DE664792C - Fluessigkeitsschaltkapsel - Google Patents

Description

Außer Flüssigkeitsschaltern, z. B. Quecksilberschalter, bei denen der Schaltkörper aus einem Glaskörper mit eingeschmolzenen Zuleitungsdrähten besteht, gibt es Flüssigkeitsschalter in Form einer Schaltkapsel, die aus zwei als Elektroden dienende Metallschalen besteht, welche durch eine Isolierscheidewand getrennt sind. Die Isolierscheidewand ist mit einer exzentrisch angeordneten Durchtritts-Öffnung für die Schaltflüssigkeit versehen, so daß in einer bestimmten Stellung der Schaltkapsel die beiden Metallschalen miteinander verbunden werden und dadurch der Stromkreis geschlossen ist. Derartige Schalter sind für Spezialzwecke verwendet worden, dagegen haben sie sich als Installationsschalter nicht bewährt. Dieses lag zum größten Teil daran, daß eine absolut sichere Abdichtung der Schalter mit den bisher angewendeten Mitteln nicht erreicht werden konnte. Außerdem war es nicht möglich, eine betriebssichere Schaltkapsel in so kleinen Abmessungen herzustellen, daß die äußeren Maße der gebräuchlichen Installationsschalter nicht überschritten würden.

Es ist ferner bekannt, die die Stromzuführung bewirkenden Metallteile in Porzellankörper in der Weise einzuführen, daß die Metallteile zunächst in bekannter Weise durch Glaswandungen geführt werden und dann das Glas an passenden Stellen mit dem Porzellankörper luftdicht verschmolzen wird. Dieses bekannte Verfahren läßt sich bei der Herstellung von Flüssigkeitsschaltkapseln verwenden, da es hier ebenfalls darauf ankommt, drei verschiedene Stoffe mit verschiedenen Ausdehnungskoeffizienten so miteinander zu verbinden, daß ein dauernd luftdichter Hohlkörper entsteht.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Flüssigkeitsschaltkapsel, welche aus zwei als Elektroden dienende, durch eine Isolierscheidewand voneinander getrennte Metallschalen besteht, die beim Drehen oder Kippen der Kapsel durch eine Schaltflüssigkeit miteinander verbunden werden und dabei einen elektrischen Stromkreis schließen. Erfindungsgemäß sind die Metallschalen und die aus lichtbogenfestem Isoliermaterial bestehende Scheidewand ohne Verwendung besonderer Befestigungsmittel lediglich durch ein thermoplastisches Schmelzmaterial, z. B. Glas, gasdicht miteinander verbunden. Hierbei hat das thermoplastische Schmelzmaterial nicht nur die. Aufgabe, die Schaltkapsel abzudichten, sondern es dient gleichzeitig dazu, die drei Teile der Schaltkapsel, nämlich die beiden Metallschalen und die Isolierscheidewand, miteinander fest zu verbinden, so daß besondere Befestigungsmaßnahmen hierfür nicht erforderlich sind.

In der Zeichnung sind die Einzelheiten der Erfindung in den Abb. 1 bis 12 näher dargestellt. 6p

** Abb. ι zeigt eine Seitenansicht des eingebauten Schalters nach Abb. 4 und 5. Der Schalter ist in einem Gehäuse befestigt, das in einer Nische durch ein Tragstück gehalten Gehäuse und Tragstück sind im Schnitt zeigt. Abb. 2 ist eine Ansicht derselben teranordnung (von vorn gesehen im rechten" Winkel zu Abb. 1 gedreht), die Wandbefestigung ist dabei weggelassen. Abb. 3 bis 7, 9 und 10 sind Schnittansichten der verschiedenen Schaltertypen der Erfindung. Abb. 8 ist ein Schnitt eines Schalters vor und Abb. 9 ein Schnitt des Schalters nach der Zusammenschmelzung. » In den bevorzugten Ausführungsformen der Abb. 5 bis 7 und 9 stehen sich zwei schalenförmige oder konkave Metallteile 1, 2 gegenüber und schließen zwischen sich eine mit einer öffnung versehene Scheibe 3 von passendem, feuerfestem Material ein. Diese Teile sollen aus solchem Metall bestehen, an dem Glas oder ein anderes thermoplastisches Material haftet, z. B, kann man Chromeisen oder Nickel-Eisen-Legierungen nehmen, oder Le- «5 gierungen von Eisen, Nickel oder Kobalt. Guter Erfolg wurde mit einer Legierung von Eisen und Chrom erzielt, wobei letzteres ungefähr 26 bis 30% der Legierung betrug. Die Scheibe 3 kann aus Magnesia, Aluminiumoxyd, Thorium, Zirkonium oder anderen feuerfesten Oxyden oder Mischungen derselben bestehen; also aus einem Material, das ohne Schaden dem von der Stromunterbrechung herrührenden Lichtbogen unterworfen werden kann. Das feuerfeste Material soll den gleichen Wärmeausdehnungskoeffizienten haben wie die umgebenden Teile, und femer soll es auch an thermoplastischem Material haften* Bei Verwendung von gewöhnlichem Bleiglas und Eisen-Chrom-Metallteilen wurden günstige Erfolge mit einer Mischung von etwa 75 bis 80% Magnesia von 25 bis 20% Ton erzielt.

