DE2306568A1 - Quecksilberschalter - Google Patents

Description

Quecksilberschalter

Gegenstand der Erfindung ist ein Quecksilberschalter mit einem aus einer Ruhelage in eine Schaltlage kippbaren Gehäuse, dessen rotationssymmetrischer Innenraum durch eine Einschnürung der Gehäusewandung in einen Vorratsraum und einen Schaltraum unterteilt ist, wobei beim Umkippen des Gehäuses in die Schaltlage das eingeschlossene Quecksilber sich über die durch die Einschnürung gebildete Schikane aus dem Vorratsraum in den Schaltraum verlagert und die in dem Gehäuse angeordneten Elektroden miteinander elektrisch verbindet.

Dank der durch die Einschnürung der Gehäusewandung gebildeten Schikane, welche beim Kippen des Schalters das UeberfHessen des Quecksilbers aus dem Vorratsraum in den Schaltraum vorübergehend verhindert, ist ein solcher Schalter gegen Fehlschaltungen zufolge Erschütterungen relativ unempfindlich. Beim Einschalten bildet die Schikane darüber hinaus zunächst einen gewissen Widerstand gegenüber der Verlagerung des Quecksilbers, welches erst nach Ueberschreiten eines bestimmten Kippwinkels in den Schaltraum hinüberfliessen und die Elektroden miteinander verbinden kann. Allerdings kommt es dabei darauf an, dass der Schalter eine reine Kippbewegung ausführt, da durch überlagerte Bewegungen,

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z.B. Erschütterungen die Verlagerung des Quecksilbers auch früher als vorgesehen erfolgen kann. Auf alle Fälle genügt aber der durch eine solche Schikane dargestellte Strömungswiderstand nicht, um eine ausgeprägte Sprungschalt-Charakteristik zu bewirken und somit einen abbrandfreien Schaltvorgang zu gewährleisten. - "

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, der Verlagerung des Quecksilbers einen definierten Widerstand entgegen zu setzen, in der Erkenntnis, dass durch einen solchen eine Sprungschalt-Charakteristik auf alle Fälle erzielt wird, unabhängig davon, ob dem Umkippen des Schalters in seine Schaltlage andere Bewegungen, z.B. Erschütterungen überlagert sind und ob das Kippen des Schalters langsam oder rasch erfolgt. Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass die Einschnürung mit dem Ende der einen Elektrode eine ringförmige Durchflussöffnung für das Quecksilber bildet.- Bei einem solchen Schalter führt der von der Durchflussöffnung gebildete Widerstand im Zusammenhang mit der relativ grossen Oberflächenspannung des Quecksilbers dazu, dass beim Einschalten bis zu einem bestimmten Kippwinkel das Quecksilber auf alle Fälle und somit auch bei Erschütterungen zurückgehalten wird, sodann aber sich schlagartig verlagert, und zwar selbst dann, wenn das Gehäuse sehr langsam in seine Schaltlage hinübergekippt wird. Hier wird also eine dem Quecksilber innewohnende Eigenschaft voll ausgenützt, um einen raschen Schaltvorgang unabhängig von der Geschwindigkeit der Betätigung zu erzielen. Dazu kommt noch, dass die mit ihrem Ende die Durchflussöffnung bildende Elektrode mit dem Quecksilber bereits vor dem Einschalten in Berührung kommt und während des Einschaltens entsprechend dem Durchfluss-

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widerstand unter erhöhter Oberflächenpressung in Berührung steht und dementsprechend gegen Abbrand vollständig geschützt ist. Wird dann die zweite Elektrode, welche sich notwendigerweise in dem Schaltraum befindet/ so angeordnet, dass sie mit der in der Ruhelage des Schalters in diesem Raum verbleibenden Teilmenge des Quecksilbers in Berührung steht bzw. darin noch vor dem Ueberfliessen der anderen Teilmenge des Quecksilbers aus dem Vorratsraum eintaucht, so ist auch diese Elektrode gegen Abbrand geschützt, indem das Schalten durch das Ineinanderfliessen der beiden Teilmengen des Quecksilbers bewerkstelligt wird. Ein solcher Quecksilberschalter eignet sich besonders zur Verwendung an frei beweglichen elektrischen Einrichtungen, insbesondere in einer durch einen Elektromotor angetriebenen Vibrator-Nadel für das Verdichten von Betonmassen.

Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes ist in der beiliegenden Zeichnung schematisch dargestellt, und zwar zeigt

Figur 1 einen (freilich nicht ausschliesslich)

für die Verwendung in einer Vibrator-Nadel vorgesehenen Quecksilberschalter in der Ruhelage und

Figur 2 den gleichen Schalter in der Schaltlage.

Bei diesem Ausführungsbeispiel ist das die .Form eines Rotations— hohlkörpers aufweisende Gehäuse 1 aus Hartglas gefertigt. Das eine, abgesetzte Ende 2 des Gehäuses umschliesst einen kleineren Teilraum 3, welcher mit den vom übrigen Teil des Gehäuses umschlossenen grösseren Teilraum 4 durch einen von einer Einschnürung 5 umschlossenen Durchlass 6 verbunden ist. Der abge-

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setzte Gehäuseteil weist einen sich zum Durchlass 6 bzw. zu der Einschnürung 5 hin konisch verjüngenden Wandabschnitt 7 auf. An der anderen Seite bildet die Einschnürung eine Schulter 8, an welche sich ein konisch erweiternder Wandabschnitt 9 anschliesst, der in einen zylindrischen Wandabschnitt 10 übergeht. Die stabförmigen Elektroden 11 und 12 sind in den einander entgegengesetzten Enden des Gehäuses 1 dichtend eingefasst und sie erstrecken sich gegeneinander in .der Gehäuseachse. Das Ende 13

der Elektrode 12 befindet sich dabei in der unmittelbaren Nähe des Durchlasses 6. In dem Gehäuse ist eine Menge Quecksilber eingeschlossen, die sich in zwei Teilmengen 14 und 15 aufteilt, welche sich je an einer Seite der Einschnürung 5 in den durch die Gehäusewandung geformten Mulden befinden. Dabei ist entsprechend der Absetzung des Gehäuses 1 die die Teilmenge 14 aufnehmende Mulde 16 weniger tief als die Mulde 17, in welcher sich die andere Teilmenge 15 des Quecksilbers befindet. Im vorliegenden Falle ist die Gesamtmenge des Quecksilbers so bemessen, dass in der dargestellten Ruhelage des Schalters beide Teilmengen 14 und 15 mit den (aus Wolfram bestehenden) Elektroden 11 bzw. 12 in Berührung stehen.

Wird nun das Gehäuse 1 (gemäss der Zeichnung im Gegenuhrzeigersinn) gekippt, um in die Schaltlage überführt zu werden, so verhindert die von der Einschnürung 5 gebildete Schikane die Verlagerung der Teilmenge 15 in Richtung auf den·kleineren Teilraum 3, dies nicht zuletzt dank der hohen Oberflächenspannung des Quecksilbers. Eine Rolle spielt dabei auch noch,der Umstand, wonach das Ende 13 der Elektrode 12 unmittelbar bis zum Durchlass 6 reicht und dabei mit der Einschnürung eine ringförmige, relativ enge Durchflussöffnung 18 bildet. Funktionell betrachtet wirkt also auch das Ende 13 der Elektrode bzw. die Durchfluss-

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Öffnung 18 auch im Sinne einer Schikane. Dank dieser Massnahmen dringt zwar das Quecksilber beim Kippen des Gehäuses in Form einer Wulst durch die Durchlassöffnung 18, zu einem Durchfliessen kommt es aber erst, wenn der kritische Kippwinkel erreicht ist. Figur 2 zeigt die Situation in dem dem Durchfliesseh unmittelbar vorangehenden Augenblick, wobei der kritische Winkel (Einschaltwinkel) mit <=£ bezeichnet ist. Setzt einmal das DurchfHessen ein, so läuft es auch schlagartig ab, einerseits zufolge des natürlichen Verhaltens des Quecksilbers, andererseits aber, weil die Verlagerungsbahn des Quecksilbers dank der konischen Ausbildung 7 des Gehäuses (nicht aber die Gehäuseachse) in diesem Augenblick bereits sehr stark nach unten geneigt ist. Der elektrische Kontakt wird durch Vereinigung der durch die Durchlassöffnung 18 durchfliessenden Teilmenge 15 mit der Teilmenge 14 hergestellt, wobei am Schaltvorgang das Quecksilber unmittelbar, die Elektroden aber nur mittelbar beteiligt sind. Es liegt hier somit sozusagen eine "hydraulische" Kontaktvorrichtung vor, deren miteinander zusammenwirkende Kontakte durch die Teilmengen des Quecksilbers gebildet sind. Dadurch werden Abbrandprobleme weitgehend vermieden.

