DE2653687A1

DE2653687A1 - Magnetisch betaetigbarer quecksilberschalter

Info

Publication number: DE2653687A1
Application number: DE19762653687
Authority: DE
Inventors: Paul Edward Stuckert
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1975-12-03
Filing date: 1976-11-26
Publication date: 1977-06-08
Also published as: JPS5936377B2; CA1076170A; FR2334192B1; IT1074441B; FR2334192A1; JPS5268954A; GB1506372A; US4047135A

Description

. Böblingen, 22. November 1976 ar-bd

Anmelderin: International Business Machines

Corporation, Armonk, N.Y. 10504

Amtliches Aktenzeichen: Neuanmeldung Aktenzeichen der Anmelderin: YO 974 057

Magnetisch betätigbarer Quecksilberschalter

Diese Erfindung betrifft einen magnetisch betätigbaren Quecksilberschalter mit einem durch die Einwirkung eines magnetischen Feldes in axialer Richtung verschiebbaren Anker im Hohlraum eines unmagnetischen röhrenförmigen Gehäuses mit geschlossenen Endseiten die beide in axialer Richtung von stangenförmigen Anschlußelementen durchdrungen sind, welche in den Hohlraum ragen und dort einandergegenüberliegende Kontaktstücke bilden die zueinander einen axialen Abstand aufweisen den der verschiebbare Anker bei geschlossenem Schalter überbrückt, wobei Quecksilber die Kontaktflächen der Kontaktstücke und des Ankers benetzt und die Spalte zwischen den Verschiebungsflächen ausfüllt. Derartige Quecksilberschalter oder Relais sind beispielsweise durch die US. PS. 3 240 900 und 3 786 217 bekannt.

Der Zweck der Erfindung ist eine Weiterentwicklung der Quecksilberschalter- oder Relais hinsichtlich einer Konstruktiosvereinfachung bei gleicher Schaltleistung und eine Senkung der Herstellungskosten.

Die sogenannten Quecksilberschalter- oder Relais haben den Vorzug, daß sie meistens eine große Lebensdauer auch bei großer Schalthäufigkeit und relativ großer Schaltleistung aufweisen, da bei ihnen allgemein kein Kontaktverschleiß auftritt. Ihre Anwendung erfolgt vorwiegend in der Steuerungs-· und Regelungstechnik, sowie in Schaltungsanordnungen mit hohen Sicherheitsanforderungen, deren Erfüllung die Mehrkosten gegenüber den

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mechanischen Schaltern bzw. Relais rechtfertigen.

Der erfindungsgemäße Schalter gehört zu der Gruppe von Flüssigkeits-Schaltern oder Relais, die bei ihrer Betätigung entweder einem elektrischen Schaltkreis schließen oder öffnen durch einen in axialer Richtung verschiebbaren Kolben oder Stößel, der als Brückenglied dient, das die Schaltfunktion bewerkstelligt.

In der US. PS. 3 240 900 sind elektrische Relais beschrieben, die ein geschlossenes Gehäuse mit einem Hohlraum aufweisen, der teilweise bis zu einem dem ausgeschalteten Zustand entsprechenden Pegel mit Quecksilber gefüllt ist. Diesen Hohlraum durchdringen zwei stationär angeordente Anschlußelemente deren freie Enden., die als Kontaktflächen dienen, mit geringem Abstand einander gegenüberstehen und einen Spalt begrenzen, der sich etwas oberhalb des Ruhepegels der Quecksilberfüllung befindet. Diese beiden Anschlußelemente und den Kontaktspalt umgibt ein verschiebbarer hohlzylindrischer und magnetisierbarer Anker, der in der Quecksilberfüllung schwimmt und nur zum Teil in diese eintaucht. Wirkt auf diesen Schalter ein magnetisches Feld ein, das beispielsweise von einer erregten Feldspule erzeugt wird, die das Gehäuse umgibt, dann wird der Anker dadurch tiefer in die Quecksilberflüssigkeit eingetaucht. Die dadurch verursachte Verdrängung des Quecksilbers bewirkt, daß dessen Pegel soweit ansteigt,- daß der Kontaktspalt zwischen den beiden Kontaktflächen durch Quecksilber ausgefüllt wird, wodurch eine leitende Kontaktverbindung hergestellt ist. Derartige Schalter sind relativ groß, ihr Anker ist voluminös und sie benötigen eine Menge Quecksilber.

