DE623804C - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft Quecksilberschaltröhren mit einem aus Glas bestehenden Quecksilbergefäß und von oben in das Gefäß hineinragenden und in die Glaswand eingeschmolzenen Elektroden.

Bei den bekannten Schaltröhren dieser Art bestanden die Elektroden aus Drähten, die in die Gefäßwandung (unmittelbar) eingeschmolzen waren. An ihren Enden im Innern der Schaltröhre waren die drahtf örmigen Elektroden vielfach mit kopfartigen bzw. bolzenartigen Erweiterungen versehen, um eine verhältnismäßig große Kontaktfläche zwischen Elektrode und Quecksilber zu erzielen und der Abnutzung der Elektrode durch den etwa entstehenden Lichtbogen beim Schließen bzw. Öffnen des Stromkreises Rechnung zu tragen.

Gemäß der Erfindung sind bei derartigen

Quecksilberschaltröhren die Elektroden als topfförmige Kappen ausgebildet, deren Ränder mit dem Glasgefäß verschmolzen sind und an deren innerer Bodenfläche die Stromzuführung befestigt ist. Dadurch wird eine besonders gute Kontaktgabe zwischen dem Quecksilber und der Elektrode in Anbetracht ihrer Großflächigkeit erreicht, vor allem aber eine gute Selbstkühlung der Elektroden erzielt, indem diese auf breiter Fläche mit der Außenluft in unmittelbarer Berührung stehen.

Infolge dieser guten Kühlung der Elektroden ist auch die Lichtbogenbildung beim Öffnen oder Schließen des Stromkreises günstigerweise stark erschwert. Es sind bereits Schaltröhren bekanntgeworden, bei denen die beiderseitigen Öffnungen der zylindrischen Schaltröhre durch aufgekittete Metallkap sein abgeschlossen sind, derart, daß die Kapsern mit der Röhre eine Vertiefung bilden, in der bei der Schaltbewegung in die Aus-Stellung etwas Quecksilber zurückbleibt und infolgedessen die Kontaktgabe (in der Ein-Stellung) zwischen Quecksilber und Quecksilber erfolgt. Beim Erfindungsgegenstand ,handelt es sich demgegenüber um vakuumdicht abgeschmolzene Schaltröhren, bei denen die Elektroden von oben her in die Glaswandung der Schaltröhre eingeführt und in diese eingeschmolzen sind. Durch die Großflächigkeit der erfindungsgemäßen Elektroden und die dadurch bedingte gute Kühlung derselben ist ein wirksamer Schutz der Einschmelzstellen gegen Beanspruchungen durch Erwärmung gegeben. Als Material für die Elektroden, das sich gut mit Glas verschmelzen läßt, wird zweckmäßig in an sich bekannter Weise Chromeisen verwendet, gegebenenfalls unter ebenfalls an sich bekannter Benutzung von Zwischengläsern zwischen dem Metall und der Glaswandung der Schaltröhre. _β

Ferner bietet diese Form der Elektrode

den Vorteil, daß sie in besonders zweckmäßiger Weise die Evakuierung des Quecksilbergefäßes, die Einführung eines Gases in das Gefäß und die Abdichtung des Gefäßes ermöglicht. Bisher hat man bei Quecksilberschaltern mit einem Glasgefäß, welches evakuiert ist oder in welchem ein geeignetes Gas enthalten ist, zum Evakuieren und Einführen des Gases eine Glasröhre benutzt, welche ίο nachher abgeschmolzen wurde. Die hierbei sich bildende Spitze an dem Glasbehälter ist insofern unerwünscht, als die Bruchgefahr an dieser Stelle sehr groß ist. Ferner kann der Druck in derartigen Schaltröhren, nicht wesentlich größer sein als der AtmosphärendrUick, weil das während des Abschmelzens erweichende, Glas größeren inneren Drücken nicht widerstehen kann.

Um diesen Nachteil zu beheben, ist gemäß ao einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel der Erfindung die Elektrode mit einer Öffnung versehen und die Stromzuführung hohl ausgebildet, um durch sie die Schaltröhre zu evakuieren und mit einem Gas zu füllen. Bei Verwendung dieser Einrichtung ist der Druck des Gases im Innern des Gefäßes lediglich durch die mechanische Stärke der Schaltröhre begrenzt, so daß es möglich ist, die Schaltröhre mit einem unter einem verhältnismäßig hohen Druck stehenden Gas zu füllen, in welchem der Lichtbogen in äußerst kurzer Zeit unterbrochen wird.

Um die Abdichtung der Glasröhre in einfacher und sicherer Weise vornehmen zukönnen, ist die hohle Stromzuführung dünnwandig ausgeführt, und zur Abdichtung wird die Einführung zusammengedrückt und darauf an dieser Stelle zugeschweißt. Man kann auch das Erweichen des Metalls unter der Schweißhitze benutzen, um die Röhre zusammenzudrücken. Diese Maßnahme kann währenddes Evakuierens oder während des „Zuführens des Gases oder auch kurze Zeit nach dem Entfernen der Schaltröhre von dem Apparat zum Evakuieren usw. vorgenommen werden.

, In der Zeichnung sind, mehrere Ausführ rungsbeispiele der Erfindung dargestellt.

In den Abb. 1 und 2 ist ein Längsschnitt durch eine Quecksilberschaltröhre in der Str.omschluß-und Unterbrechungsstellung dargestellt.

Abb. 3 zeigt einen Querschnitt durch eine der Elektroden des in den Abb. 1 und 2 dargestellten Schalters.

Die Abb. 4 bis 6 zeigen Abänderungen der Elektrode gemäß Abb. 3, und zwar beziehen sich diese Abänderungen auf die Befestigung der Stromzuführungen an der Elektrode.

Abb. 7 stellt einen Längsschnitt durch eine ähnfiche Schaltröhre wie die in Abb. ι dargestellte, dar, bei der jedoch eine der Elektroden eine Öffnung besitzt, an die eine rohrförmige Stromzuführung angeschlossen ist, die in der Nähe der Elektrode zugeschweißt ist.

Die Abb. 8 zeigt eine Schaltröhre, bei der beide Elektroden mit einer Öffnung versehen und mit einer hohlen Zuführung verbunden sind.

Die Abb. 9 zeigt eine besondere Art der Einschmelzung der Elektrode.

In den Abb. 1 bis 3 ist mit 1 das Quecksilbergefäß bezeichnet, welches zweckmäßig aus weichem Glas, beispielsweise aus Bleioder Kaliglas, besteht und an das die Elektroden 2 aus einer Chrom-Eisen-Legierung o. dgl. angeschmolzen sind. Die Elektroden sind topfförmig ausgebildet, und sie ragen mit ihrem geschlossenen Ende nach unten in das Quecksilbergefäß 1 hinein. Die Glas.-wandung des Quecksilbergefäßes 1 ist an die innere Wandung der topfförmigen Elektroden 2 an deren Rand angeschmolzen. Die Wandstärke dieser Elektroden läuft zweckmäßig nach dem Rande zu verdünnt aus, um das Einschmelzen des Glases zu erleichtern. An der inneren Bodenfläche der topfförmigen Elektrode ist eine Erhöhung 4 vorgesehen, um das Anschweißen der Zuführung 5 an die Elektrode zu erleichtern. Die Röhre 1, welche das Quecksilber 7 enthält, ist zweckmäßig mit Wasserstoff gefüllt, und die Abschmelzstelle befindet sich bei 8. Die eine Elektrode 2 ist · in der Nähe des einen Endes des Gefäßes 1, aber in einem verhältnismäßig großen Abstand von dem Boden des Gefäßes angeordnet, so daß der Stromkreis zwischen dem Quecksilber und dieser Elektrode unterbrochen wird, während das Quecksilber sich noch unmittelbar unter dieser Elektrode befindet. Die andere Elektrode 2 ragt tiefer in das Gefäß 1 hinein, so daß sie mit dem Quecksilber 7 noch in Berührung bleibt, während der Stromkreis zwischen dem Quecksilber und der ersten Elektrode 2 geschlossen oder unterbrochen wird. i°5

Von den Abb. 4 bis 6, welche verschiedene Befestigungsmöglichkeiten der Zuführung an die Elektrode zeigen, besitzt die Elektrode 12 nach Abb. 4 eine Bohrung 13, in welche die Zuführung eingeführt werdenkann. DieElektrode 22 nach Abb. 5 besitzt einen mit Gewinde versehenen Bolzen 23, der mit der Elektrode aus einem Stück besteht. Bei der Ausführungsform nach Abb. 6 ist der Raum, der von der Elektrode und dem sich nach unten erstreckenden ringförmigen Teil des Gefäßes 1 gebildet wird, mit einer Lötmasse oder einer anderen leicht schmelzbaren metallischen Masse 34 gefüllt, in welche eine flexible Leitung 33 hineinragt.

