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Elektrischer Schalter, bei welchem Kontakte in einem gefäßartigen
Schaltorgan unter Vakuum oder indifferentem Gas arbeiten Elektrische Vakuumunterbrecher
sind bekannt, bei welchen Kontakte m einem gefäßartigen Schaltorgan unter Vakuum
oder indifferentem Gas arbeiten und bei welchen die Kontaktbewegungen von außen
nach innen durch einen vakuumdicht befestigten elastischen Wandungsteil übertragen
werden. Bei solchen Vakuumunterbrechern oder bei der Verwendung einer solchen Einrichtung
als reiner Schalter greift das Antriebsglied unmittelbar an den elastischen Wandteil
an. Es ist infolgedessen nicht einfach, ganz kleine Schaltbewegungen der Kontakte
hervorzurufen, ferner findet bei der allmählichen Näherung oder Entfernung der Kontakte
durch ein derartig angreifendes Antriebsglied eine schleichende Kontaktbewegung
statt. Falls es sich um regelbare Antriebsmechanismen für solche Schalter handelte,
fand ferner die Regelung im Kraftschluß mit dem elastischen Wandteil statt, was
ebenfalls verschiedene Nachteile zur Folge hat.
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Erfindungsgemäß ist zwecks Ermöglichung einer ganz kleinen Schaltbewegung
der Kontakte das Schaltorgan mit einem außerhalb des Gefäßes liegenden Antriebsmechanismus
mechanisch derart gekoppelt, daß beim Bewegen des Antriebs beide Teile erst kurz
vor Betätigung des Schaltorgans in Kraftschluß treten.
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Bei einer besonderen Ausführungsform ist ferner der Antriebsmechanismus
zum Zwecke der Regulierung des Ansprechens des Schalters in demjenigen Teil seiner
Bewegung einstellbar, in welchem Schaltorgan und Antriebsmechanismüs noch außer
Kraftschluß sind.
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Die Erfindung ist in der beiliegenden Zeichnung beispielsweise veranschaulicht,
und es stellt dar Abb. r einen Längsschnitt durch einen Teil des Schalters nach-
der Erfindung, Abb. z eine Seitenansicht des Schalters nach der Erfindung in etwas
kleinerem Maßstabe.
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r bedeutet ein beispielsweise aus Kupfer bestehendes Gefäß, welches
bei z nach Art der Anäroidmetermembran gewellt sein kann, so daß es eine :elastische
Verschiebung des auf ihm befestigten Kontaktes 3 in axialer Richtung zuläßt. Das
Gefäß ist mit einem Glasfuß q. verschmolzen, in welchen die Zuleitung 5 eingeschmolzen
ist; diese trägt den Gegenkontakt 6. Das ganze Gefäß kann durch die Abschmelzspitze
7 evakuiert oder mit indifferenten Gasen gefüllt werden. Die Membran. trägt eine
Öse 8, mit Hilfe deren der Kontakt 3 von dem Kontakt 6 entfernt werden. kann. Die
Stromzufuhr geschieht ,einerseits durch die Zuleitung 5, anderseits durch das Gefäß
i. Da es bei den unter Luftabschluß arbeitenden Kontakten nur ganz geringer Kontaktentfernung
bedarf, um eine momentane Abschaltung verhältnismäßig hoher Stromleistung hervorzubringen,
so genügt die geringe elastische Verschiebung der Membran 2
zum
Abschalten des Stromes. Unter Umständen genügt sogar eine einfache .Membran ohne
die wellenförmigen Einpressungen.
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Das Schaltorgan eines Schalters, z. B. in der vorgeschriebenen Art,
ist nun erfindungsgemäß zur Ermöglichung einer ganz kleinen Schaltbewegung der Kontakte
mit einem außerhalb des Gefäßes liegenden Antriebsorgan mechanisch auf folgende
Weise gekoppelt.
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Der Schalter sei auf der Messingplatte i9 durch eine Schelle 2o befestigt.
Die Messingplatte ig trägt auf Böcken 21 und 22 einen Eisen- oder Invarstab 23,
der an dem einen Ende einen Haken 2¢ trägt, der in die Öse 25 des Schalters 18 hineinragt.
Amanderen Ende sei der Stab 23 mit Gewinde und einem Stellrad 26 versehen. Vermöge
dieses Stellrades kann der Stab 23 in der Öse 25 verstellt werden. Steht der Apparat
nun in einem Raum, dessen Temperatur sich erhöht, so dehnt sich die Platte i g aus,
der Invarstab behält dagegen seine Länge. Der Haken 2¢ bewegt sich in Richtung des
Pfeiles 27, bis er schließlich die Öse 25 an ihrer einen Seite berührt und dadurch
den Kontakt zwischen den Zuleitungen 28 und 29 unterbricht.
