DE645117C - Fluessigkeitskippschaltroehre - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich aufFlüssigkeitskippschaltröhren, insbesondere mit Quecksilberfüllung, bei denen die Stromzuführungen zu den Elektroden mit Hilfe eines einzigen 5 Ouetschfußes eingeführt sind, der einen Becher aus Isolierstoff zur Aufnahme für den einen Flüssigkeitspol trägt. Die bekannten Kippschaltröhren haben den Nachteil, daß sie entweder für die Massenherstellung nicht geeignet sind, oder daß die Einschmelzung durch den Öffnungslichtbogen beim Schalten gefährdet wird. Diese Nachteile werden erfindungsgemäß dadurch vermieden, daß auf beiden Seiten, und zwar innen und außen des nach der dem Quetschfuß abgekehrten Stirnseite der Schaltröhre offenen Bechers als Elektroden dienende Metallzylinder vorgesehen sind. Die auf der Innenfläche des Bechers aufliegende zylindrische Elektrode wird von der Becherwandung so weit überragt, daß die Kontaktgabe bzw. die Kontaktunterbrechung nahe der Becherkante und nur zwischen den außen und innen befindlichen Schaltflüssigkeitsmengen stattfinden kann.

Durch diese Anordnung wird in besonders einfacher Weise erreicht, daß' der Schaltlichtbogen die Einschmelzstelle nicht gefährdet. Die Stromunterbrechung findet nämlich in verhältnismäßig großem Abstand von der Einschmelzstelle statt, während bei den bekannten Anordnungen die Unterbrechung an der Berührungsstelle zwischen dem Quecksilber und Teilen der Einschmelzdrähte erfolgt. Durch die innen und außen auf der Becherwandung angebrachten großflächigen Metallzylinder wird eine sehr gute Abkühlung erzielt, so daß eine Erwärmung der Zuleitungen durch den Unterbrechungsfunken nicht auftritt. Um auch eine Gefährdung der Glaswandung zu vermeiden, wird erfindungsgemäß die Becherwandung in der Nähe des Becherrandes durch Ausbiegung oder Einziehung so geschweift, daß die Schaltstelle vom Rande des Bechers weg nach dessen Innerem verlegt ist. Es ist bereits diese Maßnähme für Quecksilberschaltröhren vorgeschlagen worden. Bei den bekannten Anordnungen ist jedoch nicht dafür Sorge getragen, daß die Einschmelzstelle gegen den Lichtbogen geschützt wird. Es befindet sich vielmehr die eingezogene Öffnung bei den bekannten Anordnungen in unmittelbarer Nähe der Einschmelzstelle. Nach einem anderen Vorschlage wird zwar eine Einziehung vorgesehen, aber nicht erreicht, daß die Unterbrechung nur zwischen den außen und innen befindlichen Schaltflüssigkeitsmengen stattfindet. Infolgedessen wird bei einer solchen

Anordnung durch die Wärmeleitung im Einschmelzdraht der Quetschfuß gefährdet.

Als weiterer Schutz der Gefäßwand empfiehlt es sich in vielen Fällen, die Nachbar-schaft des Becherrandes mit einem hitze?" beständigen Isoliereinsatz auszukleiden, de* zweckmäßig durch Nasen der äußeren Elektrode in seiner Lage gehalten wird. Dies ist bei der Anordnung gemäß der Erfindung sehr to leicht möglich, ohne daß dadurch die Herstellung irgendwie erschwert wird. Bei den bekannten Anordnungen wird in ein hitzebeständiges Isolierstück ein Draht, der in die Gefäßwand eingeschmolzen ist und als Elek- »5 trode dient, zu diesem Zweck verwendet. Bei dieser Anordnung besteht die Gefahr, daß durch die Erwärmung durch den Unterbrechungslichtbogen die Einschmelzstelle unzulässig beansprucht wird. Durch die großflächigen Elektroden wird bei der Anordnung gemäß der Erfindung diese Gefahr vermieden. Der Becher wird durch den Unterbrechungslichtbogen an seiner vorderen Kante thermisch verhältnismäßig hoch beansprucht. Für Schaltröhren größerer Leistung ist es deshalb zweckmäßig, den Becher aus einem hitzebeständigeren Material herzustellen als den Quetschfuß und beide Teile durch ein geeignetes Zwischenmaterial zu verschmelzen. Durch diese an sich bekannte Maßnahme wird die Schaltleistung der Flüssigkeitskippschaltröhre wesentlich gesteigert. Bei dem Bekannten war die Schaltleistung im wesentlichen durch die Gefahr der Erwärmung der Einschmelzstelle begrenzt. Durch die Ausbildung der Elektroden ist bei der Anordnung gemäß der Erfindung die Einschmelzstelle praktisch vollkommen gegen Erwärmung geschützt. Die Begrenzung der Schaltleistung ist bei diesen Schaltröhren im wesentlichen durch die thermische Beanspruchung der vorderen Becherkanten bestimmt. Ihre Herstellung aus einem hitzebeständigen Material bietet daher besondere Vorteile. Es wäre andererseits nicht zweckmäßig, auch den Quetschfuß aus einem solchen Material herzustellen, denn dadurch würde die Herstellung unnötig verteuert, da die thermische Beanspruchung der Einschmelzstelle sehr gering ist.

Die Abb. 1 zeigt in schematischer Darstellung eine .Schaltröhre gemäß der Erfindung in der Ein-Stellung (Stromkreis geschlossen), während die Abb. 2 die Röhre in der Aus-Stellung (Stromkreis geöffnet) darstellt; die Abb. 3 zeigt einen Querschnitt derselben Schaltröhre, und zwar nach der Linie 3-3 der Abb. 1; Abb. 4 zeigt einen Längsschnitt derselben Schaltröhre in anderer Lage. In der Abb. 5 ist eine ähnliche Anordnung wie in Abb. 4 mit einigen Abänderungen dargestellt. Die Abb. 6 bis 8 zeigen in teilweisem Schnitt andere Ausführungsformen der Schaltröhre nach der Abb. 1. Die Abb. 9 und io· zeigen weitere Ausführungsformen.

In den Abbildungen, in Sonderheit in den Abb. ι bis 4, besteht die Schaltröhre aus einer .TOhfenförmigen Hülle 1 (,Wandung),, inner-' halb welcher konzentrisch ein röhrenförmiger Teil 2 angeordnet ist. Das eine Ende dieses Teiles ist an die eine Stirnseite der Wandung bzw. an den Quetschfuß 3 angeschmolzen, während das andere Ende sich bis a,uf eine verhältnismäßig geringe Entfernung an die andere Stirnseite der Wandung 1 erstreckt. Die Wandung 1 kann aus irgendeinem Glas oder glasartigem Material bestehen, beispielsweise aus Bleiglas, Kalkglas u. a. Sofern es sich um die Schaltung größerer Ströme handelt, wird vorzugsweise ein besonders hitzebeständiges Glas verwendet, beispielsweise Borosilikatglas. Der röhrenförmige Teil 2 besteht vorzugsweise aus demselben Material wie die Wandung 1; er kann aber auch aus einem noch hitzebeständigeren Material bestehen, beispielsweise aus geschmolzener Kieselerde, und es kann in diesem Falle ein Zwischenstück bzw. Zwischenmaterial vorgesehen sein, das die geeignete Einschmelzung des rohrförmigen Teiles an die Wandung besonders leicht ermöglicht. Ein dünner metallischer Mantel 4 ist eng auf der Außenseite des rohrförmigen Teiles 2 aufgepaßt, während ein ähnlicher Mantel 5 in entsprechender Weise auf der Innenfläche des rohrförmigen Teiles aufgepaßt ist. Jeder der Mantel endet ein verhältnismäßig beträchtliches Stück vor dem offenen Ende des rohrförmigen Teiles 2, das sich an der der Einschmelzstelle der Stromzuführungen abgekehrten Stirnseite der Wandung 1 befindet. Diese Mantel können aus irgendeinem Metall bestehen, das nicht von der Flüssigkeit angegriffen wird. Bei Quecksilberschaltröhren wird zweckmäßig kaltgewalzter Stahl verwendet, und zwar wegen seiner natürlichen Biegsamkeit. Stromzuführungen 6 und 7 sind durch den Quetschfuß 3 eingeführt und mit den Mänteln 4 bzw. 5 verschweißt. Wenn der innere Mantel von einem flachen, aufgerollten Band gebildet wird, so ist zweckmäßig eine nach innen gebogene öse (lappenartig) vorgesehen, an die die Stromzuführung 7 angeschweißt ist. Auf diese Weise kann die Stromzuführung 7 mehr in der Mitte des Quetschfußes 3 angebracht werden. Die Schaltröhre 1 wird zweckmäßig durch einen Pumpstutzen 8 evakuiert. In der Schaltröhre ist eine genügende Menge von Quecksilber oder gegebenenfalls einer anderen elektrisch leitenden Flüssigkeit vorgesehen. Das Quecksilber, das mit 9 bezeichnet ist, er- iao streckt sich ein beträchtliches Stück über das offene Ende des rohrförmigen Teiles 2, wenn

sich die Schaltröhre in der in Abb. 4 gezeichneten Lage befindet, so daß es mit den Mänteln 4 und 5 in Kontakt ist. Eine geeignete Gasfüllung zur Unterdrückung des Lichtbogens ist in der Röhre vorgesehen; als Füllgas wird zweckmäßig Wasserstoff verwendet. Die Herstellung dieser Schaltröhren gestaltet sich außerordentlich einfach und billig infolge der besonderen Anordnung und Ausbildung der einzelnen Teile. Ein bevorzugtes Verfahren besteht nach der Erfindung darin, daß zunächst die Mantel 4 und 5 hergestellt werden und die Stromzuführungen 6 und 7 von vorzugsweise kreisrundem Querschnitt daran angeschweißt werden. Diese Mantel werden dann auf die Innen- bzw. Außenseite der offenen Glasrohre 2 aufgepaßt. Die Wandung ι wird dann über diese Anordnung gebracht. Das Ende der Wandung und das benachbarte Ende des röhrenförmigen Teiles 2 werden dann erhitzt und über den Stromzuführungen 6 und 7 zusammengequetscht, so daß damit gleichzeitig das eine Ende des,rohrförmigen Teiles 2 geschlossen wird und die Stromzuführungen 6 und 7 eingeschmolzen werden. Es ist dabei darauf zu achten, daß das zur Entlüftung dienende Rohr nicht zugeschmolzen wird. Die Schaltröhre wird dann evakuiert und danach das Quecksilber sowie der Wasserstoff eingeführt. Danach wird die Röhre abgeschmolzen, so daß von dem zum Evakuieren benutzten Rohr der Pumpstutzen 8 übrigbleibt.

In manchen Fällen ist es zweckmäßig, den Quetschfuß 3 in zwei Stufen herzustellen. Es werden nun dabei der rohrförmige Teil 2 und die mit Glasperlen versehenen Stromzuführungen 6 und 7 zunächst in der oben beschriebenen Weise vereinigt, und es wird der Teil 2 auf die Stromzuführung 7 aufgedrückt. Während dieses Aufdrückens vereinigt sich die Glasperle um die Stromzuführung 6 herum mit dem Glas an der Druckstelle. Dann wird die Wandung über die Anordnung gebracht und daran angeschmolzen, wie es oben beschrieben wurde. Bei dieser Art des Aufbaues kann das röhrenförmige Glied 2 etwas entfernt von dem Quetschfuß 3 angeordnet werden, wie es aus der Abb. 5 ersichtlich ist. Auf diese Weise wird die Einschmelzstelle noch weniger durch Temperatureinflüsse gefährdet.

Beim Arbeiten der Röhre nach den Abb. 1

und 4 oder auch der nach der Abb. 5 wirken das Ende der Röhre 1 und der geschlossene röhrenförmige Teil 2 in der Weise zusammen, daß sie sozusagen eine Falle für das Quecksilber 9 bilden. Wie die Schaltröhre auch gedreht werden mag, so wird doch immer in dem röhrenförmigen Teil 2 eine vorbestimmte Ouecksilbermenge 9', wie in Abb. 2 dargestellt, zurückgehalten. Dieses Quecksilber reicht seiner Menge nach aus, um sich über den Mantel 5 hinweg bis zu dem offenen Ende der Röhre 2 zu erstrecken, wenn die Schaltröhre in die Ein-Stellung gebracht wird. Es wird dann der Stromkreis durch die Vereinigung der beiden Flüssigkeitsmassen geschlossen. Es ist ersichtlich, daß die relative Lage der Elektroden des röhrenförmigen Teiles 2 derart eingerichtet ist, daß, wenn sich das Quecksilber 9' mit dem Quecksilber 9 vereinigt hat und dadurch der Stromkreis geschlossen worden ist, der Kontakt des Quecksilbers mit keiner der beiden Elektroden unterbrochen werden kann, ohne daß vorher das Quecksilber zerteilt wird. Die Schaltröhre arbeitet mit großer Leichtigkeit bei jeder Kippbewegung. Nur durch die gewünschte vorgeschriebene Kippbewegung kann die Trennung der Ouecksilbermassen bzw. die Vereinigung der Ouecksilbermassen und damit das Öffnen bzw. Schließen des Stromkreises bewirkt werden. Die Schaltröhre gewährleistet, daß nicht durch eine falsche Bedienung ungewolltes Schließen oder Öffnen des Stromkreises zustande kommen kann.

In manchen Fällen, insbesondere, wenn große Ströme geschaltet werden sollen, ist es zweckmäßig, die Einrichtung so zu treffen, daß der Unterbrechungslichtbogen mehr innerhalb des röhrenförmigen Teiles 2 verläuft, als es in den Abb. 1 bis 4 dargestellt ist. Dieses ist leicht auf zweierlei Weise zu erreichen. Es kann zu diesem Zwecke, wie es in der Abb. 6 gezeigt ist, das offene Ende des rohrförmigen Teiles 2 nach außen ausgebogen sein, oder es kann statt dessen der Durchmesser des offenen Endes des rohrförmigen Teiles 2 kleiner gehalten sein, als der Durchmesser des übrigen Teiles, wie es durch 2' angedeutet ist.

In manchen Fällen ist es zweckmäßig, daß der röhrenförmige Teil aus einem hochhitzebeständigen Material besteht, und zwar aus einem Material, das schwerer schmelzbar ist als das Material der Röhrenwandung und mit diesem nicht direkt verschmolzen werden kann. Eine solche Anordnung ist in der Abb. 8 dargestellt. Die Wandung 1 dieser Schaltröhre soll aus einem glasartigen Material bestehen, wie es auch bei den bereits beschriebenen Schaltröhren der Fall war. Der röhrenförmige Teil 12, der an seinem einen Ende geschlossen ist, soll aus schmelzbarem Material bestehen, beispielsweise Porzellan, geschmolzene Kieselerde, Borosilikatglas o. dgl. Die Stromzuführung 7 erstreckt sich durch ein enges Loch des geschlossenen Endes des Teiles 1-2; der Teil dieser Stromzuführung, der sich zwischen dem Teil 12 und dem Quetschfuß 3 erstreckt, ist zweckmäßig abgerundet; die Durchtrittstelle der Stromzuführung durch das geschlossene Ende kann mit einem geeigneten

Dichtungsmittel abgedichtet sein. Der rohrförmigf Teil i_> wird vollständig in seiner zentrischen Lage durch die Mäntel 4 und 5 uml die Stromzuführung 6 und 7 gehalten: sofern für die Wandung 1 ein weiches Glas verwendet wird, so ist es, falls die Röhre zum Schalten großer Ströme benutzt werden soll, zweckmäßig, einen kappenartigen Teil 14 aus hitzebeständigerem Material vorzusehen, der in der gezeichneten Weise angebracht ist. Dieser Teil 14 überlappt die Enden des Teiles 12 um ein beträchtliches Stück und schützt dadurch die Wandung 1 gegen den Lichtbogen. Der kappenartige Teil 14 kann auf irgendeine t5 Weise in seiner Lage festgehalten sein, beispielsweise durch die Umbiegungen 6' und 15 der Teile 6 bzw. 4. Diese Schaltröhre ist in der gleichen Weise zu betätigen wie die bereits beschriebenen Schaltröhren. In den Abb. 9 und 10 sind zwei Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Schaltröhre dargestellt, bei denen die Röhrenwandung 21 in an sich bekannter Weise aus Metall besteht, vorzugsweise aus Eisen oder einer Chromeisenlegierung. An das offene Ende der Gehäusewandung 21 ist ein Glasfuß 23 angeschmolzen, der gleichzeitig den rohrförmigen Teil 22 aus isolierendem Material trägt. Dieser besteht zweckmäßig aus Glas. Am vorteilhaftesten ist es in sehr vielen Fällen, daß der Teil 22 eine Fortsetzung des Teiles 23 bildet und gegebenenfalls die Teile 22 und 23 aus einem Stück bestehen. Mit seinem anderen Ende ist der Teil 23 mit der Metallwandung 21 verschmolzen, deren Rand zweckmäßig zugespitzt ist. Bei den Schaltröhren nach den Abb. 9 und 10 bildet die metallische Röhrenwandung die eine Elektrode mit der Stromzuführung 6'.

Bei der in Abb. 10 dargestellten Ausführungsform ist das Rohr 22 durch einen Einsatz 24 aus Porzellan oder geschmolzenem Quarz o. dgl. geschützt. Durch einen nach außen umgebogenen Rand 27 und 25 ist dafür Sorge getragen, daß dieser Einsatz eine bestimmte Lage im Innern des Rohres 22 einnimmt. Die innere Elektrode 5 ist im Innern des Einsatzes 24 angeordnet und schließt bei 26 mit dem unteren Ende dieses Einsatzes ab. Durch den unteren Rand des Einsatzes 24 wird erreicht, daß der Einsatz in der vorgegebenen Lage vollkommen festgehalten wird. Durch die weit herausragenden Teile des Randes 27 wird eine Abstützung desEinsatzes 24 bewirkt, so daß das Rohr zi mechanisch weitgehend entlastet wird.

Claims (6)

1. Patentansprüche:

   i. Flüssigkeitskippschaltröhre, bei der die Stromzuführungen zu den Elektroden mittels eines einzigen Quetschfußes eingeführt sind, der einen Becher aus Isolierstoff zur Aufnahme der Schaltflüssigkeit für den einen Flüssigkeitspol trägt, dadurch gekennzeichnet, daß auf beiden Seiten (innen und außen) des nach der dem Ouetschfuß abgekehrten Stirnseite der Schaltröhre zu offenen Bechers (2,bzw. 12 bzw. 22) als Elektroden dienende Metallzylinder (4, 5 bzw. 21, 5) vorgesehen sind und daß die auf der Innenfläche des Bechers aufliegende innere Zylinderelektrode (5) von der Becherwandung so weit überragt wird, daß die Kontaktgabe bzw. die Kontaktunterbrechung nahe der Becherkante nur zwischen den außen und innen befindlichen Schaltflüssigkeitsmengen (9, 9') stattfinden kann.
2. 2. Flüssigkeitskippschaltröhre nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Becherwandung in der Nähe des Becherrandes durch Ausbiegung oder Einziehung so geschweift ist, daß die Schaltstelle vom Rande weg mehr in das Innere des Bechers verlegt ist.
3. 3. Flüssigkeitsschaltröhre nach Anspruch ι, dadurch gekennzeichnet, daß der äußere Metallzylinder (4, Abb. 1 bis 8) auf der Außenfläche des zweckmäßig ihn an der Seite der Schaltstelle überragenden Isolierzylinders (2) aufliegt.
4. 4. Flüssigkeitskippschaltröhre nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltergefäß (1) in der Nachbarschaft des Becherrandes mit einem hitzebeständigen Isoliereinsatz ausgekleidet ist, der zweckmäßig durch Nasen iß', 15, Abb. 8) der äußeren Elektrode (4) in seiner Lage gehalten ist.
5. 5. Flüssigkeitsschaltröhre nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der iod äußere Metallzylinder von der aus Metall, * vorzugsweise Chromeisen, bestehenden Schaltröhrenwandung (21, Abb. 9, 10) gebildetwird, die an ihrem einenEnde durch den an sie angeschmolzenen Glasfuß abgeschlossen ist.
6. 6. Flüssigkeitsschaltröhre nach Anspruch ι oder den folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der Isolierzylinder (2) aus einem hitzebeständigeren Material als der Quetschfuß besteht und durch ein Zwischenmaterial mit ihm verschmolzen ist.

   Hierzu ι Blatt Zeichnungen