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Relais mit Quecksilberschaltröhre Es sind Relais bekannt, welche .als
Kontakte Quecksilherschaltröhren benutzen. Diese arbeiten meist durch Kippen der
Röhre oder Verdrängen, .des Quecksilbers. Sie gestatten dabei nur die Ausführung
eines einfachen Schaltvorgangs; also nur :die Öffnung und Schließung eines Stromkreises.
Es sind auch polarisierte Relais bekanntgeworden, die mit magnetischen Ankern arbeiten,
welche zugleich als offene bewegliche Kontakte benutzt werden. Bei diesen Relais
läßt sich jedoch nur ein einziger Umschaltkontakt anbringen, & die Lagerung
und die gegenseitige Isolation mehrerer beweglicher Kontakte große Schwierigkeiten
bietet. Auch die Schaltleistungen .derartiger polarisierter Relais sind ,nur .sehr
gering, da die Kontakte sehr leicht ,gehalten werden müssen, um .die Empfindlichkeit
der Relais rächt übermäßig zu verschlechtern. Obwohl das Bedürfnis nach zuverlässigen
polarisierten Relais mit mehreren voneinander unabhängigen. - Umschaltkontakten
und hoher Schaltleistung schon bestand, haben die Schwierigkeiten in der Herstellung
derartiger Relais doch stets ,die Verwirklichung dieses Bedürfnisses verhindert.
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Die Erfindung zeigt ein derartiges Relais, bei dem Quecksilberschaltröhren
und in dieser bewLegliche Magnetanker benutzt werden. Gemäß der Erfindung bestehen
die .Merkmale des Relais in einer magnetischen Polarisierung :des Ankers und in
einer solchen Lagerung es Ankers, daß er je nach der Polung des Relaisfeldes eine
Bewegung pach der einen oder anderen Seite ausführt. Mau kann ;dabei die Wirkung
von polarisierten Relais mit symmetrischer und unsymmetrischer Ruhelage ;erreichen
und :gleichzeitig, jede Kombination dieser Kontaktschaltungen herstellen. Der Magnet
zur Steuerung :der Kontakte ist zweckmäßig ein durch Gleichstroin ;erregter Magnet,
dessen Erregung umgepolt werden kann.
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Einzelheiten der Erfindung werden an Hand Von Ausführungsbeispielen
näher erläutert, jedoch ist die Erfindung keineswegs auf diese Ausführungsbeispiele
beschränkt.
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Fig. i zeigt :einen, Schnitt durch eine Quecksilberschaltröhre mit
Umschaltkontakt und reinem polarisierten Anker. i ist die Glaswvand oder Quarzwand
des Gefäßes. Mit z, 3 und q. sind Stromzuführungen bezeichnet; die in die Wand i
eingeschmolzen sind und im Innern :der Röhre in Quecksilbertropfen, enden. Die mittlere
-Elektrode 3 trägt auf einer Achse 5 .einen zweiarmigen Anker 6 aus: magnetisiertem,
Material, für welches beispielsweise Wolframstahl mit etwa. 6% Wolfram, Chrommagnetstahl,
Kobaltimagnetstahl mit :etwa 36%
Kobalt oder Oerstit 5oo, d. i.
eine bekannte Legierung aus Eisen und Aluminium, in Betracht kommt. Der doppelarmige
Stab 6 endet in zwei Tauchkernen 7 und 8,. die zweckmäßig amalgamiert sind. Durch
das magnetische Feld wird der Anker 6 mit den Tauchkernen1 7 und 8 in die eine oder
die andere Kontaktstellung gebracht, wodurch die leitende Verbindung zwischen den
Elektroden. 2 und 3 oder den Elektroden 3 und q. hergestellt wird.
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Die Anordnung des Relaismagneten und der Schaltröhre ist beispielsweise
in Fig.2 wiedergegeben. Die Form des Gefäßes bei der Anordnung in Fig. 2 ist etwas
anders als die Form des Gefäßes i in Fig. i, weil ,bei diesen die Abschmelzung sich
oben auf der Röhre, bei der Anordnung in Fig. 2 dagegen -an der seitlichen Stirnfläche
der Röhre befindet.
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In Fig.'2 ist 2o ein Winkelblech ,aus beliebigem Material zur Befestigung
des ,gesamten Relais. Der Relaiskern besteht aus zwei Blechen 2i und 22, die so
geformt sind, ,aß sie gleichzeitig den oberen Polschuh 23 und den unteren Polschuh
24 bilden. Wie aus der Figur hervorgeht, können beide Teile 21, 23 und 22; 24 zur
Vereinfachung .der Herstellung vollkommen gleichartig sein, so daß sie Aussparungen
besitzen, in welche. Quecksilbernäpfchen 25 hineinpassen: Das Queckslbergefäßerhält
dadurch eine sichere Lage zwischen. den: Polschuhen 23 und 2q.. Die Erregerwicklung
es Relais ist ,die im Querschnitterkennbare Spüle 26. Der in der Mitte gelagerte
doppelarmige Relaisanker 6 besitzt an seinen beidem. Enden, Kontaktstifte 7 und
8 und nimmt bei deiner bestimmten Polarität des Stromes in der Spule 26 die dargestellte
Lage ein, in welcher -der Kontaktstift -7 einen- Kontakt herstellt, während am Kontaktstift;
ein Stromkreis unterbrochen ist. Die Erregerspule 26 kann,, wie an sich aus der
Relaistechnik bekannt ist, beispielsweiseauch eine Doppelwicklung sein, so daß das
resultierende Magnetfeld von der Ges.amtamperewindungsza.hl beider Wicklungen abhängt.
Dabei kann: die eine Wicklung für die Erregung des Kontaktsystems mit - der einen
Polarität, die zweite für eine Erregung der -entgegengesetzten-Polarität bestimmt
sein, so daß bei gleichzeitiger Einschaltung beider Wicklungen das ,resultierende
Magnetfeld verschwindet oder der Differenz der *Amperewindungen beider Spulen entspricht.
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Fig.3 zeigt im Schema den Aufbau eines Magnetsystems zur gleichzeitigen
Steuerung einer Vielzahl von Schaltröhren mit polarisierten Ankern. Es sind beispielsweise
zwischen,den Polschuhen 33 und 34. vier Schaltröhren35, 36, 37 und 38 angeordnet,
die gemeinsam beeinflußt werden durch die umschaltbare Erregerspule 26 des Magnetsystems
39. Die Anker in, den Schaltröhren 35 bis 38 weisen. verschiedene Besonderheiten
auf. In der Schaltröhre 35 ist z. B. durch :ein, mechanisches Übergewicht dafür
gesorgt, daß der Anker in der Ruhe, d. h. bei unerregtem Magnetsysbein 39 in der
gezeichneten Stelhing steht, wodurch eine bestimmte Strom; verhindung aufrechterhalten
wird. Bei einer bestimmten Polarität des Magnetsystenzs'39 behält dieser Anker diese
Stellung bei, und nur beieiner entgegengesetzt gerichteten Erregung _ des Magnetsystems
39 unterbricht dieser Relaisanker seinen Ruhekontakt und schließt einen Arbeitskontakt.
Dieses Relais erfüllt also die gleiche Aufgabe wie ein polarisiertes Relais mit
Ruhekontakt und Arbeitskontakt und unsymmetrischer Ruhelage.
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In dem Gefäß 36 sind die beiden Kontaktstifte an ihrem unteren Ende
beispielsweise durch angeschmolzene Glas- öder Quarzperlen bei erregungslosem Magnetsystem
39 in der Mittellage derart gesichert, daß kein Kontaktschluß besteht. Die Glasperlen
an den beiden Eintauchkontakten liegen .auf der Oberfläche der Quecksilberelektroden
auf und isolieren die Kontaktstifte gegenüber den Quecksilberelektroden. Bei einer
Erregung des Magnetsystems im einen oder im anderen Sinne taucht der eine oder andere
Kontaktstift so tief in den Quecksilbertropfen ein, daß der Köntäktschluß oberhalb
-der Glasperle zustande kommt. Mit Hilfe dieser Schaltröhre lassen sich die gleichen,
Kontaktwirkungen erzielen wie mit einen polarisierten Relais mit symmetrischer Ruhelage
des Ankers und zweiseitiger Kontaktgabe.
