl kleiner, in Richtung der Öffnungen Signale versehen sind. der Schaltkammer 26 verlaufender Bohrungen 40 auf,

Die Anwendung von Tropfen einer Flüssigkeit durch die Druckimpulse hindurchgelangen können. hoher Oberflächenspannung in Rechen- und Speicher- In der Schaltkammer 26 befindet sich ein Tropfen 41 einrichtungen wurde bereits vorgeschlagen, jedoch aus einer leitenden Flüssigkeit hoher Oberflächennur für den Einsatz als Speicher-, Zähl- oder Steuer- 65 spannung, vorzugsweise aus Quecksilber, der nahezu element. Durch die Erfindung wird ein in einer Kam- die ganze Kammer 26 ausfüllt, jedoch nicht die öffmer befindlicher Tropfen aus Quecksilber oder einer nung 30. Eine Deckplatte 42 ist auf die Platte 10 ähnlichen Flüssigkeit vorteilhaft als Schaltelement aufgesetzt und durch Schrauben 44 befestigt und

Claims

schließt die Kammern 14, 16 und 26 nach außen ab. worin F_p die Druckkraft und Ap der Druck über

Zur völligen Abdichtung der Kammern untereinander die öffnung ist.

sind die Elektroden 36 und 38 in Nuten 46 und 48 Der Grenzdruck tritt auf, wenn F₅ = F_p oder

in der Deckplatte 42 eingelassen und verklebt; die _ . ,.

Bohrungen 40 sind somit die einzige Verbindung 5 Ap =— .

zwischen den Kammern. Durch eine relativ lange ^a ' "

und enge Ausbildung der Eingangsleitung wird ein Für eine Weite der öffnung von a = 0,75 mm,

Durchlaßfilter erzielt, der zufällige Störungen und eine Tiefe der öffnung von b — 1 mm, eine Länge

die höheren Harmonischen der Schwingungen des der öffnung von / = 0,5 mm und eine Oberflächen-Druckmediums beseitigt. 10 spannung für Quecksilber von F₁. = 17,9 · 10~² kg/cm

Angenommen, die Eintrittskammer 14 bestimmt die erhält mail

Federkonstante und die enge Eingangsleitung 22 die 2 · 17,9 · 1O^-2 (0,75 + 1) · 10~'

Strömungsmenge, dann gilt Ap- 0 75-1 · 10~²

ΐΤ' ^I5 - 8,3 · 10-² kg/cm²;

worin bedeutet Wie ermittelt wurde, reicht auch eine dem Vier-

, ,. „ „ ,0111 fachen des Grenzdruckes entsprechende Kraft noch

./„ die Resonanzfrequenz der Schaltkammer _{nicht auS) um die Trop}fenoberfläche aufzureißen, so

ν die Schallgeschwindigkeit, " ₂₀ daß im Bereich des zwei- bis vierfachen Grenzdruckes

c, d Lange und Breite der großen Kammer 14, _{eine zuverlässige} Arbeitsweise erreicht wird; hierbei / die Lange der Eingangsle.tung und _{kann der Tropfen ein Vo}lumen in der Größenordnung

w ihr Durchmesser. _{von 5 mm}3 _{haben5 bd} Schaltungen mit einer BeBeispiel: lastung von 100 mA bei 10 Volt und Drücken in

25 der Größenordnung von 35 mm QS mit einer Impuls-

d - 16 mm, frequenz von 200 Hz. In den Elektroden befinden

^c "~ ~ ^mm' sich dabei je etwa acht Bohrungen 40 mit einem

Z ™ h

Z η s™ Durchmesser von etwa 0,18 mm.

