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Quecksilberschalter Die Erfindung bezieht sich auf einen O_uecksilberschalter
insbesondere für Präzisionsmeßinstrumente, bei dem die in einer Ausnehmung eines
Schalterteils befindliche, einen Kontakt bildende Quecksilbermasse an der Oberfläche
eines zweiten Schalterteils, in dem sich der Gegenkontakt befindet, während der
Verstellbewegung beider Schalterteile gegeneinander ständig anliegt.
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Derartige Schalter sind bekannt. Bei den bekannten Schaltern wird
der Gegenkontakt durch eine feste Metallamelle gebildet, so daß bei Stromschluß
ein Kontakt zwischen Ouecksilber und dieser Metallamelle hergestellt wird.
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Bekanntlich wird aber ein wesentlich innigerer Kontakt und vor allem
ein Kontakt mit ständig unveränderlichem übergangswiderstand geschaffen, wenn Quecksilber
mit Ouecksilber beim Kontaktschluß in Berührung gebracht wird.
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Der Zweck der Erfindung (besteht nun darin, einen reinen Kontakt Quecksilber-Quecksilber
auch bei Schaltern der eingangs erwähnten Gattung zu verwirklichen, bei denen es
ohne weiteres möglich ist, eine bestimmte Leitung nacheinander an beliebig viele
andere Leitungen anzuschließen.
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Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß auch der durch eine
in einer Ausnehmung des zweiten Schalterteils befindliche Gegenkontakt aus Quecksilbermasse
gebildet wird und daß beide Schalterteile mit ihren die Ausnehmungen für die Quecksilbermassen
enthaltenden Flächen flüssigkeitsdicht aneinanderliegen, so daß ein Ausfließen von
Quecl{-silber unmöglich ist.
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Die Erfindung ist in der Zeichnung beispielsweise veranschaulicht,
und zwar zeigen die Fig. r und 2 einen Schalter gemäß der Erfindung im Schnitt nach
der Linie I-I der Fig. 2 und im Schnitt nach der gebrochenen Linie II-II der Fig.
r.
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Fig. 3 stellt in vergrößertem Maßstab, für sich herausgezeichnet,
die erfindungsgemäß ausgebildeten Kontaktteile des Schalters dar.
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Bei dem Ausführungsbeispiel handelt es sich um einen Schalter, der
dazu dient, eine elektrische Verbindung zwischen einer Leitung
i
und mindestens einer beliebig wählbaren Leitung 2 herzustellen. Leitungen 2_
| sind in größerer Anzahl vorhanden, und zwe |
| sind die Leitungen 2 beispielsweise auf ein |
| i |
| Kreis uin die Leitung i angeordnet. -` |
| Der Schalter weist mehrere lletalll:ontakde |
| auf, denen erfindungsgemäß je eine leitende |
:Flüssigkeitsmasse, beispielsweise eine Ouecksilberinasse, zugeordnet ist. Dabei
ist die Anordnung des Ganzen derart getroffen, @lafi der Kontakt bei der Schließstellung
des Schalters unmittelbar zwischen zwei leitenden Flüssigkeitsmassen hergestellt
wird.
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Der Schalter, der in der Zeichnung dargestellt ist, ist ein Drehschalter,
der mindestens einen Kontaktteil 12 aufweist, der um eine @@littelachse drehbar
und elektrisch mit der Leitung i verbunden ist. Die Leitungen 2 sind dagegen an
Kontaktteile 3 angeschlossen, die init Bezug auf das Schaltergehäuse fest angeordnet
sind. Die Kontakte 3 stehen ständig mit Quecksilbermassen in Verbindung, und ebenso
befindet sich auch der bewegliche soutahtteil 12 ständig im Innern einer ihm zugeordneten
Quecksilbermasse. Letztere tvird bei der Verstellung des Kontaktteils 12 von diesem
mitgenommen, so daß sie nacheinander mit jeder der den Kontaktteilen 3 zugeordneten
Quecksilbermassen in Berührung gebracht werden kann.
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Die Kontakte 3 und die zu ihnen gehörigen Teile sind längs eines Kreisbogens
auf einer Isolierplatte 4. befestigt, deren Oberfläche zum mindesten an der Stelle,
an der der bewegliche Schalterteil anliegt, vollkommen glatt bearbeitet ist. In
die Isolierplatte 4 sind beispielsweise zylindrische Ausnehinungen 5 hineingearbeitet.
in denen die Köpfe 6 der Kontakte 3 gelagert sind. Die Höhe und Breite der Ausnehmungen
5 sind größer als die Höhe und Breite der Kipfe 6. so daß oberhalb und seitlich
dieser Köpfe ein freier, glockenförmiger Raum verbleibt, der mit der jedem Kontakt
zugeordneten Ouecl:silbermasse 7 ausgefüllt ist. deren Schichtstärke oberhalb der
Köpfe 6 z. B. einige zehntel Millimeter beträgt.
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Der bewegliche l#-ontal.:tteil 12 hat eine Nabe 9, die auf einer die
Isolierplatte .4 durchsetzenden Achse 8 und einem auf dieser Achse angeordneten
Bund 9' sitzt. Der Kontaktteil 12 steht niit den Teilen 8 und 9' in leitender Verbindung,
und -zwar beispielsweise über eine OOuecksilberschielit, die den Zwischenraum zwischen
den Teilen (t und 9' ausfüllt. Der Teil 12 befindet sich im Innern eines beweglichen
Isolierstückes io, ' das sich mit seiner ebenfalls vollkommen glatt bearbeiteten
Unterseite mit einem vollkommen mechanischen Kontakt gegen die Oberseite der Isolierplatte
4 legt. In das Isolierstück io ist eine Ausnehinung hineingearbeitet, in der sich
der Kontaktteil 12 und die letzterem zu-
| eordnete Quecksilbermasse befinden. Die |
| messungen dieser Ausnehmung sind größer |
| die des Kontaktteils 12. |
| die Ausnehmung in dem Isolierstück io ist |
| rart geformt, daß nach der Anordnung des |
I Isolierstückes io auf der Isolierplatte 4 noch ein gewisser freier Zwischenraum
von z. B. einigen zehntel Millimetern zwischen der Berührungsebene der Platte 4
und des Iso: lierstückes io einerseits und dein Kontaktteil 12 verbleibt (s. Fig.3).
Wenn also die Ausnehmung in dem Isolierstück io mit Quecksilber gefüllt ist und
wenn diese Ausnehmung eine solche Form hat, daß sie gegenüber jedem der Kontakte
3 in Stellung ge, bracht werden kann, so lassen sich die oben angegebenen Bedingungen,
nämlich ein Kontakt Quecksilber-Ouecksilber, erfüllen.
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Die Ausnehmung in dem Kontaktstück io besteht zweckmäßigerweise einerseits
aus einem kreisförmigen Teil i i, der zur Achse 8 konzentrisch liegt und dessen
Durchmesser größer als der der Nahe 9 des Kontaktstückes 12 ist, und andererseits
aus einer radialen Verlängerung 13, deren Länge ausreicht, um die Kontakte 3, 6
zu erreichen. Die Breite der Verlängerung 13 ist derart gewählt, daß sich entweder
ein Kontakt einzeln mit jedem ortsfesten Kontaktstück 3, 6 herstellen läßt oder
daß zeitweilig auch eine Verbindung zwischen zwei benachbarten ortsfesten Kontakten
3, 6 hergestellt werden kann, um auf diese Weise den Übergang zu bewirken, wie dies
bei Rheostaten üblich ist.
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Zur Füllung des freien Zwischenraumes, der zwischen den Wänden der
Ausnehmung 11, 13 und dem metallischen Kontaktteil 9, 12 verbleibt, mit Quecksilber
dient eine Füllöffnung 39, die normalerweise durch eine Schraube 4o verschlossen
ist.
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Die gute Abdichtung zwischen der Isolierplatte 4 und dem Isolierstück
io kann auf verschiedene `'eise erhalten werden. Man kann sich beispielsweise einfach
damit begnügen, die aneinanderliegenden Flächen der beiden Teile vollkommen glatt
zu bearbeiten, wie dies oben angegeben worden ist. In vielen Fällen empfiehlt es
sich jedoch, die Abdichtung durch weitere Mittel zu verbessern. Hierzu dienen beispielsweise
Federn oder sonstige elastische Mittel, die das Isolierstück io mit einer gewissen
Kraft gegen die Isolierplatte 4 legen. In der Zeichnung ist eine solche Feder mit
16 bezeichnet. Das untere Ende dieser Feder legt sich gegen das Isolierstück io
und greift zu diesem Zweck in eine Ausnehmung 17 des letzteren hinein, während sich
das obere Ende der Feder gegen das Betätigungsglied des Schalters abstützt.
Die
Wirkungsweise des Schalters ist die folgende. Wenn durch eine Drehbewegung des Isolierstückes
io die @Ausnehmung 13 vor einen der Kontakte 3 gebracht wird, so wixd auf
diese Weise eine elektrische Verbinduig: zwischen diesem Kontakt 3 und der Achse
hergestellt. Diese Verbindung beruht auf dem unmittelbaren Kontakt zwischen der
Quecksilbermasse 7, in die der betreffende Kontakt eintaucht, und der Quecksilbermasse
15, die in der Ausnehmung i 3 enthalten ist und den metallischen Kontaktteil 12
bespült. Die Masse 1s wird bei den Verstellbewegungen des Isolierstückes io und
des Kontaktteils 12 mitgenommen, da zwischen dem Isolierstück io und der Isolierplatte
4 eine völlige Abdichtung besteht.
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Die Betätigung des Schalters kann selbstverständlich mit Hilfe irgendwelcher
geeigneter Mittel geschehen. Diese Mittel bestehen z. B. gemäß der Darstellung der
Zeichnung aus einer Platte 18 mit einer Ausnehmung i9 für die obengenannte Feder
16. Die Platte 18 ist mit der Schaltwelle 2o fest verbunden oder besteht mit dieser
Schaltwelle aus einem Stück. Die Schaltwelle ist an ihrem Ende zwecks Erleichterung
ihrer Betätigung mit einem Schaltknopf 21 o. dgl. versehen, der auf der Schaltwelle
mittels einer Madenschraube 22 festgehalten wird. Das Isolierstück io und die Platte
18 sind im Drehsinn gekuppelt. Hierzu dient beispielsweise ein Mitnehmer 23, der
in der Platte 18 befestigt ist und in eine entsprechende Bohrung des Isolierstückes
io hineingreift.
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Die Platte 18 und die Schaltwelle 20 sind entsprechend der Zeichnung
vorzugsweise in einem Gehäuse 24 gelagert, das z. B. Glockenform hat und mehrere,
beispielsweise drei Arme 25 aufweist. Mitteis dieser Arme ist das Gehäuse auf der
Isolierplatte 4 mit Hilfe von Hülsen 26 und .Schrauben 27 befestigt, Das Gehäuse
ist derart ausgebildet, daß es ohne weiteres die Füllung der Ausnehmung
13 mit Quecksilber zuläßt. Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel läßt
es also die Schraube 40 leicht zugänglich.
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Der beschriebene Schalter kann noch durch selbsttätige Sperrmittel,
durch die der Schalter in jeder Arbeitsstellung festgehalten wird, vervollständigt
werden. Diese Sperrmittel. bestehen z. B. aus einem Ring 28, in den Löcher oder
Vertiefungen 29 hineingearbeitet sind. Mit diesen Löchern arbeiten eine oder besser
zwei Kugeln 30 zusammen, die an zwei diametral gegenüberliegenden Stellen
in dem Gehäuse 24 gelagert sind und unter der Wirkung von Federn 31 o. dgl.
stehen. Letztere sind in Bohrungen 32 angeordnet, die sich in den seitlichen Flanschen
33 des Gehäuses 24 befinden. Die Bohrungen 29 sind derart an-. geordnet, daß die
Kugeln 30 jedesmal, wenn die Achse der Ausnehmung 13 mit der Achse eines
der Kontakte 3 zusammenfällt, mit den Bohrungen 29 in Berührung kommen, d. h. -also
jedesmal, wenn sich der Schalter in einer Arbeitsstellung befindet.
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Die vorstehend beschriebene Sperrvorrichtung kann noch durch einen
Anzeigeschirm 34 o. dgl. vervollständigt werden, der beispielsweise die Form einer
umgestülpten Schale hat. Der Schirm trägt auf seinen Seitenwänden 35 eine Skala
und ist bei 36 auf die Welle2o aufgekeilt. Der Schirm34 ist z-,weckmäßigerweise
von einer festen Haube 37 abgedeckt, die mit einem Ablesefenster 38 versehen ist.
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Die Metallteile, die zu einem Schalter der vorstehend beschriebenen
Art gehören, sind zweckmäßigerweise vollkommen amalgamiert. Sie können aus jedem
geeigneten Metall bestehen. Beispielsweise sind die Kontakte 3 und die Achse 8 aus
Rotkupfer gebildet, während das Kontaktstück 12 aus weichem Rotkupfer hergestellt
ist. Noch zweckmäßiger ist es jedoch, insbesondere wenn der Schalter für sehr genaue
Arbeiten verwendet werden soll, die genannten Teile mit einer Schicht aus einem
durch Quecksilber nicht angreifbaren Metall, z. B. Platin oder Chrom, zu überziehen.
Auf diese Weise sind die genannten Teile dem langsamen Angriff des Quecksilbers
entzogen. Dieser Angriff würde mit der Zeit eine nicht zu vernachlässigende Änderung
des Kontaktwiderstandes zur Folge haben.
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Wie auch immer die jeweils angewendete Ausführungsform der Erfindung
sei, man erhält immer einen Schalter, der gegenüber den bekannten Schaltern der
gleichen Gattung zahlreiche erhebliche Vorteile aufweist. Unter diesen ist vor allem
der vollkommen dichte Abschluß des Quecksilbers oder der sonstigen leitenden Flüssigkeit
zu erwähnen, die in dem Schalter vorhanden ist. Durch diesen dichten Abschluß wird
jede Oxydierung und somit jeder Verlust an leitender Flüssigkeit verhindert.
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Ferner ergibt der Schalter gemäß der Erfindung einen Kontakt von sehr
geringem Widerstand, der gleichzeitig praktisch unveränderlich ist. Schließlich
ist der Schalter gemäß der Erfindung für industrielle Zwecke anwendbar, was bei
den bekannten Schaltern, die aus einer Quecksilberschale bestehen, nicht der Fall
ist. Vielmehr sind diese bekannten Schalter nur für Laboratoriumszwecke brauchbar.
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Die Schalter gemäß der Erfindung eignen sich besonders für Widerstandskästen
von hoher Präzision, beispielsweise für die Umschaltung von Normalwiderständen,
deren
Wert bis auf i oder -Z Mikroolini konstant bleiben muß. Bei
dieser Anwendungsart sind die Widerstände 4i beispielsweise zwischen die Kontakte
3 geschaltet, wie dies in Fig. 2 durch gestrichelte Linien angedeutet ist. Selbstverständlich
können aber auch die Schalter gemäß der Erfindung für irgendwelche sonstigen Anwendungszwecke
dienen.
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Schließlich sei nochmals betont, daß im vorstehenden nur Ausführungsbeispiele
der Erfindung beschrieben sind, auf welche die Erfindung nicht beschränkt ist. So
braucht beispielsweise die Grundplatte des Schalters nicht waagerecht angeordnet
zu sein. Auch kann sie oberhalb der beweglichen Organe des Schalters liegen. Auch
kann der Schalter eine beliebige Zahl verschiedener Kontakte in sich vereinigen,
und diese Kontakte können beliebig, beispielsweise längs eines oder längs mehrerer
verschiedener Kreise, angeordnet sein.