DE1257285B - Mercury relay - Google Patents

Description

Quecksilberrelais Die sich ständig steigernden Forderungen nach höchstwertiger Kontaktgabe führten unter anderem auch zur Verwendung von Quecksilberkontakten. So ist es z. B. durch das Buch »Das Fernmelderelais«, von Hebel, bekannt, die elastischen Blattfederkontakte durch kleine Quecksilberpatronen zu ersetzen, in deren Innern Schließ- und Unterbrechungskontakte betätigt werden. Bei einem Schließkontakt dieser Art wird ein ringförmiger magnetischer Tauchzylinder so in der Patrone bewegt, daß das verdrängte Quecksilber in der Patrone ansteigt und dabei beide Kontakte verbindet. Beim Unterbrecherkontakt wird durch die Verschiebung des ringförmig magnetischen Tauchstückes der Quecksilberspiegel abgesenkt und eine Elektrode freigegeben. Diese Kontakte sind nur für kleine Leistungen gedacht und nicht für eine prellungsfreie Arbeit bei Impulsgabe ausgebildet. Die Lageabhängigkeit beim Transport und die Gefahr des Zerbrechens sind unter anderem auch die Ursachen, daß sich solche Kontakte bisher nicht eingeführt haben.Mercury relay The ever increasing demands for the highest quality Making contact led, among other things, to the use of mercury contacts. So it is z. B. from the book "Das Fernmelderelais", by Hebel, known the elastic ones Replace leaf spring contacts with small mercury cartridges inside Make and break contacts are operated. With a closing contact this Art, an annular magnetic plunger cylinder is moved in the cartridge so that the displaced mercury in the cartridge rises and connects both contacts. In the case of the breaker contact, the ring-shaped magnetic Dip piece lowered the mercury level and released an electrode. These Contacts are only intended for small services and not for bruise-free Trained to work with impulses. The position dependency during transport and the danger of the breaking are among other things also the causes that such contacts so far have not introduced.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Relais kleiner Abmessungen mit prellfrei und geräuscharm schaltenden Kontakten zu schaffen. Die Erfindung geht dabei von Quecksilberrelais aus, die zwei in ein teilweise mit Quecksilber gefülltes Gefäß an den Stirnflächen luftdicht eingeschmolzene Elektroden aufweisen und bei denen ein zwischen den Elektroden angeordnetes, durch magnetische Kräfte steuerbares Organ vorgesehen ist. Die Erfindung besteht darin, daß eine der Elektroden aus einem mit Quecksilber benetzten ferromagnetischen Material, z. B. Nickeleisen, besteht, so daß der magnetische Fluß zur Betätigung des steuerbaren Organs über dieselbe Elektrode geleitet wird, wie der Strom bei geschlossenem Kontakt. Der Vorteil der Erfindung liegt darin begründet, daß derartige Quecksilberrelais sehr einfach aufgebaut sind und eine beträchtliche Verringerung des Bauvolumens gegenüber den herkömmlichen Konstruktionen erlauben. Das Quecksilber erfüllt dabei drei voneinander unabhängige Funktionen. Es hält erstens die leitende Verbindung zwischen dem beweglichen Organ, der Kugel, und dessen Unterlage aufrecht, es bedingt zweitens einen Teil der auf das bewegliche Organ wirkenden Rückstellkraft und drittens benetzt es auch die Elektroden und das bewegliche Organ, so daß das Schalten zwischen Quecksilberfilmen erfolgt und dadurch Prellungen unterdrückt werden.The invention is based on the object of a relay of small dimensions with bounce-free and low-noise switching contacts. The invention works from mercury relays, the two into a partially filled with mercury Vessel have airtight fused electrodes at the end faces and at which one arranged between the electrodes, controllable by magnetic forces Organ is provided. The invention consists in that one of the electrodes consists of a ferromagnetic material wetted with mercury, e.g. B. nickel iron, consists so that the magnetic flux for actuating the controllable organ via the same Electrode is conducted like the current when the contact is closed. The advantage of The invention is based on the fact that mercury relays of this type have a very simple structure are and a considerable reduction in the construction volume compared to the conventional Allow constructions. The mercury fulfills three independent functions Functions. First, it maintains the conductive connection between the moving organ, the ball, and its support upright, it secondly conditioned a part of the on the restoring force acting on the moving organ and, thirdly, it also wets the electrodes and the movable member so that switching occurs between films of mercury and thereby suppress bruises.

Durch die britische Patentschrift 553 329 ist bereits ein Quecksilberrelais bekanntgeworden, das aus einem teilweise mit Quecksilber gefüllten Gefäß besteht, durch dessen Stirnflächen luftdicht eingeschlossene Elektroden hindurchgeführt sind. Ein im Bereich der unteren Elektrode vorhandener, von Quecksilber benetzter Anker wird unter dem Einfluß des elektromagnetischen Feldes nach oben gezogen und dabei zur Schließung bzw. Öffnung eines Kontakts benutzt. Gegenüber dieser recht aufwendigen Anordnung zeichnet sich das Relais nach der Erfindung durch besondere Einfachheit aus, die insbesondere dadurch erreicht wird, daß der Anker gleichzeitig Kontaktglied ist. Demgegenüber handelt es sich bei dem bekannten Relais um ein getrenntes Kontaktsystem, das mit dem Magnetsystem konstruktiv nicht vereinigt ist. Bei dem der Erfindung zugrunde liegenden Relais ist auch eine Elektrode gleichzeitig Magnetpfad und Träger der Erregerspule. Im Gegensatz zu dem bekannten Relais hält das Quecksilber außerdem bei der Erfindung die dauernde Verbindung zwischen dem Anker und der Gegenelektrode während der Kontaktbetätigung aufrecht und bedingt auch einen Teil der auf das bewegliche Organ wirkenden Rückstellkraft. Bei dem bekannten Relais hingegen reißt der Film nach einer gewissen Erregungszeit ab.The British patent 553 329 already has a mercury relay became known, which consists of a vessel partially filled with mercury, airtight enclosed electrodes are passed through the end faces. An anchor that is present in the area of the lower electrode and is wetted by mercury is pulled up under the influence of the electromagnetic field and thereby used to close or open a contact. Compared to this quite complex Arrangement, the relay according to the invention is characterized by particular simplicity from, which is achieved in particular in that the armature at the same time contact member is. In contrast, the known relay is a separate contact system, which is not structurally united with the magnet system. In the case of the invention underlying relay is also an electrode at the same time magnetic path and carrier the excitation coil. In contrast to the well-known relay, the mercury also holds in the invention, the permanent connection between the armature and the counter electrode upright during the contact actuation and also conditioned part of the on the movable Organ acting restoring force. With the known relay, however, the film tears after a certain arousal time.

Bei einem in der USA.-Patentschrift 2 309 953 beschriebenen Quecksilberrelais wird das steuerbare Organ durch ein Magnetfeld bewegt, das vollkommen unabhängig ist von den Kontaktstiften. Im Gegensatz hierzu besteht bei der Erfindung eine der Elektroden aus ferromagnetischem Material, so daß der magnetische Fluß zur Betätigung des steuerbaren Organs über dieselbe Elektrode geleitet wird wie der Strom bei geschlossenem Kontakt. Bei dem der Erfindung zugrunde liegenden Relais ist demnach eine Elektrode gleichzeitig Magnetpfad und Träger der Erregerspule.In a mercury relay described in U.S. Patent 2,309,953 the controllable organ is moved by a magnetic field that is completely independent is from the contact pins. In contrast to this, the invention has one of the Electrodes made of ferromagnetic material, so that the magnetic flux for actuation of the controllable organ is conducted via the same electrode as the current when the Contact. In the relay on which the invention is based, there is accordingly an electrode at the same time magnetic path and carrier of the excitation coil.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung sind die Elektroden jeweils mit Druckglasdurchführungen in das Gefäß eingesetzt. Unter einer Druckglasdurchführung versteht man bekanntlich eine Anordnung, die aus einem den Leiter umschließenden Glaskörper besteht, auf den ein den Glaskörper umgebender Druckring dauernd einen nach innen gerichteten Druck ausübt. Die nach dem Druckglasprinzip hergestellten Durchführungen zeichnen sich bekanntlich durch eine sehr gute mechanische Festigkeit und große Wärmeschockunempfindlichkeit aus. Damit wird außerdem erreicht, daß die freien Enden der Elektroden, die in der Regel als Lötanschlüsse dienen, wesentlich kürzer ausgebildet sein können.According to a further development of the invention, the electrodes are each with pressure glass feedthroughs in the vessel inserted. Under one Pressure glass implementation is known to mean an arrangement that consists of a Head enclosing glass body consists, on the one surrounding the glass body Pressure ring constantly exerts an inward pressure. According to the pressure glass principle Manufactured bushings are known to be characterized by a very good mechanical Strength and high resistance to thermal shock. This also achieves that the free ends of the electrodes, which usually serve as solder connections, can be made much shorter.

Weitere Merkmale der Erfindung sind in den Patentansprüchen enthalten und in der nachfolgenden Beschreibung an Hand der Figuren erläutert.Further features of the invention are contained in the patent claims and explained in the following description with reference to the figures.

Fig. 1 zeigt ein Relais nach der Erfindung mit Arbeitskontakt, Fig. 2 ein solches mit Ruhekontakt.Fig. 1 shows a relay according to the invention with normally open contact, Fig. 2 one with normally closed contact.

In den Figuren sind mit 1 und 2 Elektroden bezeichnet, die in einen Behälter 3, beispielsweise aus Glas oder Keramik, hineinragen. Die Elektroden bestehen aus ferromagnetischem Material, z. B. aus einem Nickeleisendraht. In der F i g. 1 ist auf der unteren Elektrode 2 ein Plättchen 4 aus unmagnetischem Material aufgeschweißt, auf dem eine Eisenkugel 5, z. B. eine geglühte Kugel aus Wälzlagerstahl, aufliegt. Im unteren Teil des Gefäßes befindet sich eine Quecksilbermenge 6, die die Kugel samt ihrer Unterlage benetzt. Die Elektrode 1 ist mit einer Quecksilberhaut 7 innerhalb des Gefäßes überzogen.In the figures, 1 and 2 denote electrodes which protrude into a container 3, for example made of glass or ceramic. The electrodes are made of ferromagnetic material, e.g. B. from a nickel iron wire. In FIG. 1, a plate 4 made of non-magnetic material is welded onto the lower electrode 2, on which an iron ball 5, e.g. B. an annealed ball made of roller bearing steel, rests. In the lower part of the vessel there is a quantity of mercury 6 which wets the ball and its base. The electrode 1 is covered with a mercury skin 7 within the vessel.

Die Restatmosphäre in dem Gefäß besteht zweckmäßigerweise aus reinem Wasserstoff. Das Quecksilber hat, wenn es in einer Wasserstoffatmosphäre hermetisch abgeschlossen ist, sehr günstige Schalteigenschaften. In diesem Fall können mit sehr geringem Leistungsaufwand große Ströme geschaltet werden.The residual atmosphere in the vessel expediently consists of pure Hydrogen. The mercury has when it is hermetic in a hydrogen atmosphere is complete, very favorable switching properties. In this case you can use Large currents can be switched with very little power expenditure.

Die Erregerspule 8 ist außerhalb des Gefäßes unmittelbar auf die Elektrode l (Fig. 1) aufgeschoben. Bei Erregung der Spule wird die Eisenkugel 5 nach oben gezogen und schließt dabei den Kontakt unter Vermittlung der Quecksilberfilme auf der Kugel und der Elektrode 1. Die Quecksilbermenge 6 muß so bemessen sein, daß die Kugel auch in der oberen Lage mit der Elektrode 2 noch durch Quecksilber verbunden ist.The excitation coil 8 is outside the vessel directly on the electrode l (Fig. 1) postponed. When the coil is excited, the iron ball 5 moves upwards pulled and thereby closes the contact through the intermediary of the mercury films the ball and the electrode 1. The amount of mercury 6 must be such that the ball is still connected to the electrode 2 by mercury in the upper position is.

Da die Unterlage 4 der Kugel mit Quecksilber benetzt ist, wirkt auf die Kugel in Richtung der Unterlage infolge der Oberflächenspannung des Quecksilbers eine bestimmte Kraft. Für kleine Kugeln von etwa 1 mm Radius ist diese Kraft etwa das Zehnfache des Eigengewichts. Die Kugel haftet also auch auf ihrer Unterlage bei Umkehrung der Anordnung und Beschleunigungen bis zu einigen g. Es handelt sich also bei der Erfindung um einen lageunabhängigen Kontakt.Since the pad 4 of the ball is wetted with mercury, acts on the ball in the direction of the base due to the surface tension of the mercury a certain force. For small balls with a radius of about 1 mm, this force is approximately ten times its own weight. The ball also adheres to its base if the arrangement is reversed and accelerations up to a few g. It is about So in the invention to a position-independent contact.

Wenn die Kugel die Elektrode 1 berührt hat, greift an ihr ebenfalls eine nach oben gerichtete Kraft an. Die Rückstellkraft, die auf die Kugel in der oberen Lage wirkt, setzt sich daher zusammen aus der nach unten wirkenden Kraft plus dem Gewicht der Kugel abzüglich der nach oben gerichteten Kraft. Die Rückstellkraft auf die Kugel kann durch einen Permanentmagneten, der beispielsweise zwischen der Elektrode 2 und dem unmagnetischen Trennstück 4 angebracht ist, vergrößert werden. Diese Maßnahme bewirkt eine Verringerung der Rückstellzeit, allerdings auf Kosten der Ansprech- und Halteerregung.When the ball has touched electrode 1, it also grips an upward force. The restoring force acting on the ball in the acts on the upper layer, is therefore composed of the force acting downwards plus the weight of the ball minus the upward force. The restoring force on the ball can by a permanent magnet, for example between the Electrode 2 and the non-magnetic separator 4 is attached, can be enlarged. This measure causes a reduction in the reset time, but at a cost the response and hold excitation.

In der Fig. 2 ist ein Relais mit einem Ruhekontakt dargestellt. Die Erregerspule 8 ist in diesem Fall auf die Elektrode 2 aufgeschoben. Die Kugel wird von einem Dauermagneten 9 in der oberen Ruhelage festgehalten. Für das Arbeitsverhalten des Kontakts kann es von Vorteil sein, zwischen der Kugel und dem Dauermagnet eine unabhängige Trennschicht 4 einzufügen. Der Dauermagnet ist jedoch für die Funktion des Ruhekontakts nicht unbedingt notwendig; sondern er kann prinzipiell durch den hydrostatischen Auftrieb der Kugel ersetzt werden.In Fig. 2, a relay is shown with a normally closed contact. the In this case, the excitation coil 8 is pushed onto the electrode 2. The ball will held by a permanent magnet 9 in the upper rest position. For work behavior of the contact, it can be advantageous to place a insert independent separating layer 4. The permanent magnet, however, is for the function the normally closed contact is not absolutely necessary; but he can in principle through the hydrostatic buoyancy of the ball are replaced.

Claims (5)

Patentansprüche: 1. Quecksilberrelais mit zwei in ein teilweise mit Quecksilber gefülltes Gefäß an den Stirnflächen luftdicht eingeschmolzenen Elektroden und einem zwischen den Elektroden angeordneten, durch magnetische Kräfte steuerbaren Organ, dadurch gekennzeichnet, daßeine der Elektroden (1, 2) aus einem mit Quecksilber (7) benetzten ferromagnetischen Material, z. B. Nickeleisen, besteht, so daß der magnetische Fluß zur Betätigung des steuerbaren Organs über dieselbe Elektrode geleitet wird, wie der Strom bei geschlossenem Kontakt. Claims: 1. Mercury relay with two in one partially with Mercury-filled vessel on the end faces of airtight fused electrodes and one arranged between the electrodes and controllable by magnetic forces Organ, characterized in that one of the electrodes (1, 2) is made of one containing mercury (7) wetted ferromagnetic material, e.g. B. nickel iron, so that the Magnetic flux for actuating the controllable organ passed through the same electrode becomes like the current when the contact is closed. 2. Quecksilberrelais nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für ein Relais mit Arbeitskontakt auf die eine, an der oberen Stirnseite des Gefäßes (3) angebrachten Elektrode (1) außerhalb des Gefäßes eine Erregerspule (8) aufgeschoben ist und auf der darunter angeordneten Gegenelektrode (2), vorzugsweise durch ein unmagnetisches Zwischenstück (4) getrennt, das steuerbare Organ (5) aufliegt. 2. Mercury relay according to claim 1, characterized in that an excitation coil (8) is pushed outside the vessel for a relay with normally open contact on the one electrode (1) attached to the upper end face of the vessel (3) and on the counter-electrode arranged below (2), preferably separated by a non-magnetic intermediate piece (4) , on which the controllable element (5) rests. 3. Quecksilberrelais nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem unmagnetischen Zwischenstück und der unteren Elektrode ein Dauermagnet vorgesehen ist. 3. mercury relay according to claim 2, characterized in that that between the non-magnetic intermediate piece and the lower electrode, a permanent magnet is provided. 4. Quecksilberrelais nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für ein Relais mit Ruhekontakt (Fig. 2) mit der oberen Elektrode (1) ein Dauermagnet (9) verbunden :ist, der das steuerbare Organ (5), vorzugsweise getrennt durch eine unmagnetische Zwischenschicht (4), in der oberen Ruhelage festhält und daß auf der unteren, zweiten Elektrode (2) außerhalb des Gefäßes die Erregerspule (8) angeordnet ist. 4. Mercury relay according to claim 1, characterized in that for a relay with normally closed contact (Fig. 2) with the upper electrode (1) a permanent magnet (9) is connected: which is the controllable member (5), preferably separated by a non-magnetic Intermediate layer (4), holds in the upper rest position and that the excitation coil (8) is arranged on the lower, second electrode (2) outside the vessel. 5. Quecksilberrelais nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (1, 2) mit Druckglasdurchführungen in das Gefäß eingesetzt sind. In Betracht gezogene Druckschriften: Britische Patentschrift Nr. 553 329; USA.-Patentschrift Nr. 2 309 953.5. mercury relay according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the electrodes (1, 2) with pressure glass feedthroughs in the vessel are used. Documents considered: British Patent No. 553 329; U.S. Patent No. 2,309,953.