DE962443C - Magnetostriktives rohrfoermiges UEbertragungselement fuer die verzoegerte UEbertragung elektrischer Impulse - Google Patents

Description

AUSGEGEBEN AM 25. APRIL 1957

H 17768 VIII a 12i ai

Für die zeitlich, verzögerte Übertragung elektrischer Impulse werden sehr häufig magnetostriktive Übertragungselemente verwendet, wobei die zeitliche Verzögerung etwa in der Größenordnung von 150 Mikrosekunden liegt. In gewissen. Fällen müssen diese Übertragungselemente innerhalb eines ausgedehnten Temperaturbereiches von,· "etwa, — 8 bis etwa + 82⁰ C mit ausreichender Genauigkeit arbeiten, wobei oft erwünscht ist, daß die zeitliche Verzögerung auf 0,25 Mikrosekundetii genau, sein soll. Um die mit den großen Temperaturschwankungen verbundenen, die Genauigkeit der Verzögerungszeit erheblich beeinträchtigenden Verformun gen des magnetostriktiven Übertragungselementes auszuschalten), wurde bereits vorgeschlagen, das Übertragungselement in einem elektrisch geheizten Ofen mit selbsttätiger Temperaturregelung unterzubringen, Solche Öfen nehmen; jedoch viel Platz ein und sind daher in Fällen, in denen nur ein beschränkter Platz zur Verfügung steht, insbesondere auf Flugzeugen, nicht verwendbar. Hinzu kommt noch der verhältnismäßig große Stromverbrauch solcher öfen, der bis- zu 1 kW betragen kann. Ein weiterer Nachteil dieser Öfen besteht darini, daß es nach dem Öffnen des· Ofens zwecks Einstellung des Übertragungselementes 30 bis 60 Minuten be-

darf, bis die gewünschte: Temperatur im Ofen wieder erreicht ist. Schließlich ist auch die Temperaturverteilung im Ofen meist ungleich, wodurch die Genauigkeit der Wirkungsweise des Übertragungselementes ebenfalls- beeinträchtigt wird.

Es ist auch eine magnetostriktive Anordnung zur Erzeugung· zeitverzögerter elektrischer Zeichenspannungen bekannt, bei der aber die Einwirkungen von Temperaturschwankungen, unberücksichtigt

ίο sind.

Weiter ist es- bekannt, die Einwirkung· von Temperaturschwankungen] auszuschalten, indem empfindliche Zusatzkreise eingeschaltet werden, weiche die Temperaturabweichung der ursprünglichen Kontaktelemente ausgleichen. Man hat auch die Schallwdlenverzögerungsleitung aus einem besonderen Material hergestellt, das innerhalb eines weiten Frequenzbereiches uiweränderte Verzögerungseigenschaften, hat. Dabei ist Voraussetzung,

ao daß die Schallwellenverzögerungsleitung aus einem piezoelektrischen Material besteht und daß keine Maßnahmen vorgenommen werden., um die Temperatur der Leitung konstant zu halten.

Mit der Erfindung wurde demgegenüber erkannt, daß die Temperatur einer magnetostriktivem Verzögerungsleitung unverändert sein- muß, wenn eine gewisse Genauigkeit der Verzögerungszeit aufrechterhalten werden soll. Besondere Vorteile

- können- noch erreicht werden., wenn ein Heizelement in das Übertragungselement eingelegt wird,, wobei das Heizelement durch eine Abhängigkeit von der Temperatur dies Übeirtragungselementes arbeitende Riegelvorrichtung gesteuert wird.

Das magnetostriktive rohrförmige Übertragungselement für die verzögerte Übertragung elektrischer Impulse,' das von einem Heizdraht im Inneren des Rohres beeinflußt und durch eine in. Abhängigkeit von der Temperatur des Übertragungselementes arbeitende Regelvorrichtung gesteuert wird/, ist gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß die Regelvorrichtung aus einem Thermostaten und aus einem in Material, Form und Querschnitt dem rohrförmigen Übertragungselement entsprechenden Verlängerungsstück besteht, an. dem der auf Wärme ansprechende Teil des Thermostaten wärmeleitend befestigt' ist, und daß das Verlängerungsstück durch den Heizdraht in derselben Weise wie das Über-

- tragungselement eirwärmt wird.

Die Erfindung wird; an Hand ihrer in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.

Fig. ι zeigt in schematischer Darstellung eine Regel Vorrichtung mit einem Thermostaten und einem Steuergerät und

Fig. 2 eine Abwandlung mit einer anderen, Ausbildung des Übertragungselementes für die elektrischem Impulse.

