DE2818433C2 - Quecksilberbenetzter Schutzrohrkontaktschalter - Google Patents
Quecksilberbenetzter SchutzrohrkontaktschalterInfo
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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)
- 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.
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