Ein anderer Quecksilberschalter der weniger Quecksilber benötigt und bei dem dieses den Schaltkontakten aus einem kleinen Reservoir über Kapillaren zugeführt wird, ist in der deutschen Auslegeschrift 1 802 585 beschrieben. Zur weiteren Einsparung von Quecksilber, zur Verkleinerung und zur Verbilligerung dieser Quecksilberschalter bzw. Relais sind durch die deutsche Aaslegeschrift

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1 609 789 und die US.-PS. 3 331 037 andere Quecksilberschalter und Herstellungsverfahren bekannt geworden, bei denen das Quecksilber als dünne Schicht auf vorbestimmten Flächen - vorzugsweise den Kontaktflächen - haftet und daß es andere Flächen die beispielsweise zur Isolierung dienen nicht benetzt. In der US. PS. 3 786 217 ist ein Schalter oder Relais beschrieben, bei dem in einer auf beiden Stirnseiten geschlossenen Glasrohre als Gehäuse in axialer Richtung zwei stationäre Anschlußelemente in den Hohlraum ragen, deren freie als Kontaktflächen dienende Stirnflächen mit größerem Abstand einander gegenüberstehen. In diesem Zwischenraum ist ein in Längsrichtung hin und her verschiebbarer und auf einer umgebenden dünnen Quecksilberschicht gelagerter, kürzerer Anker als Kontaktbrückenglied angeordnet, dessen Stirnseiten ebenfalls als Kontaktflächen dienen. Bei einer Ankerverschiebung v/erden Stopeinrichtungen wirksam, die verhindern, daß sich die Kontaktflächen berühren und sich nur ein geringer Kontaktspalt bildet, der durch eine andere vorgesehene Einrichtung mit Quecksilber ausgefüllt wird. Zwei andere magnetisch betätigbare Quecksilberschalter, die durch ein Brückenglied eine Kontaktverbindung zwischen zwei Kontaktstücken herstellen, sind in der US. PS. 3 289 126 und im IBM Technical Disclosure Bulletin Vo. 11 No. 11 April 1969 Seiten 1467-68 beschrieben. Bei beiden Schaltern ist gemeinsam, daß sie einen zylindrischen Hohlraum im Isoliergehäuse aufweisen, der eine vom Quecksilber nicht benetzte Engstelle aufweist durch die der Hohlraum in zwei miteinander verbundene Kammern unterteilt ist, in denen stationäre Kontaktstücke angeordnete sind. Bei dem zuerst genannten Schalter ist jede Kammer teilsweise mit Quecksilber gefüllt, wobei die Menge so gewählt ist, daß bei geöffnetem Schalter keine Verbindung der beiden Quecksilberfüllungen über die Engstelle besteht. Zur Herstellung einer Brückenverbindung über die Engstelle bei der Einwirkung eines magnetischen Feldes sind dem Quecksilber magnetisierbare Partikel beigemengt. Bei geschlossenem Schalter, der dem EIN-Schaltzustand entspricht, wird durch das erzeugte Magnetfeld somit eine elektrisch leitende Brücke zwischen den Kontaktstücken

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gebildet die aus Quecksilber und den beigemengten magnetischen
Partikeln besteht. Bei dem zuletzt genannten Schalter ist zum
Ausgleich des Gasdruckes in den beiden Kammern eine dünne Röhre vorgesehen, die sich in axialer Richtung durch die Engstelle des Hohlraumes in beide Kammern erstreckt.

Bei Quecksilberschaltern die meistens Kontaktstücke aus relativ billigem und weichem Material enthalten, in Bezug zu den teuren aber harten Schaltkontakten von mechanischen Relais oder Schaltern, die beispielsweise aus gesintertem Wolfram oder Paladiumsilber usw. bestehen, ist man zur Schonung der Kontaktstücke
bestrebt, das Schaltwerk so auszulegen, daß die Kontaktflächen
nicht mit einem harten Schlag bei einer Schalterbetätigung aufeinanderprallen und daß die elektrische Leitverbindung zwischen den einander gegenüberstehenden Kontaktflächen, die eventuell noch
durch einen sehr engen Spalt voneinander getrennt sind, durch Quecksilber ausgefüllt wird, so daß sich eine großflächige Strom-Übergangsstelle ergibt, die einen kleinen Übergangswiderstand aufweist. Nachteilig ist jedoch bei diesen Kontaktverbindungen mit Quecksilber zwischen zwei Kontaktflächen, daß das Quecksilber infolge seiner Oberflächenspannung beim Trennen-- bzw. öffnen der Kontaktstücke eine geringe Haft- oder Klebewirkung ausübt.

Bei den bekannten Quecksxlberschaltern hat sich herausgestellt, daß das unerwünschte Kleben des Ankers an den stirnseitig angeordneten Kontaktflächen der Kontaktstücke bei einem kleinen Spalt größer ist als bei einem größeren Abstand der Kontaktflächen
zueinander. Es wird angenommen, daß sich bei einem sehr kleinen Abstand metallische Fasern bilden, die sich an den Kontaktflächen der Kontaktstücke und dem Anker anhängen und dabei eine Zugkraft ausüben.

Die Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines verbesserten, billig herstellbaren und magnetisch betätigbaren Quecksilberschalters mit einem in einem länglichen Hohlraum in axialer Rich-

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tung beim Schließen- oder öffnen des Schalters verschiebbaren Anker, der als bewegliche Kontaktbrücke die elektrische Leitverbindung zwischen den stationär angeordneten Kontaktstücken herstellt oder trennt. Zur Eliminierung der oben erwähnten Nachteile^ die bei den bekannten Quecksilberschaltern- oder Relais vorhanden sind, sollen beim neuen Schalter die Kontaktstücke an ihren senkrechten Stirnflächen keine Kontaktflächen aufweisen. Der neue Quecksilberschalter soll außerdem so ausgelegt sein, daß er ein einfaches, kompaktes Schaltwerk enthält und in seinen Abmessungen nur ein relativ kleines Raumvolumen erfordert. Es soll sichergestellt sein, um die Klebung des Ankers noch weiter zu verringern und zur Erhöhung der elektrischen Isolation, daß metallische Teile einen möglichst großen Abstand zueinander und dem Anker aufweisen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Kontaktflächen der beiden festen Kontaktstücke sich im gleichen Abstand parallel zur Längsachse des Gehäuses erstrecken, daß der als Kontaktbrücke dienende Anker länger ist als der Abstand zwischen den beiden Kontaktstücke, so daß er bei geschlossenem Schalter auf den Kontaktflächen beider Kontaktstücke aufliegt und bei geöffnetem Schalter so weit auf ein Kontaktstück zurückgeschoben ist, daß keine elektrische Verbindung zum anderen Kontaktstück besteht, daß auf den Kontaktflächen der Kontaktstücke und der Oberfläche des Ankers jeweils eine dünne Schicht aus Quecksilber haftet und daß die den Hohlraum begrenzende Gehäusewand so ausgelegt ist, daß die Quecksilberschicht des Ankers diese berührt jedoch nicht benetzt.

Bei der neuen Schalterkonstruktion wird die Klebe- bzw. Haftwirkung bei der Einleitung eines Sehaltvorganges weiter dadurch vermindert, daß der Anker zu benachbarten Teilen, beispielsweise den Hohlraum begrenzenden Seitenv/änden einen relativ großen Abstand aufweist. In diesem einfachen Schaltwerk sind Einrichtungen vorgesehen, die ein Stop-Kraft auf den Anker bei seiner Verschiebung ausüben, so daß er nicht bis In unmittelbare Nähe der metal-

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lischen Seitenwände gelangen kann. Diese Stop-Einrichtung kann beispielsweise auf magnetischen, pneumatischen oder hydraulischen Effekten basieren. Bei einer elektromagnetischen Erregung des Ankers zur Erzielung einer Verschiebebewegung ist es zweckmäßig, die beiden als Gehäuse umgebenden Erregerspulen konstruktiv so anzuordnen, daß der Anker am Ende des Erregungsimpulses sich genau in seiner geforderten EIN- oder AUS-Schaltstellung befindet und dabei einen Abstand zu den metallischen Seitenwänden aufweist, wobei er in dieser Lage durch die Oberflächenspannung des Quecksilbers gehalten wird.

Die Abmessungen des Ankers, der Kontaktstücke und des Hohlraumes im Gehäuse sind so gewählt,- daß zwischen den festen Teilen ein großes Spiel besteht, so daß sich eine dicke Filmschicht aus Leitflüssigkeit auf den benetzbaren Teilen bilden kann. Die Kraft zur Verschiebung des Ankers wird vorzugsweise von einem Elektromagneten erzeugt, jedoch sind auch andere Einrichtungen verwendbar, die eine lineare Verschiebekraft auf den Anker ausüben.

Die Erfindung wird nachstehend an einigen Beispielen von Cueck-Silberschaltern anhand von Zeichnungen ausführlicher beschrieben. Bei einem ersten Äusführungsbeispiel eines Quecksilberschalters erfolgt bei den Schaltvorgängen eine lineare Verschiebung eines " hohlzylindrischen Ankers, der konzentrisch zwei in axialer Richtung angeordnete zylinderische Kontaktstücke umgibt, deren Mantelflächen die Kontaktflächen bilden. Alternativ hierzu kann der Quecksilberschalter jedoch auch so gestaltet sein, daß die beiden stationären in axialer Richtung mit Abstand einandergegenüberstehenden Kontaktstücke hülsenförmige Hohlzylinder sind, in deren öffnungen der dünnere zylinderische Ankerstift in axialer Richtung verschiebbar angeordnet ist.

Von den Zeichnungen stellen dar:

Fig. 1A die Ansicht eines Längsschnittes durch einen

elektromagnetisch betätigbaren Quecksilberschal-

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ter,nach dem ersten Ausführungsbeispxel.

Fig. 1B zeigt die Ansicht eines Querschnittes an der

Schnittstelle 1B-1B von dem in der Fig. 1A abbildeten Quecksilberschalter.

Fig. 2A zeigt als zweites Ausführungsbeispiel eine Ausgestaltung des in Fig. 1A abgebildeten Quecksilberschalters durch eine nut- oder kanalförmige Erweiterung des Hohlraumes im Tchaltergehäuse die zum Ausgleich des Gasdruckes bei einer Ankerverschiebung dient.

Fig. 2B zeigt die Ansicht des Querschnittes an der

Schnittstelle 2B--2B des in Fig. 2A abgebildeten Schalters.

Fig. 3 zeigt als drittes Ausführungsbeispiel eine Ab

wandlung des in Fig. 1A abgebildeten einpoligen Quecksilberschalters.

Der in Fig. 1 abgebildete einpolige Quecksilberschalter- oder Relais enthält als Gehäuse 14 eine gasdicht,- an den beiden Endseiten verschlossene Röhre -, mit einem länglichen Hohlraum 16,in dem das einfache Kontaktschaltwerk angeordnet ist. Die rechte Seite des röhrenförmigen Gehäuses 14 ist mit einer metallischen Seitenwand 13 verschlossen, die in der Mitte in axialer Richtung von einem stangenförmigen Anschlußelement 22 durchdrungen wird, das elektrisch und mechanisch mit der Seitenwand 13 verbunden ist. Dieses Anschlußelement 22 bildet im Hohlraum 16 ein zylindrisches Kontaktstück 18, dessen Kontaktfläche durch die Mantelfläche dargestellt wird. Desgleichen ist auch der Hohlraum 16 auf der linken Endseite des röhrenförmigen Gehäuses durch die Seitenwand 15 abgeschlossen, welche gasdicht mit dem Gehäuse 14 und dem die Seitenwand 15 in axialer Richtung durchdringenden stangenförmigen Anschlußelement 21 verbunden ist.

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Dieses Anschlußelement 21 ist im Hohlraum 16 ebenfalls als zylindrisches Kontaktstück 17 gestaltet und entspricht in seiner Anordnung und in seinem Durchmesser dem in axialem Abstand gegenüberstehenden Kontaktstück 18. Diese beiden Anschlußelemente 21 und 22/ sowie ihre Kontaktstücke 17, 18 haben die gleiche Gestalt und sie bestehen aus dem gleichen Material, welches zur Herstellung einer guten Kontaktverbindung zweckmäßig ist. Die linke Seitenwand 15 die auch als Träger für das Kontaktstück 17 dient kann, wie die linke Seitenwand 13 aus Metall oder aus Glas bestehen. Das röhrenförmige Gehäuse 14 kann ebenfalls aus einem nichtmagnetischen Metall oder aus Glas bestehen, da es ein Bestandteil eines Solenoiden ist, der das einfache Schaltwerk betätigt. Wenn das röhrenförmige Gehäuse 14 aus Metall besteht/ dann sollten zweckmäßigerweise seine beiden Seitenwände 13 und 15 aus einem dielektrischen Material, beispielsweise Glas bestehen.