Die Scheibe 3 besitzt eine exzentrische Öffnung 4, durch die das Quecksilber 5 im Schalter die Schalen 1, 2 in der einen Schaltstellung (Abb. 6) elektrisch verbindet und beim Drehen des Schalters um die Achse a-b (in Abb. 6 punktiert gezeichnet) wieder trennt, wobei die Trennung-des Quecksilbers sich in der öffnung 4 vollzieht. Der Schaltmechanismus selbst, den Abb. 1 und 2 zeigt, wird noch später be-' schrieben. In Abb. 5 liegt die Öffnung 4 über dem Quecksilberspiegel, der Stromkreis durch den Schalter ist also geöffnet. Wenn die Schalen i, 2 und die Scheibe 3 in der gezeigten Lage angeordnet sind, bringt man ein geeignetes Sehmelzmaterial auf die Ränder 6 und 7 der Schalen,, um sie zu verschmelzen (Abb. 6), Bei Verschmelzung von Chrom-Eisen-Legierungen kann man Bleiglas oder Kalkglas nehmen, es kommt hauptsächlich darauf an, daß das Glas denselben Wärmeausdehnungskoeffizienten wie die Legierung hat. Die Glasverschmelzung erreicht man auf die bekannte Art und Weise.

■··,■ Eine der Schalterschalen besitzt eine öff- 65

",niiGg 18 (Abb. 7), in die, während die Schalterifßfehalen verschmolzen und auf den Spindeln gedreht werden, eine feine nadelähnliche Düse eindringt und ein geeignetes Gas, wie Wasserstoff, in das Innere des Behälters, der von den beiden Schalen gebildet wird, einleitet. Die gleichzeitige Evakuierung unterstützt das Aufschmelzen des Glases zur Erzielung eines luftdichten Abschlusses.

Der Glasrand 8 oder auch anderes passendes thermoplastisches Sehmelzmaterial wird mit den Rändern 6 und 7 verschmolzen und kann darüber hinausragen (Abb. 5 und 6). Ebenso verschmilzt das Glas auch mit der Scheibe 3 und hält sie hierbei in der gewünschten Lage innerhalb des Schalters fest.

Den Verbindungs- und Schmelzrand aus Glas oder anderem Sehmelzmaterial kann man auch als Ring 24 (Abb. 8) um die Schalterteile legen. Beim Erweichen des Ringes 24, z. B. durch Erwärmen mittels Gasbrenner, wird das plastische Glas durch den Unterdruck in die gewünschte Lage gezogen und verschmilzt die Schalterteile und die Scheidewand miteinander (Abb. 9). Der Unterdruck innerhalb des Schaltergehäuses bewirkt, daß das plastische Glas in das richtige Verhältnis zu den Rändern der Schalen gezogen wird, obwohl der Ring 24 damit den Schalen nicht völlig angeglichen ist.

Nach Beendigung des Schmelzvorganges wird eine bestimmte Menge Quecksilber durch die Öffnung 18 in den Behälter mittels einer Düse eingeführt. Diese Öffnung 18 wird dann schließlich durch ein kleines nietähnliches Verschlußstück 25 verschlossen (Abb. 3 bis 6). Zweckmäßig geschieht das Einsetzen des Verschlußstückes 25 in einer Stellung, in der das Quecksilber die öffnung 18 bedeckt, um das Entweichen der Gasfüllung zu verhindern. Endlich kann das VerscMußstück mit dem Behälter elektrisch verschweißt werden, um einen dauernden gasdichten Verschluß zu erhalten. Nach dem Verschweißen des Schalters schickt man Strom durch und dreht ihn so, daß ein Lichtbogen zwischen Schalen und Quecksilber entsteht, wodurch alle Oxydschichten an den Metallwänden weggebrannt werden und der Widerstand des Schalters wesentlich herabgesetzt wird.