Fig. ι zeigt einen aus zwei einander gleichen Teilen-1 o_fl und- io_s bestehendes magnetoetriktives Übertragungselement, deren einander entsprechende Teile durch die gleichen Bezugsziffern unter Zusatz des Buchstabens α bzw. b bezeichnet sind. Da die beiden Teile einander völlig gleich sind, soll im folgenden' nur der Teil io_a näher beschrieben werden,. Dieser enthält ein Rohr 1 I₀ aus einem Stoff mit guten magnetostriktiven Eigenschaften,, also beispielsweise aus Nickel oder aus einer Nickel-EisenrLegierung. Vorzugsweise: besteht das Rohr aus reinem Nickel und ist an seiner Außenseite blank poliert. Auf dem Rohr sitzen im der Nähe seiner Enden kegelförmig ausgebildete Teile I2_O aus einem schallabsorbierenden Material, die einerseits zur Verminderung unerwünschter Reflexionen dienen soll und anderseits die Lagerung des Rohres mittels Stützen, i3_a erleichtern. Die Teile I2_a können beispielsweise auch aus um das Rohr gewickelten Bändern, bestehen. Mit dem Rohr ii₀ ist ein Eingangsglied I5_O verbunden, das aus einer um das Rohr gewickelten und mit ihm magnetisch gekoppelten Erregerwicklung i6_a besteht und über-Klemmen iy_a an· eine geeignete Zeichenquelle, beispielsweise am einen Impulsgenerator i8_a angeschlossen ist. Die Erregerwicklung ist vorteilhaft so· bemessen, daß die ihrer !Resonanzfrequenz entsprechende Periodendaiuer der Impulsdauer gleicht oder etwa das Doppelte der Impulsdauer beträgt. Zwecks Verstärkung des durch die Wicklung i6_tt im Rohr ii_a erzeugten polarisierenden magnetischenr Flusses kann das Eingangsglied, auch einen permanenten Magneten 2O₀ enthalten. Zwecks Abschirmung der übrigen Teile des Übertragungselementes gegen die Wicklung i6_a ist das- Eingangsglied15_a in ein Metallgehäuse 2i_a eingeschlossen.

In einem festen oder einstellbaren Abstand' vom Eingangsglied 15_a ist auf dem Rohrii_a ein Ausgangsglied 25_a vorgesehen, das. ebenfalls aus einer das Rohr 11₀ umgebenden, Wicklung 26_a, einem permanenten Magneten 3o_a und einem metallischen. Gehäuse 31₀ besteht. Die Wicklung 2Ö_a ist über Klemmen 27₀ und über einen Verstärker 2S₀ am ein Empfangsgerät 2o._a für die übertragenden: Impulse angeschlossen,. Die Resonanzfrequenz der Wicklung 2Ö₀ ist zweckmäßig gleich derjenigen der Wicklung i6_a. In gewissen, Fällen können natürlich statt des dargestellten einen, Ausgangsgliedes 25_a auch mehrere solche Ausgangsglieder verwendet werden.

Das über den rechtseitigen. kegelförmigen Teil I2_O hinausragende Verlängerungsstück 35 bildet einen Teil eines Steuergerätes für die Temperaturregelung. Das Verlängerungsstück 35 könnte auch vom Rohr H₀ getrennt sein,, es ist aber wesentlich, daß es in Material, Form und Abmessungen- dem Rohr ι i_a gleicht, und daher ist es am einfachsten, wenn es einen Teil dieses Rohres selbst darstellt. Da das Verlängerungsstück 35 außerhalb des kegelförmigen Teiles I2_a liegt,- werden durch ihn die magnetostriktiven Erscheinungen in dem zwischen den beiden Teilen I2_a gelegenen, Teil des- Rohres ii_fl nicht beeinflußt. Die Rohre 11 _ß und ii_& sind an ihrem einem Ende durch eim in sie eingestecktes, aus wärmeisolierendem Stoff bestehendes Rohr 5I₀ miteinander verbunden, und in das freie Ende des Rohres H₆ sowie des Rbhrteiles 35 ist ebenfalls je ein Rohrstutzen. 5I₆ bzw. 52_a aus wärmeisolierendem Stoff eingesteckt. In das aus den. Teilen 51₆, ii_is 5i_a, ii„, 35 und 52₀ bestehende Rohr ist ein

