DE2818433C2 - Quecksilberbenetzter Schutzrohrkontaktschalter - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen quecksilberbenetzten Schutzrohrankerkontaktschalter der im Oberbegriff des Patentanspruches angegebenen Art

Ein solcher Schalter ist aus der DE-OS 17 64 884 bekannt.

Der bekannte Schaller ist mit wenigstens zwei an seinen beiden Stirnseiten gasdicht eingeschmolzeilen Elektroden versehen. Wenigstens eine dieser Elektroden bildet die feste Einspannstelle für den zwischen seinen beiden Schaltstellungen elastisch biegbaren Anker. Letzterer trägt an seinem freien Ende den bewegbaren Koniakt und verbindet in einer seiner beiden Stellungen die Elektroden der einander gegenüberliegenden Stirnseiten. Etwa in der Mitte zwischen dem freien Ende und der effektiven Schwenkachse des Ankers ist ein fiacher Metallstreifen befestigt. Der Metallstreifen ist vom Quecksilber benetzbar, mit seiner Breitseite quer zur Ankerschwenkbewegung orientiert, verläuft von seiner Befestigungsstelle in Richtung auf die Schwenkachse des Ankers im Absland vom Anker, taucht mit dem solcherart gebildeten freien Abschnitt in ein Quecksilberbad ein und endigt vor der Ankerschwenkachse. Der Zweck des Metallstreifens ist ein doppelter. Erstens soll er die Biegesteifigkeit des Ankers erhöhen = er ist deshalb durch geeignete Profilgebung weitgehend biegesteif gemacht — Und zweitens soll das freie Ende, das in das Quecksilberbad wie ein freistehendes Paddel eintaucht, für eine Dämpfung von Kontaktprellen sorgen, Anker und/oder Metallstreifen sind so ausgebildet, daß sie Dochiwirkung besitzen und so daß Quecksilber vom Bad zu den Kontakten durch Kapillarkräfte oder dergleichen hochzusaugen vermögen. Quecksilberbenetzte Schutzrohrkontaktschalter sind in den meisten Fällen nicht mit Kontaktprellen behaftet, da die ihre Kontaktflächen benetztende dünne Quecksilberschicht als Dämpfungsmittel hiergegen wirkt Trotzdem kann jedoch auch bei solchen Schaltern ein Kontaktprellen auftreten, wenn diese bei in der Nähe der natürlichen Resonanzfrequenzen ihrer Anker gelegenen Schaltfrequenzen betrieben werden. Um auch hier Abhilfe zu schaffen, ist bei dem bekannten Schalter der in das Quecksilberbad eintauchende Metallstreifen als zusätzliches Dämpfungsglied vorgesehen. Da dieser Metallstreifen schwerpunktmäßig etwa in der Mitte zwischen Ankerschwenkachse und dem freien Ende des Ankers gelegen ist, bedingt er durch seine Gegenwart eine unerwünschte Erhöhung des Ankerträgheitsmomentes und reduziert dadurch die Ansprechzeit des Schalters unerwünscht stark.