Beim Zurückkippen des Gehäuses in die Ruhelage fliesst das Quecksilber durch die Durchlassöffnung 18 in Richtung auf den grösseren Teilraum 4 zurück, ohne dass es sich zunächst in zwei Teilmengen aufteilen würde. Dies geschieht erst, wenn ein in der Figur 2 mit β bezeichneter Kippwinkel erreicht wird. Der Ausschaltwinkel /? ist, entsprechend der hohen Kohäsion im Quecksilber, kleiner · als der Einschaltwinkel. Diese Hysterese-Charakteristik ist wichtig, da sich dabei ein Ueberfahren des Einschaltwinkels im Interesse einer sicheren und eindeutigen Aufrechterhaltung der elektrischen Verbindung erübrigt. Tatsächlich liegt die diesbe-

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zügliche Sicherheitsmarge innerhalb des ohnehin verringerten und auf das absolute Minimum beschränkten Schaltweges. Erfolgt einmal das Einschalten beim Kippen des Gehäuses um den Einschaltwinkel und nur um den Einschaltwinkel, so bleibt die elektrische Verbindung auch beim Rütteln des Schalters, wie dies z.B. bei einer Vibrator-Nadel der Fall ist, erhalten. Das-Ausschalten selbst erfolgt ebenfalls schlagartig. Entsprechend der Ausbildung des Gehäuses streben nämlich die sich an beiden Seiten der Einschnürung 5 befindlichen, zunächst noch zusammenhängenden, Quecksilbermengen auseinander. Mit Hinblick auf die hohe Kohäsion entsteht dabei im Quecksilber eine Zugspannung und das Ausschalten erfolgt, wenn diese die "Zerreissfestigkeit" des Quecksilbers überschreitet» Die dabei getrennten Quecksilberteilmengen entfernen sich voneinander augenblicklich, indem sie an der von der Einschnürung nach beiden Seiten abfallenden Gehäusewandung abfliessen. Auch hier ist also der Schaitvorgang eindeutig weitgehend frei von Funkenbildung.

Es versteht sich, dass das Gehäuse eine beliebige andere Form besitzen kann, solange nur im Verlagerungsweg des Quecksilbers eine Schikane angeordnet ist. Eine solche bildet nämlich die Voraussetzung dafür, dass das Quecksilber beim Ausschalten in zwei Teilmengen unterteilt wird, welche beim Einschalten zusammenf Hessen und die elektrische Verbindung unmittelbar bewerkstelligen.

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Claims (4)

230656: Patentansprüche

1. Quecksilberschalter mit einem aus einer Ruhelage in eine Schaltlage kippbaren Gehäuse, dessen rotationssymmetrischer Innenraum durch eine Einschnürung der Gehäusewandung in einen Vorratsraum und einen Schaltraum unterteilt ist, wobei beim Umkippen des Gehäuses in die Schaltlage das eingeschlossene Quecksilber sich über die durch die Einschnürung gebildete Schikane aus dem Vorratsraum in den Schaltraum verlagert und die in dem Gehäuse angeordneten Elektroden miteinander elektrisch verbindet, dadurch gekennzeichnet, dass die Einschnürung (5) mit dem Ende (13) der einen Elektrode (12) eine ringförmige Durchflussöffnung (18) für das Quecksilber bildet.

2. Quecksilberschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einschnürung nach dem Vorratsraum hin eine schulterartig steile und nach dem Schaltraum hin eine flache Flanke aufweist.

3. Quecksilberschalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn-

zeichnet, dass der Schaltraum im wesentlichen durch die sich trichterförmig erweiternde Flanke der Einschnürung umschlossen ist und gegenüber dem Vorratsraum eine beschränkte Länge und lichte Weite aufweist.

4. Quecksilberschalter nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden stabförmig ausgebildet sind und sich koaxial durch den Schaltraum bzw. den Vorratsraum in Richtung aufeinander erstrecken.

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