DE813179C - Elektrische Vorrichtung zum Schliessen oder OEffnen von Kontakten mit dichter Einkapselung und Betaetigung des Kontaktgliedes mit Hilfe eines Solenoids - Google Patents

Description

(WiGBl. S. 175)

AUSGEGEBEN AM 10. SEPTEMBER 1951

p 28886 VIII c I 21 g D

ist als Erfinder genannt worden

Elektrische Vorrichtung

Die Erfindung bezieht sich auf Vorrichtungen zum Schließen und öffnen von Stromkreisen und insbesondere auf Vorrichtungen, die als glasgekapselte Quecksilberkontaktrelais bekannt sind.

Die Erfindung verfolgt das Ziel, ein genau eingestelltes Relais herzustellen, ohne daß man auf ein mechanisches Biegen, auf Schraubeinstellung oder andere mechanische Bewegungen der Relaisteile angewiesen ist.

Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht in der Schaffung eines Relais mit konstanter Einstellung, die für lange Betriebsdauer erhalten bleibt.

Nach der Erfindung werden die Teile des Relais zusammengefügt, anschließend unter Ausschaltung der Möglichkeit einer mechanischen Einstellung oder Beeinflussung der Teile in eine Stahlhülle eingesetzt und schließlich durch von außen ausgeübte magnetische Beeinflussung eingestellt. Die Elemente des Relais stellen zunächst eine glasgekapselte Kontaktanordnung dar, bei welcher ein Anker durch Kapillarwirkung aus einem in der Glaskapsel eingeschlossenen Bad mit Quecksilber gespeist wird. Danach wird die Kapsel mit unter hohem Druck von beispielsweise 17,6 kg/cm² stehendem Wasserstoff gefüllt. Diese glasgekapselte Kontaktvorrichtung wird dann axial in ein Solenoid eingeführt; ein kleiner permanenter Magnet wird oberhalb des Kontaktelements in solcher Lage angebracht, daß er das Relais in einem Tätigkeitssinn vorbelastet, durch die mechanische Einwirkung des Solenoids aber nur wenig beeinflußt wird. Diese Anordnung wird anschließend in eine Stahlhülle eingesetzt, die

den bei metallenen Radioröhren verwendeten Kolben ähnlich ist; das Ganze wird dann mit verflüssigtem Wachs oder einer geeigneten anderen Masse gefüllt, die man danach erhärten läßt. Hierauf folgt die Anbringung eines üblichen achtpoligen Sockels und die Herstellung der Stromverbindungen mit den Sockelstiften.

Bei der Herstellung von Relais, insbesondere neutralen Relais, bei denen kein permanenter Vorbelastungsmagnet Verwendung findet, wird die Einstellung gewöhnlich durch mechanisches Biegen der Relaisteile oder durch Stellschrauben oder durch die Bewegung irgendwelcher anderen Teile bewirkt. Die so erzielte Einstellung kann sich von Zeit zu Zeit ändern, so daß eine Nacheinstellung erforderlich ist. Bei der Einrichtung nach vorliegender Erfindung ist eine mechanische Einstellung der in dem Glasrohr eingeschlossenen Teile nicht möglich; da aber Relais dieser Art in großer Zahl hergestellt werden und da es wesentlich ist, daß sich diese Relais im Betrieb gleichmäßig verhalten, ist es von grundsätzlicher Bedeutung, daß die Betriebsempfindlichkeit eingestellt wird. Es hat sich gezeigt, daß durch Anbringung eines kleinen permanenten Magnets in der Nähe der Kontaktanordnung und durch anschließende Festlegung des Magnets derart, daß er sich während der gesamten Lebensdauer des Relais nicht bewegen und seine Lage nicht verändern kann, die Stabilität der Einstellung erzielt werden kann. Erfindungsgemäß wird der Magnet in solche Stellung gebracht, daß, ohne Beeinträchtigung seiner Einwirkung auf die Tätigkeit des Relais, seine elektromagnetische Kupplung mit dem Solenoid durch die Art seiner Anbringung so verringert ist, daß im wesentlichen keine Änderung der Stärke des permanenten Magnets unter dem Einfluß der magnetomotorischen Kräfte, die in dem Solenoid .zur Wirkung kommen, auftritt. Dieser Erfolg beruht auf der Tatsache, daß die magnetomotorische Kraft eines Solenoids mit wenig ferromagnetischem Material im axialen Bereich nahe der Windungsmitte im Bereich der Kontakte des Schalters konzentriert ist, während an den Enden der Windung nur geringe Feldkonzentration besteht. Ein weiterer Faktor für die Stabilität des Relais besteht nach der der vorliegenden Erfindung zugrunde liegenden Erkenntnis darin, daß der gesamte Aufbau mit einem ferromagnetischen Schirm umgeben wird, so daß äußere magnetische Felder üblicher Stärke abgehalten werden, so lange das Relais sich in bestimmungsgemäßer Benutzung befindet. Es wurde festgestellt, daß ein in dieser Weise aufgebautes Relais, das anschließend durch Anwendung einer derart starken magnetischen Beeinflussung, daß sie die magnetische Abschirmung durchdringt, und durch anschließende teilweise Entmagnetisierung des permanenten Magnets eingestellt wird, sich durch bemerkenswerte Stabilität für die Dauer seiner Lebenszeit auszeichnet.