w — 0,5 mm, jjj_e \yj_rk:_Ung_Swej_se ist im folgenden näher be-

dann ist 30 schrieben. Die durch den Eingangskanal 18 zuge-

110- ΙΟ² ι / (7Ö5 führten Druckimpulse werden durch die Eingangs-

/„ = -— / ά 435 Hz. leitung 22, in der Störungen der Strömung eliminiert

2 π V 2,5 1,6 1,9 werden, zur Eintrittskammer 14 geleitet und von

Bei einer Eingabefrequenz in der Größenordnung dort durch die Bohrungen 40 in der Elektrode 32 von 200 Hz sorgt ein Filter von etwa den angegebenen 35 zur Schaltkammer 26. Bei der Einwirkung auf den Abmessungen dafür, daß sowohl die Grundschwin- Tropfen 41 wird dieser leicht deformiert und ein Teil gungen als auch die dritte und ein großer Prozentsatz des Tropfens in die öffnung 30 gedrückt. Dabei der fünften Harmonischen durchgelassen werden, gerät der Tropfen in Kontakt mit der Elektrode 34, aber die höheren Harmonischen weitestgehend elimi- ohne daß er zerstört wird, während andererseits ein niert werden. Wird für die Schaltkammer 26 eine 40 Teil des Tropfens zurückbleibt und Kontakt mit der verengte Ausgangsöffnung vorgesehen, so kann der Elektrode 32 behält. Die Elektroden 32 und 34 werden Druck durch die öffnungen so groß gewählt werden, also überbrückt und geben einen Stromimpuls mit daß er gerade nicht mehr den Tropfen 41 zerstört, sehr steilen Flanken, also von nahezu rechteckiger aber dennoch ausreicht, um den Tropfen in die ver- Form ab.

engte öffnung zu drücken; hierbei muß die Ober- 45 Durch entsprechende Wahl des Querschnitts der flächenspannung des Tropfens überwunden werden, öffnung 30 kann der erforderliche Arbeitsdruck beindem der zugeführte Druck durch die Elektrode 32 einflußt werden, während die Länge der öffnung 30, hindurch zum Tropfen übertragen wird. also der Abstand von der Schaltkammer 26 zur

Unter diesen Umständen schaltet sich der Schalter Elektrode 34, den Weg des Tropfens beim Schaltselbsttätig wieder aus, denn unter der Wirkung der 50 Vorgang bestimmt und damit in Verbindung mit dem Oberflächenspannung de? Tropfens 41 stellt sich der Arbeitsdruck diejenige Zeit, die zwischen dem Wirk-Tropfen selbsttätig wieder in die Kammer 26 zurück, samwerden des Druckimpulses'und dem überbrücken sobald der Druckimpuls vorüber ist. Es kann im der Elektroden, also dem Schließen des Stromkreises allgemeinen angenommen werden, daß die Ober- vergeht.

flächenspannung des Tropfens gleichmäßig verteilt 55 Während bei pneumatischem Betrieb der Ausist und dieser die Wände der öffnung gleichmäßig gangskanal 20 an eine Unterdruckleitung angeschlosberührt. Die Kraft aus der Oberflächenspannung des sen werden kann, ist dieser Kanal bei hydraulischem Tropfens kann dann gleichgesetzt werden mit dem Betrieb ganz entbehrlich, indem die Austrittskammer hydrostatischen Druck, der zur Überwindung dieser mit der Atmosphäre verbunden ist.
Kraft nötig ist, um einen Teil des Tropfens in die ver- 60
engte öffnung hineinzudrücken. Dementsprechend ist Patentansprüche:

ρ _ i-y_n , TM '· Hydraulisch bzw. pneumatisch betätigbarer

r_s yza-tzo), elektrischer Schalter zur Abgabe elektrischer

worin F₄. die Kraft der Oberflächenspannung und Signale unter Verwendung einer leitenden Flüssig-

γ die Oberflächenspannung ist. 65 keil hoher Oberflächenspannung zur wahlweisen

Ebenfalls gilt kurzzeitigen Verbindung zweier Leiter unterschiedlichen Potentials, dadurch gekennzeich- F„ = Ap(a-b), net, daß zwischen den Leitern (32, 34) eine

Schaltkammer (26) mit einem Tropfen (41) einer leitenden Flüssigkeit hoher Oberflächenspannung angeordnet ist, die eingangsseitig durch den einen Leiter (32) begrenzt und ausgangsseitig bei Druckbeaufschlagung über eine verengte öffnung (30) mit dem zweiten Leiter (34) elektrisch verbunden ist, wobei die Leiter (32, 34) mit relativ engen Bohrungen (40) für den Durchgang der hydraulischen bzw. pneumatischen Signale versehen sind.
2. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiter (32, 34) als parallel angeordnete flache Elektroden ausgebildet sind.
3. Schalter nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf den der Schaltkammer (26) abgewandten Seiten der Elektroden

(32, 34) Kammern (14, 16) angeordnet sind, wobei die Eintrittskammer (14) über eine relativ enge und lange Eingangsleitung (22) an den Eingangskanal (18) angeschlossen ist.
4. Schalter nach den Ansprüchen 1 bis 3, gekennzeichnet durch einen solchen Querschnitt der verengten öffnung (30), daß die gesamte, auf den Tropfen (41) wirksame Druckkraft mindestens gleich dem Wert des durch die Oberflächenspannung gegebenen Widerstandes ist und dessen vierfachen Wert nicht übersteigt.
5. Schalter nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammern (14, 16, 26) durch drei aufeinandergeschichtete Platten (10, 12, 42) gebildet sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen