DE3829064C1 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Schalter mit quecksilberbe­ netzten Kontakten und mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.

Ein Schalter dieser Art ist aus der EP-PS 00 08 300 bekannt. Dieser bekannte Schalter weist an einem Ende des rohrförmi­ gen Glaskörpers einen die bewegliche Schaltkontaktzunge tragenden Kontaktträger und am anderen Ende einen Kontakt­ träger mit unbeweglichem Kontakt auf, der mit der Schalt­ kontaktzunge in der Schließstellung zusammenwirkt.

Ein ähnlicher Schalter ist aus der US-PS 40 66 859 bekannt, bei dem eine bewegliche Schaltkontaktzunge in ihrem Kon­ taktbereich in Längsrichtung verlaufende kapillare Rillen zur Aufnahme des Quecksilbers aufweist, während der damit zusammenwirkende feste Kontakt in seinem Kontaktbereich eine Schicht aus nichtmetallischem und von dem Quecksilber nicht benetzbaren Material aufweist, welche eine direkte Berührung der Schaltkontakte verhindert und welche wenig­ stens eine kleine durchgehende Bohrung aufweist, durch die das Quecksilber beim Schließen des Schalters in direkte metalli­ sche Berührung mit dem festen Kontakt gelangen kann.

Bei beiden bekannten Kontakten wird der gute elektrische Kon­ takt zwischen der beweglichen Schaltkontaktzunge und dem festen Kontakt durch Benetzung der Berührungsbereiche mit Quecksilber sichergestellt. Die Relativbewegung zwischen der beweglichen Schaltkontaktzunge und ihrem Kontaktträger wird dabei zur kapillaren Pumpwirkung ausgenutzt. Die Benetzung der Kontaktbereiche, wie auch die kapillare Pumpwirkung werden durch die in Längsrichtung entlang der beweglichen Schaltkontaktzunge verlaufenden kapillaren Rillen unterstützt. Diese verhindern zugleich, daß infolge der Schaltbewegungen das Quecksilber von der Schaltkontaktzunge abspritzt oder abtropft.

Die Herstellung und Montage derartiger Schalter mit quecksil­ berbenetzten Kontakten ist aufwendig und kompliziert und er­ fordert höchste Genauigkeit. Insbesondere ist auch das Ein­ bringen des Quecksilbers in den rohrförmigen Glaskörper vor dessen Schließen aufwendig. Hinzukommt, daß es für die Funk­ tion des Schalters nachteilig ist, daß trotz der kleinen Abmessungen der Teile des Schalters das Quecksilber relativ lange Wege zwischen dem, das Quecksilber aufnehmenden Luft­ spalt und dem Kontaktbereich zurücklegen muß. Es ist daher insbesondere bei hoher Schalthäufigkeit und Schaltfrequenz nicht immer sichergestellt, daß beim Schließen des Schalters Quecksilber in ausreichender Menge in den Berührungs- oder Kontaktbereich gelangt.

Demgegenüber ist es Aufgabe der Erfindung, einen Schalter mit quecksilberbenetzten Kontakten und den Merkmalen des Oberbe­ griffs des Anspruchs 1 so weiterzubilden, daß die aufgezeig­ ten Schwierigkeiten vermieden werden und die Schaltfunktion auch bei hoher Schaltfrequenz und über lange Betriebszeiten wesentlich zuverlässiger und störungsfreier gewährleistet wird, wobei auch die Herstellung und der Zusammenbau des Schalters erleichtert werden sollen.

Diese Aufgabe wird durch die Lehre des Anspruchs 1 gelöst.

Es ist bei Quecksilberschaltern mit in einem Gehäuse fest eingebauten Elektroden und einem, das bewegliche Schaltelement bildenden Quecksilbervorrat bekannt, wenigstens eine der Elektroden ganz oder zum Teil aus einem porösen Körper zu bil­ den, der mit Quecksilber gefüllt ist. (Vgl. DE-PS 6 81 060). Dabei kann die Elektrode aus einem Metallsinterkörper bestehen. Stattdessen können auch in dem Schaltergehäuse frei bewegliche kugelförmige Körper vorgesehen sein, die als Träger einer sol­ chen porösen Sinterschicht und damit als Speicher für das Quecksilber dienen.

Demgegenüber handelt es sich bei dem Gegenstand nach der Er­ findung um einen Schalter mit quecksilberbenetzten Kontakten, bei dem in der Schließstellung des Schalters der elektrische Kontakt mit Hilfe einer beweglichen Schaltkontaktzunge herge­ stellt wird, die zugleich aufgrund ihrer elastischen Bewegun­ gen für die kapillare Pumpwirkung ursächlich ist.

Während die bekannten in Längsrichtung der Schaltkontaktzunge verlaufenden kapillaren Rillen die kapillare Pumpwirkung des Luftspalts und damit die Bewegung des Quecksilbers zwischen dem das Quecksilber speichernden Luftspalt und der Kontakt­ zone unterstützen, sind die Maßnahmen gemäß der Erfindung zur Aufnahme und Speicherung einer vorbestimmten Menge an Quecksilber dazu da, in unmittelbarer Nähe des Kontaktbereichs der Schaltkontaktzunge eine vorbestimmte Menge an Quecksilber als Vorrat und auf Dauer zu speichern. Dadurch wird die Ver­ sorgung der Kontaktzone mit Quecksilber wesentlich gefördert, insb. bei hoher Schalthäufigkeit und Schaltfrequenz, da das zur Benetzung der Kontaktzone erforderliche Quecksilber nur noch zu einem geringeren Anteil den Weg zwischen Luftspalt und Kontaktzone hin und her durchfließen muß. Dadurch wird die Arbeitsweise des Schalters deutlich zuverlässiger und reproduzierbarer.

Hinzu kommt, daß die zusätzlich zu den kapillaren Rillen durch die Maßnahmen nach der Erfindung vorgesehene Kapillarwirkung sicherstellt, daß das Quecksilber bei Erschütterungen des Schalters oder infolge der Schaltbewegungen nicht verspritzt, sondern in dem vorgesehenen Kontaktzonenbereich verbleibt. Damit können die erforderlichen Schaltereigenschaften auch bei hoher Beanspruchung des Schalters und langer Lebensdauer ge­ währleistet werden.

Die aufgrund der Maßnahmen des Anspruchs 1 von der Schalt­ kontaktzunge selbst und im Luftspalt gespeicherte Menge an Quecksilber kann für die ausreichende Benetzung der Kontaktzone beim Schlie­ ßen des Schalters ausreichend sein. In diesen Fällen ist bei der Montage des Schalters die zusätzliche Einbringung einer vorbestimmten Quecksilbermenge in den rohrförmigen Glaskörper nicht erforderlich. Wenn jedoch eine zusätzliche Quecksilber­ menge benötigt wird, ist diese wesentlich kleiner als bisher, was ebenfalls die Montage erleichtert. Auch kann insgesamt die Quecksilbermenge für den Schalter verringert werden, da aufgrund der getroffenen Maßnahmen zuverlässiger als bisher das Quecksilber beim Schließen des Schalters im Bereich der Kontaktzone verbleibt und weniger leicht im Inneren des rohrförmigen Glaskörpers verspritzt.

Die Maßnahmen des Anspruchs 1 können auf verschiedene Weise in der Praxis realisiert werden. Zwei bevorzugte Möglichkei­ ten sind die gemäß den Ansprüchen 3 und 5, wonach einmal die Schaltkontaktzunge selbst aus einem Sintermetall mit vorbe­ stimmter kapillarer Porosität hergestellt ist und zum an­ deren die Schaltkontaktzunge eine vorbestimmte Anzahl von kapillaren Bohrungen in vorbestimmter Verteilung aufweist, wobei diese Bohrungen z.B. mit Laserstrahl erzeugt werden können. Die Amalgamisierung oder Sättigung der Schaltkontakt­ zunge mit Quecksilber erfolgt herstellungsmäßig vor dem Einbau der Anordnung in den rohrförmigen Glaskörper.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand schematischer Zeichnungen an mehreren Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 in einem Längsschnitt einen Schalter mit quecksilberbe­ netzten Kontakten gemäß der Erfindung.

Fig. 2 in Draufsicht den zugehörigen Kontaktträger.

Fig. 3 in Draufsicht und im größeren Maßstab die bei der An­ ordnung nach Fig. 1 verwendete Schaltkontaktzunge.

Fig. 4 einen Längsschnitt durch die Schaltkontaktzunge entlang der Schnittebene III-III der Fig. 3 und

Fig. 5 in ähnlicher Darstellung wie Fig. 4 im Teilschnitt eine abgewandelte Ausführungsform der Schaltkontaktzunge.

Der Schalter 1 nach Fig. 1 besteht aus einem an beiden Enden 3 und 4 zugeschmolzenen röhrchenförmigen Glaskörper 2. In die En­ den sind jeweils Kontaktträger 5 eingeschmolzen, die außen zum Anschluß des Schalters dienen und im Inneren die eigentliche Schaltkontaktzunge 6 tragen. Diese ist an einer Blattfeder 7 festgeschweißt, die ihrerseits bei 10 auf einer Schulter 11 des Kontaktträgers 5 festgeschweißt ist. Der Kontaktträger 5 ist über die Schulter 11 hinaus verlängert, wie bei 8 gezeigt und bildet zwischen dieser Verlängerung und der Schaltkon­ taktzunge einen Luftspalt 9, der so bemessen und ausgebildet ist, daß die Anordnung in diesem Bereich einen Quecksilber­ tropfen vorbestimmter Größe aufnimmt und in Abhängigkeit von den Bewegungen der Schaltkontaktzunge 6 das Quecksilber in die Kontaktzone 20 drückt bzw. beim Öffnen des Schalters aus dieser Kontaktzone 20 zurück in den Luftspalt 9 saugt.

Zweckmäßigerweise ist der Schalter nach Fig. 1 mit symmetri­ scher Schaltgeometrie ausgebildet, so daß für beide Enden gleiche Schaltkontaktanordnungen verwendet werden können.

Der Kontaktträger 5 ist an seinem äußeren Ende bei 5 a abge­ flacht, um so eine Anschlußstelle, z.B. Lötstelle zu bilden.

Die Schaltkontaktzunge 6 weist auf ihrer Innenfläche in Längsrichtung verlaufende kapillare Rillen 18 auf. Diese dienen dazu, das Quecksilber in Kontakt mit der Schaltkontakt­ zunge zu halten und bei den Pumpbewegungen zur Kontaktstelle 20 bzw. von dieser zurück zu führen.

Zusätzlich dazu ist jede Schaltkontaktzunge 6 mit einer vorbestimmten kapillaren Porosität ausgebil­ det die geeignet ist, eine vorbestimmte Menge von Quecksilber aufzunehmen und sicher zu speichern.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 1 bis 4 wird die Porosität durch kapillare Bohrungen 19, 19 a, 19 b gebildet. Die Bohrun­ gen sind über die Länge und/oder die Breite der Schaltkontakt­ zunge 6 gleichmäßig in einer oder mehreren Reihen oder un­ gleichmäßig verteilt. Als zweckmäßig hat sich eine Anordnung in zwei parallelen Reihen 19 a, 19 b erwiesen, wie dies in Fig. 3 gezeigt ist. Zum Erreichen ihrer kapillaren Wirkung weisen die Bohrungen einen entsprechenden Durchmesser von 0,1 bis 0,3 mm auf. Ihr gegenseitiger Mittenabstand kann zwischen 0,1 mm und 1,0 mm liegen. Die kapillaren Bohrungen sind zweckmäßigerweise gleichförmig zwischen dem Bereich des Luftspaltes 9 und der Kontaktzone 20 verteilt. Die Bohrungen lassen sich vorteilhaft mit Laserstrahl erzeugen, wobei darauf zu achten ist, daß wenigstens auf der Seite der kapillaren Rillen 18 die Mündungen der Bohrungen gratfrei ausgebildet sind.

Die Porosität der Schaltkontaktzunge kann auch gemäß Fig. 5 auf andere Weise erreicht werden. Die Schaltkontaktzunge 25 besteht in diesem Falle aus einem Sintermetall mit porösen kapillaren Ausnehmungen 26 von vorbestimmter Größe und Porosität.

Unabhängig von der Ausführungsform dient die Porosität der Schaltkontaktzunge zur Aufnahme und Speicherung einer vorbe­ stimmten Menge Quecksilber.

