DE2202881B2 - Quecksilberschalter - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Quecksilberschalter, dessen abgedichtetes Gehäuse einen Hohlraum umschließt, in dem ein magnetisch betätigbarer, wenigstens teilweise mit Quecksilber benetzbarer Anker frei beweglich angeordnet sowie eine gerade zur Bildung einer dünnen Quecksilberschicht ausreichende Quecksilbermenge vorgesehen ist, und bei dem wenigstens eine ortsfeste Elektrode isoliert durch das Gehäuse geführt ist, die bis in die Nähe des Ankers verläuft.

Bei derartigen bekannten Quecksilberschalter!! ist der Anker als Paßkörper, Schwimmer oder z. B. als »Schiffchen« ausgebildet, das innerhalb einer zylindrischen Röhre in deren Längsrichtung auf einer dünnen Quecksilberschicht frei hin und her beweglich ist (USA.-Patentschriften 3144533, 3380006). Da das Schiffchen mit Ausnahme seiner stirnseitigen Enden aus einem mit Quecksilber nicht benetzbaren Material gefertigt ist, reitet es gleichsam auf der Quecksilberschicht. Dies bedeutet, daß zur Bewegung des Schiffchens ein unerwünscht großer Energieaufwand erforderlich ist.

Hinzu kommt, daß die bekannten Quecksilberschalter verhältnismäßig komplex und deswegen schwer herstellbar und teuer sind. Beispielsweise wird ein in seinen Abmessungen kompliziertes Glasgehäuse verwendet, zu dessen hermetischer Abdichtung einschließlich der Befestigung der Elektroden an den Stirnseiten des Gehäuses es mehrerer Arbeitsgänge bedarf.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen lageunempfindlichen Quecksilberschalter der eingangs genannten Gattung zu schaffen, der mit möglichst geringer Energie betätigt werden kann und der in der Herstellung verhältnismäßig unkompliziert und kostengünstig ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegc benen konstruktiven Maßnahmen gelöst.

Nach der Erfindung besteht also der Quecksilberschalter grundsätzlich nur aus drei Teilen: Sockel, Kopfstück, Anker zuzüglich dem Quecksilber. Nur zwei der Teile werden, nachdem das dritte Teil in

Form des Ankers in einfacher Weise zwischen die beiden Teile eingesetzt worden ist, abgedichtet miteinander verbunden, und zwar in einem eindgen Arbeitsvorgang durch Hochdruckgasschweißen. Daher läßt sich der Quecksilberschalter mit vergleichsweise geringen Kosten herstellen. Dabei kann der Quecksilberschalter in der Druckatmosphäre ohne Schwierigkeit hermetisch abgedichtet werden, so da3 das Gehäuse Iuochdruckgas dauernd einschließen kann. Als weiterer Vorteil kommt hinzu, daß der Quecksilberschalter auf Grund seiner Ausbildung gegen störende Einflüsse reciit unempfindlich ist.

Die in den Unteransprüchen aufgeführten weiterbildenden Merkmale des Quecksilberschalters nach der Erfindung erbringen weitere bedeutende Vorteile. So bedeutet das Merkmal, daß der Anker eine Spiralfeder mit mehreren Windungen ist, daß der Quecksilberschalter mit geringem Energieaufwand betätigt werden kann. Es müssen hierbei lediglich die Reibungskräfte innerhalb der Feder sowie diejenigen Kräfte, die auf Grund der Viskosität des Quecksilbers und des im Hohlraum vorgesehenen Hochdruckgases bestehen, überwunden werden. Durch diese Ausbildung kann eine hohe Empfindlichkeit des Schalters erzielt werden. Ferner wird, was von größerer Bedeutung ist. durch die Ausbildung des Ankers als Spiralfeder der Quecksilberfluß erleichtert, so daß sich das Quecksilber sehr schnell ah, kontinuierliche Schicht erneut verteilen kann, wenn durch die Betätigung der Kontakte diese Schicht unterbrochen war.

Diese günstige Erscheinung kann noch dadurch gefördert werden, daß die Federwindungen geschlitzt werden oder aber die Innenflächen des Hohlraums mit Nuten, Vorsprüngen od. dgl. versehen werden. Auch ein Aufrauhen der Oberfläche trägt zur erwünschten Neuverteilung des Quecksilbers nach einer Kontaktbetätigung bei.

Ausführungsbeispiele des Schalters nach der Erfindung sind in der folgenden Beschreibung an Hand der Zeichnung näher erläutert. Diese zeigt in

Fig. 1 einen Schnitt durch einen monostabilen Schalter in geöffneter Stellung, der durch Anlegen eines Magnetfeldes, beispielsweise mittels eines Dauermagneten, geschlossen werden kann,

Fig. 2 einen Schnitt durch eine gegenüber dem Schalter gemäß Fig. 1 abgewandelter Ausführungsform mit zwei Stationärkontakten,

Fig. 3 einen Schnitt durch ein elektromagnetisches Quecksilber-Relais, das in Abhängigkeit von der Erregung der Spule geöffnet und geschlossen werden kann.