Bei der Schaltröhre nach Abb. 7 ist die Abschmelzspitze 8 nicht vorhanden. Während die

rechte Elektrode 12 in derselben Weise ausgeführt ist wie die nach Abb. 4, ist bei der linken Elektrode 12' die Bohrung 13' ganz durch den Boden der Elektrode durchgeführt. An diese Elektrode ist eine mit Gewinde versehene rohrförmige Zuführung 15 aus einem geeigneten Material, beispielsweise Nickel, durch welches- das Quecksilber nicht verunreinigt wird und welches sich leicht schweißen läßt, angeschraubt und darauf zweckmäßig mit der Elektrode 12' verlötet oder verschweißt. Die hohle Zuführung 15 kann an einen Apparat zur Evakuierung und zur Zuführung des Quecksilbers und eines geeigneten Gases angeschlossen werden. Zur Abdichtung des Gefäßes 11 wird darauf die Zuführung 15 zusammengedrückt und an dieser Stelle 16 zugeschweißt.

Wenn das Gefäß 11 mit einem Gas von höherem, als Atmosphärendruck gefüllt wird., wird zweckmäßig zwischen der Schweißstelle 16 und der Elektrode 12' ein gasdichter Pfropfen in die Einführung 15 eingeführt, um einen Bruch der erweichten Metallwände der Einführung 15 während des Schweißens zu verhindern, oder es können Klemmbacken vorgesehen sein, welche von außen die Zuführung in der Nähe der Schweißstelle um' greifen.

Die äußeren Enden der Zuführungen 15 und 15' können mit Lötmasse versehen sein, um die Befestigung von flexiblen Leitungen zu ermöglichen. Bei der offenen Elektrode 15 kann statt dessen eine flexible Leitung in die Zuführung eingeführt sein, welche hierin entweder durch Löten, Verschweißen oder durch mechanische Befestigungsmittel befestigt werden kann.

Bei dem Schalter nach Abb. 8 sind mit den beiden Elektroden 22' zwei röhrenförmige Zuführungen 23' verbunden, die mit den Elektroden aus einem Stück bestehen. Bei dieser Anordnung kann, falls es erwünscht ist, durch eine der Zuführungen 23' ein Gas eingeführt und durch die andere Elektrode 23' abgesogen werden, so daß auf diese Weise eine Zirkulation des Gases in dem Gefäß 11 bewirkt wird, wodurch das Gefäß von schädlichen Gasen gereinigt werden kann. Die Abdichtung des Gefäßes 11 an den Zuführungen 23' wird in derselben Weise vorgenommen wie bei der Schaltröhre nach Abb. 7. In dieser Schaltröhre ist so viel Quecksilber 7' enthalten, daß die rechte Elektrode immer in das Quecksilber eintaucht, während die linke Elektrode das Quecksilber in der gezeichneten Stellung der Schaltröhre fast berührt, so daß nur eine geringe Neigung der Schaltröhre erforderlich ist, um den Stromkreis zu 'schließen.

In manchen Fällen ist die Verwendung einer röhrenförmigen Zuführung unnötig. Man kann beispielsweise einen Schalter, wie er in Abb. 7 dargestellt ist, bei dem aber die Zuführung 15 entfernt ist, in eine Kammer einführen, welche darauf evakuiert und später mit einem Gas, beispielsweise Wasserstoff, unter einem Druck gefüllt werden kann, der etwas größer ist als Atmosphärendruck. Indem man unmittelbar nach der Herausnähme des Schalters aus der Kannner eine Zuführung 5' in die Öffnung 13' einführt, wie es in Abb. 9 dargestellt ist, kann der Schalter geschlossen werden, ohne daß eine merkliche Verunreinigung des Gases durch die Luft eintritt. Die Verbindungsstelle zwischen der Zuführung 5' und der Elektrode 12' kann darauf zugelötet oder zugeschweißt werden.

In Fällen, wo besonders große Ströme zu unterbrechen sind, kann es wünschenswert sein, das Glasgefäß ι oder 11 aus einem Glas herzustellen, welches hohen Temperaturen und großen Temperatur änderungen widerstehen kann. Wenn man bei derartigen Gefäßen Elektroden aus Chromeisen verwenden will, welches einen wesentlich höheren Ausdehnungskoeffizienten besitzt als derartiges Glas, können zwischen dem Glas des Gefäßes und der Elektrode Ringe aus Glas mit abgestuftem Ausdehnungskoeffizienten angeordnet sein. In Abb. 9 ist eine derartige Einschmelzung dargestellt, wobei die verschiedenen Abstufungen mit 10 bezeichnet sind.

