DE446420C - Einrichtung zur Einstellung eines verzoegerten Druck- und Gasausgleichs zwischen zwei Behaeltern, z.B. bei Zeitausloesern - Google Patents

Description

Die Wirkung einer Sanduhr hat man bisher mit Quecksilber beim Durchfluß durch eine einfache Verbindung zwischen zwei Behältern nicht erreichen können. Man war genötigt, zwischen den Behältern außer dem für das Quecksilber bestimmten noch ein zweites 'Verbindungsrohr vorzusehen, durch das der notwendige Gas.ausgleich erfolgen kann. Die Abb. ι und 2 erläutern diese Verhältnisse. Während bei

ίο der Sanduhr (Abb. i) im Verbindungsrohre zwei Strömungen aneinander vorbeigehen, die abwärts gerichtete des Sandes und die aufwärts gerichtete der Luft, ist bei mäßigen Abmessungen für das Quecksilber ein geregelter, sicherer Abfluß nur dann möglich, wenn eine zweite Leitung b für das Gas vorhanden ist (s. Abb. 2). Hat man die Absicht, den Druckausgleich zu verzögern, dann ordnet man in dieser zweckmäßigerweise auch die entsprechenden Wider-

ao stände an, also etwa enge Kapillaren oder poröse Pfropfen, was aber, wenn die Kapillaren sehr eng bzw. die Pfropfen sehr dicht sein müssen, die Herstellung erschwert und die Bruchgefahr erhöht, zumal da man im Interesse der elektrischen Isolation auf Glas oder ähnliche Stoffe als Gefäßmaterial angewiesen ist.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Konstruktion wesentlich vereinfacht und die genannte Schwierigkeit behoben dadurch, daß ebenso wie bei der Sanduhr nur ein Verbindungsrohr benutzt wird, dessen Weite auf die Durchflußgeschwindigkeit des Quecksilbers nicht von wesentlichem Einfluß ist, und daß in dieses Rohr Drahtbündel, Kapillaren oder -andere geeignet geformte feste Körper b (s. Abb. 3) eingeführt sind, die den Gasausgleich durch ihre Kanäle oder längs ihrer Oberfläche durch das Quecksilber hindurch ermöglichen. Als derartige Einlagen können Röhren au? Glas oder Metall Verwendung finden, deren Lichtweite aber so gering

sein muß, daß bei allen vorkommenden Drucken kein Quecksilber in sie eindringen kann. Bevorzugt werden aber Drähte, die in Bündel zusammengefaßt Kanäle bilden, die bei dünnen Drähten so eng sind, daß das Eindringen von Quecksilber mit Sicherheit vermieden wird. Je ncch der Zahl der Drähte bekommt man einen schnelleren bzw. langsameren Gasausgleich. Sehr große Verlangsamung kann man erreichen mit to wenigen bzw. einzelnen Drähten, die mattiert oder mit nicht völlig zusammenhängenden Schichten bedeckt sind, wie man sie etwa durch eine mehr oder weniger tiefgreifende Oxydation leicht erzielen kann. Je feiner diese Aufrauhung der Oberfläche ist und je mehr sie sich der Hochglanzpolitur nähert, um so stärker wird der Druckausgleich verzögert. Man hat also durch entsprechende Wahl der eventuell leicht auswechselbaren Einlagen ein Mittel in der Hand,

ao die Geschwindigkeit des Ausgleichs in sehr weiten Grenzen zu verändern, beispielsweise von Sekunden bis zu Tagen.

Diese Einrichtung unterscheidet sich wesentlich in der Arbeitsweise von den bekannten Stif tölern. Bei diesen bewirken die Erschütterungen der Maschinen bzw. durch die Welle angetriebene Exzenter kleine Bewegungen des Stiftes, der wie ein Pumpenkolben wirkt. Eine gegenseitige Bewegung von Flüssigkeit und Luft ist auch hier vorhanden, aber nur bei Bewegung des Stiftes. Im Gegensatz dazu erfolgt der Ausgleich bei der vorliegenden Einrichtung bei ruhender Einlage. Diese würde bei Öl vollkommen versagen, das alle feinen Poren und Kanäle ausfüllt.

Quecksilber dagegen dringt nicht in die Kanäle ein, die darum für den unbehinderten, stetigen Gasausgleich zur Verfügung stehen, annähernd dem Maße der freien Querschnitte entsprechend, die von den benetzenden Flüssigkeiten vermöge der Oberflächenspannung gesperrt wurden.

Die Abb. 4 bis 10 zeigen einfache Beispiele für die Anwendung des Verfahrens.

Abb. 4 stellt einen Schalter dar,, der den Zweck der Sanduhr erfüllt und nach Ablauf einer bestimmten einstellbaren Zeit ein elektrisches Läutewerk oder eine Glühlampe einzuschalten vermag. In das Verbindungsrohr ist ein Bündel· δ von Eisendrähten eingeführt, das aber den Querschnitt zum Teil frei läßt, so daß dem Quecksilber der Durchtritt nicht gesperrt ist. Es steht in leitender Verbindung mit der Stromeinführung α. Das Gefäß ist in senkrechter Lage dargestellt, in die es durch eine Drehung von 90 ° um eine senkrecht zur Zeichenebene stehende Achse· soeben gebracht worden ist. Das Quecksilber beginnt nach dem unteren Gefäß zu fließen und wird nach Ablauf einer gewissen Zeit in das seitliche Gefäß zu der Stromzuführung c übertreten, wobei der Stromschluß zwischen α und c hergestellt wird. Dreht man dann um 90 ° weiter nach rechts, so wird der Gefäßarm bei c vollständig gefüllt und die Verbindung mit α unterbrochen.' Eine neue Rechtsdrehung um 90 ° stellt den Anfangszustand wieder her. Diese elektrische Sanduhr ist also in horizontaler Lage aus-, in senkrechter Lage eingeschaltet. Verschiedene Zeiten lassen sich dadurch erzielen, daß man dem Gefäß statt der senkrechten Stellung eine mehr oder minder geneigte Lage gibt. Dadurch wird einmal die Ausflußgeschwindigkeit des Quecksilbers verringert, dann aber auch weiter noch der Übertritt des Quecksilbers nach dem Kontaktarm c hinausgeschoben, weil in der Schräglage eine größere Menge Quecksilber dafür erforderlich ist. Weiter kann man es leicht dahin bringen, daß der erste Quecksilberfaden, der den noch leeren Arm bei c speist, nur vorübergehend Kontakt macht und dann abreißt. Man erhält so einige Zeit vor Ablauf der eingestellten Zeit ein Vorsignal, das durch das Ansprechen einer Klingel oder Lampe darauf aufmerksam macht, daß die eingestellte Zeit sogleich zu Ende sein wird.

Abb. 5 stellt einen ebenfalls in der Zeichenebene um jeweils 90 ° drehbaren Schalter dar, der nach seiner Senkrechtstellung einen bei a und c angeschlossenen Strom nur eine bestimmte Zeit bestehen läßt, sich also beispielsweise für die Beleuchtung von Treppenhäusern oder Räumen, in denen man sich nur kurze Zeit aufhält, eignen würde.

Abb. 6 zeigt einen etwa durch Zugschnüre oder Elektromagnete kippbaren Schalter in horizontaler Stellung, dessen Quecksilberfüllung durch Linksdrehung in die linke Hälfte des Gefäßes übergeführt und der etwa durch eine Feder oder ein Gegengewicht in die horizontale Lage zurückgedreht worden ist, so daß infolge der Höhenunterschiede das Quecksilber in die ioo rechte Seite des Gefäßes überzutreten beginnt im Maße der Durchlässigkeit des eingeschobenen Drahtbündels b, bis schließlich die Verbindung zwischen α und c unterbrochen wird. Durch Schrägstellung kann die Dauer des Strom-Schlusses bei einem gegebenen Gefäß etwa im Verhältnis 1:6 geändert werden. Schalter dieser Art eignen sich z. B. auch für elektrische Bügeleisen, die etwa so eingerichtet werden können, daß die das Eisen führende Hand den in der Ruhelage geöffneten Schalter beim Zugreifen mit seiner rechten Hälfte hochkippt und so den Strom geschlossen hält. Verläßt die Hand jedoch den Griff, so geht der Schalter vermöge seines Gewichtes oder einer Feder in die horizontale Lage zurück, unterbricht aber den Heizstrom erst nach Ablauf einer Zeit, die so bemessen werden kann, daß eine Überhitzung des Eisens oder gar Brandgefahr ausgeschlossen ist.