Aus der Fig. 1A ist ersichtlich, daß im Hohlraum 16, des Gehäuses 14 ein hohlzylindrischer Anker 19 auf das relativ lange Kontaktstück 18 aufgeschoben ist und dieses konzentrisch umgibt. Das Gehäuse 14 ist an seiner Außenseite von zwei Erregerwicklungen und 41 umschlungen, von denen die linke Spule 40 das Magnetfeld erzeugt, daß den Anker 19 in die Schaltsteilung-"Ein" nach links schiebt. Wird die rechte Spule 41 erregt, dann bewirkt deren Magnetfeld eine Verschiebung des Ankers 19 nach rechts in die Schaltungsstellung "Aus".

Der gasdicht verschlossene Hohlraum 16 ist evakuiert, so daß sich der Anker 19 ohne Überwindung eines großen Widerstandes der durch komprimiertes Gas oder durch Sog entsteht leicht in axialer Richtung über die beiden Kontaktstücke 17, 18 bewegen kann. Im zylindrischen Hohlraum 16 ist der äußere ringförmige Spalt zwischen der Außenfläche des Ankers 19 und der Innenwandung des Gehäuses 14, sowie der innere ringförmige Spalt zwischen Anker 19 und den zylindrischen Kontaktstücken 17, 18 mit Quecksilber ausgefüllt. Dieses Quecksilber haftet als eine Leitflüssigkeit und als Schmiermittel

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auf den Kontaktflächen der zylindrischen Kontaktstücke 17 und 18 und auf der gesamten Oberfläche des hohlzylxndrischen Ankers 19 als eine dicke Filmschicht. Aufgrund dieser innigen und leitenden Verbindung des beweglichen Ankers 19 mit den stationären Teilen

14, 17 und 18 des Solenoiden ist im Hohlraum 16 eine Vakuum erforderlich, um zu verhindern, daß der Anker 19 bei seiner Verschiebung als Kolben wirkt, der Sog und Druck erzeugt und damit die Verschiebebewegung hemmt.

Im zylindrischen Hohlraum 16 stehen sich die beiden stiftförmigen zylindrischen Kontaktstücke 17 und 18, die in axialer Richtung auf gleicher Höhe angeordnet sind mit Abstand einandergegenüber. Die Kontaktstücke 17 und 18 sind am freien Endbereich gerundet, wie dies aus der Fig. 1A zu ersehen ist. Beide Kontaktstücke 17 und 18 sowie die gesamte Oberfläche 18 des Ankers 19 sind mit einer elektrisch leitenden Schicht aus Quecksilber versehen. Das Quecksilber benetzt, bzw. haftet auf diesen Oberflächen der Kontaktstücke 17 und 18, sowie des Anker 19, weil diese Teile wenigstens an ihrer Oberfläche ein Material enthalten, oder mit einem speziellen Werkstoff überzogen sind, an dem Quecksilber haftet, bzw. dieses benetzt.

Der Anker 19 sollte zweckmäßigerweise aus einem harten magnet!- sierbaren Material bestehen, wenn er als bewegbares Bestandteil eines Elektromagneten (Solenoid) dienen soll, um die erforderliche Verschiebekraft aufzubringen. Ist der bewegbare Anker 19 jedoch ein Bestandteil eines linearen Induktionsmotors, dann sollte er zweckmäßigerweise aus einem elektrisch gut leitenden Material bestehen, das einen geringen Widerstandswert aufweist. Das Schaltwerk ist so ausgelegt, daß der Anker 19 im Stillstand oder in Bewegung keines der stationär angeordneten Teile 13, 14,

15, 17 und 18 berührt, welche sich im Hohlraum 16 befinden, bzw. diesen begrenzen. Befindet sich der Anker 19 in einer Verschiebebewegung, dann wird er beim Einlauf in seine Zielstellung durch die Einwirkung von magnetischen Feldern verzögert und rechtzeitig gestoppt.