Fig. 4 einen Schnitt durch ein bistabiles, elektromagnetisches Einzelkontakr-Quecksilber-Relais,

Fig. 5 einen Schnitt durch ein bistabiles Quecksilber-Relais,

Fig. 6einen spiralenförmigen Anker in Draufsicht, Fig. 7 einen Schnitt durch den erregten Anker gemäß Fig. 6, der einen Stationärkontakt berührt,

Fig. 8 einen Schnitt durch ein Relais mit einem in Keramik vorgesehenen Hohlraum, der mit einem mit Quecksilber benetzbaren Gitter ausgekleidet ist,

Fig. 9 einen Schnitt durch ein Relais, dessen mit Quecksilber benetzbare Hohlraum-Innenwände zur Vergrößerung der wirksamen Linearlänge der benetzbaren Oberfläche mit einem nicht benetzbaren Gitter bedeckt sind,

Fig. 10 einen Schnitt durch ein Quecksilber-Relais mit einem schwimmenden Anker,

Fig. 11 den Anker gemäß Fig. 10 mit einer Kapillarnut in Draufsicht,

Fig. 12 einen Schnitt nach Linie 3-3 in Fig. 11, Fig. 13 einen Schnitt durch eine gegenüber dem Relais gemäß Fig. 10 abgewandelte Ausführungsform, bei der die Hohlraumwände Vorsprünge aufweisen,

Fig. 14 einen Schnitt durch eine gegenüber dem Relais gemäß Fig. 10 abgewandelte Ausführungsform, bei der die Hohlraumwände Nuten aufweisen, Fig. 15 einen Schnitt durch einen Teil eines lamellenartig ausgebildeten Ankers in einer ersten Ausführungsform sowie

Fig. 16 in einer zweiten Ausführungsform und •5 Fig. 17 in vergrößertem Maßstab einen Schnitt durch einen betätigten Anker und Stationär kontakt. Der aus Fig. 1 ersichtliche Sockel 10 für ein Kopfstück 11 ist aus unmagnetischem Werkstoff hergestellt und an seiner Innenseite mit Quecksilber benetzbar, »o An den Sockel 10 ist ein unmagnetisches Kopfstück 11 angeschweißt, das an der Innenseite ebenfalls mit Quecksilber benetzbar ist. Das Kopfstück 11 und sein Sockel 10 sind mittels einer Umfangs-Widerstands-Schweißnaht 12 miteinander verschweißt. Durch das »5 Kopfstück 11 verläuft isoliert ein Kontaktstift 14, der die Form einer Stange mit einem Kupfer-Nickelkern aufweist; der Kern kann auch aus anderen Metallen bestehen, sofern diese die Schaffung einer mit Quecksilber benetzbaren Ausnehmung zulassen. Die Außenschicht des Kerns ist eine nicht benetzbare Abdeckung IS, die weiter als der Kern nach innen in die aus dem Kopfstück 11 und dem Sockel 10 gebildete Umhüllung £ verläuft. Der Zapfen 14 ist magnetisch und mittels einer nicht benetzbaren Glasdichtung 16 vom Kopfstück 11 isoliert. An der Innenseite des Sockesl 10 ist ein Spiralanker 17 angeschweißt, und zwar am äußeren Endpunkt 18. Der Spiralanker 17 ist eine Spirale mit mehreren Windungen, die in Wirklichkeit als lange Blattzunge bzw. Feder dient, deren bewegliches Ende 20 sich im Mittelpunkt der Spirale 17 befindet. Die Spirale 17 hat eine Länge von etwa 76 mm und einen Durchmesser von etwa 9,5 mm.

Die Spirale 17 ist derart behandelt, daß sie mit Quecksilber benetzbar ist; der Zwischenraum zwischen der Spirale 17 und der Innenfläche des Sockels 10 ist vollständig oder überwiegend mit Quecksilber gefüllt, wobei dieser Zwischenraum mit einer Schicht aus Quecksilber gefüllt werden kann. Wegen ihres gzringen Abstandes voneinander (0,1905 mm) ist der Raum zwischen den Windungen der Feder 17 ebenfalls, genau wie die Innenfläche der Spirale, mit Quecksilber gefüllt.