Statt mechanisch können derartige Zeitschalter auch mit Hilfe elektrisch geheizter Gase betrieben werden.

In Abb. 7 ist α der Heizdraht, der bei Einschaltung des Stromes das umgebende Gas ausdehnt, das Quecksilber im Schenkel c herab- und in den Schenkel e hineindrückt, ohne zunächst den Stand im Schenkel d zu beeinflussen, wo zwei Stromeinführungen f und g durch das Quecksilber miteinander verbunden bleiben. Infolgedessen bleibt auch der Nutzwiderstand i eingeschaltet. Erreicht aber das ausgedehnte

ίο Gas die Ansatzstelle h des Schenkels d, dann tritt es in Form von Blasen nach d über, bis es schließlich den Quecksilberfaden zwischen f und g zerreißt und den Hauptstrom über i unterbricht. Die Dauer des Kontaktschlusses kann in weiteren Grenzen durch einen Vorschaltwiderstand vor dem Heizdraht verändert werden. Die Unterbrechung zwischen f und g bleibt bestehen, solange der Steuerstrom durch a fließt; der erneute Schluß des Kontaktes tritt nicht zugleich mit der Unterbrechung des Steuerstromes, sondern mit einer Verzögerung ein, die wesentlich durch die Durchlässigkeit des Drahtbündels b bestimmt ist, da erst die in den Schenkel d übergeführte Gasmenge nach a

as zurückströmen muß, ehe der Quecksilberspiegel den Kontakt g erreicht. Durch Schrägstellung kann man bei einem gegebenen Schalter diese Unterbrechungsdauer bequem im Verhältnis 1:6 bis ι: 9 verändern. Mit einem solchen Schalter 0 kann also ein Steuerstrom α einen Hauptstrom f, g mit in gewissen Grenzen beliebiger Verzögerung ein- und ausschalten.

Schaltet man den Heizstrom, wie das Schaltbild zeigt, hinter das Kontaktpaar f, g parallel zu einem Nutzwiderstand, etwa einer Scheinwerferglühlampe i, wie in der Abbildung angenommen worden ist, so erhält man einen periodischen Selbstunterbrecher, bei dem man die Pausen sowie die Kontaktzeiten unabhängig voneinander verändern kann. Diese z. B. für Blinklichter und für die Druckbewegung von Registrierapparaten verwendbare Schaltung eignet sich auch zur verlustlosen Regelung der Temperaturen elektrischer Heizkörper, da bei hinreichender thermischer Trägheit derselben eine zeitweise Ein- und Ausschaltung bei vollem Strom zulässig ist und die Wattaufnahme in der Zeiteinheit dann wesentlich vom Verhältnisse der Pausen zur Einschaltdauer bestimmt ist.

In diesem Falle kann man sowohl die Kontaktzeiten eines Widerstandes durch entsprechende Einschaltung verändern als auch die Pausen durch Neigung des Schalters. Man gelangt aber zu einer Regelung in weiteren Grenzen, wenn man sowohl die Pausen als auch die Kontaktzeiten verändert, was beispielsweise durch starre Kuppelung des etwa mit einem Handgriffe drehbaren Schalters mit dem Regulierwiderstand möglich ist, der nur wenige Stufen aufzuweisen braucht. Auf diese Weise kann man leicht eine Abstufung von der vollen Heizenergie bis zu etwa ¹Z₁₀ derselben herab erhalten, was praktisch meist ausreichen dürfte.

Bei Anwendung längerer Kontaktzeiten wirken nun die Einlagen insofern störend, als sie die Bildung von Gasblasen hemmen, die für eine ruckweise Unterbrechung der Kontakte erwünscht sind. Bei größerer Durchlässigkeit lassen sie nämlich so viel Gas nach dem Schenkel^ durch, daß die schließlich stark verlangsamte Gasausdehnung nicht mehr zur Blasenbildung ausreicht, sondern daß das Gas ganz allmählich an der Einlage entlang nach d übertritt. Die Geschwindigkeit des Unterbrechungsvorgangs nimmt dementsprechend ab, was eine Verminderung der zulässigen Schaltleistung bedingt. Das wird verhütet durch die Ausrüstung des Drahtbündels mit einem kleinen Quecksilberventil, das (s. Abb. 8) etwa aus einem auf das Drahtbündel aufgeschobenen Glasröhrchen besteht, das einen kleinen Quecksilbertropfen enthält. Es bewirkt, daß Gas nicht in der Richtung von links nach rechts, sondern nur von rechts nach links, also nur in der für die Zeitschalterwirkung erforderlichen Richtung übertritt.

Eine starke Beschleunigung der Unterbrechung läßt sich durch eine Anordnung nach Abb. 9 erreichen. Im Schenkel«! ist außer dem vorerwähnten ein weiterer Kontakt I angeordnet, der einen dem Heizdraht α parallel geschalteten Widerstand k mit Strom zu speisen vermag, und der etwas höher als der Kontakt g liegt. Ist der gesamte Stromkreis ausgeschaltet, so steht das Quecksilber in den Schenkeln c und d gleich hoch und schließt die Kontakte f, g und I, so daß beim Einlegen des Hauptschalters über f und g nicht nur der beispielsweise als Lampe i dargestellte Nutzkreis und der Heizdraht a, sondern auch der Widerstand k gespeist wird, too Tritt dann das Gas in Blasenform aus dem Schenkel c nach d über, so wird zuerst der Kontakt/ stromlos. Infolgedessen erhält bei passender Wahl der Widerstände die Glühlampe a erheblich stärkeren Strom und entwickelt sehr rasch Gasblasen, was zu einer schnelleren Unterbrechung des Kontaktes g führt, auch wenn die Kontaktzeiten sehr lang sind.

Es liegt auf der Hand, daß man einen solchen dritten Kontakt allgemein da verwenden kann, wo es gilt, einen Unterbrechungsvorgang zu beschleunigen. Man ist dabei keineswegs an die obige Schaltung gebunden, wie Abb. 10 erläutert, die den abgeänderten Schenkel^ in größerem Maßstabe darstellt, f und g sind wieder die Hauptstromkontakte. Das Ende vom Schenkeld trägt eine Glühbirne«', die mit I undg verbunden ist. I liegt etwas tiefer als g, seine Verbindung mit d ist enger gehalten als diejenige von g mit d. Das hat zur Folge, daß ansteigendes Quecksilber erst bei g und dann bei I übertritt, während bei fallendem Quecksilber-

spiegel das Abreißen erst bei g und dann bei I erfolgt. Wird nun Kontakt g unterbrochen, so fließt durch die Glühlampe a! ein Strom, der die Gasfüllung ausdehnt und so eine rasche Senkung des Quecksilberspiegels herbeiführt. Steigt dagegen das Quecksilber an, so entsteht erst bei g Kontakt und dann bei I, so daß die Glühlampe stromlos bleibt und das Steigen des Quecksilbers nicht behindert.

ίο Die Abb. ii zeigt, wie man schwache Gasströme einstellen bzw. regem kann. Soll beispielsweise von α nach c Gas geleitet werden unter der Wirkung eines gewissen Druckunterschiedes, der durch den Höhenunterschied der beiden Quecksilberkuppen gemessen wird, so eignet sich hier als Einlage b besonders ein Drahtbündel oder Kern mit Oberflächenschicht, weil er je nach der Eintauchtiefe e, f verschieden starke Gasströme einzuregeln erlaubt, imGegensatz zu Kapillaren und porösen Stopfen. Bei größerer Tauchtiefe tritt nämlich das Quecksilber dichter an den Eintauchkörper heran und läßt weniger Gas durchtreten, dem ja außerdem dabei auch noch ein längerer Weg aufgezwungen wird.

Die hier beschriebenen Schalter erschöpfen keineswegs die Anwendungsmöglichkeiten des Zeitschalterprinzips, sondern sollen nur zur beispielsweisen Erläuterung derselben dienen.

Claims (10)

1. Patentansprüche:

   i. Einrichtung zur Einstellung eines verzögerten Druck- und Gasausgleiches zwischen zwei Behältern, z. B. bei Zeitauslösern, dadurch, gekennzeichnet, daß durch das als Sperrflüssigkeit verwendete Quecksilber feinste Kapillaren, Bündel von polchen oder von Drähten bzw. feste Körper von zweckentsprechender Querschnittsform (δ) in Abb. 3 bis 9 und 11) führen, in denen bzw. an deren Oberfläche entlang Gas strömen kann, während ein störendes Eindringen des Quecksilbers durch dessen kapillare Abstoßung verhütet wird.
2. 2. Quecksilberschalter mit Verzögerung, dadurch gekennzeichnet, daß bei der unter Anspruch 1 beschriebenen Einrichtung die der Bewegung des Quecksilbers entsprechende Strömung der Gasfüllung durch das Quecksilber hindurch in bzw. an eingetauchten festen Körpern (b) entlang erfolgt, deren Querschnitte so gestaltet sind, daß das Quecksilber infolge seiner kapillaren Abstoßung nicht in die Gaskanäle eindringen kann, solange der Druck die vorgesehenen Grenzen nicht überschreitet.
3. 3. Quecksilberschalter mit Betätigung durch elektrische Heizung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das sich ausdehnende Gas (Abb. 7) erst einen Schenkel(c) eines V,- oder U-förmigen Gefäßes füllen muß, ehe es in den anderen (d) übertreten kann, wo die Unterbrechung erfolgen soll, während ein dritter Schenkel (e) mit Gegengefäß in der Zwischenzeit das verdrängte Quecksilber aufnimmt.
4. 4. Durch elektrische Heizung betätigter Quecksilberschalter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzögerung der Ausschaltung durch Veränderung des Heizstromes, die Verzögerung der Einschaltung durch Neigung des Gefäßes regelbar ist.
5. 5. Selbsttätiger periodischer Unterbrecher mit regelbaren Pausen und Kontaktzeiten nach Anspruch 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der steuernde Heizstrom (a) vom gesteuerten Arbeitsstrom (i) abgezweigt ist.
6. 6. Selbsttätiger Unterbrecher zur Regelung der mittleren Wattaufhahme von Heizkörpern u. dgl., dadurch gekennzeichnet, daß ein Schalter nach Anspruch 5 durch Neigung und durch Veränderung der steuernden Energie geregelt wird.
7. 7. Selbsttätiger Unterbrecher nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß außer den beiden Kontakten (f und g in Abb. 9) des Arbeitsstromes noch ein dritter (I) im selben Schenkel (iZ) angeordnet ist, der Stromstöße vermittelt, die den Unterbrechungsvorgang beschleunigen.
8. 8. Schaltung für Unterbrechung nach Anspruch 3 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß der dritte Kontakt (I in Abb. 9) kurz vor dem Hauptstromkontakt unterbrochen wird und einen Nebenschluß zum Steuerstrom aufhebt, so daß infolge eines gemeinsamen Vorschaltwiderstandes eine Verstärkung des Steuerstromes eintritt.
9. 9. Schaltung für Unterbrecher nach Ansprach 3 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß der dritte Kontakt (I in Abb. 10) bei Unterbrechung des Hauptstromkontaktes (g) zunächst noch Strom führt und diesen durch eine Hilfsglühlampe («') sendet, die den Unterbrechungsvorgang beschleunigt.
10. 10. Einrichtung zur Beschleunigung von Schaltvorgängen in gasgefüllten QueckFÜberschaltern nach Anspruch 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein Hilfskontakt in der Nähe des Hauptkontaktes angeordnet ist no zum Zwecke der Speisung von Heizkörpern, die im richtigen Augenblicke durch Vermittlung der Gasfüllung der Quecksilbersäule einen Stoß erteilen.

    Hierzu r Blatt Zeichnungen.