DE1228428B - Elektrisch ansprechender Neigungsfuehler - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND DEUTSCHES WTTm* PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. CL:

GOIc

Deutsche Kl.: 42 c-25/01

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

1228 428
B44137IXb/42c
1. April 1957
10. November 1966

Die Erfindung betrifft einen elektrisch ansprechenden Neigungsfühler, unter Verwendung eines Paares von Flüssigkeitswiderständen, die den Betrag ihres elektrischen Widerstandes in Abhängigkeit der Abweichung der Richtung des Neigungsfühlers von der Richtung der Schwerkraft selbsttätig dadurch ändern, daß die Beträge beider Widerstände durch die relative Lage einer elektrisch leitenden Flüssigkeit, die sich in einem abgeschlossenen, von derselben nur teilweise erfüllten Hohlraum befindet, zu den Elektroden bestimmt ist, wobei der Hohlraum drei Elektroden aufweist, von denen die erste Elektrode beiden Flüssigkeitswiderständen gemeinsam ist, während die zweite und die dritte Elektorde je einem der beiden Flüssigkeitswiderstände zugeordnet sind, und von denen die zweite und die dritte Elektrode im Inneren des Hohlkörpers so angeordnet und ausgebildet sind, daß ihre Oberflächen bei Normalstellung des Neigungsfühlers gleiche Lagen zur Horizontalen aufweisen, wobei ferner der Hohlraum so weit mit der Flüssigkeit angefüllt ist, daß die erste Elektrode bei allen in Betracht kommenden Neigungen des Neigungsfühlers von ihr benetzt und mit ihr in elektrischem Kontakt bleibt, während die zweite und die dritte Elektrode nur bei der Normalstellung des Neigungsfühlers von der Flüssigkeit in gleichem Grade benetzt und mit ihr in Kontakt sind, und wobei schließlich als Material für die zweite und dritte Elektrode ein nicht metallisches Material, insbesondere Kohle, gewählt ist.

Ein wichtiges Anwendungsgebiet für derartige Neigungsfühler sind insbesondere Wendezeigerkreisel, wie sie in Flugzeugen verwendet werden. Bei solchen Wendezeigerkreiseln kann der Neigungsfühler dazu verwendet werden, die Abweichung der Kreiselachse von einer vorgeschriebenen Richtung, insbesondere von der Vertikalen, festzustellen und entsprechende Lenkausschläge zur Korrektur des Flugzustandes einzuleiten.

Besondere Schwierigkeiten ergeben sich bei den Neigungsfühlern der vorgenannten Art durch die hierfür zu verwendenden Werkstoffe im Hinblick auf die zu erwartenden mechanischen, physikalischen, chemischen und elektrischen Beanspruchungen.

Um die hohe erwünschte Ansprechempfindlichkeit sicherzustellen, werden im wesentlichen metallische Elektroden verwendet. Bezüglich der elektrisch leitenden Flüssigkeit sind der Wahl enge Grenzen gesetzt. Quecksilber erreicht bekanntlich nicht die gewünschte Empfindlichkeit. Wäßrige Lösungen dagegen haben einen zu hohen Gefrierpunkt. Organische Flüssigkeiten haben im allgemeinen einen zu

Elektrisch ansprechender Neigungsfühler

Anmelder:

The Bendix Corporation,
New York, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter:

Dr.-Ing. H. Negendank, Patentanwalt,
Hamburg 36, Neuer Wall 41

Als Erfinder benannt:

Fred Jean Cid, Lodi, N. J. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

V. St. v. Amerika vom 5. April 1956 (576 446),
vom 26. April 1956 (580741)

hohen Widerstand. Die besten Ergebnisse sind erzielbar mit Hilfe von Lösungen in angemessener Weise ionisierbarer organischer Salze. Solche elektrolytischen Lösungen neigen dazu, sich unter Korrosionserscheinungen zu zersetzen oder die meisten der üblichen und gut leitenden Metalle stark zu oxydieren. Aus diesem Grunde hat man bereits Platinelektroden verwendet, aber auch hierbei konnte schon nach längerem Gebrauch ein Angreifen der Elektroden und eine davon begleitete Zersetzung der Flüssigkeit festgestellt werden. Eine solche Wirkung macht sich übrigens besonders bemerkbar wegen des größten Widerstandes bei der Neigung Null, welcher für eine gute Ansprechempfindlichkeit notwendig ist, aber durch Joulesche Wärme eine Temperaturerhöhung hervorruft, welche diese Reaktion beschleunigt. Wenn man diesen Fakten durch eine größere Dimensionierung der Kontakte begegnen will, werden die räumlichen Abmessungen des Neigungsfühlers vergrößert. Darüber hinaus kommt es zu einer Gewichtszunahme und höheren Gestehungskosten.