Im Falle, daß die Einfüllung des Quecksilbers erst nachträglich erfolgt, ist es angebracht, den Schalterbehälter vor der Füllung mit Quecksilber und Wasserstoff wieder zu erhitzen und luftleer zu pumpen.

Es ist -nicht immer notwendig, daß man eine Scheidewand 3 aus feuerfestem Material (Abb. 5 und 6) nimmt, obwohl sich ihre An-

Wendung, empfiehlt, wenn man bei einem Schalter mit Quecksilberunterbrechung arbeitet. Manchmal werden die beiden Schalen wie in Abb. 3 und 4 miteinander durch eine dazwischenliegende Glasscheibe verbunden, wobei diese eine so große Öffnung hat, daß die Quecksilberunterbrechung durch Kippen des Schalters (Abb. 3) anstatt durch Drehen des. Schalters, wie in Abb. 5 und 6 ausgeführt wird, geschieht.

Infolge der hohen Oberflächenspannung des Quecksilbers vermag das Kippen des Schalters das Quecksilber nicht immer in zwei Teile beim Unterbrechen des Stromkreises zu trennen. Das Quecksilber kann in diesem Fall dann über den als Damm dienenden Ring 27 fließen, so daß der Lichtbogen im Schalter zwischen Quecksilber und einer der Wände entsteht. Obwohl Schalter dieser Bauart erfolgreich über 30 Millionen Stromunterbrechungen überstanden haben, sind Konstruktionen der Abb. 5 und 6 besonders für hohe Ströme vorzuziehen. Wegen ihrer geringen Größe, großen Kontaktoberfläche und dem Vorhandensein eines Schutzgases, wie Wasserstoff, besitzen Schalter gemäß der Erfindung einen außerordentlich niedrigen inneren Widerstand, dieser beträgt gewöhnlich ungefähr 0,001 bis 0,0005 Ohm oder noch weniger. Außerdem ist ihre Belastbarkeit hoch im Verhältnis zu ihrer Größe; ein Schalter mit etwa 13 mm Durchmesser kann mit Strömen von etwa 20 Amp. belastet werden.

Bei den Schaltern nach Abb. 3 und 4 wird die Glasdichtung 27 aus einer vorgeformten, ringförmigen Scheibe gebildet, die in der angegebenen Stellung auf eine der halbkugelförmigen Schalen gelegt wird. In dieser Stellung wird das Glas durch eine Flamme oder andere passende Wärmequellen weich gemacht, und dann wird die zweite Halbkugelschale mit ihrem Rand 28 auf das am Rand 29 der Schale 1 erweichte Glas aufgedrückt und so verschmolzen. Nach dem Erhärten des Glases entsteht ein starrer, einheitlicher kugelförmiger Behälter, und die Ränder der beiden halbkugelförmigen Schalen sind luftdicht miteinander verschlossen. Auch in diesem Fall wird Quecksilber und Wasserstoff durch eine Öffnung eingefüllt, die später verschlossen wird, wie es in Verbindung mit Abb. 5 und 6 beschrieben wurde.

Während in Abb. 3 bis 6 die Schalen 1, 2 halbkugelförmig dargestellt sind, beschränkt sich die Erfindung nicht auf irgendeine besondere Gestaltung der Schalen oder Scheidewand. Abb. 7 zeigt eine Abänderung, bei der topfförmige Schalen 30, 31 gebraucht sind und diese mit Ausbuchtungen 32 versehen sind, um die Befestigung des Schalters zu erleichtern.

Die Scheidewand 33 hat bei dieser Ausführung einen Flansch 35 am Umfang, der, wie ersichtlich, gegen die Schalen 30, 31 gepreßt wird.

Abb. ι und 2 zeigen zur Erläuterung eine passende Befestigung eines Schalters der Erfindung. Der Schalter wird innerhalb eines Isoliergehäuses 36 durch Federklammern 37, 38, die mit elektrischen Klemmen 39, 40 verbunden sind, befestigt. Der Schalterkörper selbst wird in einem Rahmen 41, an dem ein Griff 42 befestigt ist, gehalten. Zum Abschluß des Gehäuses dient ein Deckel 43, der in bekannter Weise durch Schrauben 45 an der Wand 44 befestigt wird. Durch Drehen des Griffes 42 wird der Schalter so gekippt, daß der Stromkreis in der einen Stellung geschlossen, in der anderen geöffnet wird.