Ein Merkmal der Erfindung ist daher in einem Relais zu sehen, welches aus einer in einem Arbeitssolenoid zentrierten, glasgekapselten Quecksilberkontaktvorrichtung besteht, die mittels eines permanenten Vorbelastungsmagnets auf die gewünschte Empfindlichkeit eingestellt ist, wobei alle diese Teile durch eine plastische Masse innerhalb einer magnetischen Abschirmung in fester Lage gehalten werden.

Ein weiteres Kennzeichen der Erfindung ist in einem Verfahren zur Herstellung eines empfindliehen und hinsichtlich seiner Empfindlichkeit stabilen Relais zu sehen, wonach alle mechanischen Teile innerhalb einer schützenden Abschirmung festgelegt werden, worauf das Relais durch eine äußere magnetomotorische Kraft eingestellt wird, die groß genug ist, um die magnetische Abschirmung zu durchdringen und das für die Einstellung verantwortliche Element des Relais zu beeinflussen.

Als Besonderheit der Erfindung ist weiterhin ein Verfahren zur Herstellung eines empfindlichen und in seiner Einstellung stabilen Relais zu sehen, welches darin besteht, daß man die Spule, die Kontakteinrichtung und den Vorbelastungsmagnet starr und unbewegbar in einer schützenden Abschirmung festlegt, danach das Relais zunächst durch Übermagnetisierung des permanenten Magnets und anschließende Entmagnetisierung dieses Magnets bis zur Erreichung der vorbestimmten Empfindlichkeit einstellt.

Eine Besonderheit der Erfindung besteht auch in der Verwendung eines nichtmagnetisierten Elements aus einem für permanente Magnete verwendbaren Material, welches in die Relaiskonstruktion eingefügt und dann in geeigneter Weise magnetisiert wird, nachdem alle Relaisteile festgelegt sind. ■ -

Die Erfindung soll an Hand der Zeichnung noch näher erläutert werden; es zeigt

Fig. ι einen Längsschnitt durch das gebrauchsfertige Relais,

Fig. 2 einen Querschnitt gemäß Linie 2-2 der

Fig- 1.

Fig. 3 eine perspektivische Darstellung der Kontaktvorrichtung, wobei die Glashülle teilweise ausgebrochen ist,

Fig. 4 eine vergrößerte perspektivische Darstellung des auf den rückwärtigen Kontakten aufruhenden Ankerkontaktstückes,

Fig. 5 ein Schaltbild mit Angabe des Anschlusses der Relaiswicklung, des Ankers und der verschiedenen Ankerkontakte an die Steckerstifte eines achtpoligen Sockels, wie er für Radioröhren üblich ist,

Fig. 6 eine Anordnung, die die Magnetisierung des in dem Relais untergebrachten permanenten Magnets veranschaulicht, ·

Fig.·7 ein Schaubild, welches den Stromverlauf bei der Magnetisierung eines permanenten Magnets mit einer Anordnung nach Fig. 6 veranschaulicht,

Fig. 8 eine Anordnung zur teilweisen Entmagnetisierung des in dem Relais befindlichen permanenten Magnets nach seiner vorangegangenen Übermagnetisierung,

Fig. 9 ein Schaubild mit Darstellung des Wechselstromverlaufs bei der Entmagnetisierung des permanenten Magnets, mit einer Anordnung gemäß Fig. 8,

Fig. ίο den Längsschnitt eines Relais und eines Paares Entmagnetisierspulen zur selektiven Einstellung eines polarisierten Relais.