Entsprechendes gilt auch für den Schalter nach der US-PS 24 06 036, wo ebenfalls eine zusätzliche Dämpfungsmaßnahme gegen Kontaktprelltendenzen beschrieben ist. Im einzelnen ist dort eine Quecksilberbremse in einem »Docht« vorgesehen, der das Quecksilber vom am Boden des Schallers befindlichen Quecksilberbad zu den Kontakten im oberen Schalterteil hochsaugt. Sie wird durch zwei eng einander gegenüberstehende Scheiben gebildet, deren Ebenen im wesentlichen parallel zum Anker verlaufen und deren Zwischenraum mit Quecksilber gefüllt ist Der Anker ist durch eine ein Magnetpolstück tragende einseitig befestigte Kontaktfeder gebildet, die mit ortsfesten Gegenkontaktefi Abhebekontaktstellen bildet Die eine Scheibe ist nun mit Hilfe des Dochtes wie eine herabhängende Kelle am freien Ende der Feder befestigt, und die andere Scheibe, ebenfalls mit Hilfe des Dochtes, am eingespannten Federende wie eine aufrechtstehende Kelle. Der Abstand, unter dem die Scheiben vom effektiven Drehpunkt des Ankers angeordnet sind, ist so gewählt, daß er näher bei den Kontakten gelegen ist, um so einen Kompromiß zwischen hoher Dämpfung von Überschwingungen und niedriger Dämpfung des betriebsmäßigen Schaltvorgangs zu erreichen. Die Dämpfung tritt auf, weil eine elastische Biegebewegung der Ankerfeder eine Pumpwirkung auf die den Spalt zwischen den Scheiben durch Kapillarwirkung ausfüllende Quecksilbermenge verursacht. Da hierbei eine der Scheiben direkt am Anker befestig! ist, wird dessen Bewegung gedämpft. Jedoch die Scheibe und deren tragende, vom Docht gebildete Konstruktion erhöhen die Masse und wegen des vergleichsweise großen Abstandes zur effektiven Ankerschwenkachse auch das Trägheitsmoment dec Ankers.

Das Kontaktprellproblem ist insbesondere bei den quecksilberbenetzten Schutzrohrkontakt-Miniatur· schaltern ausgeprägt. Wegen der im Vergleich zu größeren Schaltern kleinen Masse des Ankers eines solchen Miniaturschalters vermag sich dieser auf einen entsprechenden Befehl hin rasch zu öffnen oder zu schließen. Folglich würde eine nennenswerte Erhöhung der Trägheit, speziell des Trägheitsmomentes, des Ankers eines solchen Miniaturschalters sofort das schnelle Ansprechverhalten Zerstören. Das bei solchen

Schaltern gerade verlangt wird.

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, für den Anker eines Schalters eine Dämpfungsanordnung verfügbar zu haben, die die Ansprechzeit eines solcherart bedämpf' ten Ankers nicht nennenswert beeinträchtigt und jegliche Kontaktprelltendenzen auch dann zuverlässig

unterbindet, wenn der Schalter mit bei in der Nähe der natürlichen. Resonanzfrequenzen seines Ankers gelegenen Schaltfrequenzen betrieben wird.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist im Kennzeichen des Anspruches 1 angegeben.

Hierdurch erreicht man, wie nachstehend noch im einzelnen beschrieben wird, eine ausgeprägte Dämpfungswirkung ohne nennenswerte Erhöhung der Trägheit des Ankers.

Nachstehend ist die Erfindung anhand in der Zeichnung dargestellter Ausführungsformen im einzelnen erläutert; es zeigt

F i g. 1 eine vergrößerte Schnittansicht eines bekannten Schutzrohrankerkontakt-Miniaturschalters ohne zusätzliche Bedämpfung,

F i g. 2 eine Ansicht eines Schutzrohranker-Miniaturschalters wie in Fig. 1, jedoch mit einer zusätzlichen Bedämpfung in der hier in Rede stehenden Ausbildung, und

F i g. 3 den Anker des Schalters nach F i g. 2 in seinen beiden Schaltstellungen.

Der in F i g. 1 dargestellte bekannte quecksilberbenetzte Schutzrohrankerkontaktschalter 11 eignet sich insbesondere als Ausgangspunkt für die hler in Rede stehende Weiterbildung, wenngleich hierfür auch von anderen Schaltertypen ausgegangen werden kann.

Der Schalter 11 weist ein Glasrohr 12 auf, in das sich von verschiedenen Seiten her Elektroden 14 und 15 hinein erstrecken. Innerhalb des Schalters 11 sind die Elektroden 14 und 15 voneinander im Abstand angeordnet und bilden einen Arbeitskontakt.

Ein Anker 17 überbrückt den größten Teil des Abstandes zwischen den inneren Enden, den Anschlüssen 18 und 19, der Elektroden 14 und 15. Das freie Ende 21 des Ankers befindet sich in der Ruhestellung (ausgezogene Linie in Fig. 2) in einer Lage, in der es einen Spalt zwischen sich selbst und einem Kontaktstück 23 bildet, das auf einer bearbeiteten Seitenfläche 24 des Anschlusses 19 vorgesehen ist.

Das untere Ende 26 des Ankers ist an eine Blattfeder 27 angeschweißt, die ihrerseits an den Anschluß 18 angeschweißt ist Der Anker 17 ist daher mit dem Anschluß 18 elektrisch verbunden und vom Anschluß 19 nur durch den Spalt getrennt. Mechanisch beschränkt die Blattfeder 27 die Bewegung des unteren Endes 26 des Ankers. Weil die Blattfeder 27 elastisch verbiegbar ist, ermöglicht sie eine Schwenkung des Ankers um eine theoretische Achse, die im wesentlichen dem Mittelpunkt oder dem Biegezentrum der Feder 27 entspricht.

Die Elektroden 14 und 15 sind an den gegenüberliegenden Enden des Glasrohrs 12 gasdicht eingeschmolzen. Weiterhin ist der Schalter mit einem Quecksilberbad 32 sowie mit Wasserstoffgas unter Oberdruck gefüllt. Die Füllung geschieht durch die Elektrode 14 hindurch, die zu diesem Zweck als Hohlrohr vorliegt. Nach der Füllung wird die Elektrode 14 durch Abquetschen bei 33 abgedichtet, wobei die Abquetschstelle durch Anschweißen eines querverlaufenden Drahtes verstärkt wird.

Die Anschlüsse 18 und 19, der Anker 17, die Feder 27 und insbesondere das Kontaktstück 23 sind aus einem Material gebildet, das nach einschlägiger Vorbehandlung Vom Quecksilber 32 benetzt wird, Demgemäß Verläuft eine Quecksilberdünnschicht längs des Ankers 17 bis zu dessen freiem Ende 21. Der Anker 17 ist typischerweise mit kleinen längsverlaufenden Dochtkanälen, die durch Kapillarwirkung den Quecksilbertransport besorgen, versehen. Dieses ist nicht dargestellt.

Der Schalter 11 öffnet und schließt sich, wenn sich die Innenseite 26 des Ankers 17 gegen das Kontaktstück 23 legt oder von diesem abhebt Die Innenseite des Ankers bildet daher das Gegenkontaktstück 36 zum Kontaktstück 23. Das Schließen und Öffnen des Schalters 11 verursacht den Transport von etwas Quecksilber vom Kontaktstück 36 auf das Kontaktstück 23. Effektiv wird also der elastische Kontakt durch das Quecksilber 32 hergestellt und unterbrochen, und nicht durch die Kontaktstücke 23 und 36 selber. Folglich findet jedes Kontaktfeuern auf Quecksilberoberflächen statt; und in dem Ausmaß, in welchem das Quecksilber dabei verdampft, wird es vom Bad 32 am Boden des Schalters 12 wieder ersetzt Der quecksilberbenetzte Schutzrohrankerkontaktschalter Il hat daher ein höherers Stromschaltvermögen als ein vergleichbarer Trockenkontaktschalter.

Ein weiterer Vorteil des quecksilberbenetzten Schutzrohrankerkontaktschalters ist eine Dämpfung des Kontaktprellen, das sonst auf das abrupte Abstoppen des Ankers 17 am ontaktstück 23 hin auftritt und sich in ein- oder mehrmaiijem kurzzeitigem Wiederöffnen der Kontaktstücke 23 und 26 als das Ergebnis von durch die kinetische Energie des Ankers angeregten Schwingungen äußert, und zwar selbst gege'· den vom Anker 17 erregten Zustand ausgeübten Kontaktdruck. Das Quecksilber neigt nun dazu, den schmalen Spalt, der während des Kontaktprellen kurzzeitig auftritt, sowohl zu überbrücken als auch die Schwingungen etwas zu dämpfen und wirkt dadurch einem Wiederöffnen der Kontakte nach dem erstmaligen Schließen entgegen.

Das Schließen und Öffnen der Kontakte erfolgt, ansprechend auf das Einschalten bzw. Ausschalten eines im Schalter im wesentlichen längsverlaufenden Magnetfeldes. Das Feld wird durch Erregung einer den Schalter 11 umgebender Spule 37 erzeugt. Beim Betrieb eines solchen bekannten Schalters 11 treten aber gleichwohl beachtliche Ankerschwingungen auf. Ditse Schwingungen treten insbesondere bei sich schnell wiederholendem Schließen und Öffnen des Schalters auch beim Offnen auf. Der Schalter 11 ist, wenn er derartige Schwingungen oder einem derartigen Kontaktprellen unterliegt, unbrauchbar bei elektronischen Anwendungsfällen, wo auch kurzzeitige Änderungen des Schaltzustandes, wie diese beim Kontaktprellen auftreten, als Signale gewertet und als gewollte Bestätigungen des Schalters 11 gezählt werden.

Der in Fig.2 dargestellte Schalter 41 hat einen in vielerlei Hinsicht ähnlichen Aufbau wie der Schalter nach Fig. 1, bei ihm ist aber jegliches Kontaktprellen durch die nachstehend beschriebenen Maßnahmen unterbunden. Wie der bekannte Schalter 11 enthält der Sc*.atier 41 einen schwenkbar gelagerten Anker 42. Wiederum legt sich die Fläche 43 am freien Ende des Ankers 42 gegen ein Kontaktstück 44 oder hebt sich von diesem ab, wenn der Anker 42 magnetisch erregt b*.w. entregt wird. Und wiederum schwenkt der Anker 42 dabei um seir.e Achse, nämlich das Biegezentrum der Blattfeder 46, die am unteren Ende 47 des Ankers 41 und am unteren Anschluß 48 angeschweißt ist.

Der wesentliche Unterschied des Schäkers nach Fig.2 gegenüber dem nach Fig. 1 ist die Gegenwart einer Zunge 51, die am unteren Ende 47 des Ankers so angeschweißt is*- daß sie die Blattfeder 46 im wesentlichen überlagert und über die Ankerschwenkachse hinaus nach unten übersteht. Die Zunge 51 ist annähernd von denselben Abmessungen, und bevorzugt

auch von gleicher Materialzusammensetzung, wie die Blattfeder 46. Die Zunge 51 ist an der Blattfeder 46 nur durch die Punktschweißstelle 53 befestigt, die der Punktschweißstelle 54 zwischen der Blattfeder 46 und dem Anker 42 gegenüberliegt. Blattfeder 46 und Zunge 51 werden an den Anker vorzugsweise in einem einzigen Arbeitsgang angeschweißt, so daß die beiden Punktschweißstellen 53 und 54 gleichzeitig erzeugt werden.

Es wurde gefunden, daß das Aufschweißen der Zunge 51 auf die Blattfeder 46 das Kontaktprellproblem, das früher bei dem Schalter 11 vorhanden war, gelöst hat. Im Effekt vermag also die Zunge 51 wirksam Energie auf das Quecksilber im Bad 32 zu übertragen. Das Quecksilber dient sonach als Dämpfungsflüssigkeit zur Vernichtung der übertragenen Energie. Wie aus der Anordnung der Zunge gemäß Fig.2 und 3 ersichtlich tst, erhöht die Zunge 51 die Trägheit des Ankers nur unwesentlich.

Die Zunge 51 ist näher beim unteren als beim oberen Ende des Ankers 42 befestigt und erstreckt sich über die Schwenkachse des Ankers 42 nach unten hinaus. Folglich ist die Zunge 51 weitgehend im Drehmittepunkt zentriert und trägt nur wenig Trägheit für den Anker 42 im normalen Betrieb bei. Jedoch wird für jegliche Schwenkbewegung des Ankers um den Kontakt 44, die im Rahmen einer Ankerdurchfederung auftreten würde und zur Speicherung oder Freisetzung zusätzlicher, zu Kontaktprellen führender Energie resultieren könnte, das Trägheitsmoment der Zunge 51 ein Maximum.