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Auch am Ende eines Erregerimpulses der auf eine der Spulen 4O und 41 einwirkt, wird der Anker 19 weiterhin in seiner jeweiligen Schaltstellung durch die Oberflächenspannung des Quecksilbers TQ gehalten. Das Quecksilber 10, das den inneren ringförmigen Spalt zwischen dem Anker 19 und den Kontalctstiicken 17 und 18 ausfüllt bewirkt, daß stets eine sehr große Kontaktfläche besteht und daß immer ein sicherer Kontakt gewährleistet ist, der einen sehr geringen Kontaktübergangswiderstand aufweist. Durch das Quecksilber 1O das sich in dem inneren und äußeren ringförmigen Spalt befindet wird erreicht, daß der Anker 19 sowohl im Stillstand als auch in Bewegung stets radial zentriert ist.

Bei einer richtig gewählten Dimensionierung der Teile 14_r 17, 18 und 19 des Schaltwerkes wird erreicht, daß der elektrische Leitpfad durch die Schichten des Quecksilbers IO verläuft. Die radiale Länge des elektrischen Leitpfades durch die Schicht des Quecksilbers IQ, zwischen (a> Kontaktstück 18 und Anker 19 und (b) Anker 19 und Kontaktstück 17 ist einstellbar, so daß der Leitpfad langer ist als ein vorbestinmter Minimalwert um ein sogenanntes Kleben der Kontaktteile zu verhindern. Die öS.-PS. 3 644 693 gibt die Lehre, daß die minimale Länge eines elektrischen Leitpfades in Quecksilber, bzw. die Dicke der Quecksilberschicht zwischen zwei festen Metall-Kontaktstücken mindestens etwa 25 pm betragen sollte, um ein Kleben der Kontaktstücke bei der trennung zu verhindern.

Bei einer Betätigung des Quecksilberschalters wird dessen Anker 19 durch eine der vorstehend kurz erwähnten Einrichtungen Solenoid, oder Linearmotor - von rechts nach links oder von links nach rechts verschoben. Dem Fachmann sind verschiedene Einrichtungen bekannt um bei einem derartigen Quecksilberschalter oirrn verriegelte oder eine unverrriegelte Schaltstellung zu erhalten. Derartige Betätigungseinrichtungen für das Schaltwerk können sowohl Erregerspulen als auch Dauermagneten enthalten. Wie bereits vorstehend erwähnt wurde, beharrt der Anker 19 in-

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folge der Oberflächenspannung des Quecksilbers IO auch weiterhin in seiner zuletzt eingenommenen Schaltstellung, wenn der Erreger-Impuls für die Spule 4O oder 41 endet. Der Quecksilberschalter ist somit selbsthaltend, oder änderst ausgedrückt er befindet sich in einer verriegelten Schaltstellung.

Die Fig. 2A zeigt als zweites Ausführungsbeispiel eine Ausgestaltung des vorstehend als erstes Beispiel beschriebenen Quecksilberschalters gemäß den Fign. 1Ä und IB. Ba Schaltwerk dieses modifizierten Quecksilberschalters ist das zylindrische Gehäuse 14 mit wenigstens einer sich in Längsrichtung erstreckenden Nut 11 oder einem Kanal versehen, der den Hohlraum 16 erweitert und einen Hebenschlußpfad 11 für ein Gas bildet. Wird beispielsweise der Hohlraum 16 bzw. das Gehäuse 14 durch den Kebenschlußpfad so gestaltet, wie dies aus den Fign. 2A und 2B ersichtlich ist, dann ist es möglich, den sich in eine Verschiebestellung bewegten Anker 19 durch einen pneumatischen Effekt zusätzlich zu bremsen und die Bewegung federnd zu dämpfen. Bei dieser Ausführung des Schaltwerks überlagert sich dem magnetischen Bewegungsvorgang der pneumatische Dämpfungseffekt, welcher eine schnellere Verzögerung und einen richtigen Stop des Ankers 19 in seiner neuen Schaltstellung bewirkt. Bei dieser Ausführung mit pneumatischer Dämpfung enthält der Hohlraum 16 Luft oder ein anderes inertes Gas. Bei der Verschiebung des Ankers 19 wird er auf der einen Seite einem Druck auf der anderen Seite einem Sog ausgesetzt, dabei findet ein Druckausgleich über den Kebenschlußpfad 11 statt.

Wie aus den beiden Fign. IA und 2A zu ersehen ist, hat das rechte Kontaktstück 18 eine größere Länge als das linke Kontaktstück Befindet sich der Schalter in seinem "AUS"-Schaltzustand, dann ist der Anker 19 vollständig auf das lange Kontaktstück 18 aufgeschoben. Ein derartig langes Kontaktstück 18 ist zum Betrieb des Schalters nicht unbedingt erforderlich und es kann die gleiche Länge aufweisen wie das linke Kontaktstück Yl, oder es kann sogar

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sein. Bei einer derartigen Ausführung verläuft der elektrische Leitpfad durch die Teile 22, 13, 14, 10, 19, 10, 17 und 21, wie dies aus der Fig. 1A zu erkennen ist. In diesem Fall kann die innere Wandfläche des Gehäuses 14 ganz oder nur zum Teil mit einem leitenden Material überzogen sein, das von Quecksilber benetzt wird.

Die Fign. 1A und 2A zeigen einpolige durch einen Verschiebungshub betätigbare EIN-AUS Schalter oder Relais. Ein einpoliger Quecksilberschalter mit Umschaltkontakt und mit doppeltem Verschiebungshub ist in der Fig. 3 als drittes Ausführungsbeispiel dargestellt, bei der die entsprechenden Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind, wie in den vorausgehenden Fign. 1 und 2. Dieser Quecksilberschalter erfüllt aufgrund seiner speziellen Konstruktion die beiden Schaltfunktionen:

a) daß eine Kontakt-Unterbrechung vor der nächsten Kontaktschließung erfolgt und daß

b) eine Kontaktschließung vor einer Kontaktunterbrechung erfolgt. Diese Sehaltfunktionen werden erreicht durch einen bestimmten Abstand der Kontaktstücke 17 und 48, sowie durch eine entsprechende Dimensionierung der Kontaktstücke 17 und 48, sowie des Ankers 19. Außerdem besteht eine leitende Verbindung 44 zum Gehäuse 14 wie dies die Fig. 3 zeigt. In diesem Fall ist eine Aktivierung der beiden Erregerspulen 42 und 43 möglich.

Um die vorgenannten Schaltfunktionen des in Fig. 3 dargestellten Quecksilberschalters zu ermöglichen, ist dessen rechtes Kontaktstück 48 kürzer als das lange Kontaktstück 18 der Schalter, welche in den Fign. 1A und 2A abgebildet sind. Auch bei diesem in Fig. 3 dargestellten Schalter kann das Gehäuse 14 genauso geschaltet sein und einen Nebenschluß 11 zum Druckausgleich aufweisen, wie der in Fig. 2A und 2B abgebildete Quecksilberschalter. Wenn der Anker 19 bei einer Verschiebebewegung eine Stellung erreicht hat, bei der er den Quecksilberfilm 10 auf einem Kontaktstück 17 oder 48 kontaktiert, dann wird das Gas in den Kammern 5O oder 51 verdichtet und dadurch die Auslenkung des Ankers 19 verzögert und ge-

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stoppt. Als Kammern 50 oder 51 sind die beiden Endbereiche des Hohlraumes 16 bezeichnet, welche sich links und rechts vom Anker 19 in der Umgebung der Kontaktstücke 17 und 48 befinden. Die den Hohlraum 16 seitlich abgrenzenden Wände 53 und 55 bestehen aus einem Isoliermaterial das gasdicht mit dem metallischen Gehäuse 14 und den stangenförmigen Anschlußelementen 21 und 22 mechanisch verbunden ist.

Wie bereits vorstehend bei der Beschreibung der anderen Äusführungsbeispiele erwähnt wurde, kann auch bei diesem dritten Ausführungsbeispiel das Schaltwerk so gestaltet sein, daß die beiden Schaltstücke 17, 48 dickere Hohlzylinder sind, die öffnungen aufweisen, in welche der zylindrische und stiftförmige Anker 19 einschiebbar ist, wobei zwischen den Kontaktstücken und dem Anker ein solch großes Spiel, bzw. ein ringförmiger Spalt besteht, der durch eine ausreichend dicke Quecksilberschicht ausgefüllt ist.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