Heizdraht 38 mit temperaturbeständiger Isolierung eingelegt. Der Heizdraht ist mit seinem Teil 49 an der Außenseite des Verlängerungsstückes 35 zurückgeführt und daran mittels Bänder 50 befestigt. Der Heizdraht kann über Klemmen 39 und über einen Schalter 37 an eine Stromquelle angeschlossen werden. Der Schalter 37 wird; durch eine von einem Thermostaten 41 gesteuerte Spule 40 betätigt, die ihren Strom über Klemmen 42 und Leitungen 43 erhält. Der Thermostat enthält einen Bimetallstreifen 45 geringer Masse, der über einen an den Rdhrteil 35 angelöteten kleinen Metallblock 46 wärmeleitend mit dem Rohrteil 35 verbunden ist. An dem Metallblock 46 ist ferner, durch eine wärmeisolierende Zwischenlage 55 von ihm g&- trennt, mittels Schrauben 48 eine verhältnismäßig steife Kontaktzunge 47 befestigt, in die eine sich gegen den Bimetallstreifen 45 erstreckende Kontaktschraube 56 eingesetzt ist.

■ Zwecks Erläuterung der Wirkungsweise des. Gerätes gemäß Fig. 1 sei angenommen, daß das Gerät lange genug angeheizt wurde, damit seine Temperatur gleich der höchsten zu erwartenden Temperatur der Umgebung sei oder etwas darüber liege.

Bei Zuführung eines Impulses zur Wicklung i6_a ändert sich der magnetische Fluß in dem von dieser Wicklung umgebenen Teil des Rohres n_a, was eine longitudinale Verformung dieses. Rohrteiles, insbesondere eine Verkürzung, zur Folge hat. Inf olgedessen, entsteht an dieser Stelle des Rohres, eine VerformungsweHe, die sich längs des Rohres in beiden Richtungen mit einer Geschwindigkeit, von etwa 4500 m in der Sekunde fortpflanzt. In der einen Richtung wird diese VerformungsweHe durch den dem Eingangsglied 15« zunächst gelegenen kegelförmigen, Teil· I2_a unterdrückt, während sie in der anderen Richtung bis zum Ausgangsglied 25_fl fortschreitet und dieses innerhalb einer vom gegenseitigen Abstand der Glieder i5_a und 2ζ_α abhängigen Zeit erreicht. Diese Zeit stellt die zeitliche Verzögerung des Ansprechens der Wicklung 26_a auf den. der Wicklung i6_a zugeführten Impuls dar. Bei der obengenannten Fortpflanzungsgeschwindigkeit ist bei annehmbaren Abmessungen des Übertragungselementes die Möglichkeit zur Übertragung vom Impulsen mit einer Dauer von der Größenordnung von 5 Mikrosekunden mit einer zeitlichen \⁷erzögerung von 10 bis 200 Mikrosekunden. gegeben. Soweit die VerformungsweHe bei der Wicklung 26_α eintrifft, ändert sie die Permeabilität des innerhalb dieser Wicklung gelegenen Teiles des Rohres n_a und damit die Größe des durch den polarisierenden Magneten 30,, hervorgerufenen magnetischem Flusses. Durch diese Änderung des Flusses wird in der Wicklung 26_a ein Impuls induziert, der über den Verstärker 28_a zur Empfangsvorrichtung 29,, gelangt. Auf ihrem weiteren. Weg wird dann die Fortpflanzungswelle durch den. jenseits des Ausgangsgliedes 25_a gelegenen kegelförmigen Teil i2_a unterdrückt. Die Wirkungsweise des Teiles iOj ist identisch mit derjenigen des Teiles ii_a und bedarf daher keiner näheren Erläuterung.

Es· sei nun angenommen, daß die Temperatur der Teile io_e und; io_ft unter den gewünschten Wert sinkt. Diese Temperaturverminderung tritt auch im Verlängerungsstück 35 in Erscheinung, und infolgedessen verbiegt sich· der Bimetallstreifen 45 so, daß er mit der Kontaktschraube 56 in Berührung kommt. Dadurch wird der Stromkreis der Spule 40 geschlossen, so daß diese den Schalter 37 schließt, worauf durch den Heizdraht 38 Strom fließt, der die Temperatur der Teile io_a, io₆und35 in kurzer Zeit wieder auf den gewünschten Wert bringt. Sobald diese Temperatur erreicht ist, öffnet der Thermostat 41 mittels der Spule 40 den Schalter 37, wodurch die Stromzufuhr zum Heizdraht 38 unterbrochen wird. Der an der Außenseite des Verlängerungsstückes 35 zurückgeführte Teil 49 des Heizdrahtes· 38 dient dazu, etwaige geringfügige Unterschiede zwischen, der Temperatur der Teile H₀ und 35 durch eine zusätzliche Beeinflussung des Thermostaten 41 auszugleichen. DieWärmeabstrahlungder Rohrteile n_a, H₆ und 35 wird durch die blankpolierte Oberfläche des Rohres vermindert. Versuche haben gezeigt, daß die Anwesenheit des biegsamen Heizdrahtes 38 im Innern der Rohre keinerlei Einfluß auf die Zeichenübertragung hat, weil der biegsame Draht die Ausbreitung der VerformungsweHe in keiner Weise stört. Die in die Enden der Metallrofare eingesetzten. Rohre aus. Isoliermaterial, verhindern eine erhöhte Wärmeabstrahlung an den Rohrenden und bewirken, daß die Temperatur an den Rohrenden gleich derjenigen in den mittleren, Teilen der Rohre ist. Überdies schützen die Isolierrohre auch die Isolation des Heizdrahtes gegen das Scheuern an den scharfen: Kanten der Rohrenden.