Beim Betrieb des in Abb. 1 und 2 dargestellten Schalters fließt, wenn der Schalter aus der Stellung Abb. 1 in die in Abb. 2 dargestellte Stellung gebracht wird, das Quecksilber 7 nach dem linken Ende des- Gefäßes, so daß das Quecksilber zunächst mit der re"ch-• ten Elektrode und darauf mit der linken Elektrode. Kontakt macht. Beim Zurückkippen des Schalters in die in Abb. 1 dargestellte Stellung wird zunächst der Kontakt an der linken Elektrode 2 unterbrochen. Hierbei wird der Boden des Gefäßes 1 durch das Quecksilber 7, welches sich in diesem Augenblick noch unmittelbar unter dieser Elektrode befindet, gegen die Einwirkung des Lichtbogens geschützt. Da das Quecksilber nur wenig an der Chromeisenelektrode 2 haften bleibt, wird der Stromkreis annähernd bei derselben Winkelstellung des Gefäßes 1, die zum Schließen des Stromkreises erforderlich ist, unterbrochen:. Diese Tatsache, welche sehr erwünscht ist, war bei den bisher gebräuchlichen Schaltern, bei denen Elektroden verwendet wurden, die mit dem Quecksilber leicht eine Verbindung eingehen, nicht zu erreichen, da infolge der großen Adhäsion des Quecksilbers an den Elektroden eine verhältnismäßig große Winkelbewegung zwischen der StromscMußstellung und der Unterbrechungsstellung des Schal-

ters erforderlich war. Die große Berührungsfläche zwischen jeder der Elektroden 2 und dem Quecksilber 7 bedeutet ebenfalls leinen großen Vorteil, da hierdurch der innere Widerstand und infolgedessen die Erwärmung des Schalters herabgesetzt wird mit dem Erfolg, daß die Stromleitfähigkeit stark erhöht wird.

Infolge der großen Quecksilbermenge 7 in dem Schalter nach Abb. 8 spricht dieser Schalter bereits auf sehr kleine Änderungen in der Winkelstellung des Gefäßes 11 an, da die Bewegung des Quecksilbers von und nach einer Elektrode durch Veränderung des Quecksilberspiegeis bewirkt wird und nicht durch die schnelle Längsbewegung einer Quecksilberkugel in dem Gefäß, wie es bisher der Fall war. Durch diese Anordnung wird die Verzögerungswirkung infolge der^j Adhäsion und Reibung zwischen dem Quecksilber und der Wandung des Gefäßes, die sich bei den bisher gebräuchlichen Quecksilberschaltröhren stark bemerkbar machte, erheblich herabgesetzt.

Claims (6)

1. Patentansprüche:

   ■ i. Quecksilberschaltröhre mit einem aus Glas bestehenden Gefäß und durch die Röhrenwand von oben über dem Quecksilber in das Gefäß hineinragenden und in die Glaswand eingeschmolzenen Elektroden, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden * topfförmig ausgebildet sind und mit ihrem Boden derart in die Röhren hineinragen, daß die Ränder der topfartdg>en Körper mit dem Glasgefäß verschmolzen und an deren nach außen liegenden Bodenflächen die Stromzuführungen befestigt sind.
2. 2. Quecksilberschaltröhre nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß zum mindesten eine (12', 22') der Elektroden mit einer Öffnung zur Evakuierung der Schaltröhre und zum Einführen eines Gases versehen ist.
3. 3. Quecksilberschaltröhre nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in die Öffnung der Elektrode eine Stromzuführung (15, 23') ^eingesetzt ist, die als dünnwandiges Rohr ausgeführt ist, welches zur Abdichtung der Schaltröhre zusammengedrückt und darauf an dieser Stelle (16, 24) zusammengeschweißt wird.
4. 4. Quecksilberschaltröhre nach An-

   - spruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Topf mit einem leicht schmelzbaren Metall gefüllt ist, in welches die Einführung eintaucht. .
5. 5. Quecksilberschaltröhre nach Anspruch ι bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden aus einer Chrom-Eisen-Legierung bestehen.
6. 6. Quecksilberschaltröhre nach Anspruch ι bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Elektrode in das Quecksilber eintaucht, während die andere in der Unterbrechungsstellung der Schaltröhre unmittelbar über dem Spiegel des die Quecksilberschaltröhre ungefähr bis zur Mitte füllenden Quecksilbers liegt.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen