DE1159071B

DE1159071B - Magnetisch betaetigbarer Quecksilberkontakt

Info

Publication number: DE1159071B
Application number: DES77456A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Rudolf Nitsch
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1962-01-09
Filing date: 1962-01-09
Publication date: 1963-12-12

Description

Magnetisch betätigbarer Quecksilberkontakt Es ist seit langem bekannt, daß Quecksilber als Kontaktmaterial festen Kontaktwerkstoffen bezüglich Kontaktverhalten und Lebensdauer überlegen ist. Einer breiteren Verwendung von Quecksilberkontakten stand bisher die unhandliche Bauart, die Lageabhängigkeit und das erforderliche Schutzgas im Kontaktraum entgegen. Das Schutzgas war notwendig, um die Bildung von Ouecksilberverbindungen mit Sauerstoff und Stickstoff zu verhindern.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen einfachen und kleinen Quecksilberkontakt zu schaffen, der für kleine Schaltleistungen geeignet ist und mit dem die bisherigen Nachteile beseitigt werden. Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß zwei magnetisierbare Elektroden vorgesehen sind, die einen Kontaktraum begrenzen, der mit Quecksilber und einem elektrisch nichtleitenden magnetischen Pulver vollkommen ausgefüllt ist. Das elektrisch nichtleitende magnetische Pulver wird im Magnetfeld bewegt und verdrängt je nach Magnetisierung einmal das Quecksilber so, daß es die Elektroden verbinden kann, oder so, daß es von den Elektroden ferngehalten wird. Eine Schutzgasfüllung ist nicht erforderlich, da kein mit Gas gefüllter Raum vorhanden ist. Derartige Schaltgeräte sind auch bekannten, magnetisch betätigbaren Schaltern mit leitender Eisenpulver-Brücke überlegen, da leitendes Eisenpulver sich wegen seiner relativ schlechten Leitfähigkeit stärker erwärmt als Quecksilber.
Als elektrisch nichtleitendes magnetisches Pulver kann weichmagnetisches Pulver, z. B. Ferrit, Verwendung finden. Das Ferritpulver wird vom Quecksilber nicht benetzt. Damit sind infolge der kapillaren Wirkung auch poröse Ferritschichten für Quecksilber undurchlässig. Mit dem Aufbau nach der Erfindung ist es möglich, Quecksilber in einfacher Weise zwischen zwei Elektroden zu bewegen.
Weitere Einzelheiten der Erfindung sind in den Patentansprüchen enthalten und in der nachfolgenden Beschreibung an Hand der Figuren erläutert.
In den Fig. 1 und 2 ist der Grundgedanke der Erfindung an einem Ausführungsbeispiel dargestellt. Zwei zylindrische oder beliebig geformte Stäbe P ragen in ein Rohr R und begrenzen einen Kontaktraum, der vollkommen mit einem Gemenge aus Quecksilber Hg und einem elektrisch nichtleitenden weichmagnetischen Pulver F, z. B. Ferrit, gefüllt ist. Die Stäbe P bestehen aus einem weichmagnetischen Werkstoff. Sie sind an den Stimflächen gut gereinigt und können von Quecksilber benetzt werden. Diese Stäbe sind beispielsweise so ausgebildet, daß sie gleichzeitig als Lötstifte Verwendung finden können. Das Rohr R besteht aus Glas, Keramik oder einem oxydierten Metall und wird von Quecksilber nicht benetzt. Das Rohr R ist mit den Stäben P gasdicht verbunden.
über die Stäbe P, die die beiden Pole eines Elektromagneten bilden, sind zwei Spulen A und B gewickelt. Bei gleichmäßiger Erregung (Fig. 1) erzeugen diese ein axiales Feld und damit einen magnetischen Fluß 0, welcher den Kontaktraum durchdringt. Die einzelnen Ferritteilchen ordnen sich in Richtung des Feldes an und bilden eine zusammenhängende Brücke zwischen den beiden Polen P. Die Menge des Ferrits wird so bemessen, daß nach überbrücken des Kontaktraumes nicht genügend Ferrit übrigbleibt, um die Oberfläche der Pole vollständig zu bedecken. Während der Ferritbewegung wird das Quecksilber nach außen verdrängt und bildet zwischen den benetzten Polen P eine gut leitende Verbindung.
Nach Umpolen der Spule B verläuft der Fluß (-b nach Fig. 2. Auch in diesem Fall richten sich die Ferritteilchen in Richtung des Feldes aus. Die Menge des Ferrits ist so bemessen, daß bei gegenseitiger Polung der beiden Spulen die gesamte Poloberfläche von diesem bedeckt wird. Das Quecksilber wird in die Mitte des Kontaktraumes verdrängt. Das Ferrit wird wie andere Oxyde von Quecksilber nicht benetzt und bildet an den Polen einen Belag. Kapillarkräfte hindern das Quecksilber daran, in die Poren dieses Belages einzudringen. Dadurch sind beide Pole voneinander isoliert. Der Isolationswiderstand ist abhängig von den Eigenschaften des Ferrits.
