DE1182350B - Quecksilber-Schaltrelais - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Internat. Kl.: HOIh Deutsche Kl.: 21g-4/01

Nummer: 1182350

Aktenzeichen: M 48166 VIH c / 21;

Anmeldetag: 25. Februar 1961

Auslegetag: 26. November 1964

Anmelder:

John R. McKinney, Chalfont, Pa. (V. St. A.)

Vertreter:

Dr. H.-H. Willrath, Patentanwalt, Wiesbaden, Hildastr. 18

Als Erfinder benannt:

John R. McKkiney, Chalfont, Pa. (V. St. A.) - -

Quecksilber-Schaltrelais

Die Erfindung betrifft ein Quecksilber-Schaltrelais, bei dem innerhalb eines rohrförmigen, Quecksilber enthaltenden Gehäuses ein als Verdrängungskörper wirkender Tauchanker in Form einer zylindrischen Hülse aus magnetischem Material angeordnet ist, 5 wobei auf dem Umfang dieser Hülse ein Führungsteil vorgesehen ist, das die Reibung zwischen Tauchanker und Gehäuseinnenwand herabsetzt.

Derartige Quecksilber-Schaltrelais sind im allgemeinen mit zwei Kontaktelektroden versehen, von io
denen die eine immer in das Quecksilber eintaucht,
während die andere oberhalb des Quecksilberspiegels
liegt. Wenn nun das Relais seinen Kontakt schließen
soll, wird eine Magnetspule, die außen um das rohrförmige Gehäuse herum angeordnet ist, erregt. Sie 15 2

zieht dadurch den magnetischen Tauchanker in das

Quecksilber hinein. Das Quecksilber wird durch den entlanggleiten, mit einem härteren Material, wie bei-Tauchanker verdrängt, steigt nach oben und stellt spielsweise Graphit oder Perlmutt, umkleidete oder dadurch einen elektrischen Kontakt der eintauchen- das gesamte Führungsteil des Tauchankers aus solden Elektrode mit der normalerweise oberhalb des 20 chen Materialien herstellte. Das führte aber wiederQuecksilbers liegenden Elektrode her. um zu einem Abrieb der Glashülle, besonders in den Damit ein solches Quecksilber-Schaltrelais zu- beiden Endsteilungen des Tauchankers, da der verlässig schalten kann, muß sich der Tauchanker Tauchanker in seinen beiden Endstellungen erst nach möglichst ohne Widerstand in dem rohrförmigen Ge- , einigen Schwingbewegungen zur Ruhe kommt. Durch häuse auf- und abbewegen können. Er darf sich also 25 diesen Glasabrieb konnten sich in den Endstellungen bei dieser Bewegung weder verkanten, noch darf qr des Tauchankers ringförmige Riefen ausbilden, in einer zu großen Reibung an der Innenwandung des denen der Tauchanker dann hängenblieb.
Gehäuses ausgesetzt sein. Zu diesem Zweck ist es Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines bekannt, den Tauchanker innerhalb des rohrförmigen Quecksilber-Schaltrelais der eingangs beschriebenen Gehäuses mittels eines besonderen Führungsteils zu 30 Art, bei dem die geschilderten Schwierigkeiten selbst führen. Für diese Führung ist schon ein Wälzlager nach langer Betriebsdauer nicht auftreten,
verwendet worden. Man hat aber auch schon den Das wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß Tauchanker mit kleinen Vorsprüngen ausgerüstet, das Führungsteil für den Tauchanker aus einem um die Reibung zwischen dem Tauchanker und der Fluoräthylenpolymer besteht. Man macht sich bei Innenwandung des Gehäuses auf eine Punktreibung 35 dieser Ausbildung eines Quecksilber-Schaltrelais zu reduzieren. mehrere, an sich bekannte Eigenschaften von Fluor-Das rohrförmige, das Quecksilber enthaltende Ge- äthylenpolymeren, wie beispielsweise von Polytetrahäuse ist im allgemeinen aus Glas hergestellt, wäh- fluoräthylen, zunutze. Einmal weisen diese Stoffe rend der Tauchanker häufig aus Weicheisen besteht. außerordentlich gute Gleiteigemschaften auf, so daß Diese Materialkombination bringt aber eine ganze 4° die Reibung zwischen dem Tauchanker und der Reihe von Nachteilen mit sich, darunter den durch Innenwandung des z.B. aus Glas bestehenden BeVerschleiß hervorgerufenen Abrieb von Eisenteil- hälters auf einen sehr kleinen Wert herabgesetzt ist; chen vom Tauchanker. Dieser Eisenabrieb kann sich weiterhin sind diese Stoffe gegen Quecksilber nun mit dem Quecksilber vermischen, so daß die er- resistent, gegen hohe Temperaturen beständig und forderliche leichte Beweglichkeit des Quecksilbers 45 geben auch bei höheren Temperaturen kein Gas ab. beeinträchtigt wird. Der Eisenabrieb kann weiterhin Diese Eigenschaften .sind insbesondere für den Zudie ursprünglich geringe Reibung zwischen dem sammenbau der Schaltrelais wichtig, da die Relais Tauchanker und der Innenwandung des rohrförmigen nach dem Zusammenbau, dem Füllen mit Queck-Glasgehäuses erhöhen, so daß der Tauchanker zu silber und dem Einsetzen des Tauchankers evakuiert klemmen beginnt. Man hat versucht, diese Schwierig- 50 und dann zugeschmolzen werden. Da diese Fluorkeiten dadurch zu umgehen, daß man diejenigen äthylenpolymere hohe Temperaturen vertragen, geTeile des Tauchankers, die an der Glasinnenwand statten sie ohne weiteres das Blasen des Gehäuses

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aus Glas mit den dabei auftretenden hohen Temperaturen. Da sie auch bei höherer Temperatur keine Gase abgeben, beeinträchtigen sie auch die Schutzgasatmosphäre nicht, mit der solche Quecksilber-Schaltrelais häufig gefüllt werden. Wenn man also den Führungsteil für den Tauchanker aus einem Fluoräthylenpolymer herstellt, wird jeder Materialabrieb vermieden und ein klemmfreies, leichtes Gleiten des Tauchankers in dem rohrförmigen Glasgehäuse sichergestellt.

Eine weitere Schwierigkeit, die bei Quecksilber-Schaltrelais mit Tauchankern auftreten, besteht darin, daß der Tauchanker bei einem Schaltvorgang um seine Ruhelage herum erst einige Schwingungen aus-

gehäuses bewegbar. Der Anker ist etwa zylindrisch ausgebildet, so daß er über die Elektrode 16 greifen und in Längsrichtung bewegt werden kann. Er weist einen äußeren Metallmantel 19 etwa zylindrischer Gestalt auf, der am unteren Ende eingezogen ist und ein Führungselement 20 aus keramischen oder anderem nichtmagnetischem Material enthält. Der äußere Mantel ist der Länge nach gespalten, so daß Unterschiede in der thermischen Ausdehnung zwito sehen dem Metallmantel und dem keramischen Führungselement ausgleichbar sind. Der Mantel 19 kann mit am Umfang vorgesehenen oberen und unteren Reihen 21 aus in radialer Richtung vorstehenden Vorsprüngen 22 versehen sein, deren jeder eine etwa

führt, bevor er zur Ruhe kommt. Mit diesen Schwin- 15 halbkugelförmige Oberfläche aufweist. Die Vorgungen sind häufig mehrmalige öffnungs- und Sprünge 22 sind in der Seitenwandung des Mantels in

Schließvorgänge der Kontakte verbunden, die durchaus unerwünscht sind. Diese Schwierigkeiten werden um so schwerwiegender, je leichter der Tauchanker in dem Gehäuse gleiten kann.

Diese Schwierigkeit, nämlich das mehrfache öffnen und Schließen der Kontakte bei einem Schaltvorgang, kann nun vermieden werden, wenn in weiterer Ausbildung der Erfindung das Führungsteil

und darüber hinaus rasch abnehmen.

Der Gegenstand der Erfindung wird an Hand eines Ausführungsbeispieles in Verbindung mit der Zeichnung im folgenden näher erläutert.

Fig. 1 zeigt, teilweise im Schnitt, eine Seitenansicht eines Ausführungsbeispieles des Relais;

Fig. 2 zeigt eine perspektivische Ansicht des Stößels und der Spiralwicklung auf dem Stößel, und

der Nähe seines oberen und unteren Endes angebracht.

Zur Erläuterung der Wirkungsweise des Schaltrelais sei angenommen, daß die Schalterteile in stabilem Gleichgewicht sind, wenn die elektromagnetische Spule entregt ist. In diesem Zustand schwimmt der Anker 18 im Quecksilber, die Elektrode 16 ragt aus der Oberfläche des Quecksilbers heraus und die

spiralförmig um die äußere Fläche des Tauchankers as Elektrode 15 ist vollständig eingetaucht. In dieser herumgewickelt wird. Dadurch tritt nämlich bei der Stellung ist die Schaltung offen, da kein Kontakt zwi-Aufundabbewegung des Tauch ankers im Quecksilber sehen den Elektroden besteht und die Elektrode 16 eine gewisse Dämpfung auf, die dafür sorgt, daß die vom Quecksilber durch die Hülse 17 isoliert ist. Amplituden der Schwingungen, die der Tauchanker Wird nun die Spule erregt, so wird ein elektromagnebei einem Schaltvorgang um seine Grenzstellungen 30 tisches Feld erzeugt, das den Anker 18 durch Einausführt, bevor er zur Ruhe kommt, nur klein sind wirkung auf den Metallmantel 19 anzieht und ihn

nach unten gegen den Boden des Gehäuses bewegt. Die Oberfläche des Quecksilbers steigt an, da der Anker 18 nach abwärts verschoben wird, und bewirkt, daß die Elektrode 16 eingetaucht wird, so daß sich eine Berührung von Quecksilber gegen Quecksilber zwischen den Elektroden-ergibt und die Schaltung geschlossen wird.

Wird nunmehr die Spule entregt, so bewegt sich

F i g. 3 zeigt einen Schnitt durch die Anordnung 40 der Anker auf Grund des Auftriebes nach oben, und nach F i g. 2 längs der Linie 3-3. der Quecksilberpegel im Gehäuse 12 fällt bis unter

Nach F i g. 1 ist ein Schaltrelais 10 innerhalb einer
Elektromagnetspule 11 befestigt. Das Gehäuse 12
nimmt Quecksilber 12 a im unteren Teil auf. Der
Schalter 10 weist ein abgedichtetes rohrförmiges Ge- 45
häuse 12 auf, das vorzugsweise aus Glas besteht, ferner zwei Zuführungsleitungen 13 und 14, vorzugsweise aus Wolfram oder Molybdän. Die Zuführungsleitungen 13 und 14 sind mit den Elektrodenkontakten 15 und 16 verbunden, die im unteren Teil des 50 das eine Art Schmiermittel und Abstandshalter zwi-Gehäuses 12 eingedichtet sind und im Gehäuse 12 sehen dem Anker und dem Inneren des rohrförmigen nach oben verlaufen. Eine der Elektroden 15 er- Gehäuses bildet. Im dargestellten Ausführungsbeistreckt sich im Gehäuse nur ein kurzes Stück nach spiel weist das Führungsglied 25 eine spiralförmige oben, so daß sie normalerweise im Betrieb vollstän- Spule 26 auf, die um den Anker zwischen den obedig in das Quecksilber 12 a eintaucht; die andere 55 ren und unteren Reihen der Vorsprünge gewickelt Elektrode 16 verläuft innerhalb einer abgedichteten ist. Der Draht ist abschnittsweise mit einer äußeren Isolierhülse 17 aus Glas oder ähnlichem Material plastischen Umhüllung 27 versehen, die auf mehr als nach oben, so daß sie normalerweise über die Ober- 360° um den unteren und oberen Teil des Ankers fläche des Quecksilbers 12 a hinausragt. Im oberen führen kann. Der Querschnitt des schneckenförmigen Ende der Hülse 17 ist eine Kappe 17 a vorgesehen, 60 Führungsgliedes ist so groß, daß der äußere Umfang die das obere Ende der Elektrode 16 umgibt und über die Vorsprünge 22 auf dem Mantel 19 hervoretwas Quecksilber enthalten kann. Die Elektroden steht. Das Führungsglied ist auf dem Mantel zwikönnen durch das Quecksilber 12 a in Form einer sehen den Reihen von Vorsprüngen angeordnet, die Berührung Quecksilber gegen Quecksilber über- in der Wandung des Gehäuses 19 in der Nähe des brückt und wieder getrennt werden, wie im folgen- 65 oberen und unteren Endes angebracht sind. Die mit den näher erläutert wird. einem Überzug versehene Führung wird durch Feder-

Eine Tauchankeranordnüng 18 schwimmt im Queck- vorspannung in ihrer Stellung gehalten und ihr frei silber und ist in axialer Richtung innerhalb des Glas- liegender Teil greift an dem Metallmantel 19 an.

den Pegel der Elektrode 16. Die Schaltung ist damit geöffnet, da der Kontakt zwischen den Elektroden unterbrochen ist.

Um eine rasche, zuverlässige und weitgehend reibungsfreie Bewegung des Stößels innerhalb des Glasbehälters bei Erregung und Entregung der Spule zu gewährleisten, ist der Anker 18 von einem Führungsglied 25 aus einem Fluoräthylenpolymer umgeben,

Wenn Vorsprünge verwendet werden, dienen diese zusätzlich zur Lagerung des Führungselementes.

Wie bereits erwähnt, wirkt das plastische Material, das weitgehend indifferent ist, als Schmiermittel, hält eine exakte Zentrierung des Ankers in dem Gehäuse aufrecht und schaltet Erschütterungen und Geräusche weitgehend aus. Zusätzlich wird der Abrieb der Glasrohre auf Grund der Ankerbewegung beseitigt, so daß eine fehlerhafte Betätigung durch Hängenbleiben des Ankers infolge abgeriebener Flächen vermieden werden. In bestimmten Fällen kann die Überdeckung des plastischen Materials um den Mantel 19 weniger als 360° betragen, insbesondere am unteren Teil, so daß das Quecksilber ablaufen kann, wenn der Anker in der oberen Stellung exakt passend in der Röhre gehalten wird.

Es lassen sich natürlich auch andere Ausführungsformen des plastischen Materials verwenden, z. B. äußere Ringe, Zapfen usw.; die spiralförmige Anordnung wird vorzugsweise deshalb verwendet, weil diese Ausbildung eine dämpfende Wirkung ausübt, wenn der Anker nach oben geht, wodurch die Möglichkeit der erneuten Kontaktgabe auf Grund von Ankerschwingungen, wie sie bereits oben erwähnt worden sind, vermieden werden.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Quecksilber-Schaltrelais mit einem innerhalb eines rohrförmigen, Quecksilber enthaltenden Gehäuses angeordneten, als Verdrängerkörper wirkenden Tauchanker in Form einer zylindrischen Hülse aus magnetischem Material, auf deren Umfang ein die Reibung zwischen dem Tauchanker und der Gehäuseinnenwand herabsetzendes Führungsteil vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Führungsteil (25) aus einem Fluoräthylenpolymer besteht.

2. Relais nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Führungsteil (25) spiralförmig um die äußere Fläche der Hülse (19) gewickelt ist.

3. Relais nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Reihen (21) von Vorsprüngen (22) kreisförmig und in radialer Richtung nach außen am Umfang der Hülse (19) an deren beiden Enden angeordnet sind und daß das Führungsteil (25) in Abstand zwischen den Reihen der Vorsprünge liegt und in radialer Richtung über die Vorsprünge nach außen vorsteht.

4. Relais nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die das Führungsteil (25) bildende spiralförmig gewickelte Spule (26) mit einem plastischen Material (27) überzogen ist.

5. Relais nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die spiralförmige Spule (26) an den Enden mit einem plastischen Material (27) überzogen ist, das die Hülse (18) um mehr als 360° des Umfanges umgibt.

In Betracht gezogene Druckschriften:
USA.-Patentschriften Nr. 2 658124, 2060 811.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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