Die einzigen Oberflächen innerhalb der Umhüllung E, die nicht mit Quecksilber benetzbar sind, sind die Fläche des Isolators 16 und die Außenfläche des Kontaktstiftes 14. Der Kern des Kontaktstiftes 14 ist mit Quecksilber benetzbar, jedoch ist sein inneres Ende gegenüber dem inneren Ende des Kontaktstiftes 14 etwas zurückversetzt, so daß der Kern mit derr Spiralanker 17 nie in körperliche Berührung kommt Der Kern trägt jedoch Quecksilber und kann dahei in vollständigen elektrischen Kontakt mit dem Ankei 17 kommen.

Der Spiralanker 17 kann mittels eines durch einer Dauermagnet M erzeugten Magnetfeldes mit dem inneren Ende des Kontaktstiftes 14 in Berührung ge bracht werden, wenn der Dauermagnet M dem Schal-

ter angenähert wird. Der Spiralanker 17 kann auf Grund seiner Eigenelastizitä: in geöffneter Stellung gehalten werden, wobei dies jedoch vorzugsweise durch einen kreisförmigen, radial magnetisierten Haltemagneten 21 erfolgt, der an einer axial am Sockel 10 befestigten Stange 22 angeordnet ist. Die Anwendung eines syrrimetrischen Magnetfeldes bewirkt eine gleichförmige Vorspannung auf alle Windungen der Spirale 17, wodurch sich die Feder vom Kontakt weg zu bewegen sucht. Bei einigen Ausführungsformen würde sich die Feder so weit bewegen, bis sie von der Innenwand des Sockels 10 angehalten werden würde. Falls dies zu einem Ankleben führt oder ein zu großes Ausmaß an Bewegung einschließt, kann ein nicht dargestellter unbenetzbarer Vorsprung als Anschlag vorgesehen werden.

Der aus Fig. 2 ersichtliche Schalter ist ein Relais mit einem Umschaltkontakt, d. h. ein Relais mit zwei stationären Kontaktstiften 30, 31 und einem einzigen spiralförmigen Anker 32. Die Umhüllung bzw. das Gehäuse E besteht aus einem unmagnetischen Kopfstück 33 und einem unmagnetischen Sockel 34, die bei 25 miteinander verschweißt sind und eine zylindrische Kapsel E bilden. Der Gesamtdurchmesser des Kopfstücks 33 bei einer Ausführungsform beträgt 8,255 mm. Alle anderen Abmessungen sind in der Zeichnung maßstabsgetreu dargestellt. Die Kontaktstifte 30, 31 bestehen aus einer Dichtungslegierung mit einem Kern aus einer Kupferlegierung, wobei der Kontaktstift 30 unmagnetisch und der Kontaktstift 31 magnetisch ist. Die Kontakte sind nur an ihren Kernen 36,37 mit Quecksilber benetzbar, die bei 38,39 etwas ausgespart sind und durch Glaswülste 40, 41 in den Hohlraum hineinragen. Das Ende der Ankerfeder 32 berührt normalerweise den Kontaktstift 30, da sie durch den Dauermagnet 21 entsprechend vorgespannt bzw. gehalten wird, was jedoch der Einfachheit halber in der Zeichnung nicht dargestellt ist; dagegen kann der Anker durch das Anlegen eines äußeren Fremdmagnetfeldes, genau wie in Fig. 1, an das Ende des Kontaktstiftes 31 gezogen werden. Das Quecksilber 42 bedeckt außer den IsoHerungshülsen 40, 41 und den Außenwänden der Kontaktstifte 30, 31 alle sonstigen Bereiche. Das Relais gemäß Fig. 2 ist daher monostabil, und zwar auf Grund der Anordnung des Ankers 32 in bezug auf den Kontaktstift 30 und/oder auf Grund der Anwesenheit des Haltemagneten 21.

Aus Fig. 3 ist die Ausbildung eines Relais ersichtlich, das normalerweise offen ist und durch das Erregen einer auf dem Kontaktstift 31 angeordneten Spule 48 geschlossen werden kann. Aus Fi g. 4 ist ersichtlich, wie der Schalter gemäß Fig. 3 in ein Relais umgewandelt werden kann, das auf Grund des Haltemagneten 45 in die Schließstellung einrastet, jedoch auf Grund der zusätzlichen Anordnung von erregbaren Spulen 46, 48 normalerweise offen ist. Fig. 3, die im Prinzip hauptsächlich der Fig. 1 entspricht, ist maßstabsgetreu gezeichnet, wobei der Durchmesser des Hohlraums 8,255 mm beträgt. Aus Fig. 3 ist ersichtlich, daß die Anordnung und Menge der erforderlichen Quecksilberschichten gegenüber Fig. 1 etwas unterschiedlich ist, wobei dies jedoch darauf beruht, daß die Zwischenräume zwischen Anker und Wand verschieden sind. Die zusätzliche Anordnung eines Haltemagneten mit radialer Magnetisierung und einer Spule 46, die auf dem mit dem Kopfstück 48 verschweißten magnetischen Kontaktstift 47 angeordnet ist. hat zur Folge, daß sich der Anker 17, wenn die Form-A-Spulc 48 erregt wird, zum Kontaktstift U bewegt, wo er durch den Dauermagnet 45 gehalter wird. Die Erregung der Spule 46 löst die Verriegelung und öffnet den Schalter, der daraufhin geöffnet bleibt Der magnetische Kontaktstift 47 ragt nicht in der Hohlraum, da er nicht als Kontakt benötigt wird.

Das aus Fi g. 5 ersichtliche Relais unterscheidet siel·

von demjenigen gemäß Fig. 2 dadurch, daß beidf Kontaktstifte magnetisch sein müssen, wogegen die magnetische oder unmagnetische Ausbildung de; Kontaktstiftes 36 gemäß Fig. 2 wahlweise erfolger kann; weiterhin ist der Anker 17 in einer mittiger Lage eingestellt, so daß der Schalter normalerweise an beiden Kontakten offen ist. Es werden zwei Spuler

•5 46,48 sowie zwei Dauermagnete 45, 45a verwendet die in gleicher Weise radial magnetisiert sind, um einen bistabilen Halte- bzw. Sperrschalter zu schaffen Hierbei müssen die Magnete 45,45a stark genug aus gebildet sein, um den Halte- bzw. Sperrvorganj durchführen zu können, wenn der Anker bewußt be tätigt wird.

Wenn der Magnet 45 weggelassen wird, ergibt sich der Haltevorgang nur auf der Seite A. Bei Verwen dung eines ausreichend starken Magneten 45 und ei

^a5 ner einzigen Spule 46 erhält man einen monostabiler Schalter, während sich, wenn man zwei Spulen, dagegen keine Dauermagneten verwendet, eine außermit tige Arbeitsweise des Typs K ohne Haltevorgang bzw Sperrung ergibt.

Aus Fig. 6 ist eine Spirale 17 mit einer einziger Windung ersichtlich, die durch Einätzen oder Einprä gen eines spiralförmige η Schlitzes 50 in eine dünne Scheibe aus magnetischem Metall gebildet und plat tiert oder derart behandelt ist, daß hiermit Quecksil ber benetzbar ist; hierbei wird eine 0,1905 mm breite Ätzung mit einem 5,08 mm breiten Zwischensteg 51 verwendet. Die Spirale 17 ist aus konzentrischer Kreisen, die durch gerade Linien verbunden sind, gebildet, weswegen sie in Wirklichkeit keine geometri

sehe Spirale ist. Dies ist jedoch aus Gründen der er leichterten Herstellung vorgesehen. Mit gleichei Wirkung könnten mehrere Spiralen verwendet wer den, wobei es jedoch beträchtlich vorteilhafter ist, Ie diglich eine Spirale zu verwenden, da dies die flexibel

« ste und empfindlichste Konstruktion darstellt, die einer Feder von maximaler Länge entspricht. Dei Grund hierfür ist darin zu suchen, daß eine einzige Feder außerordentlich lang sein kann, wogegen be Mehrfachspiralen, d. h. bei Vielfachfedern, jede Fe

der relativ kurz und daher auch relativ steif ist. Die Gesamtanzahl der bei der Spirale verwendeten Win düngen hängt von der gewünschten Empfindlichkei ab und kann ebenso wie die Spiralendicke, Spiralen breite, die Werkstoffhärte u. dgl. verändert werden

Das Aussehen des Spiralankers während seiner Be wegung ist am besten aus Fig. 7 ersichtlich, die in vergrößertem Maßstab dargestellt ist. Die Feder ist ver dreht, da ihre Außenkante bewegungsfest gehalten ist während ihr Mittelpunkt bzw. ihr Zentrum in Beruh

rung mit dem Ende des Kontaktstiftes 14 kommt Dieser weist einen mit einer Ausnehmung versehenen mit Quecksilber benetzbaren Kern 15, jedoch eine nicht benetzbare Außenschicht 15 a auf. Aus dieserr Grund, d. h. auf Grund der Ausnehmung, schlägt dei

Anker am nicht benetzbaren Ende 15 ft des Kontaktstiftes 14 an. Die Ausnehmung ist ausreichend flach gehalten, daß ein Quecksilbertropfen den Mittelpunk! 52 des Ankers 17 berühren kann. Bei voller Betäti-

gung berührt der Mittelpunkt 52 das Ende 156 des Kontaktstiftes 14.

Wie schon erwähnt, ist die Fähigkeit, das Quecksilber zu halten, eine Funktion der Gesamtlänge des Halteelementesund nicht des Bereiches, d. h., daß die von der Gesamtoberflächenspannung ausgeübte Kraft mit der Länge anwächst. Diese Länge kann dadurch vergrößert werden, daß an den Innenflächen des Kopfstückes und des Sockels Spiralen, Gitter oder andere Vorrichtungen befestigt werden, die die Oberfläche vergrößern und daher eine größere Kantenlänge schaffen.

Dies erfolgte bei der Ausführungsform gemäß Fig. 9, bei der an die Seitenwände des Kopfstücks 11 und des Sockels 10 nicht benetzbare Spiralen oder Gitter angeschweißt sind. Dadurch ist die Wandoberfläche in viele kleine Bereiche aufgeteilt, wodurch jedoch bei Betrieb die Gesamtlänge der vom Quecksilber benetzbaren Oberfläche und damit auch die verfügbare Kraft vergrößert ist.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 8 bestehen das Kopfstück 80 und der Sockel 81 aus Keramik, und die Wände des Hohlraums sind mit einer benetzbaren Gitterschicht 82 versehen. Ansonsten können bei den Relais gemäß Fig. 8 und 9 die Arbeitsweise und die konstruktiven Merkmale der Relais gemäß Fig. 1 bis 5 verwendet werden, d. h. die gemäß Fig. 8 oder 9 ausgebildeten Hohlräume bzw. Gehäuse können nach Wunsch bei den Systemen gemäß Fig. 1 bis 5 verwendet werden.

Es besteht die Möglichkeit, daß die beschriebenen Relais oder Schalter im falschen Augenblick anziehen, und zwar auf Grund der von der Oberflächenspannung herrührenden Kräfte oder, falls Dauermagnete verwendet werden, auf Grund von zusätzlichen Magnetkräften. Dies kann in Abhängigkeit einer Erschütterung, der Lage, einer Schwingung. Beschleunigung od. dgl. erfolgen. Um diese unvorhersehbare Möglichkeit zu vermeiden, können Dauermagnete verwendet werden, die auf die Ebene des Spiralankers ausgerichtet sind. In diesem Fall sucht sich der Anker, auf das durch die Dauermagnete erzeugte Magnetfeld auszurichten.

Bei den Ausführungsformen gemäß Fig. 8 und 9 sind Dauermagnete 85 verwendet, um die Anker 17 planar gespannt zu halten. Dieses Hilfsmittel kann auch bei den Relais gemäß Fig. 1 bis 5 angewendet werden. Zu diesem Zweck können Stabmagneten verwendet werden, jedoch sind Ringmagneten, die die Hohlräume umgeben, vorteilhafter.

Da der Schalter außerordentlich empfindlich ist, kann er besser durch einen Dauermagnet als durch eine Spule gesteuert werden. Wenn der Dauermagnet auf einem beweglichen Glied angeordnet ist, kann die gesamte Kombination als Begrenzungsschalter angesehen werden, bei dem, wie aus Fig. 1 ersichtlich, keinerlei körperlicher Kontakt erforderlich ist.

In diesem Zusammenhang hat sich gezeigt, daß ein Dauermagnet zur Bewegung des Ankers in jeder Richtung verwendet werden kann, und zwar in Abhängigkeit von der Anordnung des Magneten in bezug auf den Anker. Wenn das Magnetfeld zur Mittellinie oder Achse des Ankers symmetrisch ist, wird der Anker immer in Richtung des Magneten gezogen. Wenn jedoch das Magnetfeld asymmetrisch oder achsenversetzt angeordnet ist, kann der Anker abgestoßen oder angezogen werden. Der Grund hierfür liegt darin, daß der maenetisierte Anker, entlang eines Radius gesehen, ein lineares Feld aus Nord- und Südpol darstellt. Wenn sich dem Feld außerhalb seiner Achse ein Nordpol nähert, kann diesem Nordpol ein Südpol am nächsten liegen, wodurch der Anker angezogen wird,

5 oder es kann diesem Nordpol ein Nordpol am nächsten liegen, wodurch der Anker abgestoßen wird. Dies wird auch dann deutlich, wenn der Anker an Stelle des sich nähernden Nordpoles durch eine andere Vorrichtung magnetisiert wird, wobei sich auch empirisch bestimmen läßt, daß sich der gleiche Effekt bei einem magnetisch unpolarisierten Anker ergibt, d. h. die durch einen sich nähernden Einzelpol erzeugten Felder können ein Anziehen oder Abstoßen bewirken, je nach der Anordnung des Pols in bezug auf den An-

»5 ker.