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Die Ausbildung der Kontakteinrichtungen im Innern der Röhre 37 'führt
zu demselben Ergebnis wie bei der Röhre 3 5. Jedoch ist die Aufrechterhaltung des
Ruhekontakts nicht durch eine Gewichtsbelastung an dem einen Ende des in der Mitte
gelagerten polarisierten Relaisankers :erreicht, sondern dadurch, daß an der Spitze
desjenigen Tauchkerns, welcher in oder Ruhe keinen xontäktschluß herbeiführen soll,eine
- Glas- oder Quarzperle eingeschmolzen ist; wodurch .der Auftrieb an diesem Ende
des Relaisankers so groß wird, daß der Tauchkontakt am an: deren Ende des Relaisankers
normalerweise in -den Quecksilb-ergegenkontakt eintaucht.
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Der Anker in: der Glasröhre 38 entspricht dein Anker in der Röhre
36. Die beiden Tauchkerne in, dieser Schaltröhre befinden sich normalerweise in
solcher Stellung, daß kein Kontaktsrhlüß .besteht. Man kann den Anker auch so ausführen,
daß normalerweise beide Tauchanker in leitender Verbindung mit der Gegenelektrode
stehen, so
#.daß bei: der Erregung des Magnetsystems der eine oder
der andere' Ruhekontakt dadurch unterbrochen wird, daß ein Tauchkern paus dem Quecksilbertropfen
herausge-.zo;gen wird.
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Fig. 4 und 5 zeigen - als Beispiele zwei Ausführungsformen des Ankers
meiner Schaltröhre. In Fig. 4 besteht der- Anker 6 aus magnetisierbarem Material
wie in Fig. r und.?. Di.e.Tauchelektroden 7 und 8 bestehern: nicht aus magnetisierbarem.
Material, sondern sind angenietet, .können aber auch wie in Fi,g. r angeschweißt
sein. Für die Tauchkontakte wird zweckmäßig amalgamiertes Material verwendet. In
Fig. 5 ist mit einem in der Mitte gelagerten Arm 5 r ein magnetischer Anker 52 meehanisdh
verbunden. Der Anker 52 besteht aus einer der vorerwähntem Legierungen, während
der Arm 5 r, der an seinen Enden die Tauchkerne 7 und 8, bildet, aus einem unmagnetischen.
Material besteht; das für die Schaltung des Stroms mit -Hilfe der - QuecksAbergegenkontakte
geeignet ist. Bei der Anordnung in Fig. 5 ist das magnetische Material von der -
Str6mleitumg a@elbst entlastet und, daher .auch nicht oder, weniger der Erwärmung
ausgesetzt. Man kann zu diesem Zweck z. B. durch eine aufgeschmolzene Glasschicht
oder ein anderes Material die Teile 5 r und 52 voneinander isolieren.
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Die Erwärmung des Ankers führt . bei zahlreichen Magnetmaterialien
zu einer allmählichen Zerstörung des permanenten Magnetismusses. Die vorhin erwähnten
Legierungen, namentlich die Eisen-Aluminium-Le-. gierung örstit 5oo zeichnet sich
durch ;große Temperaturbeständigkeit ihres remanenten Magnetismusses .aus und ;gleichzeitig
durch großen magnetischen Energieinhalt, welcher durch das Produkt aus der Induktion.
B und der Entmagnetisierungsfeldstärke gegeben isst. Daher ist namentlich bei der
Verwendung von örstit außer einer großen Konstanz der Empfindlichkeit auch eine
besondere Höhe der Empfindlichkeit zu erreichen..