Versuch© haben gezeigt, daß es bei Verwendung von Rohren aus Nickel mit 99% Reinheit; und einem Außendurchmesser von 5 mm bei einer Wandstärke von 0,09 mm mit Hilfe eines an einer Wechselstromquelie von 230 Volt angeschlossenein Heizdrahtes aus, einer Nickel-Eisen-Legierung möglich war, die Temperatur des Übertragungselementes bei Außentemperaturen von — 8 bis + 82⁰C mit einer Genauigkeit von — 2,6° C stetig auf derselben Temperatur zu halten, wobei der maximale Fehler bei einer Verzögerungszeit· von 200 Mikrosekunden nur — 0,25 Mikrosekunden betragen hat. Zur Aufwärmung des Übertragungselementes wurden bei einem Energieverbrauch von 70 Watt nur 5 Minuten benötigt, und' die Einstellung der Verzögerungszeit auf einen, anderen Wert konnte anstandslos durchgeführt werden, ohne daß sich· die Betriebstemperatur geändert hätte. Die Länge des Rohrteiles ii_fl war etwa 340 mm, diejenige des Verlängerungsstückes 35 etwa 190 mm und diejenige des iRbhrteiles. 1 i_b etwa 600 mm, wobei Impulse von 5 Mikrosekunden Dauer um 14 bis 200 Mikrosekunden verzögert übertragen werden konnten.

Die, in der Fig. 2 gezeigte Ausführungsform des Übertragungselementes ist im wesentüichen identisch mit derjenigen gemäß Fig. 1 und unterscheidet sich von ihr nur darin, daß das Verlange-

rungsstück35 nicht aus. einem, Stück mit dem Rohrteil n_B besteht, sondern mittels eines Isolierrohres 60 mit ihm verbunden ist.

Claims (8)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Magnetositriktives rohrförmiges Übertragungselement für die verzögerte Übertragung elektrischer Impulse, das von einem Heizdraht im Inneren; des- Rohres beeinflußt und durch eine in Abhängigkeit von der Temperatur des Übertragungselemenites arbeitende Regelvorrichtung gesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelvorrichtung aus einem Thermostaten (41) und aus einem im Material, Form und, Querschnitt: dem rohrförmigen! Übertragungselement entsprechenden, Verlängerungsstück (35) besteht, an dem der auf Wärme ansprechende Teil des. Thermostaten wärmeleitend befestigt ist, und. daß das Verlängerungsstück durch den Heizdraht in derselben Weise wie das Übertragungselement erwärmt wird.

2. Übertragungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verlängerungsstück und das Übertragungselement aus einem Stück bestehen.

3. Übertragungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das· Verlängerungsstück mittels eines nicht metallischen Verbindungsstückes mit dem Übertragungselement verbunden ist.

4. Übertragungselement nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Heizdraht mit wärmebeständiger Isolierung umgeben ist

5. Übertragungselement nach einem oder mehreren, der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das. Übertragungselement und das Verlängerungsstück außen blank poliert sind.

6. Übertragungselement nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet., daß der Heizdraht! an. der Außenseite¹ des das Verlängerungsstück bildenden Rohres entlang der Rohrwandung zurückgeführt· ist.

7. Übertragungselement nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in die Enden der das Übertragungselement und das Verlängerungsstück bildenden; Rohre Rohrstutzen aus Isoliermaterial eingesteckt sind.

8. Übertragungselement nach einem oder mehreren der vorstehenden, Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Heizdraht über einen von Thermostaten, gesteuerten Schalter an eine Stromquelle angeschlossen ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 844 922, 877 048.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen