DE1159071B

DE1159071B - Magnetically operated mercury contact

Info

Publication number: DE1159071B
Application number: DES77456A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Rudolf Nitsch
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1962-01-09
Filing date: 1962-01-09
Publication date: 1963-12-12

Description

Magnetisch betätigbarer Quecksilberkontakt Es ist seit langem bekannt, daß Quecksilber als Kontaktmaterial festen Kontaktwerkstoffen bezüglich Kontaktverhalten und Lebensdauer überlegen ist. Einer breiteren Verwendung von Quecksilberkontakten stand bisher die unhandliche Bauart, die Lageabhängigkeit und das erforderliche Schutzgas im Kontaktraum entgegen. Das Schutzgas war notwendig, um die Bildung von Ouecksilberverbindungen mit Sauerstoff und Stickstoff zu verhindern.Magnetically operated mercury contact It has long been known that mercury as a contact material is solid contact materials with regard to contact behavior and service life is superior. A wider use of mercury contacts was previously the unwieldy design, the position dependency and the necessary Protective gas in the contact area. The protective gas was necessary for the formation of Prevent mercury compounds with oxygen and nitrogen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen einfachen und kleinen Quecksilberkontakt zu schaffen, der für kleine Schaltleistungen geeignet ist und mit dem die bisherigen Nachteile beseitigt werden. Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß zwei magnetisierbare Elektroden vorgesehen sind, die einen Kontaktraum begrenzen, der mit Quecksilber und einem elektrisch nichtleitenden magnetischen Pulver vollkommen ausgefüllt ist. Das elektrisch nichtleitende magnetische Pulver wird im Magnetfeld bewegt und verdrängt je nach Magnetisierung einmal das Quecksilber so, daß es die Elektroden verbinden kann, oder so, daß es von den Elektroden ferngehalten wird. Eine Schutzgasfüllung ist nicht erforderlich, da kein mit Gas gefüllter Raum vorhanden ist. Derartige Schaltgeräte sind auch bekannten, magnetisch betätigbaren Schaltern mit leitender Eisenpulver-Brücke überlegen, da leitendes Eisenpulver sich wegen seiner relativ schlechten Leitfähigkeit stärker erwärmt als Quecksilber.The invention is based on the object of creating a simple and small mercury contact which is suitable for low switching capacities and with which the previous disadvantages are eliminated. This object is achieved in that two magnetizable electrodes are provided which delimit a contact space which is completely filled with mercury and an electrically non-conductive magnetic powder. The electrically non-conductive magnetic powder is moved in the magnetic field and, depending on the magnetization, displaces the mercury so that it can connect the electrodes or so that it is kept away from the electrodes. A protective gas filling is not necessary as there is no room filled with gas. Such switching devices are also superior to known, magnetically operated switches with a conductive iron powder bridge, since conductive iron powder heats up more than mercury because of its relatively poor conductivity.

Als elektrisch nichtleitendes magnetisches Pulver kann weichmagnetisches Pulver, z. B. Ferrit, Verwendung finden. Das Ferritpulver wird vom Quecksilber nicht benetzt. Damit sind infolge der kapillaren Wirkung auch poröse Ferritschichten für Quecksilber undurchlässig. Mit dem Aufbau nach der Erfindung ist es möglich, Quecksilber in einfacher Weise zwischen zwei Elektroden zu bewegen.As the electrically non-conductive magnetic powder, soft magnetic Powder, e.g. B. Ferrite, find use. The ferrite powder is not affected by the mercury wetted. As a result of the capillary effect, there are also porous ferrite layers for Mercury impermeable. With the structure according to the invention it is possible to use mercury easy to move between two electrodes.

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

In den Fig. 1 und 2 ist der Grundgedanke der Erfindung an einem Ausführungsbeispiel dargestellt. Zwei zylindrische oder beliebig geformte Stäbe P ragen in ein Rohr R und begrenzen einen Kontaktraum, der vollkommen mit einem Gemenge aus Quecksilber Hg und einem elektrisch nichtleitenden weichmagnetischen Pulver F, z. B. Ferrit, gefüllt ist. Die Stäbe P bestehen aus einem weichmagnetischen Werkstoff. Sie sind an den Stimflächen gut gereinigt und können von Quecksilber benetzt werden. Diese Stäbe sind beispielsweise so ausgebildet, daß sie gleichzeitig als Lötstifte Verwendung finden können. Das Rohr R besteht aus Glas, Keramik oder einem oxydierten Metall und wird von Quecksilber nicht benetzt. Das Rohr R ist mit den Stäben P gasdicht verbunden.In FIGS. 1 and 2, the basic idea of the invention is shown in an exemplary embodiment. Two cylindrical or arbitrarily shaped rods P protrude into a tube R and delimit a contact space which is completely filled with a mixture of mercury Hg and an electrically non-conductive soft magnetic powder F, e.g. B. ferrite is filled. The rods P consist of a soft magnetic material. They are well cleaned on the front surfaces and can be wetted by mercury. These rods are designed, for example, so that they can be used as soldering pins at the same time. The tube R consists of glass, ceramic or an oxidized metal and is not wetted by mercury. The tube R is connected to the rods P in a gas-tight manner.

über die Stäbe P, die die beiden Pole eines Elektromagneten bilden, sind zwei Spulen A und B gewickelt. Bei gleichmäßiger Erregung (Fig. 1) erzeugen diese ein axiales Feld und damit einen magnetischen Fluß 0, welcher den Kontaktraum durchdringt. Die einzelnen Ferritteilchen ordnen sich in Richtung des Feldes an und bilden eine zusammenhängende Brücke zwischen den beiden Polen P. Die Menge des Ferrits wird so bemessen, daß nach überbrücken des Kontaktraumes nicht genügend Ferrit übrigbleibt, um die Oberfläche der Pole vollständig zu bedecken. Während der Ferritbewegung wird das Quecksilber nach außen verdrängt und bildet zwischen den benetzten Polen P eine gut leitende Verbindung. Two coils A and B are wound over the bars P, which form the two poles of an electromagnet. With uniform excitation (Fig. 1) , these generate an axial field and thus a magnetic flux O, which penetrates the contact space. The individual ferrite particles are arranged in the direction of the field and form a coherent bridge between the two poles P. The amount of ferrite is measured so that after bridging the contact space there is not enough ferrite left to completely cover the surface of the poles. During the ferrite movement, the mercury is displaced to the outside and forms a good conductive connection between the wetted poles P.

Nach Umpolen der Spule B verläuft der Fluß (-b nach Fig. 2. Auch in diesem Fall richten sich die Ferritteilchen in Richtung des Feldes aus. Die Menge des Ferrits ist so bemessen, daß bei gegenseitiger Polung der beiden Spulen die gesamte Poloberfläche von diesem bedeckt wird. Das Quecksilber wird in die Mitte des Kontaktraumes verdrängt. Das Ferrit wird wie andere Oxyde von Quecksilber nicht benetzt und bildet an den Polen einen Belag. Kapillarkräfte hindern das Quecksilber daran, in die Poren dieses Belages einzudringen. Dadurch sind beide Pole voneinander isoliert. Der Isolationswiderstand ist abhängig von den Eigenschaften des Ferrits.After reversing the polarity of the coil B, the flux (-b according to FIG In this case, the ferrite particles align themselves in the direction of the field. The amount of the ferrite is dimensioned so that with mutual polarity of the two coils the entire pole surface is covered by this. The mercury is in the middle of the contact area is displaced. Like other oxides, the ferrite does not become of mercury wets and forms a coating on the poles. Capillary forces prevent the mercury to penetrate into the pores of this covering. This means that both poles are apart isolated. The insulation resistance depends on the properties of the ferrite.

Um zu verhindern, daß bei gleichsinniger Erregung beider Spulen (Fig. 1) Ferritteilchen am Rand der Pole haftenbleiben, kann ein nichtmagnetisierbarer, vom Ouecksilb,-r benetztbarer Trennring T (Fig. 3) vorgesehen werden. Zur Beeinflussung der Flußverteilung ist in der Fig. 4 ein äußerer magnetischer Schluß S angeordnet.In order to prevent ferrite particles from sticking to the edge of the poles when both coils are excited in the same direction (Fig. 1) , a non-magnetizable separating ring T (Fig. 3) can be provided which can be wetted by Ouecksilb, -r. To influence the flux distribution, an external magnetic circuit S is arranged in FIG.

Nachdem der Kontaktraum vollständig mit Quecksilb.-r und beispielsweise Ferrit gefüllt ist, ist di ' eser bis auf die im Ferritpulver absorbierten Spuren von Gasen gasfrei. Dadurch ist eine Korrosion des Quecksilbers auch ohne Schutzgas nicht zu befürchten. Der Kontakt nach der Erfindung ist lageunabhängig, wenn die magnetischen Richtkräfte groß gegenüber der Schwerkraft werden. Bei Verwendung von Ferriten mit größerer Sättigungsmagnetisierung ist dies zu erwarten. Das Ferritpulver ist an der Stromführung nicht beteiligt und durch das gut wärmeleitende Quecksilber gekühlt. Ein Sintern des Ferrits ist nicht zu erwarten.After the contact area completely with Quecksilb.-r and, for example, ferrite is filled, is di 'eser to the ferrite powder absorbed in the traces of gases free of gas. This means that there is no risk of corrosion of the mercury even without protective gas. The contact according to the invention is position-independent when the magnetic directional forces are large compared to the force of gravity. This is to be expected when using ferrites with a higher saturation magnetization. The ferrite powder is not involved in the current flow and is cooled by the mercury, which is a good conductor of heat. Sintering of the ferrite is not to be expected.

Die Einstellung derartiger Kontakte geschieht in einfacher Weise, indem nach dem Füllen des Kontaktraumes der zweite Stab P bis zum Anschlag eingeschoben wird. Dies erfolgt zweckmäßigerweise bei der höchsten im Betrieb vorkommenden Temperatur, um einer Beschädigung des Kontaktes durch thermisehe Ausdehnung vorzubeugen.The setting of such contacts is done in a simple way, by inserting the second rod P as far as it will go after the contact space has been filled will. This is best done at the highest temperature that occurs during operation, to prevent damage to the contact due to thermal expansion.

Die Gestalt der Ferritbrücke im geschlossenen Kontakt kann durch geeignete Formgebung der Pole beeinflußt werden (Fig. 5 und 6). Nach Fig. 5 liegt die leitende Ouecksilbersäule konzentrisch um die Ferritbrücke. Der über den Kontakt fließende Strom erzeugt deshalb in dieser keinerlei magnetisches Feld. Nach Fig. 6 fließt der Strom in der Mitte des Rohres R und beeinflußt mit seinem Feld die Ferritbrücke. Auf diese Weise ist es möglich, Kontakte zu bilden, die von dem Strom, den sie führen, gleichzeitig im geschlossenen Zustand gehalten werden.The shape of the ferrite bridge in the closed contact can be influenced by suitable shaping of the poles (Fig. 5 and 6). According to Fig. 5 , the conductive mercury column is concentric around the ferrite bridge. The current flowing through the contact therefore does not generate any magnetic field in it. According to FIG. 6 , the current flows in the middle of the tube R and influences the ferrite bridge with its field. In this way it is possible to form contacts which are held in the closed state by the current they carry.

Nach Abschalten der beiden Spulen A und B (Fig. 1 und 2) ist der Kontaktzustand von der Koerzitivkraft des Polwerkstoffes abhängig. Wenn diese genügend groß ist, wird der jeweils vor dem Ab- schalten herrschende Kontaktzustand aufrechterhalten. Kontakte, welche auch ohne Spulenerregung unabhängig von der Koerzitivkraft des Polwerkstoffes stabil sind, können durch Verwendung von Permanentmagneten geschaffen werden. In den Fig. 7 und 8 ist die Spule B durch einen vom Quecksilber benetzbaren Permanentmagneten M ersetzt. Es entsteht so ein Ruhekontakt, der nur für eine Stromrichtung in der Spule A empfindlich ist, d. h. daß bei verkehrter Polung der Spule sich nichts ändert. In dem in der Fig. 7 dargestellten Zustand ist die Spule A erregt, in der Fig. 8 hingegen nicht.After switching off the two coils A and B (Fig. 1 and 2), the contact state is dependent on the coercive force of the pole material. If this is sufficiently large, the contact state prevailing before the switch-off is maintained. Contacts which are stable regardless of the coercive force of the pole material even without coil excitation can be created by using permanent magnets. In FIGS. 7 and 8 , the coil B has been replaced by a permanent magnet M which can be wetted by mercury. This creates a normally closed contact that is only sensitive to one current direction in coil A , i.e. H. that nothing changes if the polarity of the coil is reversed. In the state shown in FIG. 7 , coil A is energized, but not in FIG. 8.

In den Fig. 9 und 10 ist ein Arbeitskontakt dargestellt, der unabhängig von der Stromrichtung ist. In diesen Figuren sind an den Stäben aus weichmagnetischen Werkstoffen außerhalb des Kontaktraumes Permanentmagnete MA, MB angeschlossen. Die beiden Magneten MA und MB können für mehrere Kontakte gemeinsam ausgeführt werden. Bei derVerwendung gemeinsamer Permanentmagnete muß der Permanentmagnet vom stromführenden Polschuh elektrisch isoliert sein, es sei denn, daß der gemeinsame Magnet gleichzeitig zur Vielfachverdrahtung, z. B. in Koppelfeldern, ausgenutzt wird. Für die Fig. 9 ist vorausgesetzt, daß die Spulen A und B nicht erregt sind, während sich in der Fig. 10 die Spulen im Erregungszustand befinden. Wie bei allen Ausführungsbeispielen kann auch in diesem Fall ein geeigneter äußerer Eisenschluß S vorgesehen werden. 9 and 10 show a normally open contact which is independent of the direction of the current. In these figures, permanent magnets MA, MB are connected to the rods made of soft magnetic materials outside the contact space. The two magnets MA and MB can be used together for several contacts. When using common permanent magnets, the permanent magnet must be electrically isolated from the current-carrying pole piece, unless the common magnet is used simultaneously for multiple wiring, e.g. B. in switching matrices, is exploited. For Fig. 9 it is assumed that the coils A and B are not energized, while in Fig. 10 the coils are in the energized state. As in all exemplary embodiments, a suitable external iron connection S can also be provided in this case.

Der äußere Permanentmagnet erübrigt sich, wenn ein Ferritpulver mit hoher Koerzitivkraft verwendet wird, z. B. ein hartmagnetisches Pulver von Oxydmagneten FeM. Solche Ruhekontakte sind in den Fig. 11 und 12 dargestellt. Für die Darstellung in der Fig. 11 wurde vorausgesetzt, daß die Spulen erregt sind, hingegen für die Fig. 12 nicht. Bei der Verwendung entsprechend größerer Spulen können jeweils mehrere Anordnungen zusammengefaßt werden.The outer permanent magnet is unnecessary when a ferrite powder with high coercive force is used, e.g. B. a hard magnetic powder of oxide magnets FeM. Such rest contacts are shown in Figs. 11 and 12. For the representation in FIG. 11 it was assumed that the coils are excited, but not for FIG. 12. When using correspondingly larger coils, several arrangements can be combined.

Claims

PATENT ANS PR ÜCH E: 1. Magnetically actuatable mercury contact, characterized in that two magnetizable electrodes (P) delimit a contact space which is completely filled with mercury (Hg) and an electrically non-conductive magnetic powder (F).

2. Mercury contact according to claim 1, characterized in that rods (P) made of soft magnetic material are provided as magnetizable electrodes, which form the poles of an electromagnet and over each of which a coil (A, B) is wound. 3. mercury contact according to claim 2, characterized in that one of the rods is designed as a permanent magnet (M). 4. Mercury contact according to claim 2, characterized in that permanent magnets (MA, MB) are connected to the magnetically soft rods (P) outside the contact space. 5. mercury contact according to claim 1, characterized in that as an electrically non-conductive magnetic powder soft magnetic powder, z. B. ferrite is provided. 6. Ouecksilberkontakt according to claim 1, characterized in that as an electrically non-conductive magnetic powder hard magnetic powder (FeM), for. B. powder of oxide magnets is provided. 7. mercury contact according to claim 2, characterized in that in each case a non-magnetic, wettable by the mercury separating ring (T) is located at the opposite pole faces at the edge of bars (P). 8. mercury contact according to one of the preceding claims, characterized in that an external magnetic circuit (S) is provided to influence the flux distribution. 9. mercury contact according to claim 2, characterized in that the opposite pole faces have a different configuration from the plane-parallel shape and, for. B. tapered or notched. References considered: U.S. Patent No. 2,668,884.