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Gleichzeitig mit der Anordnung der polarisierten Quecksilberschaltkontakte
ist heispielsweise bei der Anordnung in Fig. 2 und 3 auch die Verwendung nicht polarisierter
Tauchkernanker möglich, die beispielsweise entsprechend der Ausführung in dem Hauptpatent
derart angeordnet werden, da.ß sie den Luftspaltzwischen den Polschuhen 33 und 34
überbrücken. Die Polschuhe 33 und 34 können zu. diesem Zweck mit Aussparungen versehen
sein.
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Die Steuerung der Qwecksilberun.schaltkontakte kann durch Umpolung
des magnetischen Feldes, d. h. durch Umpolung des Stromes in der Erregerwicklung
26 (Fig.3) .erfolgen, man. hat aber in den polae.slerten Quecksilb;erums-chältvoxrichtungen
ferner ein Hilfsmittel für die Betätigung- von ;Umschaltkontakten mit.Hilfeeiner
'magnetischen Kupplung.' Hiervon, kann man, mit besonderem Vorteil dain Gebrauch
machen, wenn b:esonders; auf ;eine :gute Isolierung =des. von den ,Umschaltern gesteuerten
Stromkreises Wert gelegt wird. Ein derartiger Fall' liegt beispielsweise vor bei
der Fernsteuerung von Schalterstellungs;zeigern, die in einer zentralen Überwachungsstelle
die Stellung irgendeines Leistungsschalters oder Tremnschalters erkennhar machen
sollen. Man kann einen. permanenten -Magneten mit der Schalterstange oder der Schaltertraverse
merhanisch verbinden, so da.ß er bei der Schließung und 'O' ffnung des Schalters
bewegt Wird und den-polarisierten Anker der Quecksilb:ersch:altröhre durch sein
magnetisches Feld, umsteuert. In der einen oder der der anderen Stellung des fernzuüberwachenden
Schalters nimmt dann der- Anker -in der Quecksilherumschaltröhre -die. eine oder
an. dere Stellung ein und vermag auf, diese Weise den Schalterstellungs;zmger am,
entfernten Ort .elektrisch derart zu steuern, daß er dementsprechend die @eü@e oder
andere Stellung einnimmt. Durch, diese nur magnetische .Kupplung zwischen den mechanischen:
Teilen des Hochleistungsschalters oder Trennschalters .einerseits und den Kontakten
in der Quecksilberschaltröhre anderseits verbessert man die Isolation des Schwachstromfernsteuerkreises
für die Schalterstellungsfernmeldung, von der Hochspannung, die an dem Schalter
liegt. ' -Der Anker im Innern der Quecksilberschaltröhre wird in der einfachsten
Ausführungsform permanent magnetisch sein. Man kann, jedoch statt dessen ein magnetisches
Richtfeld für die Magnetisierung dieses Ankers vorsehen, welches beispielsweise
bei der Ausführung in Fig.2 in einem permanenten oder Elektromagneten bestehen kann,
dessen Südpol an der einen Stirnfläche der Schaltröhren und dessen Nordpol an den
andern Stirnflächen der Schaltröhren sich befindet. Ein derartiges Magnetfeld verläuft
in der Längsrichtung durch die Schaltröhre und polarisiert die Relaisanker'in dem
Schaltröhren. Ein, Wechsel der Polarität dieses Hilfsfeldes hat dann dieselbe Wirkung
wie ein Wechsel der Polarität des durch die Spule 26 hervorgerufenen Magnetfeldes.
Man ist daher in der Lage, die Quecksilbers,chaltröhre in dieser Verwendung zur
Feststellung der gegenseitigen Polarität zweier Magnetfelder oder Erregerströme
zu verwenden, ;so daß, wenn das :eine Magnetfeld vom Strom, das andere von der Spannung
eines Stromkreis:es erregt wird, das Verhalten der Umscbaltkontakte
der
Queckslberschaltröhren wie bei einem wattmetrischen Relais vom Vorzeichen der Energie,
d. h. von der Energierichtung abhängt. Die Schaltleistung jedoch und vor allem die
Zahl der gleichzeitig zu steuernden, Kontakte ist bei Anwendung der Quecksilberumschaltröhren
wesentlich größer als bei einem wattmetrischen, Relals° reit mechanischer Kontaktgabe.