Zweckmäßigerweise wird die Anordnung vor Einbau in das Glaskör­ perchen geglüht. Danach wird wenigstens die Schaltkontaktzunge galvanisiert und mit einer Beschichtung aus Metall, z.B. Nickel versehen und zwar so, daß auch die Innenflächen der kapillaren Poren oder Bohrungen beschichtet sind. Anschließend erfolgt eine Amalgamisierung und Füllung der Poren oder Bohrungen mit Quecksilber. Dies kann unter Anwendung von Druck und/oder Tem­ peratur erfolgen. Die Poren oder Bohrungen sollen möglichst mit Quecksilber gesättigt sein. Die Bohrungen können vor dem kröpfenden Formvorgang der Schaltkontaktzunge und vor der Ver­ schweißung mit der Blattfeder oder dem Kontaktträger herge­ stellt werden. Die Glühung, Beschichtung, Amalgamisierung und Sättigung mit Quecksilber erfolgt dagegen nach Zusammenbau von Kontaktträger und Schaltkontaktzunge, jedoch vor Einbau in das Glaskörperchen. Vor dem endgültigen Verschließen kann, soweit erforderlich, noch eine vorbestimmte Zusatzmenge an Quecksilber in das Glaskörperchen eingebracht werden.

Claims (11)

1. Schalter mit quecksilberbenetzten Kontakten, bei dem in die Enden eines rohrförmigen Glaskörpers Kontakt­ träger eingeschmolzen sind, ein Kontaktträger an seinem freien Ende über ein Federelement eine frei vorsprin­ gende Schaltkontaktzunge trägt, die mit einem Ab­ schnitt des Kontaktträgers oder einen damit verbun­ denen Teil einen in Abhängigkeit von den Schaltbewe­ gungen der Schaltkontaktzunge als Kapillarpumpe ar­ beitenden Luftspalt begrenzt, wobei die Schaltkontakt­ zunge in ihrer Längsrichtung verlaufende kapillare Rillen aufweist, über die unter der Wirkung der Kapil­ larpumpe Quecksilber beim Schließen des Schalters aus einem im Luftspalt vorgesehenen Quecksilbervorrat an die Kontaktschließstelle gedrückt bzw. beim Öffnen des Schalters von dieser Kontaktschließstelle zurückge­ saugt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltkontaktzunge (6 bzw. 25) zusätzlich zu den kapillaren Rillen (18) zur Aufnahme und Speiche­ rung einer vorbestimmten Menge an Quecksilber ausge­ bildet ist.

2. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Schaltkontaktzunge (6 bzw. 25) zusätzlich zu den kapillaren Rillen (18) poröse oder durchgehende Ausneh­ mungen (19 bzw. 26) von kapillaren Abmessungen zur Aufnahme und Speicherung des Quecksilbers aufweist.

3. Schalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die Schaltkontaktzunge (25) insgesamt aus einem Material mit vorbestimmter Porosität ausgebildet ist.

4. Schalter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich­ net, daß die Schaltkontaktzunge (5) aus einem Sinter­ metall besteht.

5. Schalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die Schaltkontaktzunge (6) mehrere über ihre Länge und/oder Breite verteilte kapillare Bohrungen (19) aufweist.

6. Schalter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich­ net, daß die kapillaren Bohrungen (19) einen Durch­ messer von 0,1-0,3 mm aufweisen.

7. Schalter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich­ net, daß der Mittenabstand der kapillaren Bohrungen (19) etwa 0,1 bis 1,0 mm beträgt.

8. Schalter nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die kapillaren Boh­ rungen (19) in wenigstens zwei parallelen Reihen (19 a, 19 b) über die Länge der Schaltkontaktzunge (6) verteilt angeordnet sind.

9. Schalter nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Mündungen der kapil­ laren Bohrungen (19) wenigstens auf der mit den kapil­ laren Rillen (18) versehenen Seite der Schaltkontaktzunge (19) gratfrei ausgebildet sind.

10. Verfahren zum Herstellen eines Schalters nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzlich zu den kapillaren Rillen vorgesehenen Ausnehmungen (19, 26) von kapillaren Abmessungen vor dem Einbau in den röhr­ chenförmigen Glaskörper (2) amalgamisiert und mit Queck­ silber gefüllt oder gesättigt werden.

11. Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Kontakt­ träger (5) mit Federelement (7) und Schaltkontaktzunge (6) gleich ausgebildet und zu einer Längsmittelebene des Schalters (1) symmetrisch angeordnet sind.