Quecksilber-Röhrenschalter. Die Erfindung bezieht ,sich auf einen Quecksilber-Röhrenschalter, dessen Körper mit mehreren becherförmigen Vertiefungen versehen ist.
Der erfindungsgemässe Schalter ist ge kennzeichnet durch Metallhülsen, die auf der Aussenseite der becherförmigen Vertiefungen befestigt sind; zur Verstärkung dieser Ver tiefungen dienen und von den durch diese Vertiefungen geführten Elektroden isoliert sind.
Die Zeichnung zeigt schematisch einige Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegen standes.
Fig. 1 zeigt eine erste Ausführungsform des Schalters in Seitenansicht; Fig. 2 zeigt eine zweite Ausführungsform des Schalters in Seitenansicht; Fig. 3 ist ein senkrechter Schnitt durch den Sehalter der Fig. 1; Fig. 4 zeigt in grösserem Massstabe den untern Teil einer Vertiefung mit der durch Sie hindurchragenden Elektrode.
In Fig. 1 und 3 ist 10 ein Quecksilber- Röhrenseha.lter, der als Stromunterbrecher verwendet werden kann. Der Körper 11 die ses Schalters ist aus Glas oder einem ähn lichen isolierenden. Material hergestellt und enthält eine Quecksilbermenge 12, sowie mehrere Elektroden. Das Quecksilber über brückt den Zwischenraum zwischen benach barten Elektroden, wenn die Röhre mittelst des Armes 15 und 16 in Schwingung ver setzt wird, und hierdurch wird der gesteuerte Stromkreis periodisch geschlossen bezw. un terbrochen.
Die Röhre ist an eine Metall klammer 14 befestigt, die mit dem obern Ende des Armes 15 verbunden ist.
Die Röhre 10 muss selbstverständlich aus hartem Glas us:w. hergestellt werden, so dass sie den mechanischen und elektrischen Be anspruchungen widerstehen kann, die durch das schnelle Hin- und Herschwenken ent stehen.
Bei 17 ist die Röhre luftdicht abgeschlos sen. Im Innern ist ein oder mehrere inerte Gase eingeschlossen bei einem Druck, der im wesentlichen gleich dem atmosphärischen Druck ist.
Die verschiedenen Elektroden sind durch becherförmige, nach unten ragende Ver tiefungen der Röhre in diese hineingeführt. Nach den Fig. 1 und 3 besitzt die Röhre drei Vertiefungen 18, 19 und 20. Die Ver tiefungen 18 und 2,0 liegen in der Nähe der Röhrenenden, während die Vertiefung 19 zwischen den Vertiefungen 18 und 20 in gleichem Abstande vor beiden liegt.
Jede Vertiefung ist derart angeordnet, dass eine kleine Quecksilbermenge 2,1 in derselben zu rückbleibt, wenn die Hauptmenge des Queck silbers entfernt wird. Damit die kleine Quecksilbermenge 21 in der beabsichtigten Weise zurückgehalten wird, ist jede Ver- tiefung nach oben erweitert, wie in Fig. 3 gezeigt.
In Quecksilberröh-ren der bisher verwen deten Art -waren die Vertiefungen für die Elektroden derart ängeordnet, dass sie bei rascher Bewegung der Röhre die Queck- silberkügelehen nicht in der erwünschten Weise zurückhalten konnten. Andere Röhren bekannter Art weisen eine Verengung .auf, in dem. Punkt,-in welchem die Vertiefungen in den Hauptteil der Röhre übergehen.
Bei Röhren dieser Art hat es sieh jedoch gezeigt, dass eine Gasblase am obern Ende der Ver tiefung entsteht und den Kontakt zwischen der Quecksilbermenge im Hauptteil der Röhre und dem Quecksilber in der Vertiefung ver hindert. Wenn die Gasblase vorhanden ist, kann das Queckeilb'er in der Röhre selbst nicht so rasch nach unten fliessen, dass der elektrische Kontakt während der raschen Röhrenbewegungen vollständig hergestellt wird.
Wenn aber die Vertiefungen der Röhre nicht die obenerwähnte Verengung aufweisen, kann ein Teil des Quecksilbers nicht, wie be absichtigt, in der Vertiefung zurückgehalten werden, weshalb der elektrische Stromkreis zwischen der Ilauptquecksilbermenge und der Elektrode selbst unterbrochen wird. Es ist leicht verständlich, dass die Elektrode hier durch stark beansprucht wird und dass die Vorrichtung deshalb nach kurzer Zeit ver sagt.
Nimmt aber der Querschnitt jeder Ver tiefung, wie in den gegebenen Beispielen, nach oben allmählich zu, so dass das obere Ende der Vertiefung eine bedeutend grössere Weite besitzt als ein mittlerer Teil dersel ben, so ist das Entstehen von Gasblasen un möglich, und die Hauptquecksilbermenge in der Röhre kann immer in der beabsichtigten Weise mit der in der Vertiefung zurück gehaltenen Quecksilberkugel in Berührung gebracht werden. Um eine solche Queck silberkugel zurückzuhalten, kann man die Elektrode, welche in der Vertiefung hinein ragt, entsprechend formen.
Zweckmässig besitzt die Elektrode aus diesem Grund zurückgebogene Teile, die eine Schleife bilden, welche imstande ist, selbst bei raschen Schwenkbewegungen eine Queck silbermenge zurückzuhalten. Das Quecksilber haftet sehr stark an -dieser Schleife und die Vertiefungen oder Becher enthalten deshalb immer so viel Quecksilber, dass die Strom stösse bezw. Stromunterbrechungen zwischen zwei verschiedenen Quecksilbermengen statt finden.
Eine solche Elektrode besteht vorzugs weise aus einem einzigen zusammenhängen den Draht, wie 22, der bei 23 und 24 nach entgegengesetzten Richtungen gebogen ist, wodurch mehrere parallele Drahtabschnitte entstehen, die an der Stelle, an welcher sie durch den Boden der Vertiefung durch das Glas hineingeführt sind, in einem zweck mässigen Abstand voneinander liegen, so dass jeder Drahtabschnitt an der Einführungs stelle von Glas umgeben ist. Die Verbindungs stelle zwischen Metall und Glas ist somit vollständig dicht. Die Drahtelektrode wird vorzugsweise aus verhältnismässig festem und starkem Draht hergestellt.
Als zweck mässige Materialien kommen beispielsweise Nickel-Eisen-Legierungen mit Platinüberzug oder Platin oder Wolfram mit Glasüberzug in Frage. Wenn Platin in Verbindung mit weichem Glas, zum Beispiel Bleiglas, verwen det wird, oder wenn Wolfram in Verbindung mit Pyrex oder Hartglas benutzt wird, wird die Elektrode vorzugsweise mit, dem Glas der Röhre mittelst einer besonderen Glasart ver bunden, deren Ausdehnungskoeffizient zwi schen demjenigen des Glases der Röhre und demjenigen der Elektrode liegt. In dieser Weise erhält man eine dichte und wider- standsfähige Abdichtung.
Wie bei 25 in Fig. 4 angedeutet, wird ein kleines Stück Spezialglas um die Elek trode 22 angeordnet und dieses Glasstück wird darauf bei 26 an den Hauptteil der Röhre aageschmolzen.
Die Anzahl der parallelen. Drahtabschnitte jeder Elektrode ist von dem Gesamtstrom abhängig, der auf die Elektrode einwirkt. Wenn der Strom stark ist, kann eine grössere Anzahl dieser Drahtabschnitte dadurch her gestellt werden, dass der Elektrodendraht mehrmals derart gebogen wird, da.ss mehrere Schleifen entstehen, die in die Vertiefung hineinragen. In allen Fällen werden die ver schiedenen Schleifen des Drahtes miteinander verbunden.
Ferner werden sämtliche Schlei fen sowohl mechanisch, wie elektrisch mit dem Klemmendraht 2'7 verbunden, der vor zugsweise, wie in Fig. 4 angedeutet, um die Elektrode gewickelt ist und durch Lötung oder auf andere Weise mit einem Punkt in der Nähe des Aussenteils der Vertiefung dauernd elektrisch verbunden ist. Die Elek troden lassen sich leicht herstellen und hand haben, da der Draht so stark ist, dass er die ihm gegebene Form behält, und da jede Ilektro@de eine unabhängige Einheit bildet.
Auf Grund der Form der Elektrode ist fer ner ein dauernder Kontakt gesichert, selbst wenn Teile der Elektrode nicht fest. mit dem Klemmendraht 27 in Berührung stehen sollten.
Jede Vertiefung ist von einer wärme leitenden Kappe<B>28</B> umgeben, die mittelst Gips oder einem andern zweckmässigen Bindemittel befestigt ist. Da die Röhre selbst gasdicht abgeschlossen ist, braucht die Metallkappe nicht luftdicht abgeschlossen zu sein. Die Metallkappe dient als Schutz für den Klemmendraht 27 und verstärkt die Vertiefungen der Röhre. Die Kappe ist von dem Draht 27 durch eine Isolierschicht 30 getrennt, die sich bis in den Bodenteil der Kappe erstreckt.
Fig. 2 zeigt eine Röhre in gerader Forni. Diese Röhre besitzt zwei Vertiefungen, mit- telst welchen ein einziger Stromkreis ge schlossen und unterbrochen werden kann. Wenn mehrere Stromkreise geschlossen und geöffnet werden sollen und insbesondere wenn- die Schaltoperationen mit hoher Ge schwindigkeit herbeigeführt werden sollen, ist es zweckmässiger, eine Röhre der in Fig. 3 dargestellten Art- zu verwenden.
Der Haupt teil dieser Röhre ist schwach gekrümmt und der Zwischenraum zwischen benachbarten Elektroden und die Quecksilbermenge in der Röhre sind derart mit bezug aufeinander be messen, dass das Quecksilber, wenn die Röhre die in Fig. 3 gezeigte wagrechte Lage ein nimmt, die kleinen Quecksilberkugeln 21 in den. Vertiefungen fast berührt.
Eine Röhre dieser Art wirkt in der er wünschten Weise; selbst wenn sie mit grosser Geschwindigkeit hin- und hergeschwenkt wird. Da die Ilauptquecksilbermenge nicht. ausreicht, um gleichzeitig Kontakt mit bei den Elektroden herzustellen, wird der Kon- taktschluss in einem Ende der Röhre statt finden, unmittelbar nachdem im entgegen gesetzten Ende eine Stramunterbrechung stattgefunden 11a1; aber beide Stromkreise können nicht zu -gleicher Zeit geschlossen werden.
Bei richtiger Bemessung der Queck silbermenge und der Schwingungsbewegung wird das Quecksilber nicht an der Mittel elektrode vorbeigeschleudert werden und da durch den Stromkreis unterbrechen, unmittel- bar nachdem derselbe geschlossen ist. Das Quecksilber wird immer in elektrischer Be rührung mit der Mittelelektrode bleiben, die in. der Mitte zwischen den beiden Vertiefun gen liegt, so dass die Röhre vollständig ,sym metrisch ist und die beiden Stromkreise in genau gleicher Weise gesteuert werden.
Vorrichtungen. der erwähnten Art können bei einer Schwingungsgeschwindigkeit von mehr als 200 Schwingungen pro Minute längere Zeit in Betrieb gehalten werden, ahne dass sich Störungen bemerkbar machen. Bei derartig hohen SeUwingungsgeschwindigkei- ten bewegt sich die Röhre so rasch, dass das Quecksilber in der Hauptsache im mittleren Teil der Röhre liegen bleibt, ohne wesent liche Bewegungen auszuführen, und wenn das Quecksilber von einem Ende der Röhre zum andern geschleudert wird, wird es nie die Mittelelektrode vollständig verlassen. Die Vorrichtung ist deshalb im Betrieb äusserst zuverlässig.
Mercury tube switch. The invention relates to a mercury tube switch, the body of which is provided with a plurality of cup-shaped recesses.
The switch according to the invention is characterized by metal sleeves which are attached to the outside of the cup-shaped depressions; serve to reinforce these depressions and are isolated from the electrodes guided through these depressions.
The drawing shows schematically some exemplary embodiments of the subject matter of the invention.
Fig. 1 shows a first embodiment of the switch in side view; Fig. 2 shows a second embodiment of the switch in side view; Figure 3 is a vertical section through the holder of Figure 1; 4 shows, on a larger scale, the lower part of a depression with the electrode protruding through it.
In Figures 1 and 3, 10 is a mercury tube holder which can be used as a circuit breaker. The body 11 of this switch is made of glass or a similar union insulating. Material made and contains a quantity of mercury 12, as well as several electrodes. The mercury bridges the gap between neighboring electrodes when the tube by means of the arm 15 and 16 is set in oscillation ver, and thereby the controlled circuit is periodically closed or. uninterrupted.
The tube is attached to a metal bracket 14 which is connected to the upper end of the arm 15.
The tube 10 must of course be made of hard glass etc. be manufactured so that they can withstand the mechanical and electrical stresses that arise from swiveling back and forth quickly.
At 17, the tube is hermetically sealed. One or more inert gases are trapped inside at a pressure substantially equal to atmospheric pressure.
The various electrodes are guided into the tube by cup-shaped, downwardly projecting depressions in the tube. According to FIGS. 1 and 3, the tube has three wells 18, 19 and 20. The recesses 18 and 2.0 are located near the tube ends, while the recess 19 between the wells 18 and 20 is equidistant from both.
Each well is arranged so that a small amount of mercury 2.1 remains in the same when the majority of the mercury is removed. In order that the small amount of mercury 21 is retained in the intended manner, each depression is expanded upwards, as shown in FIG.
In mercury tubes of the type previously used, the recesses for the electrodes were arranged in such a way that they could not hold back the mercury balls in the desired manner when the tube was moved rapidly. Other tubes of known type have a constriction .auf in which. Point at which the indentations merge into the main part of the tube.
In tubes of this type, however, it has been shown that a gas bubble is formed at the top of the recess and prevents contact between the amount of mercury in the main part of the tube and the mercury in the recess. If the gas bubble is present, the mercury cannot flow down the tube itself so rapidly that electrical contact is completely established during the rapid tube movements.
However, if the recesses of the tube do not have the above-mentioned constriction, some of the mercury cannot be retained in the recess as intended, which is why the electrical circuit between the main amount of mercury and the electrode itself is interrupted. It is easy to understand that the electrode is heavily stressed and that the device therefore fails after a short time.
But if the cross-section of each recess, as in the examples given, gradually increases upwards, so that the upper end of the recess has a significantly larger width than a central part of the same, the formation of gas bubbles is impossible, and the main amount of mercury in the tube can always be brought into contact with the mercury ball retained in the recess in the intended manner. In order to hold back such a mercury ball, the electrode that protrudes into the recess can be shaped accordingly.
For this reason, the electrode expediently has parts that are bent back and form a loop which is able to hold back a quantity of mercury even with rapid pivoting movements. The mercury adheres very strongly to this loop and the depressions or cups therefore always contain so much mercury that the current surges or. Power interruptions take place between two different amounts of mercury.
Such an electrode consists preferably of a single coherent wire, such as 22, which is bent at 23 and 24 in opposite directions, creating several parallel wire sections that are inserted at the point at which they are inserted through the bottom of the recess through the glass are, are at an appropriate distance from each other, so that each wire section is surrounded by glass at the insertion point. The connection point between metal and glass is therefore completely tight. The wire electrode is preferably made of relatively strong and strong wire.
Suitable materials are, for example, nickel-iron alloys with a platinum coating or platinum or tungsten with a glass coating. If platinum is used in conjunction with soft glass, for example lead glass, or if tungsten is used in conjunction with Pyrex or hard glass, the electrode is preferably connected to the glass of the tube by means of a special type of glass whose coefficient of expansion is between that of the glass of the tube and that of the electrode. In this way, a tight and resistant seal is obtained.
As indicated at 25 in Fig. 4, a small piece of special glass is placed around the electrode 22 and this piece of glass is aageschmolzen thereon at 26 on the main part of the tube.
The number of parallel. Wire sections of each electrode depends on the total current acting on the electrode. If the current is strong, a larger number of these wire sections can be produced by bending the electrode wire several times in such a way that several loops are created which protrude into the recess. In all cases the different loops of the wire are connected together.
Furthermore, all loops are both mechanically and electrically connected to the terminal wire 2'7, which is preferably wound around the electrode, as indicated in FIG. 4, and by soldering or in some other way to a point near the outer part of the Well is permanently electrically connected. The electrodes are easy to manufacture and handle because the wire is so strong that it retains its shape, and because each ilever forms an independent unit.
Due to the shape of the electrode, permanent contact is also ensured, even if parts of the electrode are not tight. should be in contact with the terminal wire 27.
Each depression is surrounded by a thermally conductive cap 28, which is attached by means of plaster of paris or another suitable binding agent. Since the tube itself is sealed gas-tight, the metal cap does not need to be sealed airtight. The metal cap serves as a protection for the terminal wire 27 and reinforces the recesses of the tube. The cap is separated from the wire 27 by an insulating layer 30 which extends into the bottom part of the cap.
Fig. 2 shows a tube in a straight shape. This tube has two recesses, with which a single circuit can be closed and interrupted. If several circuits are to be closed and opened and especially if the switching operations are to be brought about at high speed, it is more appropriate to use a tube of the type shown in FIG.
The main part of this tube is slightly curved and the space between adjacent electrodes and the amount of mercury in the tube are measured with respect to each other in such a way that the mercury, when the tube assumes the horizontal position shown in FIG. 3, the small mercury balls 21 in the. Depressions almost touched.
A tube of this kind works in the way he wished; even if it is swung back and forth at great speed. Since the ileal amount of mercury is not. is sufficient to simultaneously establish contact with both the electrodes, the contact connection will take place in one end of the tube immediately after a current interruption has taken place in the opposite end 11a1; but both circuits cannot be closed at the same time.
If the amount of mercury and the oscillating movement are correctly measured, the mercury will not be hurled past the center electrode and will interrupt the circuit immediately after it is closed. The mercury will always be in electrical contact with the center electrode, which is in the middle between the two recesses, so that the tube is complete, symmetrical and the two circuits are controlled in exactly the same way.
Devices. of the type mentioned can be kept in operation for a longer period of time at an oscillation speed of more than 200 oscillations per minute, without disturbances becoming noticeable. At such high vibration velocities the tube moves so rapidly that the mercury remains mainly in the central part of the tube without making any significant movement, and when the mercury is flung from one end of the tube to the other it never will leave the center electrode completely. The device is therefore extremely reliable in operation.