Die geringe Größe der" Schalter und die Tatsache, daß keine Einführungsdrähte benötigt werden, machen es möglich, daß sie auch an solchen Stellen benutzt werden können, wo frühere Typen von Quecksilberschaltem nicht besonders geeignet waren. Überdies können Schalter nach dieser Erfindung ausgewechselt werden, ohne die Leiter abzuklemmen, da der Schalter federnd zwischen den Klemmen gehalten wird. Das Einsetzen eines Schalters zwischen den Klammern schließt automatisch den Stromkreis zwischen Klemmen und Wandteilen des Schalters

Da der Schalter im Gegensatz zu den bekannten Quecksilberschaltern mit Glasrohr nicht nur so gut wie bruchsicher und außerdem absolut maßhaltig herzustellen ist, kann man ihn als Einbauelement bei den verschiedensten Installations- und Schaltgeräten verwenden. Abgesehen von der Ausführung als Kippschalter, wie es durch die Abb. 1 und 2 erläutert wird, ist er auch als Drehschalter zu verwenden. Zu diesem Zweck erhält der Schalter (Abb. 10) eine oder mehrere Einkerbungen 46 an den Schalen 1 bzw. 2, in die das an sich bekannte Drehschaltwerk eingreift. Der Schalter selbst wird dabei tunlichst in federnden Bügeln, die an den Rändern 6 und 7 aufliegen und gleichzeitig die Stromzuführung darstellen, gehalten. Durch geeignete Zwischenstücke kann man paketartig auch mehrere Schalter miteinander verbinden, so daß man leicht mehrpolige Schalter herstellen kann. Selbstverständlich ist es mit diesem Schaltelement ohne weiteres möglich, nicht nur mehrpolige Drehschalter, sondern auch mehrpolige Kippschalter zu bauen. Weiterhin ist die Ausführung natürlich auch als Druckschalter mit und ohne Rast- und Momentschaltung möglich. Da die Stromunterbrechung innerhalb eines vollkommen geschlossenen kleinen Raumes geschieht, ist dieser Schalter weiterhin gerade als Installations- und Schutzschalter in explosionsgefährlichen Räumen geeignet. Zweckmäßig wird man dabei, um jede äußere Funken-

bildung an den Haltefedern, die ja in normaler Ausführung Schleifkontakte darstellen, zu vermeiden, die Stromzuführung über Litzen vornehmen, die fest mit den Schalen ι und 2 verlötet oder verschweißt sind.

Selbstverständlich kann man diesen Schalter auch als Einbauschalter in an sich bekannten Geräten mit Vorteil verwenden, z.B. bei Schaltuhren, magnetbetätigten Schützen oder Schaltern, Fernschaltern, Motorschutzschalter^ Thermostaten usw., da er wegen seiner Maßhaltigkeit und Kleinheit hierzu besonders geeignet ist.

Claims (4)

1. Patentansprüche:

   i. Flüssigkeitskapsel, welche aus zwei als Elektroden dienenden, durch eine Isolierscheidewand voneinander getrennten Metallschalen besteht, die berm Drehen oder Kippen der Kapsel durch eine Schaltflüssigkeit miteinander verbunden werden und dabei einen elektrischen Stromkreis schließen, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallschalen (1, 2 bzw. 30, 31) und die aus lichtbogenfestem Isoliermaterial bestehende Scheidewand (3) miteinander ohne Verwendung besonderer Befestigungsmittel lediglich durch ein thermoplastisches Schmelzmaterial (8), z. B. Glas, gasdicht verbunden werden.
2. 2. Flüssigkeitsschaltkapsel nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die topfförmigen Metallschalen (1, 2 bzw. 30, 31) zwecks Befestigung in der Mitte mit einer Ausbuchtung (32) versehen sind.
3. 3. Elüssigkeitsschaltkapsel nach Anspruch ι und 2, dadurch gekennzeichnet, daß am Umfange der MetaHschalen (1, 2 bzw. 30, 31) eine oder mehrere Einkerbungen (46) angebracht sind, an denen an sich bekannte Schaltwerke (42) angreifen.
4. 4. Flüssigkeitsschaltkapselnach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheidewand (3) am Rand abgesetzt ist.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen