DE1515775C3 - Magnetisch betätigter Quecksilberschalter - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft einen magnetisch betätigten Quecksilberschalter, mit einem teilweise mit Quecksilber gefüllten Gehäuse und einer auf dem Quecksilber schwimmenden, von einem Quecksilberfilm überzogenen, magnetisierbaren Kugel, die in dem Gehäuse geführt und unter der Wirkung eines Magnetfeldes in Längsrichtung des Gehäuses derart bewegbar ist, daß eine Verbindung zwischen zwei fest im Gehäuse vorgesehenen Kontakten hergestellt oder unterbrochen ist.

Bei einem bekannten magnetisch betätigten Quecksilberschalter der vorstehend genannten Art ist ein Elektromagnet vorgesehen, dessen Polschuhe das die Kugel und Quecksilber enthaltende Gehäuse von zwei Seiten umgreifen, wobei die von den beiden Polschuhen gebildete Kraftlinienebene etwa senkrecht zur Längsachse des Gehäuses und damit auch senkrecht zur Bewegungsrichtung der Kugel liegt. Wird der Elektromagnet erregt, so wird die Kugel aus einer Lage unterhalb der Mittelebene der beiden Polschuhe nach oben gezogen, wodurch die beiden Kontakte geschlossen werden. Nachteilig bei diesem bekannten Quecksilberschalter ist vor allem der Raumbedarf, der sich durch die elektromagnetische Betätigungseinrichtung ergibt und der eine Verwendung dieses Quecksilberschalters in Fällen, in denen es auf eine besonders gedrängte Bauweise ankommt (z. B. bei elektrischen Schreibmaschinen), praktisch ausschließt.

Es ist weiterhin ein Vakuumschalter bekannt, der einen Permanentmagneten sowie einen am Vakuumkontakt befestigten Vorspannmagneten enthält. Bei ungehindertem Kraftlinienfluß zwischen diesen beiden Magneten wird der bewegliche Kontakt vom Vorspannmagneten festgehalten und die Kontaktverbindung dadurch unterbrochen. Wird dagegen beispielsweise eine Eisenfahne in den Luftspalt zwischen den beiden Magneten eingeführt, so reicht die Magnetkraft des Vorspannmagneten nicht mehr aus, um den beweglichen Kontakt festzuhalten; die Kontaktverbindung wird in diesem Falle hergestellt. Auch dieser bekannte Schalter besitzt einen verhältnismäßig großen Raumbedarf; das beschriebene Konstruktionsprinzip eignet sich ferner nicht ohne weiteres für einen Quecksilberschalter.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, unter Vermeidung der Mängel der bekannten Ausführungen einen magnetisch betätigten Quecksilberschalter der eingangs genannten Art dahin weiterzuentwickeln, daß mit einer einfachen konstruktiven Ausführung ein räumlich gedrängter Aufbau erzielt wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zur Erzeugung des Magnetfeldes ein an sich bekannter Dauermagnet vorgesehen ist, der ortsfest angeordnet ist und in einer Kraftlinienebene einen etwa rechteckförmigen Querschnitt aufweist, daß ferner das das Quecksilber und die Kugel enthaltende Gehäuse mit seiner Längsachse in einer Kraftlinienebene liegt und derart angeordnet ist, daß sich die Kugel stets im Bereich zwischen der Mitte einer Außenseite des Magneten und einer Ecke des Dauermagneten befindet, und daß weiterhin zur Änderung des Magnetlinienflusses im Bereich der Bewegungsbahn der Kugel ein magnetisierbares Betätigungselement an die genannte Ecke des Dauermagneten annäherbar ist.

Bei dem erfindungsgemäßen Quecksilberschalter wird durch die Art der räumlichen Zuordnung des die Kontakte, die Kugel und das Quecksilber enthaltenden Gehäuses zu dem ortsfesten Dauermagneten eine solche Verteilung der magnetischen Kraftlinien erzeugt, daß die Kugel bei entferntem Betätigungselement in der einen Lage gehalten wird, während sie allein durch die Annäherung des Betätigungselemen-

tes an die genannte Ecke des Dauermagneten in die andere Lage gebracht wird. Eine derartige Ausführung ermöglicht einerseits eine sehr genaue Schaltfunktion sowie eine schnelle Schaltfolge und ergibt andererseits einen sehr einfachen konstruktiven Aufbau mit geringen Abmessungen. Dies ermöglicht es, eine Vielzahl von erfindungsgemäßen Quecksilberschaltern dicht nebeneinander an einem einzigen Dauermagneten anzuordnen, was eine erhebliche Vereinfachung in fertigungs- und montagetechnischer Hinsicht darstellt und zu einer besonders raumsparenden Bauweise führt.

Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung veranschaulicht. Es zeigen

Fi g. 1 und 2 je einen Schnitt durch den erfindungsgemäßen Schalter gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel im Öffnungs- und Schließzustand,

Fig. 3 eine Stirnansicht der Schalteranordnung gemäß den Fig. 1 und 2,

F i g. 4 und 5 einen Schnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung im Schließ- und Öffnungszustand,

Fi g. 6 einen Schnitt durch ein drittes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Schalters.

Der in Fig. 1 in einfacher Form dargestellte Näherungsschalter enthält eine durch ein Glasrohr gebildete Kapsel 1, in der eine Eisen- oder Stahlkugel 2 vorgesehen ist, die auf Quecksilber 3 schwimmt. Größe und Material der Kugel 2 sind so gewählt, daß das Quecksilber auf der Oberfläche der Kugel 2 einen Film bildet. In der Kapsel sind mit Abstand voneinander zwei elektrische Kontakte 4 und 5 angeordnet; diese Kontakte sind bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 an den Enden der Kapsel vorgesehen, können jedoch statt dessen auch an verschiedenen Stellen durch die Seitenwand der Kapsel hindurchgeführt werden. Der Kontakt 4 ist vom Quecksilber 3 bedeckt, während der oberhalb der Kugel 2 angeordnete Kontakt 5 die Kugel nicht berührt, wenn diese sich in ihrer Normallage befindet. Die Kapsel 1 dient einerseits als Behälter für das Quecksilber und die Kugel und stellt andererseits eine Kugelführung dar, durch die die Bewegung der Kugel 2 auf eine bestimmte Richtung beschränkt wird. Die Kapsel 1 ist neben einem Permanentmagneten 6 angeordnet, der vorzugsweise aus einem keramischen Material hoher Koerzitivkraft besteht, wie es im Handel erhältlich ist. Statt dessen können auch Magnete aus einer Sinterlegierung von Aluminium, Kobalt, Nickel und Eisen Verwendung finden. Der Magnet 6 besitzt vorzugsweise in einer durch die Achse der Kapsel 1 gelegten Ebene einen rechteckigen Querschnitt. Für einen normalerweise geöffneten Schalter ist die Magnetisierung so gewählt, daß die an die Kapsel 1 angrenzende Seite des Magneten 6 einen Pol bildet. Die Kapsel 1 ist derart angeordnet, daß sich die Kugel 2 zwischen der Mitte der Polseite und einer Ecke (beispielsweise 7) der Polseite befindet. Der Schalter ist räumlich so angeordnet, daß sich der Kontakt 4 und das Quecksilber 3 unter der Kugel 2 befinden und die Teile die in Fig. 1 dargestellte Lage einnehmen.

Wird ein magnetisierbares Betätigungselement in die Nähe der Ecke 7 gebracht, was in Längs- oder Querrichtung des Magneten erfolgen kann (vgl. Fi g. 2), so wird die Verteilung des vom Nordpol des Magneten 6 ausgehenden Magnetflusses gestört, indem sich der Fluß im Bereich der Ecke 7 konzentriert. Da die Kraftlinien etwa senkrecht zur Längsrichtung der durch die Kapsel 1 gebildeten Kugelführung verlaufen, bewegt sich die Kugel 2 durch die erwähnte Verzerrung des Kraftlinienflusses in Richtung auf den Bereich größerer Kraftliniendichte. Wird also durch das Betätigungselement 8 im Bereich der Ecke 7 ein Kraftlinienweg von verhältnismäßig geringem magnetischen Widerstand geschaffen, so bewegt sich die Kugel 2 in Richtung auf diese Ecke und schließt daher den Schalter.

ίο Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel weist die Kapsel 1 einen Durchmesser von weniger als 5 mm auf. Die einzelnen Schalter können hierbei in der aus Fig. 3 ersichtlichen Weise unter Verwendung eines gemeinsamen Magneten 6 nebeneinander angeordnet werden, sofern sich der Kraftfluß des Magneten 6 im Bereich von jeweils etwa 5 mm durch geeignet dünne Betätigungselemente 8 konzentrieren läßt. Für das Betätigungselement 8 genügt beispielsweise eine Stärke von 0,5 bis 1 mm.

die Schalter sind so klein gehalten, daß sie beispielsweise unter der Tastenreihe einer Schreibmaschine angeordnet werden können, um bei Betätigung einer Taste einen Stromkreis zu schließen. Die Taste * kann dabei entweder selbst das magnetisierbare Betätigungselement bilden oder es können statt dessen mit den Tasten kleine magnetisierbare Streifen verbunden werden, die als Betätigungselemente mit den Schaltern zusammenwirken.

Die Auslösung der erfindungsgemäßen Schalter kann je nach dem gewählten Verwendungszweck auch durch andere Elemente erfolgen, beispielsweise durch Tasten von Addiermaschinen, durch Tasten von Fernsprech-Zifferwähleinrichtungen oder sonstige linear bewegliche Elemente. Weiterhin kann zur Betätigung auch eine drehbare Scheibe dienen, beispielsweise eines Zeit- oder Programmgebers, wobei diese Scheibe mit Zähnen oder Vorsprüngen zur Betätigung des Schalters versehen ist.

Die Fi g. 1 bis 3 zeigen eine Schalteranordnung, bei der der Schalter normalerweise geöffnet ist und durch Annäherung des Betätigungselementes an eine Ecke des Magneten geschlossen wird. Die Fi g. 4 und 5 veranschaulichen eine ähnliche Schalteranordnung, bei der der Schalter jedoch im Ruhezustand geschlossen ist und bei Annäherung eines Betätigungselementes geöffnet wird. Der Schalter gemäß den F i g. 4 und 5 enthält eine Kapsel 11, die ebenso wie bei dem zuvor erläuterten Ausführungsbeispiel eine Führung für eine magnetisierbare Kugel 12 bildet, die auf Quecksilber 13 schwimmt und mit einem Quecksilberfilm überzogen ist. Der Anschlußkontakt 14 ist vom Quecksilber 13 bedeckt, während der andere Kontakt 15 am oberen Ende der Bewegungsbahn der Kugel 12 angeordnet ist.

Die Kapsel 11 ist im Bereich der Seite 19 des Magneten 16 angeordnet, der zwischen dieser Seite 19 und einer Polseite 20 eine Ecke 17 aufweist. Die Achse der Kapsel 11 liegt in der Querschnittsebene des Magneten 16, wobei sich die Kugel 12 zwischen der Mitte der Seite 19 und der Ecke 17 befindet. Vorzugsweise ist die Kapsel 11 in der aus der Zeichnung ersichtlichen Weise unter einem kleinen Winkel gegenüber der Seite 19 geneigt, so daß sich der Abstand der Kugel 12 von der Seite 19 bei Annäherung der Kugel an die Ecke 17 verringert. Befindet sich im Bereich der Ecke 17 kein Betätigungselement, so nimmt die Kugel 12 die in Fig. 4 veranschaulichte Lage ein, in der der Schalter geschlossen ist.

Wird ein Betätigungselement 21 der Ecke 17 genähert (Fig. 5), so werden in diesem Betätigungselement entsprechende Magnetpole induziert, so daß die Kugel 12, die gleichfalls induzierte Magnetpole aufweist, von der Ecke 17 abgestoßen und in das Quecksilber 13 gedrückt wird. Die Stromverbindung zwischen den Kontakten 14 und 15 wird dadurch unterbrochen.

Die abstoßende Wirkung des Betätigungselementes 21 dürfte auf die Verringerung des Flußgradienten zurückzuführen sein, die an der der Kugel zugewandten Seite der Ecke 17 gegenüber dem ohne das Betätigungselement vorliegenden hohen Gradienten auftritt, der durch das Zusammendrängen der äußeren Kraftlinien in Richtung auf die Ecken der Polseiten bedingt ist. Bei fehlendem Betätigungselement 21 besitzt das äußere Feld seine maximale Dichte daher etwa oberhalb der Kugel 12 (Fig. 4). Gelangt dagegen das Betätigungselement 21 in den Bereich der Ecke 17, so wird der Magnetfluß von der Polseite 20 auf das Betätigungselement 21 konzentriert, wobei sich der Magnetfluß vom Ende dieses Betätigungselementes zu der Südpolseite des Magneten schließt. Die Kugel 12 befindet sich demgemäß nunmehr im Bereich minimaler Flußdichte längs einer Seite des zusammengesetzten Magneten (bestehend aus dem eigentlichen Magneten 16 und dem magnetisierten Betätigungselement 21). Die Kugel 12 wird demgemäß nunmehr in Richtung auf den anderen Magnetpol gezogen (Fig. 5).

Es wurde festgestellt, daß einige Arten von keramischen Magneten, die von den Herstellern als »nicht orientiert« bezeichnet werden, sich derart magnetisieren lassen, daß ein Querschnitt Pole an einem Seitenpaar besitzt, während ein benachbarter Querschnitt, der zum nächsten Schalter gehört, Pole an dem anderen Seitenpaar aufweist. Auf diese Weise läßt sich mit zwei benachbarten Schaltern, denen zwei Betätigungselemente oder ein dickes gemeinsames Betätigungselement zugeordnet sind, das Äquivalent eines einpoligen Umschalters herstellen.

Es wurde weiterhin festgestellt, daß die zur Aufnähme des Quecksilbers und zur Führung der Kugel dienende Kapsel aus dünnem Stahl bestehen kann, ohne daß hierdurch die Wirkungsweise beeinträchtigt wird. Eine derartige Ausführung ist in Fig. 6 veranschaulicht. Die Kapsel 31 besteht aus dünnem Stahl und dient als Führung für eine magnetische Kugel 33, die auf Quecksilber 34 schwimmt, Größe und Oberflächenmaterial der Kugel 33 sind so gewählt, daß die Kugel von einem Quecksilberfilm bedeckt ist. In ihrer normalen Lage berührt die Kugel den von der

¹S Kapsel 31 isolierten oberen Anschlußkontakt 32 nicht.

Die Kapsel 31 ist längs einer Polseite des Magneten 36 angeordnet, wobei sich die Kugel 33 in der erläuterten Weise im Bereich zwischen der Mitte dieser

so Polseite und der Ecke 37 befindet. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 6 ist die Kapsel 31 jedoch vorzugsweise etwas weiter von der Ecke 37 entfernt, so daß die Kugel 33 in der Normallage einen etwas kleineren Abstand von der Mitte der Polseite als von

=»5 der Ecke 37 aufweist. Die Betätigung dieses Schalters erfolgt dadurch, daß ein Betätigungselement in Längsrichtung der Polseite oder der angrenzenden Seite der Ecke 37 genähert wird.

Die erfindungsgemäße Lösung ermöglicht es, eine Vielzahl von kapseiförmigen Schaltern ohne größere Zwischenräume an einem einzigen Magneten anzuordnen, was insbesondere für Geräte mit zahlreichen Tasten, wie Schreibmaschinen, Addiermaschinen und Koordinatenwähler, von Bedeutung ist. Dabei können auch an einander gegenüberliegenden Seiten eines einzigen Magneten Schalter angeordnet werden, wodurch sich die Zahl der pro Längeneinheit unterzubringenden Schalter verdoppelt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Magnetisch betätigter Quecksilberschalter, mit einem teilweise mit Quecksilber gefüllten Gehäuse und einer auf dem Quecksilber schwimmenden, von einem Quecksilberfilm überzogenen, magnetisierbaren Kugel, die in dem Gehäuse geführt und unter der Wirkung eines Magnetfeldes in Längsrichtung des Gehäuses derart bewegbar ist, daß eine Verbindung zwischen zwei fest im Gehäuse vorgesehenen Kontakten hergestellt oder unterbrochen ist, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung des Magnetfeldes ein an sich bekannter Dauermagnet (z. B. 6) vor- *5 gesehen ist, der ortsfest angeordnet ist und in einer Kraftlinienebene einen etwa rechteckförmigen Querschnitt aufweist, daß ferner das das Quecksilber (z. B. 3) und die Kugel (z. B. 2) enthaltende Gehäuse mit seiner Längsachse in einer Kraftlinienebene liegt und derart angeordnet ist, daß sich die Kugel stets im Bereich zwischen der Mitte einer Außenseite des Magneten und einer Ecke (z. B. 7) des Dauermagneten befindet, und daß weiterhin zur Änderung des Magnetlinienflusses im Bereich der Bewegungsbahn der Kugel ein magnetisierbares Betätigungselement (z. B. 8) an die genannte Ecke des Dauermagneten annäherbar ist.

2. Schalter nach Anspruch 1, bei dem die Kugel die Kontaktverbindung bei Annäherung des Betätigungselementes an die genannte Ecke des Dauermagneten herstellt, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (z. B. 1) längs einer Polseite des Dauermagneten (z. B. 6) angeordnet ist.

3. Schalter nach Anspruch 1, bei dem die Kugel die Kontaktverbindung bei Annäherung des Betätigungselementes an die genannte Ecke des Dauermagneten unterbricht, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (z. B. 11) längs einer an eine Polseite des Dauermagneten (z. B. 16) angrenzenden Außenseite (z. B. 19) des Dauermagneten angeordnet ist.

4. Schalter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Längsseite des Gehäuses (11) gegenüber der benachbarten Außenseite (19) des Dauermagneten (16) derart geneigt ist, daß sich der Abstand zwischen Gehäuse und Magnet in»- Richtung auf die Ecke (17) zu verkleinert.

5. Schalteranordnung, bestehend aus einer Vielzahl von Schaltern gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß den mit gesonderten Betätigungselementen (z. B. 8) versehenen Schaltern ein gemeinsamer, langgestreckter Dauermagnet (z. B. 6) zugeordnet ist.