DE1942980U

DE1942980U - Mit mechanischer verdrangung von quecksilber arbeitender fluessigkeitskontakt.

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Publication number: DE1942980U
Application number: DES55298U
Authority: DE
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1965-12-23
Filing date: 1965-12-23
Publication date: 1966-07-28
Also published as: US3358109A; GB1115839A; BE691693A; FR1506067A; NL6617276A; AT284937B; CH455002A; SE327001B

Description

8*23.12.65

Siemens & Halske München 2, den 2 3.OEZ. 196 5

'Jitiengesellschaft Y/ittelsbacherplatz 2

PA

65/3233

Mit mechanischer Verdrängung von Quecksilber arbeitender Flüssigkeitskontakt

Es ist seit langem bekannt, zum Schalten von insbesondere elektrisch hochbelasteten Stromkreisen mit Quecksilber gefüllte Schaltröhren zu verwenden, wobei vielfach ein innerhalb der Schaltröhre vorgesehener Tauchanker betriebsmäßig den Quecksilberspiegel verändert und damit eine im Sinne des Öffnens oder Schließens arbeitende Kontakt ve !■bindung steuert.

Derartige mit Quecksilber arbeitende Flüssigkeitskontakte sind in ihrer Arbeitsweise erheblich lageabhängig, so daß sie in der Regel nur stationär verwendet werden können. Ein weiterer schwerwiegender Nachteil liegt in der mit derartigen Kontakt-

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anordnungen erzielbaren nur relativ geringen Schaltgeschwindigkeit, die mit der zu bewegenden Masse des Quecksilbers zusammenhängt. Allen Quecksilberschaltem bzw. Quecksilberrelais dieser Art ist jedoch die Prellfreiheit eigen, da unsichere elektrische Verbindungen, wie sie bei üblichen metallischen Kontaktanordnungen vorkommen, nicht auftreten können.

Um den Vorteil der Prellfreiheit durch Verwendung von Quecksilb er auch für solche Aufgaben ausnützen zu können, bei denen es auf hohe Schaltgeschv/indigkeit und Lageunabhängigkeit ankommt, ist bereits vorgeschlagen worden, Quecksilberkontakte zu verwenden, bei denen die Menge des verwendeten Quecksilbers auf ein Minimum reduziert ist. Je kleiner nämlich in dem Schaltraum der Quecksilbervorrat ist, umso besser werden die Verhältnisse hinsichtlich Lage abhängigkeit und Schaltgeschv/indigkeit. Die Schaltauslösung wird bei der bereits vorgeschlagenen Anordnung dadurch bewirkt, daß ein Quecksilbertropfen betrietε-mäßig deformiert wird und die wirksame Oberflächenspannung des Quecksilbers für die dann folgende Rückführung der Schaltstrecke in die Ausgangsstellung sorgt.

Der Heuerung liegt die Aufgabe zugrunde, einen derartigen, mit mechanischer Verdrängung von Quecksilber arbeitenden Flüssigkeitskontakt zu schaffen, der von diesem Grundprinzip Gebrauch macht und dabei eine einfache Fertigungsmöglichkeit zuläßt. Nach der Neuerung wird dies dadurch erreicht, daß in

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dem vorzugsweise hermetisch dichten Schaltraum mindestens zwei Quecksilbertropfen in von Anschlußelektroden gebildeten Vertiefungen liegen, und daß zur Schaltauslösung das Betätigungsglied einen oder mehrere Quecksilbertropfen derart verformt und in eine zwischen diesen verlaufende Kapillarstrecke verschiebt, wodurch eine elektrische Verbindung zwischen den Anschlußelektroden herstellbar ist. Dabei soll der Querschnitt der Kapillarstrecke im Verhältnis zum Volumen der Quecksilbertropfen derart bemessen sein, daß bei Rückstellung des Betätigungsgliedes der in der Kapillarstrecke sich gebildete Quecksilberfaden abreißt und das Quecksilber in die Vertiefungen

der Anschlußelektroden zurückfließt. Eine bevorzugte Ausf führungsform der Neuerung sieht dabei vor, daß zum Ausgleich

■ . eines Überhubs des Betätigungsgliedes den Vertiefungen Über-

jj laufkanäle zugeordnet sind, deren Querschnitt im Vergleich zur j Kapillarstrecke kleiner gewählt ist.

Ein derartiger Flüssigkeitskontakt ist nicht nur in seiner ; Arbeitsweise prellfrei, sondern auch lageunabhängig, da die ; . Oberflächenspannung der verformten Quecksilbertropfen eine so

■ starke Rückstellkraft erzeugt, daß die wirksame Schwerkraft ■ \ ' . vernachläßigt werden kann. Außerdem bewirkt die geringe zu

bewegende Masse der Quecksilbertropfen, daß sich mit einem ί derartigen Flüssigkeitskontakt eine Schaltgeschwindigkeit erreichen läßt, wie sie normalerweise nur bei Relais mit Metallkontakten zu erzielen ist.

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Zweckmäßigerweise umgibt man den gesamten Schaltraum mit Teilen aus elektrisch isolierenden Werkstoff, insbesondere aus Glas oder Keramik. Um Umwelteinflüsse auszuschließen, welche die Schalteigenschaften des Quecksilbers herabsetzen können, ist es ferner vorteilhaft, den Schaltraum hermetisch abzuschließen und mit einem geeigneten Schutzgas zu füllen. Im übrigen ist es zweckmäßig, daß die Kapillarstrecke "bzw. die Überlaufkanäle im Vergleich zu den übrigen Flächen des Schaltraums eine glattere Oberfläche aufweisen.

Normalerweise wird als Betätigungsglied eine vorzugsweise elektromagnetisch verstellbare Platte verwendet, die auf den Quecksilbertropfen unmittelbar aufliegt. Man kann aber auch diese Betätigungsplatte mit in Führungen gleitenden Stempeln versehen, die mit den Quecksilbertropfen eine mechanische Kopplung herstellen. Dadurch läßt sich der Raum, in dem sich das Quecksilber befindet, besser abschließen, wobei in gleicher Y/eise, wie bei der unmittelbaren Betätigung, in diesem Fall die Stempel bei der Rückstellung von den Quecksilbertropfen hochgehoben werden. Varianten dieser Ausführungsformen kann man unter Beibehaltung des gleichen Grundprinzips dadurch erreichen, daß man in die Kapillarstrecke einen zusätzlichen Quecksilbertropfen einfügt, der beispielsweise durch eine Membran verformbar ist und in der Betriebsstellung über die dadurch geteilte Kapillarstrecke eine elektrische Verbindung zwischen den Anschlußelektroden herstellt.

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?/eitere Einzelheiten der Neuerung ergeben sich aus nachfolgender Beschreibung von drei Ausführungsbeispielen. Allen Ausführungsformen is t das Vorhandensein mindestens eines Quecksilbertropfens eigen, wobei nach Deformation ein Teil des Quecksilbers in eine Kapillarstrecke gedrückt wird und damit eine Schaltauslösung über die mit dem Quecksilber in Verbindung .stehenden Anschlußelektroden möglich ist.

Wie Figur 1 in Schnitt zeigt, besitzt der Flüssigkeitskontakt nach der Neuerung eine Isolierstoffplatte 2, in der zwei Anschlußelektroden 3a und 3b eingesetzt sind. Wird die in der Höhe verschiebbare Betätigungsplatte 1, die sich innerhalb seitlicher Führungen 4 befindet, in Pfeilrichtung verstellt, so werden die in Vertiefungen 3a' und 3b^! der -"nsehlußelektreden befindlichen Quecksilbertropfen 9a und 9b in die Kapillarstrecke 5 gedrückt, wodurch eine elektrische Verbindung zwischen den Anschlußelektroden 3a und 3b hergestellt wird. Zusätzlich sind noch Überlaufkanäle 6a und 6b vorhanden, deren Querschnitt im Vergleich zur Kapillarstrecke 5 kleiner gewählt ist. Der Querschnitt der Kapillarstrecke ist dabei im Verhältnis zum Volumen der Quecksilbertropfen 9a und 9b derart bemessen, daß bei Rückstellung der Betätigungsplatte 1 der in der Kapillarstrecke 5 sich gebildete Quecksilberfaden abreißt und das Quecksilber in die Vertiefungen 3a' und 3b¹ der Anschlußelektroden 3a, 3b zurückfließt. Dies stellt den Ruhezustand deo Flüssigkeitskontakts dar und dieser ist auch in Figur 1 gezeigt.

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Einen ähnlichen Aufbau zeigt Figur 2, wobei für die entsprechenden Bauelemente auch gleiche Bezugszeichen gewählt sind. Unterschiedlich zur Ausführung nach Figur 1 ist-hier, daß statt der unmittelbar auf den Quecksilbertropfen 9a und 9b aufliegenden Betätigungsplatte 1 daran angebrachte Stempel 1a und,1b vorgesehen sind, die - entsprechend geformt - auf den Quecksilbertropfen 9a, 9b aufliegen. Funktionsmäßig tritt aber dabei die gleiche Wirkung auf, wie in der Ausführungsform nach Figur 1 erläutert.

Figur 3 zeigt, wie durch Einfügen eines weiteren Quecksilbertropfens 9c in die dadurch geteilte Kapillarstrecke 5a/5b auf die Verformung der Quecksilbertropfen 9a und 9b versichtet werden kann, wobei eine Verdrängung des Quecksilbers nur aus dem Volumen des Tropfens 9c erfolgt. Das Betätigungsglied ist hierbei eine Membrane 8. Auf die in den Figuren 1 und 2 angegebenen Überlaufkanäle kann hier verzichtet werden, da bei einem Überhub das Quecksilber zwischen die Membran 8 und eine die Membran tragende Platte 11 fließt.

Allen Ausführungsformen ist gemeinsam, daß der die Schaltstrecke umschließende Schaltraum aus Isolierstoff, vorzugsweise aus Glas oder Keramik, hergestellt ist. Bei den in die Isolierstoffplatte eingesetzten 'Anschlußelektroden muß im übrigen ein Metall ge-

wählt werden, das mit Quecksilber keine Legierung bildet. Das Betätigungsglied kann durch jede mechanische Gebereinrichtung

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verstellbar sein, wobei vorzugsweise die bei elektromagnetischen Relais üblichen Systeme Anwendung finden.

9 Patentansprüche
3 Figuren

Claims

■ , , RA.674 808*23.12.65 PA 9/412/488 - 8 - Schutzansprüche

1. Mit mechanischer Verdrängung von Quecksilber arbeitender Flüssigkeitskontakt, dadurch'gekennzeichnet, daß in dem vorzugsweise hermetisch dichten Schaltraun (10) mindestens zwei Quecksilbertropfen (9a, 9b) in von Anschlußelektroden (3a, 3b) gebildeten Vertiefungen (3a^f, 3b') liegen, und daß zur Schaltauslösung das Betätigungsglied (1,8) einen oder mehrere Quecksilbertropfen, derart verformt und in eine Kapillarstrecke (5) verschiebt, wodurch eine elektrische Verbindung zwischen den Anschlußelektroden (3a, 3b) herstellbar ist (Figur 1 bis 3).

2. Flüssigkeitskontakt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt der Kapillarstrecke (5) im Verhältnis zum VoIunen der Quecksilbertropfen (9a, 9b) derart bemessen ist, daß bei Rückstellung des Betätigungsgliedes (1) der in der Kapillarstrecke (5) sich gebildete Quecksilberfaden abreißt und das Quecksilber in die Vertiefungen (3a', 3b^f) der Anschlußelektroden (3a, 3b) zurückfließt (Figur 1 und 2).

3. Flüssigkeitskontakt nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zum Ausgleich eines Überhubs des Betätigungsgliedes (1) den Vertiefungen (3a¹, 3b') Überlaufkanäle (6a, 6b) zugeordnet sind, deren Querschnitt im Vergleich zur Kapillarstrecke (5) kleiner gewählt ist (Figur 1 und 2).

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4. Plüssigkeitskontakt nach Anspruch 1 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaltraum (10) von Teilen aus elektrisch isolierendem Werkstoff, insbesondere von Glas oder Keramik, umgeben ist.

5. Flüssigkeitskontakt nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet_s daß der Schaltraum (10) hermetisch abgeschlossen und mit Schutzgas gefüllt ist.

6. Plüssigkeitskontakt nach Anspruch 1'oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Kapillarstrecke (5) "bzw. die Überlaufkanäle (6a, 6b) im Vergleich zu den übrigen Flächen des Schaltraums (10) eine glattere Oberfläche aufweisen.

7. Plüssigkeitskontakt nach Anspruch 1 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß als Betätigungsglied (10) eine vorzugsweise elektromagnetisch verstellbare Platte dient, die auf den Quecksilbertropfen (9a, 9b) aufliegt.

8. Flüssigkeitkontakt nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungsplatte (1) in Führungen gleitende Stempel (1a, 1b) aufweist, die mit den Quecksilbertropfen (9a, 9b) eine mechanische Kopplung herstellen.

9. Plüssigkeitskontakt nach Anspruch 1 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß zwischenden beiden in Vertiefungen (3a¹,

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3bΌ der Anschlußelektroden (3a, 3b) liegenden Quecksilbertropfen (9a, 9b) ein die Kapillarstrecke (5) etwa in der Mitte aufteilender v/eiterer-Quecksilbertropfen (9c), ebenfalls in einer Vertiefung liegend, eingefügt ist, und daß'lediglich letzterer vorzugsweise durch eine Membran (8) verformbar und betriebsmäßig über die Teilstrecken (5a, 5b) im Sinne der Herstellung einer elektrischen Verbindung zwischen den Anschlußelektroden (3a, 3b) wirksam ist (Figur 3).