Da weiterhin das freie Ende 61 der Zunge 51 in den Quecksilbersumpf 57 eintaucht, übt das Quecksilber auf die Bewegung des Endes 61 eine Widerstandskraft aus. Die Trägheit des Quecksilbers wird daher bei der Dämpfung von Schwingungen bedeutsam, die durch jegliche Bewegung des unteren Ankerendes 47 um den Kontakt 44 erzeugt oder verstärkt werden, weil hierdurch ein erhöhter Ausschlag der Zunge 51 als Folge einer solchen Schwenkbewegung auftreten würde.

Dabei spielt auch die Überdeckung der Blattfeder 46 durch die Zunge 51 über ein größeres Längenstück eine wesentliche Rolle. Der Spalt, der zwischen Blattfeder 46 und Zunge 51 Vorhanden ist und sich zum freien Ende 61 der Zunge 51 hin erweitert, ist stets mit Quecksilber gefüllt. Die Zunge 51 kann daher auch Schwingungen der Blattfeder 47 selber absorbieren und dämpfen, ohne daß die Flexibilität der Blattfeder 46 beeinträchtigt würde. Sämtliche Schwingungen, die auf die Zunge 51 übertragen werden, veranlassen ein Schwingen des freien Zungenendes 61. Dabei wird das Spaltvolumen zwischen Zungenehde 61 und Blattfeder 46 geändert, und es findet ein entsprechend heftiges Ausstoßen des dabei verdrängten Quecksilbers in den Sumpf hinaus und umgekehrt statt. Dieses führt zu einer stärkeren Dämpfungswirkung als es ein freistehendes »Paddel« gleicher Größe bewirken kann.

Wegen der Eigenelastizität der federnden Zunge 51 wird die Zunge in ihrer Bewegung der Ankerbewegung nachhinken, da die Zunge zunächst potentielle Energie speichern muß, um den Quecksilberverdrängungsprozeß insbesondere aus dem Spalt zwischen Zungenende 61 und Blattfeder 64 in Gang setzen zu können. Diese gespeicherte Energie wird daher erst entsprechend verzögert in kinetische Strömungsenergie des Quecksilbers umgesetzt Im Ergebnis wird also immer dann ein maximales gegendrehendes Dämpfungsmoment erzeugt, wenn der Anker in eine seiner beiden Endlagen einläuft.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Elektrischer Schutzrohrkontaktschalter mit quecksilberbenetzten Kontakten und mindestens zwei an dessen beiden Stirnseiten gasdicht eingeschmolzenen Elektroden, von denen mindestens eine eine feste Einspannstelle für einen in zwei Stellungen biegbaren Anker bildet, der an seinem freien Ende den bewegbaren Kontakt trägt und der in einer seiner beiden Stellungen die Elektroden der einander gegenüberliegenden Stirnseiten miteinander verbindet und an dem ein sich parallel zu seiner Längsachse erstreckender vom Quecksilber benetzbarer flacher mit seiner Breitseite quer zur Schwenkbewegung des Ankers ausgebildeter Metallstreifen befestigt ist, dessen der den Anker tragenden Elektrode zuweisender freier Abschnitt in ein Quecksilberbad eintaucht, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker (42) über eine mit ihm und der zugehörigen Elektrode (48) fest verbundene Blattfeder (46) an der Elektrode (48) angelenkt ist und daß der Metallstreifen als eine federnde Zunge (51) ausgebildet ist, die sich parallel zu der Blattfeder (46) an deren dem Anker (42) abgewandten Seite mit annähernd gleichen Abmessungen wie diese erstreckt und die am Befestigungspunkt (53,54) der Blattfeder (46) mit dem Anker (42) mit diesem fest verbunden ist, während ihr freies Ende (61) in das Quecksilberbad (57) eintaucht und mit der Blattfeder (46) einen sich in Richtung auf den Befestigungspunkt (53, 54) verjüngenden Spalt bildet.