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Bei den üblichen Libellen-Neigungsmessern ist die Beziehung zwischen dem Neigungswinkel und der sich ergebenden Widerstandsveränderung allgemein eine recht fehlerhafte Funktion und mehr oder weniger linear. Es ist bereits vorgeschlagen worden, die Oberfläche der Flüssigkeit, das Gehäuse und die Elektroden derart auszubilden, daß die Funktion exakt Linear ist. Es ist auch gefunden worden, daß solch ein lineares oder proportionales Verhältnis nicht das optimale Verhältnis ist. Vielmehr ist es wünschenswert,

1. einen hohen Wert des Verhältnisses der WiderstandsanderungzurNeigungswinkelanderungfur kleine Winkelanderung vom Nullpunkt fort und

2. niedrige Werte des Verhältnisses für größere Neigungswinkel, zu erhalten.

Auf diese Weise kann eine hohe Empfindlichkeit der Neigungsmessung um die Nullstellung herum erreicht werden, während zur gleichen Zeit der ganze Bereich der Messung, in welchem das Instrument gebraucht wird, nicht vermindert wird. Der Meßbereich kann, falls es erwünscht ist, sogar vergrößert werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, dieses gewünschte Ergebnis zu erreichen. Zu deren Lösung ist vorgesehen, daß das Material für die Elektroden eine solche Porosität aufweist, daß es aufnahmefähig für die Flüssigkeit .ist, und daß der Hohlraum mit der leitenden Flüssigkeit so angefüllt ist daß die zweite und die dritte Elektrode bei der Normalstellung des Neigungsfühlers nur auf einer sehr kleinen Oberfläche mit der Flüssigkeit im Kontakt stehen.

Es ist also ein Neigungsmesser mit veränderlichen Widerständen vorgesehen, wobei eine elektrisch leitende Flüssigkeit ein Gehäuse teilweise ausfüllt und einen veränderlichen elektrischen Kontakt mit mindestens einer Elektrode herstellt, um den Berührungswiderstand derselben in Abhängigkeit der Neigung des^ Gehäuses zu ändern. Das Elektrodenmaterial ist nicht metallisch, sondern aus Kohle, da eine absorbierende Elektrode dieser Art den weiteren wesentlichen Vorteil aufweist, daß die Übertragung höherer Ströme gegebener Abmessungen möglich ist, da die Berührung zwischen der Elektrode und der Flüssigkeit durch das Volumen des Raumes schneller stattfindet als über der Oberfläche.

Darüber hinaus verringert der Gebrauch von Kohleelektroden sehr beträchtlich chemische Einwirkungen zwischen der Elektrode und einer leitenden Flüssigkeit elektrolytischen Charakters. Diese Flüssigkeit besteht gemäß der Erfindung Vorzugsweise aus einer Lösung von Natriumiodid in Methylalkohol.

Es ist auch bereits vorgeschlagen worden, Kohleelektroden, die in eine elektrolytische Flüssigkeit getaucht sind, zu verwenden, um einen veränderlichen Widerstand zu erhalten, wobei die Elektroden keinem Angriff unterworfen sind. Gleichwohl, bei diesen Elektroden ist im Gegensatz zu dem Neigungsmesser gemäß der Erfindung der poröse Charakter der Kohleelektroden nicht vorteilhaft, um einen hohen Widerstand in der Nähe der Null-Lage und einen niedrigen Widerstand entsprechend der Sättigung der porösen Elektrode ,bei einer vorher festgelegten geringen Abweichung von der Null-Lage zu erhalten.

Gemäß einer Ausführungsform ist vorgesehen, daß die zweite und die dritte Elektrode in bei Neigungsfühlern anderer Ausführungsart bekannter Weise gleiche Gestalt aufweisen und symmetrisch zu der Richtung des in Normalstellung befindlichen Neigungsfühlers angeordnet sind. Es kann fernerhin vorgesehen sein, daß, in bei Neigungsfühlern anderer Ausführungsart bekannter Weise, die erste Elektrode unterhalb und die zweite und die dritte Elektrode oberhalb der Flüssigkeitsoberfläche angeordnet sind. Dabei hat es sich als vorteilhaft erwiesen, daß, in bei Neigungsfühlern anderer Ausführungsart bekannter _Wef °_d&. _{Hohlraum gerade so weit mit der Flüssig}_

_{kdt mm ist daß} ^s _{sich bei Norma}l_stellung des

_{ig Neigungsffihlers zwischen der} Flüssigkeitsoberfläche und zweiten und der dritten Elektrode eine Luftblase bildet, die einen Teil der beiden Elektroden bedeckt.

Die zwei oberen, also die zweite und die dritte Elektrode können von einem brückenförmigen Körper getragen werden, der in den Hohlraum hineinragt und mit diesem stabil verbunden ist. Gemäß einem weiteren Merkmal kann der brückenartige Körper in seiner Mitte eine Öffnung aufweisen, die es einerseits der Flüssigkeit erleichtert, bei einer Schräglage zum unteren Teil des Gehäuses zurückzulaufen und andererseits den Rand des von der Flüssigkeit gebildeten Meniskus begrenzt und somit verhindert, daß die zweite und dritte Elektrode bei einer relativ geringen Neigung gleichzeitig von der Flüssigkeit angefeuchtet werden. Schließlich kann noch vorgesehen sein, daß die beiden letztgenannten Elektroden in aus Metall bestehenden Näpfen eingefaßt sind, die in die elektrisch nicht leitende Wand des Hohlraumes eingebaut sind. Auf den Zweck dieser Anordnung v/ird an späterer Stelle noch näher eingegangen werden.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist schließlich noch darin zu sehen, daß der Neigungsfühler in selbsttätigen Vorrichtungen zur Aufrichtung von Kreiseln vorgesehen ist.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der in den An-Sprüchen gekennzeichneten Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Zeichnung, in welcher mehrere Ausführungsbeispiele näher erläutert sind. Es zeigt

F i g. 1 eine Schnittansicht durch einen Neigungsfühler gemäß einer ersten Ausführungsform,

Fig. 2 einen Schnitt entlang der Lime 2-2 in Fig. 1,

F i g. 3 eine F i g. 1 ähnliche Ansicht einer abgewandelten Ausführungsform,

F i g. 4 eine Schnittansicht einer weiteren Abwandlung und

F i g. 5 einen Schnitt entlang der Linie 5-5 in F i g. 4.

Bei der Ausführungsform gemäß F i g. 1 und 2 ist ein zylindrisches Gehäuse 10 teilweise über ein nach außen führendes, verschlossenes Rohr 11 mit einer elektrisch leitenden Flüssigkeit 13 angefüllt, die vorzugsweise eine Lösung von 0,5 g Natriumiodid auf 40 g Methylalkohol ist.

Quer im Gehäuse ist ein aus isolierendem Werkstoff bestehender Träger, nämlich ein brückenartiger Körper 15, befestigt. Die untere Fläche dieses Körpers IS ist an beiden Enden mit symmetrisch angeordneten Aussparungen versehen, in denen zwei Elektroden 17 und 19 — die im nachfolgenden mit

zweite und dritte Elektrode bezeichnet werden — aus poröser Kohle eingelagert sind. Am unteren Gehäuserand erstreckt sich eine erste Elektrode 21, die ebenfalls aus Kohle bestehen kann. Mit Hilfe von Anschlußleitungen 23 können die vorgenannten Elektroden an einen äußeren Stromkreis angeschlossen werden.

Der Neigungsfühler arbeitet in der Weise, daß bei normaler vertikaler Lage des Gehäuses 10 die Ränder der an der Oberfläche der Flüssigkeit entstehenden Menisken 25 die Ränder der zweiten und dritten Elektrode 17 und 19 gerade berühren, so daß also die zwei elektrischen Pfade zwischen der ersten Elektrode 21 und sowohl der zweiten als auch dritten Elektrode 17 und 19 einen sehr großen Widerstand aufweisen, der für beide Pfade gleich groß ist. Sobald das Gehäuse 10 eine um seine Achse geneigte Lage einnimmt, wird dank der elektrisch leitenden Flüssigkeit 13 die elektrische Verbindung zwischen der ersten Elektrode 21 und der zweiten oder aber der dritten Elektrode 17 bzw. 19 unterbrochen, wobei die von der Flüssigkeit benetzte Elektrode dank ihrer Porosität eine solche Flüssigkeitsmenge aufnimmt, daß in diesem Zweig der elektrische Widerstand erheblich verringert wird.

Bei einer abgewandelten Ausführungsform gemäß F i g. 3 besteht der einzige Unterschied darin, daß in der Mitte des nunmehr mit ISA bezeichneten brückenartigen Trägers eine vertikale Öffnung 31 vorgesehen ist. Letztere stellt einerseits sicher, daß die elektrisch leitende Flüssigkeit 13 nach einer Schräglage des Gehäuses 10 schnell zum unteren Teil des Gehäuses zurückfließen kann, während sie andererseits dafür sorgt, daß der Meniskus 25 A bei stärkerer Neigung des Gehäuses die gleichzeitige Anfeuchtung der zweiten und dritten Elektrode 17,19 durch die Flüssigkeit verhindert.

Bei einer weiteren Ausführungsform gemäß den Fig.4 und 5 wird ein rohrförmiges Gehäuse verwendet. Hier sind die erste Elektrode mit 55 und die zweite und dritte Elektrode mit 51 und 53 bezeichnet. Alle diese Elektroden sind in metallische Näpfchen eingesetzt, die in das aus Glas bestehende Gehäuse 10 eingeschmolzen sind, da die unmittelbare Verbindung von Kohle und Glas bekanntlich außerordentlich schwierig ist.

Claims (10)

Patentansprüche:

1. Elektrisch ansprechender Neigungsfühler, unter Verwendung eines Paares von Flüssigkeitswiderständen, die den Betrag ihres elektrischen Widerstandes in Abhängigkeit der Abweichung der Richtung des Neigungsfühlers von der Richtung der Schwerkraft selbsttätig dadurch ändern, daß die Beträge beider Widerstände durch die relative Lage einer elektrisch leitenden Flüssigkeit, die sich in einem abgeschlossenen, von derselben nur teilweise erfüllten Hohlraum befindet, zu den Elektroden bestimmt ist, wobei der Hohlraum drei Elektroden aufweist, von denen die erste Elektrode beiden Flüssigkeitswiderständen gemeinsam ist, während die zweite und die dritte Elektrode je einem der beiden Flüssigkeitswiderstände zugeordnet sind, und von denen die zweite und die dritte Elektrode im inneren des Hohlkörpers so angeordnet und ausgebildet sind, daß ihre Oberflächen bei Normalstellung des Neigungsfühlers gleiche Lagen zur Horizontalen aufweisen, wobei ferner der Hohlraum so weit mit der Flüssigkeit angefüllt ist, daß die erste Elektrode bei allen in Betracht kommenden Neigungen des Neigungsfühlers von ihr benetzt und mit ihr in elektrischem Kontakt bleibt, während die zweite und die dritte Elektrode nur bei der Normalstellung des Neigungsfühlers von der Flüssigkeit in gleichem Grade benetzt und mit ihr im Kontakt sind, und wobei schließlich als Material für die zweite und dritte Elektrode ein nicht metallisches Material, insbesondere Kohle, gewählt ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Material für die Elektroden eine solche Porosität aufweist, daß es aufnahmefähig für die Flüssigkeit ist und daß der Hohlraum mit der leitenden Flüssigkeit so angefüllt ist, daß die zweite und die dritte Elektrode (17,19; 51, 53) bei der Normalstellung des Neigungsfühlers nur auf einer sehr kleinen Oberfläche mit der Flüssigkeit im Kontakt stehen.

2. Neigungsfühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite und die dritte Elektrode (17,19; 51, 53) in bei Neigungsfühlern anderer Ausführungsart bekannter Weise gleiche Gestalt aufweisen und symmetrisch zu der Richtung des in Normalstellung befindlichen Neigungsfühlers angeordnet sind.

3. Neigungsfühler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß, in bei Neigungsfühlern anderer Ausführangsart bekannter Weise, die erste Elektrode (21; 55) unterhalb und die zweite und die dritte Elektrode (17,19; 51, 53) oberhalb der Flüssigkeitsoberfläche angeordnet sind.

4. Neigungsfühler nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß, in bei Neigungsfühlern anderer Ausführangsart bekannter Weise, der Hohlraum gerade so weit mit der Flüssigkeit angefüllt ist, daß sich bei Normalstellung des Neigungsfühlers zwischen der Flüssigkeitsoberfläche und der zweiten und dritten Elektrode (17,19; 51, 53) eine Luftblase bildet, die einen Teil der beiden Elektroden bedeckt.

5. Neigungsmesser nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite und die dritte Elektrode (17,19; 51,53) von einem brückenartigen Körper (15; 15 A) getragen werden, der in den Hohlraum hineinragt und mit diesem stabil verbunden ist.

6. Neigungsfühler nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der brückenartige Träger (15; 15 A) in seiner Mitte eine Öffnung (31) aufweist.

7. Neigungsfühler nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite und die dritte Elektrode (17,19; 51, 53) in aus Metall bestehenden Näpfen eingefaßt sind, die in die elektrisch nichtleitende Wand des Hohlraumes eingebaut sind.

8. Neigungsfühler nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß als elektrisch leitende Flüssigkeit, in bei Neigungsfühlern anderer Ausführangsart bekannter Weise, ein in einem Lösungsmittel gelöster Elektrolyt verwendet ist.

9. Neigungsfühler nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß als Lösungsmittel Methylalkohol und, in bei Neigungsfühlern anderer Aus-

führungsart. bekannter Weise, als Elektrolyt Natriumjodid verwendet ist.

10. Neigungsfühler nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß er in selbsttätigen Vorrichtungen zur Aufrichtung von Kreiseln vorgesehen ist.

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 933 998; österreichische Patentschrift Nr. 92 882; britische Patentschrift Nr. 733 973; USA.-Patentschriften Nr. 2 713 726, 2 713 727, 2 740 028.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

609 710/66 11.66 © Bundesdruckerei Berlin