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Ein solcher Schalter hat nun .eine Reihe großer Vorteile gegenüber
einem Wärmeschalter, bei dem das temperaturempfindliche Organ im Innern des unter
Luftabschluß stehenden Gefäßes liegt.
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Die Vorteile sind folgende: i. Als temperaturempfindliches Organ kann
jedes beliebige Material verwendet werden, ohne Rücksicht darauf, wie dieses Material
sich im Vakuum bzw. in dem indifferenten Gas verhält; insbesondere ist dies dann
wichtig, wenn das unter Luftabschluß arbeitende Gefäß evakuiert ist, da im Vakuum
eine Reihe von Materialien nicht verwendet werden, kann, weil sie stark gasen und
daher das Vakuum verschlechtern, wie beispielsweise Kautschuk oder Zink; beide Materialien
haben hohe Ausdehnungskoeffizienten. Wird dagegen. eines der Organe 23 oder 19
nach Abb. 3 aus Zink oder Hartgummi hergestellt, so läßt sich der hohe Temperaturausdehnungskoeffizieut
derselben nutzbar machen, ohne daß darum das Vakuum verschlechtert wird.
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2. Zur Erreichung eines hohen Vakuums ist es notwendig, das Vakuumgefäß
beim Pumpen stark zu erhitzen. Mit Rücksicht auf die dabei notwendige hohe Temperatur
sind auch gewisse Materialien im Innern des Gefäßes nicht verwendbar. Anders liegen
die Verhältnisse bei der Erfindung, bei der der Vakuumapparat lediglich aus Gefäß
und Kontaktpaar besteht, wie dies in Abb. i dargestellt ist, während die temperaturempfindlichen
Organe auch aus solchen Materialien hergestellt werden können, die die hohen Herstellungstemperaturen
nicht aushalten. Insbesondere gilt dies bei Verwendung von Doppelmetall. Es gibt
gewisse Doppelmetalle, bei -denen die eine Komponente aus Invar, die andere Komponente
aus einer Legierung besteht, welche Zink enthält. Dieses Doppelmetall hat den großen
Vorteil, daß es sich pro Temperaturgrad sehr stark biegt. Eine Zinklegierung ist
aber im Vakuum nicht zu verwenden. Anderseits gibt es Doppelmetalle mit ebenfalls
guten Biegungseigenschaften, die aber bei Verwendung oberhalb gewisser Temperaturen
so weit ausschlagen würden, daß einerseits die Elastizitätsgrenzu des Doppelmetalls
selbst überschritten würde, so daß die Temperaturkonstanz des Wärmeapparats nicht
mehr gewahrt bleibt. Auch kann es vorkommen, daß bei dem in dem Vakuumapparat verfügbaren
geringen Raum der Doppelmetallstreifen bei den hohen Pumptemperaturen an die Glaswand
anstößt, wodurch Verbiegungen des Apparats und Veränderungen seiner Lage eintreten.
Aus diesem Grunde können mit Rücksicht auf den Fabri.-kationsprozeß diese sehr empfindlichen
und exakt arbeitenden Doppelmetalle nicht verwendet werden, trotzdem diese Doppelmetalle
im Betrieb den hohen Übertemperaturen niemals ausgesetzt werden. Derartige Metalle
sind dagegen zu verwenden, wenn das Doppelmetall außerhalb des Vakuumgefäßes liegt.
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3. Der gesamte Apparat wird kleiner, wenn die eigentlichen temperaturempfindlichen
Organe außerhalb des Gefäßes untergebracht werden können, da andernfalls das Gefäß,
in welchem der Apparat noch frei arbeiten muß, recht beträchtlich vergrößert werden
müßte.
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¢. Das außerhalb des Gefäßes liegende temperaturempfindliche Organ
kann unmittelbar mit dem zu regulierenden Apparat in Verbindung gebracht werden,
so daß die Wärmeleitung eine bessere wird, wodurch die Geschwindigkeit des Ansprechens
und die Exaktheit der Regulierung wesentlich verbessert wird.
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5. Während eine Regulierung auf verschiedene Temperaturen verhältnismäßig
schwierig ist, wenn das temperaturempfindliche Organ im Innern des Gefäßes liegt,
so ist eine Regulierung .an den außenliegenden Organen ohne weiteres möglich, wie
dies in Abb. 2 beispielsweise dargestellt ist.