Aus Fig. 10 bis 17 ist ein verbessertes Federrelais ersichtlich, bei dem ein hermetisch abgedichtetes Gehäuse verwendet ist; dieses besteht aus einem miteinander verschweißten Kopfstück und Sockel und enthält in seinem Hohlraum eine Spiralfeder als Anker. Dieser ist lamellen- bzw. schichtenförmig ausgebildet und besteht aus gut leitendem Metall; er ist weiterhin mit einer spiralförmigen Kapillarnut versehen bzw. weist eine aufgerauhte Oberfläche auf, wodurch gleichsam ein Docht für das Quecksilber geschaffen ist; weiterhin kann der Anker frei im Quecksilber schwimmen, d. h. er ist am Gehäuse nicht angeschweißt. Der Anker wird schließlich in einer Atmosphäre aus Wasserstoffgas betätigt, das unter einem Druck von etwa 14 bis 17,5 kp/cm² steht, und es ist lediglich soviel Quecksilber vorgesehen, daß auf den mit Quecksilber benetzbaren Innenflächen des durch das Kopfstück und den Sockel gebildeten Hohlraums und auf dem Anker dünne Schichten gebildet werden bzw. auf dem Anker allein, sofern die Hohlkapsel aus mit Quecksilber unbenetzbarem Werkstoff hergestellt ist. Der Anker befindet sich so dicht an den Hohlraumwänden, beispielsweise etwa 0,254 mm, daß sich bei jeder Betätigung des Schalters zwischen diesem und den Wänden Kontakt ergibt; dies trägt auf diese Weise zur Umverteilung bzw. Neuverteilung des Quecksilbers bei, so daß die Quecksilbermenge im Schalter mit Sicherheit um diejenige Menge verringert werden kann, die andernorts benötigt wird. Die Verwendung einer Minimalmenge an Quecksilber verringert die Möglichkeit, daß sich eine Quecksilberlache bildet und die Stromkreiskontakte kurzgeschlossen werden oder das Quecksilber in solchem Ausmaß von den Kontakten entfernt wird, daß sich trockene Kontakte ergeben. Es wird auch ein verbesserter stationärer Kontakt verwendet, der auf Grund seiner Konstruktion nicht anklebt.

In der Zeichnung ist mit 100 ein Kopistücksocke bezeichnet, der aus Metall hergestellt und an seinei Innenseite mit Quecksilber benetzbar sein kann. Da; Metall kann vorzugsweise unmagnetisch sein, jedocr ist magnetischer Werkstoff, insbesondere Kohlen stoffstahl, hinsichtlich der Herstellung von Glas-Me talldichtungen vorteilhaft. Letztere müssen nicht mi Quecksilber benetzbar sein. An den Sockel 100 is ein Kopfstück 101 angeschweißt, das wahlweise au; dem gleichen Material wie der Sockel 100 bestehet kann. Das Kopfstück 101 ist mit dem Sockel 100 mit tels einer Umfangs-Widerstands-Sehweißnaht 1Oi verbunden. Der Sockel 100 und das Kopfstück 10] werden axial von Stationärkontakten 103,104 durch setzt, die die Form von Stangen mit einem Kupfer Nickelkern aufweisen. Die den Kern umgebendi

Außenschicht ist eine nicht mit Quecksilber benetzbare Umhüllung 105, die das Kopfstück 101 und den Sockel 100 weiter nach innen hin durchsetzt, als dies beim Kern 106 der Fall ist. Die Kontaktstifte 103, 104 sind magnetisch und mittels Glasdichtungen 107, die von Quecksilber nicht benetzbar sind, vom Kopfstück 101 und vom Sockel 100 isoliert.

Innerhalb des durch den Sockel 100 und durch das Kopfstück 101 gebildeten Gehäuses E ist ein Spiralanker 108 angeordnet. Wenn der Anker 108 durch den in einer der Spulen 202 oder 203 fließenden Strom erregt wird, bewegt sich das Ankerzentrum 109 (Fig. 17) auf einen Kontaktstift 103 bzw. 104 hin. Die Dauermagnete 205,206sind Haltevorrichtungen, die die Relais bei Bedarf dadurch bistabil machen, daß, nachdem der Anker sich nach einer Seite ausgebogen hat, der Magnetkreis längs der Seite des Relais, die die geschlossenen Kontakte aufweist, minimal ist und der Anker daher stabil hält. Darüber hinaus suchen die von der Oberflächenspannung herrührenden Kräfte, die geschlossenen Kontakte in der Schließstellung zu halten.

Der Anker 108 ist eine aus mehreren Windungen gebildete Spirale, die als lange Feder wirkt und ihr bewegliches Kontaktende 109 im Mittelpunkt der Spirale hat. Die Spirale kann eine Länge von etwa 50,8 mm und einen Durchmesser von etwa 0,5 mm aufweisen. Vorteilhafterweise werden 3 bis 5 Windungen verwendet, wobei jedoch eine größere oder geringere Windungsanzahl zur Anwendung gelangen kann; weiterhin ist zwischen den Windungen ein Abstand von etwa 0,1905 mm vorgesehen.

Der Spiralanker 108 ist ähnlich einer Triebfeder einer Uhr hochelastisch und mit Quecksilber benetzbar. Die Innenflächen des durch das Gehäuse E gebildeten Hohlraums und sämtliche Flächen des Ankers 108 sind bei einer Ausführungsform von einer dünnen Quecksilberschicht bedeckt, wobei soviel Quecksilber vorgesehen ist, daß sich die Schicht, dagegen aber nicht eine Quecksilberlache bilden kann. Dadurch ist gewährleistet, daß das Relais lage-unempfindlich ist, da die Quecksilberschichten den benetzbaren Oberflächen mit großen Oberflächenspannungskräften anhaften.

Der Anker schwimmt in Quecksilber, insbesondere innerhalb Hohlkehlen bei 208, die an den Kanten des Hohlraums in Fig. 10 und 13 oder durch die Anziehungskraft an einen Ringraum 306 in Fig. 14 gebildet sind. Dadurch sinJ sämtliche Schweißprobleme beseitigt, wobei sich der Anker darüber hinaus zusätzlich bewegen kann, nämlich sowohl als Kolben als auch als Feder. Dadurch ergibt sich ein besserer Kontakt zwischen dem Anker 108 und den stationären Kontakten 103, 104. Weiterhin kann der Anker an weit von seinem Zentrum entfernten Stellen die Innenwände des durch das Gehäuse E gebildeten Hohlraums berühren oder sich diesen sehr weit annähern (hierbei sei in diesem Zusammenhang auf die zuvor erwähnte Quecksilber-Zwischenschicht verwiesen), was zur Umverteilung bzw. Neuverteilung des Quecksilbers zwischen den Wänden und dem Anker beiträgt, wenn dieser sich öffnet und schließt.

Die einzigen Oberflächen innerhalb des Gehäuses E bzw. innerhalb des Hohlraums, die bei einer Ausführungsform nicht mit Quecksilber benetzbar sein müssen, sind die Oberflächen der Isolatoren 107 jnd die Außenflächen 105 und Ränder der Kontakt- »tifte 103,104. Die Kerne 106 der Kontaktstifte 103, 104 sind mit Quecksilber benetzbar, und ihre Endei sind etwas zurückversetzt, so daß sie vom Anker nie mais direkt berührt werden können. Der Kern trag eine Quecksilberschicht und kann daher mit dem An

S ker in elektrischen Kontakt, jedoch nicht in mechanischen Kontakt kommen.

Der Anker in der Ausführungsform gemäß Fig. 11 besteht aus Windungen 300, die spiralenförmig nach innen zum Mittelpunkt 301 verlaufen. Der Ankei

ίο kann etwa 0,076 mm dick sein.

Bei einer Ausführungsform verläuft längs der Windungen des Ankers zur Vergrößerung der Oberflächenspannungeine Kapillarnut 302, da das Quecksilber leichter in einem Kanal fließt. Die Kapillarnut kann jedoch auch durch ein anderes Hilfsmittel ersetzt bzw. zusätzlich zu diesem vorgesehen werden. Die Oberflächen des Ankers können mit Quecksilber benetzbarem Material plattiert sein, d. h. Nickel auf Kupfer oder Kupfer auf Nickel; die Plattierung kann auch rauh gehalten werden, wie dies beispielsweise bei303in Fig. 16 ersichtlich ist, was die Oberflächenspannung vergrößert und den Quecksilberfluß erleichtert. In gleicher Weise können die Innenflächen des Kopfstückes und des Sockels mit Kapillarnuten oder Vorsprüngen versehen bzw. aufgerauht sein, wodurch die Oberflächenspannung vergrößert und der Quecksilberfluß erleichtert wird, da das Aufrauhen der Oberfläche viele Kanäle schafft; dies ist beispielsweise bei den Ausführungsformen gemäß Fig. 10 und 13 der Fall, bei denen das Gehäuse bzw. der Hohlraum unmagnetisch und mit Quecksilber benetzbar ist. Wenn das Gehäuse aus magnetischem Material besteht und nicht benetzbar ist, wie dies beispielsweise in Fig. 14 der Fall ist, sind die vorgenannten Hilfsmittel nicht erforderlich; hierbei ist jedoch ein Ring 306 aus Nickel oder einem anderen schweißbaren Material entweder an den Sockel oder an das Kopfstück bzw. an diese beiden Teile angeschweißt, um über das Quecksilber einen guten Kontakt zwischen dem Kopfstück und dem Anker zu schaffen. Der Ring 306 kann aufgerauht sein oder eine anderweitig vergrößerte Oberfläche aufweisen.

Der Anker selbst kann schichten- bzw. lamellenförmig auf gebildet sein. Er muß magnetisch und seine Oberfläche mit Quecksilber benetzbar sein. Er kann einen magnetischen Kern 307 und nicht magnetische, mit Quecksilber benetzbare Oberflächen 308 aufweisen, die, wie aus Fig. 15 ersichtlich, auf den Kern 307 plattiert oder hierauf geschichtet sind; der Anker kann jedoch auch einen unmagnetischen Kern 309 sowie magnetische Schichten 400 aufweisen, die den Kern 309 umgeben, wobei die magnetischen Schichten 400 ihrerseits mit einer rauhen Oberfläche aus schweißbarem Material, d. h. Nickel, Jupfer od. dgl., dünn plat-

tiert sind. In jedem Fall muß wenigstens eine der Schichten, aus denen der Anker hergestellt ist, einen erheblich geringeren Widerstand als Quecksilber aufweisen, um einen Nebenschluß bzw. einen Parallelweg vom Gehäuse zum Stationärkontakt 104 durch das Quecksilber hindurch zu schaffen. Der Stationärkontakt muß einen ausgesparten, mit Quecksilber benetzbaren Bereich 405 und einen diesen umgebenden, darüber hinausragenden Bereich 406 aufweisen, an den der Anker anschlägt. Hierdurch wird ein Ankleben vermieden. Die Außenschichten des Ankers können elektrochemisch ausgeschieden bzw. ausgefällt sein, und ebenso können die Kapillarnuten und Schlitze elektrochemisch geätzt sein.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (15)

Patentansprüche:

1. Quecksilberschalter, dessen abgedichtetes Gehäuse einen Hohlraum umschließt, in dem ein magnetisch betätigbarer, wenigstens teilweise mit Quecksilber benetzbarer Anker frei beweglich angeordnet sowie eine gerade zur Bildung einer dünnen Quecksilberschicht ausreichende Quecksilbermenge vorgesehen ist, und bei dem wenigstens eine ortsfeste Elektrode isoliert durch das Gehäuse geführt ist, die bis in. die Nähe des Ankers verläuft, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (E) zweiteilig aus einem Sockel (10,100) und einem Kopfstück (11, 101) gebildet ist, die längs ihres Umfanges abgedichtet miteinander verschweißt sind und zwischen sich den Hohlraum bilden, der zylindrisch mit größerem Durchmesser als Länge sowie mit etwa parallel zueinander verlaufenden großen Innenflächen ausgebildet und an dessen einer großen Innenfläche senkrecht zu dieler etwa mittig die Elektrode (14) angeordnet ist, ynd daß der Anker (17, 108) vollständig mit Quecksilber benetzbar sowie scheibenförmig ausgebildet und koplanar zu den großen Hohlrauminnenflächen angeordnet ist, wobei er aus seiner Ebene elastisch herausbewegbar und in einer ienkrecht zur Ebene der Hohlrauminnenflächen verlaufenden Bewegungsrichtung betätigbar ist.

2. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker (17, 108) lediglich nahe seines Umfanges im Hohlraum gelagert ist.

3. Schalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker (17) an seinem Umfang durch Schweißen oder Festklemmen an dem den Hohlraum umgebenden Gehäuseinnem befestigt ist (Fig. 1 und 9).

4. Schalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker (17, 108) nahe seines Umfangs in einer durch das Quecksilber gebildeten Umfangshohlkehle (208) freischwimmend gelagert ist.

5. Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der scheibenförmige Anker eine Spiralfeder (17, 108) mit mehreren Windungen (SO, 300) ist.

6. Schalter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Windungen (50, 300) der Spiralfeder (17,108) einen solchen Abstand voneinander aufweisen, daß sie zwischen sich eine Quecksilberschicht halten.

7. Schalter nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Windungen (300) der Spiralfeder (108) auf wenigstens einer ihrer Oberflächen eine spiralenförmige, mit Quecksilber benetzbare Kapillarnut (302) besitzen.

8. Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächen des Ankers (17, 108) mittels eines mit Quecksilbei benetzbaren Materials plattiert sind.

9. Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker (17,108) zur Vergrößerung der Anziehungskraft für Quecksilber eine aufgerauhte Oberfläche aufweist.

K). Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker (108) mehrschichtig ausgebildet ist.

11. Schalter nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker (108) eine Oberflächenschicht (308 bzw. 400) aus Metall aufweist, die längs des Ankers (108) einen wesentlich geringeren Widerstand als die auf der Ankeroberfläche befindliche Quecksilberschicht besitzt.

12. Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis i 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine der großen Innenflächen des Hohlraumes mit Quecksilber benetzbare Schlitze oder Vorsprünge aufweist.

13. Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlraum mit Gas unter einem Druck von wenigstens 7 kp/ cm² gefüllt ist.

14. Schalter nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Gasdruck 14 bis 17,5 kp/ cm² beträgt.

15. Schalter nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas Wasserstoff ist.