Magnetisch betätigbarer Ouecksilberschalter mit einem durch die Einwirkung eines magnetischen Feldes in axialer Richtung verschiebbaren Ankers im Hohlraum eines unmagnetischen röhrenförmigen Gehäuses mit geschlossenen Endseiten die beide von stangenförmigen Anschlußelementen durchdrungen sind, welche in den Hohlraum ragen und dort einandergegenüberstehende Kontaktstücke bilden, die zueinander einen axialen Abstand aufweisen, den der verschiebbare Anker bei geschlossenem Schalter überbrückt, wobei Quecksilber die Kontaktfläche der Kontaktstücke und des Ankers benetzt und die Spalte zwischen den Verschiebungsflachen ausfüllt, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktflächen der beiden festen Kontaktstücke (17, 18, 48) sich in gleichem Abstand parallel zur Längsachse des Gehäuses (14) erstrecken, daß der als Kontaktbrücke dienende Anker (19) länger ist als der Abstand zwischen den beiden Kontaktstücken (17, 18, 48) so daß er bei geschlossenem Schalter auf den Kontaktflächen beider Kontaktstücke (17, 18, 48) aufliegt und dabei keine Seitenwand (13, 15, 53, 55) berührt, daß der Anker bei geöffnetem Schalter soweit auf ein Kontaktstück (17, 18, 48) zurückgeschoben ist, daß keine elektrische Verbindung zum anderen, gegenüberliegenden Kontaktstück besteht und er keine Seitenwand (13, 15, 53, 55) berührt, daß auf den Kontaktflächen der Kontaktstücke (17, 18, 48) un der Oberfläche des Ankers (19) jeweils eine dünne Schicht aus Quecksilber (10) haftet und daß die den Hohlraum (16) begrenzende Innenwand des Gehäuses (14) so ausgelegt ist, daß die Quecksilberschicht (10) des Ankers (19) diese berührt, jedoch nicht benetzt.
2. Quecksilberschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse ein Hohlzylinder ist, in dessen

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Längsachse die beiden Anschlußeleraente (21, 22) angeordnet sind, die im Hohlraum (16) zylindrische Kontaktstücke (17, 18, 48) bilden, deren Oberfläche die Kontaktfläche darstellt, daß der aus magnetisierbarem Material bestehende Anker (19) eine zylindrische Hülse ist.- die bei geschlossenem Schalter beide Kontaktstücke (17, 18, 48) und bei offenem Schalter nur ein Kontaktstück (17, 18, 48) umgibt.
3. Quecksilberschalter nach Anspruch 1 od-^r 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge des Hohlraumes (16) und des Ankers (19) sowie die magnetische Verschiebeeinrichtung (40, 41) des Ankers (19) so aufeinander abgestimmt und ausgelegt sind, daß bei einer Verschiebung des Ankers

(19) durch eine Schalterbetätigung der Anker (19) die den Hohlraum (16) begrenzenden Seitenwände (13, 15, 53, 55) nicht berührt.
4. Quecksilberschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlraum (16) gasdicht geschlossen ist und ein Vakuum enthält.
5. Quecksilberschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlraum (16) durch wenigstens eine sich in axialer Richtung erstreckende Nut (11) oder eine Kanal im Gehäuse (16) ergänzt ist, der einen Druckausgleich bzw. eine Gasströmung bei einer Verschiebung des Ankers (19) ermöglicht.
6. Quecksilberschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (14) in axialer Richtung von zwei nebeneinanderliegenden Erregerspulen (40 bis 43) umgeben ist, von denen die eine bei einer Impulserregung den Anker (19) von der "AUS"-Stellung in die "EIN"-Stellung schiebt und die andere bei ihrer Impuls-

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erregung den Anker (19) von der "EIN"-Stellung in die "AUS"-Stellung zurückschiebt und daß die Abmessungen des Schalter so gewählt sind, daß am Ende der Erregerimpulse der Anker (19) durch die Oberflächenspannung des Quecksilbers (10) jeweils in seiner momentanen Schaltstellung verharrt.
7. Quecksilberschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet/ daß das hohlzylindrische Gehäuse

(14) aus einem Isoliermaterial, vorzugsweise Glas besteht, und daß die beiden den Hohlraum (16) begrenzenden Seitenwände (13,15) aus einem magnetisch gutleitendem Material hergestellt sind.
8. Quecksilberschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das hohlzylindrische Gehäuse (14) elektrisch gut leitend ist und daß die beiden den Hohlraum (16) begrenzenden Seitenwände (50, 51) aus einem Isoliermaterial bestehen.

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