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Elektrischer Schalter mit leitender Schaltflüssigkeit und Metallgehäuse
Es sind bereits elektrische Schalter mit leitender Schaltflüssigkeit bekannt, bei
denen das Schaltgefäß aus Glas oder keramischem Werkstoff hergestellt ist. Derartige
Schaltgefäße weisen den Nachteil auf, daß sie nicht ausreichend maßhaltig und bruchsicher
herstellbar sind und außerdem zwei Elektrodendurchführungen besitzen müssen. Dies
birgt die Gefahr des Auftretens von Undichtigkeiten an beiden Einführungsstellen
in sich. Auch läßt die mechanische Festigkeit und Explosionssicherheit solcher Schaltgefäße
zu wünschen übrig.
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Es sind ferner Flüssigkeitsschalter mit aus :Metall bestehenden rohrförmigen
Schaltgefäßen bekanntgeworden, wobei das Metallgefäß eine Elektrode darstellt. Die
andere Elektrode ist dabei durch eine Metallkappe eingeführt, die isoliert auf dem
Metallrohr aufgesetzt wird oder durch ein in das Metallrohr eingesetztes Isolierstück
hindurchgeführt ist. Diese Schalter stellen zwar einen Fortschritt dar, jedoch haftet
ihnen noch insofern ein großer Mangel an, als die große isolierte Abdichtungsfläche
zwischen Metallkappe und Rohrkörper bzw. zwischen Isolierstück einerseits und Rohr
sowie Elektrode andererseits nachteilig ist. Alle diese Nachteile sind bei dem erfindungsgemäßen
Flüssigkeitsschalter dadurch vermieden, daß die Gegenelektrode in das Metallgehäuse
isoliert eingeschmolzen ist. Hierdurch erreicht man insbesondere folgende Vorteile:
große Vakuumdichtigkeit, weitgehendste Maßhaltigkeit, kleinste Abmessungen, gute
Wärmeabfuhr durch das Metallgehäuse, große Festigkeit und Explosionssicherheit.
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Die Erfindung ist in der Zeichnung in den Abb. r bis 8 beispielsweise
dargestellt. Es zeigen Abb. r die einfachste Ausführungsmöglichkeit des neuen Schalters,
Abb. a und a a die Elektrodeneinführung durch einen Werkstoff mit einem Ausdehnungskoeffizienten,
der etwa dem des Glases entspricht, Abb. 3 und q. einen Schalter, ein- und ausgeschaltet,
Abb. 5 einen. becherförmigen Schalter mit aufgeschweißtem Deckel, Abb.6 einen rohrförmigen
Schalter mit aufgeschweißtem Deckel, Abb. 7 ein Rohr mit Einbuchtungen, Abb.8 einen
Schalter, dessen Elektrode durch die neue Einbuchtung isoliert eingeführt
ist,
während die andere Einbuchtung zugeschweißt ist.
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Gemäß der Erfindung wird nach Abb. i in einem allseitig geschlossenen
Metallrohr a eine Ausbuchtung b vorgesehen. In das Metallrohr, das aus einem Werkstoff
herzustellen ist, der nicht durch die Flüssigkeit angegriffen wird, z. B. aus Stahl
bei Otiecl;-silber als Schaltflüssigkeit, wird die §chaltflüssigkeit c hineingebracht.
Als Schaltflüssigkeit kann man Quecksilber, Kaliumnatriuni, Gallium usw. benutzen.
Während das Metallrohr die eine Elektrode darstellt, wird die andere Elektrode d
als Draht o. dgl. isoliert, z. B.. mittels Glas gasdicht eingeschmolzen. Damit die
Schaltflüssigkeit nicht verunreinigt wird oder oxvdiert, wird ini Rohr ein Vakuum
erzeugt. Zweckmäßig wird das Rohr dann mit Schutzgas, z. B. Stickstoff, gefüllt.
Die Füllung kann so ausgeführt werden, daß gegenüber der Außenluft ein Über-oder
Unterdruck vorhanden ist. Zweckmäßig wird jedoch normaler Atmosphärendruck gewählt.
Das Entlüftungsloch f wird nach diesem Arbeitsgang abgeschlossen, z. B. dadurch,
daß eine -Niete" eingescli«-eil@t oder eine Kugel aufgeschweißt wird.
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Die Leistung eines solchen Schalters wird hinsichtlich der Stromstärke
im wesentlichen durch die Stärke und den Widerstand der Elektrode d, die Menge der
Flüssigkeit c und den Übergangswiderstand zwischen 1letall und Schaltflüssigkeit
bestimmt. Da gerade dieser Übergangswiderstand ungünstig ist (Eisen wird von Quecksilber
z. B. nicht benet7t), sollen erfindungsgemäß die Teile in der Nähe von e mit einem
solchen Überzug versehen werden, daß ein guter Kontaktschluß vorhanden ist. Bei
Quecksilberschaltern kann dies in der Weise geschehen, daß die Spitze der Elektrode
d und der Innenrand um die Glasverschmelzung e platiniert wird. Hierbei kann die
Platinauflage aufgeschweißt oder chemisch oder galvanisch angebracht werden.
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Hinsichtlich der Spannung wird die Leistung des Schalters im wesentlichen
durch den Abstand zwischen der Elektrode il und dem 'Metallgehäuse bestimmt, d.
h. durch die Größe der Glaskuppe. Man kann daher leicht die Spannungsgrenzen durch
Änderung dieses Abstandes verändern.
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Anstatt dieser Glaseinführung kann man erfindungsgemäß auch eine Einführung
aus Porzellan oder einem Isolierstoff aus Bleiborat mit Glimmer benutzen, was insbesondere
bei Schaltung von hochfrequenten Ströinen vorteilhaft ist.
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Vorteilhafterweise soll der Werkstoff, aus dem das Sclialtgefäl.l
hergestellt ist, annähernd den gleichen Ausdehnungskoeffizienten wie (las Glas besitzen,
mit Hilfe dessen die gasdichte Einschmelzung der Gegenelektrode vorgenommen wird,
so daß durch Wärme entstehende innere mechanische Spannungen nicht auftreten können.
Da Spezialeisenlegierungen, z. B. gewisse Eisen-Nickel-Kohalt-L egierungen, die
einen solchen dem Glas ann @ihern(1 gleichkommenden Aus<#ehnungskoeffizienten
besitzen, jedoch sehr teuer sind, wird die Elektrodeneinführung erfindungsgemäß
nach Abb. ? mit Hilfe einer Öse Ma ausgeführt, wobei allein diese Öse aus der Speziallegierung
bestellt. Die Öse wird in (las lletallsclialtgefäß eingeschweißt oder, wie in Abb.
2 a vergrößert gezeichnet, auf das Gefäß aufgeschweißt. Die einzuschmelzende Gegenelektrode
wird dabei zweckmäßig ebenfalls aus einer Spezialeisenlegierung hergestellt und
an der Berührungsstelle mit dem Quecksilber platiniert.
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Diese Herstellungsart hat noch den Vorteil, daß die Einschmelzung
der Gegenelektrode in die Öse für sich vorgenommen werden kann und dieses Bauteil
gewissermaßen als @'erschlußstück in dem Schaltgefäß eingeschweißt wird, nachdem
die Schaltflüssigkeit eingefüllt, das Gefäß entlüftet und das Schutzgas eingelassen
wurde. Ein besonderer Abschluß durch eine Niete oder eine Kugel wird hierbei erspart.
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Abb. 3 und 4 zeigen einen solchen Flüssigkeitsschalter in ein- und
ausgeschalteter Stellung.
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Während Abb. i und z zunächst die allgemeine Idee der Erfindung zeigen,
geben die Abb.5 bis S weitere Ausführungsmöglichkeiten an.
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Abb. 5 zeigt eine becherförmige Ausführung, wobei die Ein- und Ausschaltung
dadurch erreicht wird, daß der Schalter um seine Achse k-k gedreht wird. Der Schalter
selbst besteht aus dem Becher l und der aufgeschweißten Scheibe na, die aus
Metall oder Isolierstoff hergestellt sein kann, und der Schaltflüssigkeit c. Die
Scheibe m kann aus einer Spezialeisenlegierung hergestellt sein oder aber aus Stahl,
wobei, wie in Abb.2 bereits gezeigt, dann die Ösenglaseinschmelzung angeschweißt
wird. Wird die Glaseinschmelzung direkt bei der Scheibe m ohne Öse ausgeführt, so
muß noch ein Fülloch vorgesehen werden, das durch eine Kugel n zu-
geschweißt
wird.
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Abb. 6 zeigt eine ähnliche Ausführung wie Abb. 5, wobei der Becher
L mehr rohrförmig ausgeführt ist. Mit einem solchen Schalter kann man sowohl durch
Drehen als auch Kippen die Schaltung vornehmen.
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Hat man eine sehr große Stückzahl dieser Schalter herzustellen, so
geht man zweckmäßig in der Weise vor, daß man ein (nahtlos
gezogenes)
Metallrohr o gemäß Abb. 7 mit Einschnürungen p versieht. Dann wird das Rohr an diesen
Einschnürungen durchgeschnitten und gemäß Abb.8 Schutzgas, Schaltflüssigkeit, Elektrode
mit Glaseinschmelzung und evtl. Metallöse an der einen Einschnüru.ng eingefügt.
Die andere Einschnürung kann direkt oder mittels Kugel sa o. dgl. zugeschweißt werden.