Um zu verhindern, daß bei gleichsinniger Erregung beider Spulen (Fig. 1) Ferritteilchen am Rand der Pole haftenbleiben, kann ein nichtmagnetisierbarer, vom Ouecksilb,-r benetztbarer Trennring T (Fig. 3) vorgesehen werden. Zur Beeinflussung der Flußverteilung ist in der Fig. 4 ein äußerer magnetischer Schluß S angeordnet.
Nachdem der Kontaktraum vollständig mit Quecksilb.-r und beispielsweise Ferrit gefüllt ist, ist di ' eser bis auf die im Ferritpulver absorbierten Spuren von Gasen gasfrei. Dadurch ist eine Korrosion des Quecksilbers auch ohne Schutzgas nicht zu befürchten. Der Kontakt nach der Erfindung ist lageunabhängig, wenn die magnetischen Richtkräfte groß gegenüber der Schwerkraft werden. Bei Verwendung von Ferriten mit größerer Sättigungsmagnetisierung ist dies zu erwarten. Das Ferritpulver ist an der Stromführung nicht beteiligt und durch das gut wärmeleitende Quecksilber gekühlt. Ein Sintern des Ferrits ist nicht zu erwarten.
Die Einstellung derartiger Kontakte geschieht in einfacher Weise, indem nach dem Füllen des Kontaktraumes der zweite Stab P bis zum Anschlag eingeschoben wird. Dies erfolgt zweckmäßigerweise bei der höchsten im Betrieb vorkommenden Temperatur, um einer Beschädigung des Kontaktes durch thermisehe Ausdehnung vorzubeugen.
Die Gestalt der Ferritbrücke im geschlossenen Kontakt kann durch geeignete Formgebung der Pole beeinflußt werden (Fig. 5 und 6). Nach Fig. 5 liegt die leitende Ouecksilbersäule konzentrisch um die Ferritbrücke. Der über den Kontakt fließende Strom erzeugt deshalb in dieser keinerlei magnetisches Feld. Nach Fig. 6 fließt der Strom in der Mitte des Rohres R und beeinflußt mit seinem Feld die Ferritbrücke. Auf diese Weise ist es möglich, Kontakte zu bilden, die von dem Strom, den sie führen, gleichzeitig im geschlossenen Zustand gehalten werden.
Nach Abschalten der beiden Spulen A und B (Fig. 1 und 2) ist der Kontaktzustand von der Koerzitivkraft des Polwerkstoffes abhängig. Wenn diese genügend groß ist, wird der jeweils vor dem Ab- schalten herrschende Kontaktzustand aufrechterhalten. Kontakte, welche auch ohne Spulenerregung unabhängig von der Koerzitivkraft des Polwerkstoffes stabil sind, können durch Verwendung von Permanentmagneten geschaffen werden. In den Fig. 7 und 8 ist die Spule B durch einen vom Quecksilber benetzbaren Permanentmagneten M ersetzt. Es entsteht so ein Ruhekontakt, der nur für eine Stromrichtung in der Spule A empfindlich ist, d. h. daß bei verkehrter Polung der Spule sich nichts ändert. In dem in der Fig. 7 dargestellten Zustand ist die Spule A erregt, in der Fig. 8 hingegen nicht.
In den Fig. 9 und 10 ist ein Arbeitskontakt dargestellt, der unabhängig von der Stromrichtung ist. In diesen Figuren sind an den Stäben aus weichmagnetischen Werkstoffen außerhalb des Kontaktraumes Permanentmagnete MA, MB angeschlossen. Die beiden Magneten MA und MB können für mehrere Kontakte gemeinsam ausgeführt werden. Bei derVerwendung gemeinsamer Permanentmagnete muß der Permanentmagnet vom stromführenden Polschuh elektrisch isoliert sein, es sei denn, daß der gemeinsame Magnet gleichzeitig zur Vielfachverdrahtung, z. B. in Koppelfeldern, ausgenutzt wird. Für die Fig. 9 ist vorausgesetzt, daß die Spulen A und B nicht erregt sind, während sich in der Fig. 10 die Spulen im Erregungszustand befinden. Wie bei allen Ausführungsbeispielen kann auch in diesem Fall ein geeigneter äußerer Eisenschluß S vorgesehen werden.
Der äußere Permanentmagnet erübrigt sich, wenn ein Ferritpulver mit hoher Koerzitivkraft verwendet wird, z. B. ein hartmagnetisches Pulver von Oxydmagneten FeM. Solche Ruhekontakte sind in den Fig. 11 und 12 dargestellt. Für die Darstellung in der Fig. 11 wurde vorausgesetzt, daß die Spulen erregt sind, hingegen für die Fig. 12 nicht. Bei der Verwendung entsprechend größerer Spulen können jeweils mehrere Anordnungen zusammengefaßt werden.

Claims

PATENT ANS PR ÜCH E: 1. Magnetisch betätigbarer Quecksilb.-rkontakt, dadurch gekennzeichnet, daß zwei magnetisierbare Elektroden (P) einen Kontaktraum begrenzen, der mit Quecksilber (Hg) und einem elektrisch nichtleitenden magnetischen Pulver (F) vollkommen ausgefüllt ist.
2. Que#cksilberkontakt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als magnetisierbare Elektroden Stäbe (P) aus weichmagnetischem Werkstoff vorgesehen sind, die die Pole eines Elektromagneten bilden und über die je eine Spule (A, B) gewickelt ist. 3. Quecksilberkontakt nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß einer der Stäbe als Permanentmagnet (M) ausgeführt ist. 4. Quecksilberkontakt nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß an die weichmagnetisehen Stäbe (P) außerhalb des Kontaktraumes Permanentmagnete (MA, MB) angeschlossen sind. 5. Quecksilberkontakt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als elektrisch nichtleitendes magnetisches Pulver weichmagn#etisches Pulver, z. B. Ferrit, vorgesehen ist. 6. Ouecksilberkontakt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als elektrisch nichtleitendes magnetisches Pulver hartmagnetisches Pulver (FeM), z. B. Pulver von Oxydmagneten, vorgesehen ist. 7. Quecksilberkontakt nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß an den gegenüberliegenden Polflächen am Rand der Stäbe (P) je ein nichtmagnetischer, vom Quecksilber benetzbarer Trennring (T) angeordnet ist. 8. Quecksilberkontakt nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Beeinflussung der Flußverteilung ein äußerer magnetischer Schluß (S) vorgesehen ist. 9. Quecksilberkontakt nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die gegenüberliegenden Polflächen eine von der planparallelen Form abweichende Ausbildung aufweisen und z. B. konisch zulaufen oder ausgekerbt sind. In Betracht gezogene Druckschriften: USA.-Patentschrift Nr. 2 668 884.