DE1515566C

DE1515566C - Mercury-wetted thermowell anchor contact and method of making same

Info

Publication number: DE1515566C
Authority: DE
Inventors: Herman Paul Mount Prospect 111. Hempel (V.St.A.). HOIh
Original assignee: CP Clare and Co
Current assignee: IXYS Integrated Circuits Division Inc

Description

Die Erfindung betrifft einen quecksilberbenetzten Schutzrohrankerkontakt und ein Verfahren zur Herstellung desselben.The invention relates to a mercury-wetted protective tube armature contact and a method for production same.

Es ist bereits (USA.-Patentschriften 2 868 926, 2 769 875) ein quecksilberbenetzter Schutzrohrankerkontakt mit zwei Kontaktstiften oder Kontaktblöcken bekanntgeworden, an denen etwa kugelförmig ausgebildete Kontaktstücke angeordnet sind. Zwischen den Kontaktstücken ist eine flache Kontaktfeder angeordnet, deren beide Außenflächen mit Quecksilber benetzt sind. Bei Anlegung eines äußeren Magnetfeldes kommt die quecksilberbenetzte Kontaktfeder ■ wahlweise mit dem einen oder anderen Kontaktstück in Eingriff. Die Kontaktblöcke sind dabei derart vorbehandelt, daß sie nicht vom Quecksilber benetzt werden können; die kugelförmigen Kontaktstücke dagegen bestehen aus einem Material, das vom Quecksilber benetzt wird, so daß sich auf den Kontaktstücken ein im wesentlichen kugelförmiger Quecksilbertropfen bildet. Wenn die Kontaktfeder sich von dem ersten Kontaktstück abhebt und in Richtung auf das zweite Kontaktstück bewegt, zieht sie einen Quecksilberfaden hinter sich her, der den Stromkreis mit dem ersten Kontaktstück noch für die Dauer von etwa 0,25 Millisekunden geschlossen hält, nachdem , die Kontaktfeder das zweite Kontaktstück berührt hat. Der Schutzrohrankerkontakt erzeugt daher einen vorübergehenden Kurzschluß, wenn die Kontaktfeder aus der einen Stellung in die andere gebracht wird.It is already (U.S. Patents 2,868,926, 2,769,875) a mercury-wetted protective tube anchor contact has become known with two contact pins or contact blocks, on which approximately spherical Contact pieces are arranged. A flat contact spring is arranged between the contact pieces, the two outer surfaces of which are wetted with mercury. When an external magnetic field is applied the mercury-wetted contact spring comes ■ optionally with one or the other contact piece engaged. The contact blocks are pretreated in such a way that they are not wetted by mercury can be; The spherical contact pieces, on the other hand, are made of a material that comes from mercury is wetted so that a substantially spherical drop of mercury is on the contact pieces forms. When the contact spring lifts off the first contact piece and in the direction of Moving the second contact piece, it pulls a mercury thread behind it, which sets the circuit with the first contact piece still holds closed for a period of about 0.25 milliseconds after , the contact spring has touched the second contact piece. The protective tube anchor contact therefore creates a temporary short circuit when the contact spring is moved from one position to the other.

Für viele Anwendungszwecke ist diese Kurzschlußwirkung, durch die während des Schaltvorgangs beide Kontaktblöcke mit der Kontaktfeder elektrisch verbunden werden, untragbar. Zur Vermeidung dieser Kurzschlußwirkung hat man bereits vorgesehen (USA.-Patentschrift 3 054 873), das kugelförmige Kontaktstück durch eine längliche Platte zu ersetzen, in die der Länge nach z. B. vier im Abstand voneinander angeordnete Vertiefungen eingepreßt sind, so daß zwischen ihnen drei vorspringende Kontaktflächen entstehen. Die Kontaktblöcke mit den Kontaktstücken sind dabei so vorbehandelt, daß diese Teile nicht vom Quecksilber benetzt werden können; die vorspringenden Flächen werden dann abgeschliffen, wobei der aufgebrachte Überzug von diesen Flächen entfernt wird, so daß nur die drei vorspringenden Flächen vom Quecksilber der Kontaktfeder benetzt werden können. Diese drei.Flächen halten nicht genügend Quecksilber zurück, um eine Kurz-. Schlußwirkung zu.erzeugen.For many purposes, this short-circuit effect is due to both during the switching process Contact blocks are electrically connected to the contact spring, intolerable. To avoid this Short-circuit action has already been provided (U.S. Patent 3,054,873), the spherical one To replace the contact piece by an elongated plate, in which the length z. B. four at a distance from each other arranged depressions are pressed in, so that between them three projecting contact surfaces develop. The contact blocks with the contact pieces are pretreated so that they Parts cannot be wetted by mercury; the protruding surfaces are then sanded off, the applied coating being removed from these surfaces so that only the three projecting surfaces are mercury from the contact spring can be wetted. These three surfaces do not hold back enough mercury to produce a short-term. Create final effect.

Es hat sich jedoch gezeigt, daß die durch die Einpressung der Vertiefungen erzeugten Vorsprünge nicht die gewünschte rechteckige Form haben und an den Kanten und Ecken abgerundet sind und daß ferner die Enden der Kontaktstücke während des Einpreßvorgangs nach unten abgebogen werden, so daß die Flächen der Vorsprünge nicht in eine Ebene fallen. Es ist daher schwierig, wenn nicht unmöglich, die Kontaktstücke derart in Massenfertigung herzustellen, daß sie alle genau die gleiche vom Quecksilber benetzbare Fläche haben.It has been shown, however, that the press-fit of the depressions generated projections do not have the desired rectangular shape and are rounded at the edges and corners and that furthermore the ends of the contact pieces during the pressing-in process be bent downwards so that the surfaces of the projections do not fall into one plane. It is therefore difficult, if not impossible, to mass-produce the contact pieces in such a way that that they all have exactly the same area that can be wetted by mercury.

Die Größe der Gesamtfläche, die vom Quecksilber benetzt wird, ist ein entscheidender Faktor für die Größe der Stromstärke, die der Schutzrohrankerkontakt mit Sicherheit schalten kann; die abgerundete und etwas ovale Form der Vorsprünge der Kontaktstücke hat vielfach zur Folge, daß diese Fläche unter den gewünschten Wert sinkt. Es hat sich herausgestellt, daß dabei Ströme von mehr als 2 Ampere während des Umschaltvorgangs eine vollständige Verdampfung des Quecksilbers und eine Austrocknung der benetzten Flächen zur Folge haben. Diese Austrocknung der vom Quecksilber benetzten Flächen hat jedoch einen vollständigen Ausfall des Schutzrohrankerkontakts zur Folge, da dabei die Kontaktfeder mit den' Kontäktstücken zusammengeschweißt wird. Die/Begrenzung des schaltbaren Stroms auf 2 Ampere 'macht den Schutzrohrankerkontakt für viele Zwecke unbrauchbar, für die er sonst sehr geeignet wäre. Bei Anwendung des Schutzrohrankerkontakts für den Unterbrecher der Zündanlage eines Verbrennungsmotors beispielsweise wäre ein quecksilberbenetzter Schalter wünschenswert, der einen Strom von 4 Ampere oder mehr zuverlässig während einer Benutzungsdauer schalten kann, die in der Größenordnung von Milliarden von Arbeitsgängen liegt. The size of the total area that is wetted by the mercury is a crucial factor for that Size of the amperage that the protective tube armature contact can switch with certainty; the rounded one and the somewhat oval shape of the projections of the contact pieces often means that this area is below the desired value decreases. It has been found that this results in currents of more than 2 amperes complete evaporation of the mercury and drying out during the switching process of the wetted surfaces. This drying out of the surfaces wetted by the mercury However, this results in a complete failure of the thermowell armature contact, as the Contact spring welded together with the 'contact pieces will. The / limitation of the switchable current to 2 amperes makes the protection tube armature contact useless for many purposes for which it would otherwise be very suitable. When using the thermowell anchor contact for the interrupter of the ignition system of an internal combustion engine, for example a mercury-wetted switch is desirable that can reliably deliver a current of 4 amps or more can switch during a period of use that is in the order of magnitude of billions of operations.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen nicht kurzschließenden Schutzrohrankerkontakt zu schaffen, der imstande ist, Stromstärken von 4 Ampere oder mehr während einer langen Benutzungsdauer mit Sicherheit zu schalten sowie ein Verfahren . zur Herstellung desselben anzugeben.The invention is based on the object of providing a protective tube armature contact that is not short-circuited provide which is capable of switching currents of 4 amperes or more for a long period of use with safety and a method. to specify for the production of the same.

Die Problemlösung besteht in einem nicht kurzschließenden, quecksilberbenetzten Schutzrohrankerkontakt mit zwei mit Kontaktstücken versehenen Kontaktblöcken, zwischen denen eine quecksilberbenetzte Kontaktfeder angeordnet ist, wobei die Oberflächen der Kontaktblöcke im Kontaktbereich und der mit ihnen verbundenen Kontaktstücke _;— mit Ausnahme der ebenen Kontaktflächen der Kontaktstücke — mit einem nicht vom Quecksilber benetzbaren Überzug versehen sind, der erfindungsgemäß derart ausgebildet ist, daß die Kontaktstücke in bei kurzschließenden Schutzrohrankerkontakten bekannter Weise kugelförmig ausgebildet sind und daß die Kontaktstücke als einzige benetzbare Fläche eine kreisförmige Kontaktfläche haben.The solution to the problem consists in a non-short-circuiting, mercury-wetted protective tube armature contact with two contact blocks provided with contact pieces, between which a mercury-wetted contact spring is arranged, the surfaces of the contact blocks in the contact area and the contact pieces connected to them _; - With the exception of the flat contact surfaces of the contact pieces - are provided with a coating that cannot be wetted by mercury, which is designed according to the invention in such a way that the contact pieces are spherical in the known manner for short-circuiting armature contacts and that the contact pieces are the only wettable surface with a circular contact surface.

Die Kontaktstücke und die Kontaktblöcke werden dabei mit einem Chromüberzug versehen, der anschließend gesintert wird, so daß die Außenflächen dieser Teile nicht vom Quecksilber benetzt werden können, worauf die ebenen Kontaktflächen der Kontaktstücke abgeschliffen werden, um die Chromschicht von diesen Flächen zu entfernen und sie vom Quecksilber benetzbar zu machen. Die Größe der vom Quecksilber benetzten Flächen kann dabei mit Sicherheit beherrscht werden, so daß die Kontaktflächen genügend Quecksilber zurückhalten,' um ihre Austrocknung, selbst beim Schalten verhältnismäßig starker Ströme, zu vermeiden, ohne daß eine Kurzschlußwirkung beim Umschalten eintritt. Ein solcher Schutzrohrankerkontakt ist daher im Gegensatz zu den bisher bekannten Vorrichtungen dieser. Art imstande, Stromstärken von 4 Ampere und mehr während einer langen .Benutzungsdauer mit Sicherheit zu schalten. ....... >. .....The contact pieces and the contact blocks are provided with a chrome coating, which is then is sintered so that the outer surfaces of these parts are not wetted by the mercury can, whereupon the flat contact surfaces of the contact pieces are ground to the chrome layer to remove from these surfaces and to make them wettable by the mercury. The size of the Surfaces wetted by mercury can be controlled with certainty, so that the contact surfaces withhold enough mercury to keep them dry, even when switching proportionally strong currents, without causing a short-circuit effect when switching. Such a Protective tube anchor contact is therefore in contrast to the previously known devices of this. Kind of capable Currents of 4 amps and more during a long period of use are certain to increase switch. .......>. .....

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt.An embodiment of the invention is shown in the drawing.

Fig. 1 ist ein Querschnitt durch einen Schutzrohrankerkontakt nach der Erfindung; Fig. 1 is a cross-section through a reed armature contact according to the invention;

Fig. 2 ist eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht der unteren Enden der Kontaktblöcke und des oberen Endes der Kontaktfeder;Figure 2 is an exploded perspective view of the lower ends of the contact blocks and the upper end of the contact spring;

F i g. 3 ist eine vergrößerte perspektivische Ansicht des unteren Endes eines Kontaktblocks; F i g. 4 ist ein vergrößerter Querschnitt des unterenF i g. 3 is an enlarged perspective view of the lower end of a contact block; F i g. 4 is an enlarged cross section of the lower one

Endes des Kontaktblocks mit dem Kontaktstück im ersten Herstellungsstadium;End of the contact block with the contact piece in the first manufacturing stage;

F i g. 5 ist ein gleicher Querschnitt in einem weiteren Stadium des Herstellungsverfahrens.F i g. Fig. 5 is the same cross-section at a further stage in the manufacturing process.

In F i g. 1 ist ein Schutzrohrankerkontakt nach der Erfindung im Schnitt dargestellt, der mit dem allgemeinen Bezugszeichen 10 bezeichnet ist. Er enthält einen etwa zylindrischen Kolben 12 aus Glas oder anderem Isoliermaterial, an dessen oberem Ende zwei magnetische Stifte oder Kontaktblöcke 14 und 16 angeordnet sind. Die unteren Enden 14 a und 16 a der Kontaktblöcke 14 und 16 sind parallel und im Abstand voneinander im Innenraum 18 des Kolbens 12 angeordnet. Jedes dieser Enden 14 α und 16 a trägt ein im wesentlichen kugelförmiges Kontaktstück 20, welches mit dem flachen Ende einer elastischen Kontaktfeder 22 in Eingriff kommen kann. Das untere Ende der Kontaktfeder 22 ist mit einem magnetischen Stift 26 verbunden, der in den Kolben 12 eingeschmolzen und an seinem unteren Ende von einem ao Quecksilbersumpf 24 umgeben ist.In Fig. 1 is a protective tube armature contact according to the invention is shown in section, which with the general Reference numeral 10 is designated. It contains an approximately cylindrical piston 12 made of glass or other insulating material, at the upper end of which two magnetic pins or contact blocks 14 and 16 are arranged are. The lower ends 14 a and 16 a of the contact blocks 14 and 16 are parallel and at a distance arranged from one another in the interior space 18 of the piston 12. Each of these ends 14 α and 16 a carries a substantially spherical contact piece 20, which with the flat end of an elastic contact spring 22 can come into engagement. The lower end of the contact spring 22 is connected to a magnetic Connected pin 26, which is melted into the piston 12 and at its lower end by an ao Mercury sump 24 is surrounded.

Der Schutzrohrankerkontakt 10, der auf mechanischem oder magnetischem Wege monostabil oder auf magnetischem Wege bistabil ausgebildet sein kann, wird durch die Anlegung eines äußeren Magnetfeldes as derart betätigt, daß die Kontaktfeder 22 sich von dem ersten Kontaktstück 20 abhebt.und mit dem zweiten Kontaktstück in Eingriff kommt. Der Schutzrohrankerkontakt 10 ist imstande, während einer Be- nutzungsdauer, die in der Größenordnung von Milliarden von Betätigungen liegt, Ströme von mehr als 4 Ampere mit Sicherheit zu unterbrechen, ohne daß dabei eine Kurzschlußwirkung auftritt. Mit anderen Worten: Wenn die Kontaktfeder 22 sich von dem ersten Kontaktstück 20 entfernt, wird die elektrische Verbindung mit diesem unterbrochen, bevor die Kontaktfeder mit dem zweiten Kontaktstück in Eingriff kommt. Eine Beeinträchtigung dieser Art von Kontaktwirkung infolge des durch die Bewegung der Kontaktfeder verdrängten Quecksilbers wird durch zwei Einschnitte 14 b und 16 b der unteren Enden 14 α und 16 a der Kontaktblöcke verhindert, die mit zwei gegenüber den Einschnitten 14 b und 16 b an der Kontaktfeder 22 angeordneten Leisten 28 zusammenarbeiten. 'The protective tube armature contact 10, which can be monostable mechanically or magnetically or bistable magnetically, is actuated by the application of an external magnetic field as in such a way that the contact spring 22 lifts off the first contact piece 20 and engages with the second contact piece comes. The protective tube armature contact 10 is able to reliably interrupt currents of more than 4 amps during a period of use which is in the order of magnitude of billions of actuations, without a short-circuit effect occurring. In other words, when the contact spring 22 moves away from the first contact piece 20, the electrical connection with it is interrupted before the contact spring comes into engagement with the second contact piece. An impairment of this type of contact effect due to the displaced by the movement of the contact spring mercury is prevented by two incisions 14 b and 16 b of the lower ends 14 α and 16 a of the contact blocks, which are two opposite the incisions 14 b and 16 b on the contact spring 22 arranged strips 28 work together. '

Die Ausbildung des Schutzrohrankerkontakts 10 — mit Ausnahme der verbesserten Kontaktanordnung mit den Kontaktblöcken 14 und 16 und den Kontaktstücken 20 '■— ist im wesentlichen die gleiche . wie die der USA.-Patentschrift 3 054 873. Auch das Herstellungsverfahren ist im wesentlichen das gleiche, mit Ausnahme der Kontaktanordnung und der Art ■ ihrer Herstellung. Diese Abweichungen der Kontaktanordnung und der Art ihrer Herstellung, sind verantwortlich für die auf mehr als das Doppelte gesteigerte Belastbarkeit des Schutzrohrankerkontakts .10 im Vergleich mit den bekannten, nicht kurzschließenden Schutzrohrankerkontakten.The design of the protective tube armature contact 10 - with the exception of the improved contact arrangement with the contact blocks 14 and 16 and the contact pieces 20 '■ - is essentially the same. like that of U.S. Patent 3,054,873. The manufacturing process is also essentially the same, with the exception of the contact arrangement and the manner in which they are manufactured. These deviations in the contact arrangement and the way in which they are manufactured are responsible for the load-bearing capacity of the thermowell armature contact, which is more than twice as high as that of the known, non-short-circuited thermowell armature contacts.

Die Herstellung der Kontakte des Schutzrohrankerkontakts 10 erfolgt in der Weise, daß eine kleine Kugel, die beispielsweise aus 85% Platin und 15 % Nickel besteht, an die Enden 14 α, 16 α (F i g. 4) der Kontaktblöcke 14. 16 angeschweißt wird. Danach wird die Kugel 20 vorzugsweise leicht abgeflacht, so daß sie eine Höhe von 0,19 mm erhält. Die Kontaktblocke 14,16 mit den Kontaktstücken 20 werden dann mit einem Überzug eines Metalls versehen, das nicht vom Quecksilber benetzt werden kann, beispielsweise mit einem Chromüberzug, so daß eine Schicht 30 (Fig. 5) entsteht, die die Außenflächen der Kontaktblöcke und der Kontaktstücke vollständig umgibt. Die Schicht 30, beispielsweise eine Chromschicht, wird vorzugsweise in einem Galvanisierungsverfahren aufgebracht; nach der Galvanisierung kann sie gesintert werden.The contacts of the protective tube armature contact 10 are made in such a way that a small Ball, which for example consists of 85% platinum and 15% nickel, to the ends 14 α, 16 α (Fig. 4) the contact blocks 14. 16 is welded on. Thereafter, the ball 20 is preferably slightly flattened, see above that it has a height of 0.19 mm. The contact blocks 14,16 with the contact pieces 20 are then provided with a coating of a metal that can not be wetted by the mercury, for example with a chrome coating, so that a Layer 30 (Fig. 5) is created which completely covers the outer surfaces of the contact blocks and the contact pieces surrounds. The layer 30, for example a chrome layer, is preferably made in an electroplating process applied; after electroplating, it can be sintered.

Die Kontaktbacke werden dann in eine Einspannvorrichtung oder Paßlehre eingesetzt, worauf die abgeflachten Außenflächen der Kontaktstücke 20 geschliffen oder poliert werden, so daß eine genau bemessene, ebene Kontaktfläche 32 (F i g. 3) entsteht, die vom Quecksilber benetzbar ist. Die angeschliffene, und polierte Fläche ist in F i g. 5 durch eine gestrichelte Linie angedeutet.. Beim Schutzrohrankerkontakt nach der Erfindung beträgt die Höhe des Kontaktstücks 20 über der umgebenden Fläche der Enden 14 a, 16 a der Kontaktblöcke etwa 0,165 mm; die kreisförmige Kontaktfläche hat einen Durchmesser in der Größenordnung von 0,25 bis 0,30 mm. The contact jaws are then placed in a jig or fitting gauge used, whereupon the flattened outer surfaces of the contact pieces 20 ground or polished so that a precisely dimensioned, flat contact surface 32 (FIG. 3) is produced, which is wettable by mercury. The beveled, and polished surface is shown in FIG. 5 indicated by a dashed line. For the protection tube armature contact According to the invention, the height of the contact piece 20 is above the surrounding surface of the Ends 14 a, 16 a of the contact blocks about 0.165 mm; the circular contact surface has a diameter on the order of 0.25 to 0.30 mm.

Infolge der Verwendung einer Paßlehre sowie wegen der kugelförmigen Gestalt des Kontaktstücks 20 ist es möglich, die Größe der vom Quecksilber benetzbaren Fläche genau zu bemessen, so daß an ihr nur diejenige Menge von Quecksilber zurückgehalten wird, die notwendig ist, um verhältnismäßig starke Ströme zu schalten, ohne daß eine Kurzschlußwirkung eintritt. Da alle übrigen Flächen des Kontaktstücks 20 und die benachbarten Flächen der Enden 14 α und 16 α der Kontaktblöcke mit einer Schicht 30 bedeckt sind, die das Quecksilber abweist, können sich keine Quecksilbertropfen bilden, die eine Kurzschlußwirkung hervorrufen. Der Schutzrohrankerkontakt 10 ist daher imstande, doppelt so starke Ströme zu schalten wie die bisher bekannten, nicht kurzschließenden Schutzrohrankerkontakte.As a result of the use of a fitting gauge and because of the spherical shape of the contact piece 20, it is possible to precisely measure the size of the area wettable by mercury so that only that amount of mercury is retained on it that is necessary to switch relatively strong currents without causing a short-circuit effect. Since all other surfaces of the contact piece 20 and the adjacent surfaces of the ends 14 α and 16 α of the contact blocks are covered with a layer 30 which repels the mercury, no mercury drops can form which cause a short-circuit effect. The protective tube armature contact 10 is therefore able to switch currents that are twice as strong as the previously known, non-short-circuiting protective tube armature contacts.

Claims

Claims:.

.1. Non-short-circuiting, mercury-wetted thermowell armature contact with two with contact pieces provided contact blocks, between which a mercury-wetted contact spring is arranged is, the surfaces of the. Contact blocks in the contact area and those connected to them Contact pieces - with the exception of the flat contact surfaces of the contact pieces - with are provided with a coating that cannot be wetted by mercury, characterized in that that the contact pieces (20) are known in the case of short-circuited protective tube armature contacts Way are spherical and that the contact pieces as the only wettable surface have a circular contact surface (32).

2. A method for producing a protective tube armature contact according to claim 1, characterized in that in a known manner the Outer surfaces of the contact blocks (14,16) and the contact pieces (20) with one of the mercury non-wettable coating are provided and that this coating is then known per se On the flat contact surfaces (32) of the contact pieces (20) by grinding or polishing is removed so that they are wettable by the mercury. ■

1 sheet of drawings