DE603821C - Elektrischer Leistungsschalter mit mindestens einem Fluessigkeitskontakt - Google Patents

Description

• Elektrischer Leistungsschalter mit mindestens einem Flüssigkeitskontakt Die Erfindung betrifft einen elektrischen Leistungsschalter mit mindestens einem Flüssigkeitskontakt.
• Es ist bereits bekannt, Quecksilber als Kontaktmaterial zu verwenden, und zwar erstens in Fällen, in denen man einen Kontakt mit möglichst geringem übergangswiderstand herstellen will, ohne jedoch mittels dieses Kontaktes Leistungen zu schalten, und zweitens in Fällen, in denen es sich darum handelt, mit geringen mechanischen Kräften verhältnismäßig große Leistungen und diese oftmalig zu schalten. Für den zuerstgenannten Fall wird in der Regel lediglich der eine Kontakt von Quecksilber gebildet, während der Gegenkontakt aus einem festen Leiter besteht. Eine solche Anordnung wird beispielsweise zum Einschalten von Normalwiderständen in Meßanordnungen auch heutzutage noch in erheblichem Umfange verwendet.
• Für die zweite Verwendungsart bieriutztman in der Regel Quecksilber als Kontakt und Gegenkontakt, indem man eine in einem Gefäß eingeschlossene Quecksilbermenge z. B. durch Lageänderung des Gefäßes teilt.
• Gemäß der vorliegenden Erfindung wird bei elektrischen Leistungsschaltern reit mindestens einem Flüssigkeitskontakt die Kontaktflüssigkeit durch Gallium gebildet, und ,es sind hierbei Mittel vorgesehen, durch die das Gallium bei üblichen Raumtemperaturen flüssig gehalten wird.
• Hierdurch wird ein wesentlicher technischer Fortschritt erzielt, der durch den besonders niedrigen Dampfdruck des Galliums gegeben ist. Bei Verwendung von festen Gegenkontakten, bei denen in der Regel für das flüssige Kontaktmaterial offene Behälter verwendet werden, ergibt sich der Vorzug, daß bei den üblichen Raumtemperaturen das Gallium praktisch überhaupt nicht verdampft, so daß die Gefahren, welche aus Quecksilberkontakten für die Gesundheit bisher entstanden, bei Verwendung von Galliumkontakten :entfallen. Besonders wesentlich ist es, da,ß der übergangswiderstand zwischen. einem festen Gegenkontakt und einem Galliumkontakt auf ein außerordentlich geringes Maß herabgesetzt werden kann, während Quecksilber, insbesondere in dem bei offenen Gefäßen unvermeidlichen unreinen Zustand, vielfach noch. einen meßbaren Übergangswiderstand hat, zumal wenn der feste Gegenkontakt, was bei dem Hantieren außerordentlich leicht vorkommen kann, mit einem Fettbrauch überzogen ist.
• Für die an zweiter Stelle angeführte Verwendungsart des Quecksilbers, nämlich die Herstellung beider Schalterkontakte aus dem flüssigen Metall, hat das Gallium den erheb- lichen Vorzug, daß infolge des sehr geringen Dampfdruckes wesentlich größere Leistungen bei gleichen Dimensionen geschaltet werden können als bei der Verwendung von Quecksilber, das bei seinem hohen Dampfdruck stets die Gefahr in sich birgt, daß bei dem Abschalten größerer Leistungen ein Lichtbogen stehenbleibt.
• Gegenüber den bekannten Quecksilberkontakten hat das Gallium allerdings den Nachteil, daß es erst bei einer Temperatur von ungefähr 3o° C von dem festen in den flüssigen Aggregatzustand übergeht. Es@führten deshalb dahingehende Vorschläge, bei elektrischen Dampfapparaten Quecksilber beispielsweise durch Gallium zu ersetzen, nicht zum Ziel. Dieser Nachteil wird nach der vorliegenden Erfindung erst dadurch behoben, daß man bei aus Gallium bestehenden Kontakten Mittel vorsieht, durch die das Gallium zumindest bei der Kontaktgabe bei üblichen Raumtemperaturen flüssig gehalten wird. Man kann zu diesem Zweck eine elektrische Heizvorrichtung vorsehen, von der an den Galliumkontakt solche Wärmemengen abgegeben werden," daß auch bei den tiefsten betriebsmäßig vorkommenden Temperaturen die Temperatur des Galliumkontaktes oberhalb 3o° C gehalten wird. Auch kann man das Gallium mit anderen Stoffen in Verbindung bringen, beispielsweise legieren, so daß sein Schmelzpunkt herabgesetzt wird.
• Als Behälter für einen Galliumschalter, bei dem ein Stromkreis durch Aufteilung einer Galliummenge unterbrochen werden soll, eignet sich jedes Isoliermaterial, das von Gallium nicht angegriffen wird, so z. B. Borsilicatglas oder Quarzglas. Man kann diese Behälter in der üblichen Weise entweder evakuieren oder mit einem oder mehreren geeigneten indifferenten Gasen, insbesondere Edelgasen, wie z. B. mit einem reichen Edelgas, wie Argon, Helium, oder mit einem Gemisch, wie z. B. Neon-Helium, füllen.
• Da >die Güte des metallischen Kontaktes mit Gallium durch Oxydhäute u. dgl. auf dem Gallium ungünstig beeinflußt wird, so werden erfindungsgemäß in den Behälter mit dem Galliumkontakt, insbesondere in ein mit dem eigentlichen Kontaktbehälter in Verbindung stehendes Ansatzgefäß, Stoffe eingeführt, welche zur Bildung von Wasserdampf, Sauerstoff und anderen, die Güte des metallischen Kontaktes ungünstig beeinflussenden Stoffen fähig sind, z. B. Alkali- oder Erdalkalimetalle. Auch empfiehlt es sich nach den üblichen vakuumtechnischen Erfahrungen, den Kontaktbehälter im Hochvakuum durch Abstreifen von :seiner Wasserhaut zu befreien; des weiteren empfiehlt es sich, auch das Gallium oder die Galliumlegierung, welche als Kontakt dient, im Hochvakuum zu entgasen. Man kann schließlich die Beheizung des Galliumkontaktes auch entbehrlich machen, wenn man eine Galliumlegierung verwendet, deren Schmelzpunkt niedriger als derjenige des reinen Galliums ist. Eine solche Legierung läßt sich z. B. durch Zusatz von Aluminium herstellen.
• Zur Bildung eines festen Gegenkontaktes eignen sich besonders mit Gallium nicht reagierende, hochschmelzende Metalle, wie z. B. Wolfram, Molybdän, Tantal, Eisen, Nicke, oder Legierungen dieser Metalle miteinander oder mit anderen Stoffen; mit Rücksicht auf die Aufrechterhaltung «der Güte des metallischen Kontaktes empfiehlt @es sich, diese Metalle oder Legierungen irn Hochvakuum sehr gut zu entgasen, insbesondere im Vakuum niederzuschmelzen und erstarren zu lassen.
• Eine gewisse Neigung zur Benetzung, die für die Verwendung von Gallium für beide Kontakte unerwünscht ist, zeigen z. B. reines Gallium wie auch manche Legierungen nur in so geringem Maße, daß sie bei der Anwendung geeigneter Behälter nicht mehr störend in Erscheinung tritt.

Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Elektrischer Leistungsschalter mit mindestens einem Flüssigkeitskontakt, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktflüssigkeit durch Gallium gebildet wird, und daß Mittel vorgesehen sind, durch die das Gallium bei üblichen Raumtemperaturen flüssig gehalten wird. a. Schalter nach Anspruch i, gekennzeichnet durch eine zweckmäßigelektrische Heizvorrichtung, von der an den Galliumkontakt solche Wärmemengen abgegeben werden, daß ,auch bei den tiefsten betriebsmäßig vorkommenden Temperaturen die Temperatur des Galliumkontaktes über 3o° C gehalten wird. 3. Schalter nach Anspruch i, gekennzeichnet durch Verwendung einer Galliumlegierung, deren Schmelzpunkt niedriger als derjenige 'des reinen Galliums ist. q.. Schalter nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Gegenkontakt aus einem festen leitenden Körper besteht, vorzugsweise aus hochschmelzendem, mit Gallium nicht reagierendem Metall, z. B. aus Wolfram, Molybdän, Tantal, Eisen, Nickel oder aus deren Legierungen untereinander oder mit anderen Stoffen. Schalter nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß beide zusammenwirkende Kontakte aus 'Gallium bestehen. 6. Schalter nach Anspruch 5, gekenn- 1 zeichnet durch Verwendung eines isolierenden Behälters (z. B. aus Borsilicatglas oder Quarzglas), dessen Galliuminhalt durch Lagenänderung des Behälters geteilt hzw. vereinigt werden kann. Schalter nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch Verwendung eines mit indifferentem Gas (z. B. Edelgas, rein, wie Argon, Helium, als Gemisch, wie Neon-Helium) gefüllten hzw. evakuierten Behälters. B. Schalter nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch Verwendung von Stoffen, -welche zur Bindung von Wasserdampf, Sauerstoff und anderen, die Güte des metallischen Kontaktes ungünstig beeinflussenden Stoffen fähig sind, z. B. von A1kah-oder Erdalkalimetallen, insbesondere in einem mit dem Kontaktbehälter in Verbindung stehenden Ansatzgefäß. 9. Schalter nach Anspruch i und 7, gekennzeichnet durch Verwendung von metallischen Kontakten (einschließlich Gallium oder Galliumlegierung), welche im Hochvakuum entgast öder niedergeschmolzen sind.