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Zur Betätigung eines Schalters nachAbb. i ist nur gerade die Bewegung
notwendig, welche die beiden Kontakte voneinander abhebt. Durch die Versuche ergibt
sich, daß der notwendige Kontaktabstand außergewöhnlich klein ist und in der Größenordnung
von, 1/looo mm liegt. Nur diese Bewegung muß von außen nach innen übertragen, werden.
Erfindungsgemäß
ist das Zugorgan 23 so mit dem Schaltapparat 18 verbunden, daß das erstere auf eine
größere Strecke außer Eingriff mit dem Schaltapparat 18 ist. Der Haken 2¢
in Abb.2 hat beispielsweise von der Öse 25 einen gewissen Abstand. Erst wenn sich
die Platte i9 durch die Temperatur genügend verlängert hat, berührt der Haken 2¢
den inneren Teil der Öse 25 und hebt die Kontakte voneinander ab. Die elastische
Verschiebung, die durch die Membran 2 in Abb. i von außen nach innen übertragen
wird, braucht daher nur ungefähr die Größe des notwendigen Kontaktabfalls zu haben,
trotzdem sich das temperaturempfindliche Organ wesentlich mehr bewegt. Durch die
Schraube 26 ist es möglich, einen großen Bereich innerhalb des Abstandes zwischen
dem Haken 2¢ und dem inneren Teil der Öse 25 zu regulieren, ohne deshalb die elastische
Verschiebung der Membran 2 größer als dem Kontaktabstand entsprechend ausführen
zu müssen. Die Größe der elastischen Verschiebung hat aber anderseits auf die Größe
des Vakuumgefäßes einen bestimmenden Einfluß, da große Verschiebungen nur mit großen
Membranen möglich sind, da die Membran usw. nicht über die Elastizitätsgrenze bzw.
die Bruchgrenze elastisch beansprucht werden darf. Es ist aber in vielen Fällen
von großer Wichtigkeit, die Apparate klein halten zu können, da sie innerhalb verhältnismäßig
kleiner, in ihren Dimensionen festliegender Apparate- untergebracht werden müssen.
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Im vorstehenden ist auseinandergesetzt, welche Vorteile die Anwendung
einer unter Luftabschluß arbeitenden Schaltdose im Zusammenhang mit Temperaturregelorganen
hat. Diese Vorteile sind aber keineswegs auf die Kombination mit wärmeregulierbaren
Apparaten beschränkt. Jede andere Art der Betätigung, sei es durch Luft-, Dampf-,
Wasserdruck, durch magnetische Relais, durch; mechanische Einwirkung irgendwelcher
Art, haben im Prinzip die gleichen Vorteile, insbesondere ist es auf diese Weise
möglich, die großen Vorteile der unter Luftabschluß arbeitenden Schalter in solchen
Fällen zu verwenden, bei denen das Antriebsorgan nicht in das Gefäß eingebaut werden
kann. Durch die Erfindung wird der Vorteil der Betätigung großer Schaltleistungen
mit kleinstem Energieaufwand ganz allgemein für alle solche Vorgänge nutzbar gemacht,
bei denen es darauf ankommt, große Schaltleistungen durch kleinste Kräfte oder kleinste
Bewegungen zu beherrschen; insbesondere kommt dies auch für Apparate in Frage, die
mit sehr großer Exaktheit, Geschwindigkeit und Häufigkeit schalten müssen. Soll
durch Schalter große Schalthäufigkeit erreicht werden, die beispielsweise bei Pendelgleichrichtern
oder auch Apparaten, wie sie in der drahtlosen Telegraphie benötigt werden (Summern),
so tritt die Schwierigkeit ein, die zu bewegenden Massen schnell genug zum Pendeln
zu bringen. Die Energien, welche zur Hervorbringung einer erzwungenen Schwingung,
um die es sich in solchen Fällen meistens handelt, notwendig sind, steigen mit dem
;Quadrat des Ausschlags. Ist es nun möglich, diesen Ausschlag, der beim normalen
Schalten vielleicht 3 mm beträgt, mit dem Apparat der Erfindung auf 1/1o oder 1/10o
mm zu reduzieren, so sinken damit die Antriebsenergien für den Schalter auf 1/..o
bis 1/9000o. Rechnet man hierzu die Vergrößerung der Schaltleistung durch den Luftabschluß,
so erkennt man, daß es durch Verwendung eines solchen Apparats erst möglich wird,
Vorgänge technisch zu beherrschen, die heute noch weit über der Grenze dessen liegen,
was ausgeführt werden kann.