Die Kontaktvorrichtung des erfindungsgemäßen Relais besteht aus einem Glasrohr i, in welches vom Boden her ein Metallrohr 2 eingeschmolzen ist. Dieses Metallrohr dient zum Absaugen der Luft aus dem Glasrohr, zur Einführung des Quecksilbers und danach zum Vollpumpen des Glasrohres mit

ίο unter hohem Druck stehendem Gas. Nach Abschluß dieser Vorgänge wird das Rohr an seinem Ende zusammengedrückt und zugeschweißt. Das kurze Drahtstück 3 besteht aus leitendem Material und dient bei der Schweißung dazu, den Schweißstrom zu konzentrieren. Beim Schweißvorgang wird das Drahtstück 3 mit dem Rohr 2 verbunden.

In das obere Ende des Glasrohres 1 sind vier Drähte aus magnetischem Material eingeschmolzen, welche die äußeren Anschlüsse der Kontaktvorrichtung bilden und an welchen innerhalb des Glasrohrs Kontakte befestigt sind. Die Drähte 4 und 5 bilden die rückwärtigen Kontakte der Vorrichtung; sie sind, wie Fig. 4 zeigt, mit Kontaktmetallstücken 6 bzw. 7 versehen.

Für die vorderen Kontakte werden die ähnlichen Drähte 8 und 9 benutzt; sie sind etwas länger gehalten, so daß sie einen an das Ankerstück 10 anstoßenden Kreis geringen Widerstandes bilden. Das Ankerstück 10 ist mittels einer leichten Feder 11 an das metallene Rohr 2 angeschlossen. An dem Rohr 2 sind außerdem andere Teile 12 und 13 aus mit Quecksilber benetzbarem Material befestigt, so daß das untere Ende des Ankers 10 sich in Quecksilber befindet derart, daß es wie eine hydraulische Bremse wirkt. Das in dem Bad 14 befindliche Quecksilber steigt durch Kapillarwirkung in dem von der Feder 11 und den Platten 12 und 13 begrenzten Raum und von hier in dem Docht 15, der aus zwei parallelen Drähten besteht. Die Dochtdrähte sind an ihrem oberen Ende zu einem T-förmigen Stück gebogen, welches einen Kontakt bildet, der mit den Kontakt-Stücken 6 und 7 der rückwärtigen Kontakte und mit vorderen Kontaktstücken, die in ähnlicher Weise an den Drähten 8 und 9 befestigt sind, zusammenarbeitet.

Nach Evakuierung des Glasrohres 1 und Einfüllung der geeigneten Quecksilbermenge wird Wasserstoff mit einem Druck von beispielsweise 17,6 kg/ cm² eingepumpt. Es hat sich gezeigt, daß Wasserstoff von solch hohem Druck den Siedepunkt des Quecksilbers erheblich erhöht, so daß die Vorrichtung die öffnung und Schließung von Stromkreisen bei größeren Stromstärken bewerkstelligen kann als eine Vorrichtung mit bisher üblichem Innendruck. Es ist bekannt, daß bei mit Quecksilber benetzten Kontakten das Quecksilber sich bei der Unterbrechung des Kontaktes in einen feinen Faden ziehen läßt. Da dieser Quecksilberfaden einen verhältnismäßig hohen Widerstand hat, hat der Stromwärmeverlust während der kurzen Zeitspanne, innerhalb welcher sich der Faden bildet, eine Erhitzung des Fadens zur Folge, die die Fadentemperatur bis zum bzw. über den Siedepunkt steigen läßt. Daher hat die Verwendung eines sehr hohen Drucks zur Folge, daß die Stromführungskapazität des Relais erheblich gesteigert wird.

In dem Relais ist ein kleines Stück 25 eines für permanente Magnete geeigneten Materials, z. B. durch Lötung, an einen der vorderen Kontaktdrähte 9 angeschlossen und von dem vorderen Draht 8 durch ein kleines Isolierstück 16 getrennt.

Die bisher beschriebene Schaltvorrichtung wird danach in ein Solenoid 17 eingesetzt und das ganze in ein Stahlhülle 18 gebracht, die aus magnetischem Material besteht, so daß sie eine magnetische Abschirmung des Relais bildet. Das Ganze wird dann umgedreht und mit einer verflüssigten plastischen Masse, wie z. B. Wachs, gefüllt, welche nach ihrer Abkühlung die Teile des Relais starr und unbeweglich festhält. Auf diese Weise befinden sich alle Teile des Relais außerhalb des Bereichs, der die Einstellung mit üblichen Mitteln ermöglicht. Das Rohr wird dann an einen üblichen Sockel 19 angeschlossen, welcher Steckerstifte 20 und 21 aufweist. Das Anschlußschema ist in Fig. 5 dargestellt.

Nach vollständigem Zusammenbau wird das Relais in eine Vorrichtung eingeführt, die eine Spule 22 in dem aus ferromagnetischem Material bestehenden Gehäuse 23 aufweist. Da die Vorrichtung für Relais unterschiedlicher Dimensionen verwendbar sein soll, ist eine Stellschraube 24 aus ferromagnetischem Material vorgesehen, so daß die Spule über dem Kopfteil des Relais so eingestellt werden kann, bis sich der Teil 25 aus für permanente Magnete geeignetem Material in der riehtigen Lage befindet, wie Fig. 6 zeigt. Der permanente Magnet wird dann in einem sehr kräftigen magnetischen Feld ausgesetzt, indem man die Spule 22 mittels eines Zeitschalters 26 mit einer Gleichstromquelle verbindet. Der Zeitschalter 26 ist so eingestellt, daß er den Stromfluß auf eine bestimmte Zeit, z. B. auf 10 Sekunden, begrenzt. In dem Stromkreis der Spule sind geeignete Elemente, z. B. ein Thyrit-Gleichrichter27, ein Kondensator 28 und ein Widerstand 29 eingebaut, so daß keine Schwingung entsteht, wenn der Stromkreis durch den Schalter 26 unterbrochen wird. Diese Elemente sind im übrigen vorgesehen, damit der an die Spule 22 angelegte Gleichstrom einen der in Fig. 7 gezeigten Kurve möglichst nahe kommenden Verlauf nimmt.

Die mittels der Spule 22 durchgeführte Magnetisierung reicht aus, um die Stahlhülle 18 des Relais zu sättigen und bis zu dem Stück 25 aus magnetischem Material durchzudringen, um das letztere kräftig zu magnetisieren, so daß der Anker an den vorderen Kontakten des Relais anliegt oder in Richtung zu diesen Kontakten geneigt ist.

Hiernach wird eine Spule 30 über das Kopfstück des Relais gestreift, um den permanenten Magnet 25 so weit zu entmagnetisieren, daß das Relais auf iao die gewünschte Arbeitsempfindlichkeit eingestellt ist. Hierbei ist das Relais an ein Prüfgerät 31 angeschlossen, und die Spule 30 wird entsprechend Fig. 9 durch Wechselstrom erregt. Zu diesem Zweck ist eine Wechselstromquelle an eine Vorrichtung 32 1*5 angeschlossen, welche eine Einstellung der an den

Stromkreis abgegebenen- Spannung erlaubt. Der Strom fließt dann durch die beiden Pole eines Stators, deren zugehöriger Rotor in Reihe mit der Spule 30 liegt. In der gezeigten Schaltstellung ist der Stromkreis des Rotors durch den Schalter 33 geöffnet. Wenn das Stück 25 aus magnetischem Material entmagnetisiert werden soll, wird der Handgriff 34 in einer dem Uhrzeigersinn entgegengesetzten Richtung bewegt, bis der Rotor in Reihe mit den Statorpolen liegt, worauf Wechselstrom von maximaler Stärke durch die Spule 30 fließt. Der Handgriff 34 wird dann langsam in die gezeigte Lage zurückgebracht, so daß der Strom in der Spule 30 nach und nach abnimmt, wie es das Schaubild der Fig. 9 veranschaulicht. Wenn der Stromkreis der Spule 30 durch den Schalter 33 geöffnet wird, kann das Relais mittels des Prüfgerätes untersucht werden. Wenn die Untersuchung ergibt, daß der Teil 25 aus magnetischem Material nicht genügend entmagnetisiert worden ist, dann wird der Kontakt 35 der einstellbaren Vorrichtung 32 so eingestellt, daß die Spule 30 stärker erregt wird. Auf diese Weise kann man das Stück 25 aus magnetischem Material entmagnetisieren, bis das Relais die gewünschte Empfindlichkeit hat.

Auf diese Weise kann man ein genau eingestelltes Relais erhalten, so daß der Anker 10 normaler- ; weise an den rückwärtigen Kontakten anliegt und bei Erregung des Solenoids 17 zu den vorderen Kontakten überwechselt, sobald der Strom einen vorbestimmten Wert erreicht.

Es ist leicht erkennbar, daß in ähnlicher Weise auch ein Relais gestaltet werden kann, das als polarisiertes Relais arbeitet. In diesem Falle bleibt der Magnet 25 genügend stark erregt, so daß der Anker an den vorderen Kontakten verbleibt, wenn er durch das Solenoid an diese herangeführt worden ist. Unter diesen Umständen kann das Solenoid im umgekehrten Sinne erregt werden, wobei der Anker an die rückwärtigen Kontakte herangeführt wird und dort verbleibt, bis das Solenoid 17 erneut so erregt wird, daß es den Anker zu den vorderen Kontakten hin bewegt.

Durch solche Ausbildung des Relais, in welchem die Teile in starrer und unverrückbarer Weise gegen mechanische Bewegung festgehalten sind, und durch Einstellung des Relais mittels selektiver Entmagnetisierung eines in einer magnetischen Abschirmung eingeschlossenen permanenten Vorbelastungsmagnets lassen sich eine hohe Empfindlichkeit und Dauerhaftigkeit der Einstellung erzielen.

Die Anordnung nach Fig. 10 dient dazu, ein polarisiertes Relais mit zwei permanenten Vorbelastungsmagneten einzustellen. In diesem Falle sind ein permanenter Magnet 36 und ein zweiter permanenter Magnet 37 neben den beiden stationären Relaiskontakten angebracht. Zwei Spulen 38 und 39 sind um das Relais angeordnet in solcher Lage, daß ihre Achsen den Stellungen der permanenten Magnete 36 und 37 entsprechen. Wenn diese Wicklungen an eine Wechselstromquelle mit Schleifkontakt 40, der den durch die beiden Wicklungen fließenden Strom selektiv einzustellen gestattet, angeschlossen werden, erfahren die beiden Magnete 36 und 37 eine selektive Entmagnetisierung.

Claims (9)

Pate ntansprCche:

1. Elektrische Vorrichtung zum Schließen oder öffnen von Kontakten mit dichter Einkapselung und Betätigung des Kontaktgliedes mit Hilfe eines Solenoids, gekennzeichnet dadurch, daß ein oder mehrere permanente Magnete in solcher Anordnung angebracht sind, daß sie den Schließ- oder Öffnungskontakt vorbelasten, im wesentlichen aber außerhalb des maximalen Einflußbereichs des Solenoids liegen, eine magnetische Hülle, die die Einkapselung, das Solenoid und den permanenten Magnet umschließt, so stark ausgeführt ist, daß sie die Kontaktvorrichtung unter normalen Betriebsbedingungen gegen äußere magnetische Einflüsse abschirmt, und Mittel zur Sicherung der Einkapselung des Solenoids und des bzw. der Magnete gegen irgendwelche mechanische Lageveränderungen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der permanente Magnet bzw. die permanenten Magnete so angeordnet sind, daß die Stärke des Magnetfeldes mittels eines intensiven von außerhalb der magnetischen Hülle einwirkenden magnetischen Feldes eingestellt werden kann.

3. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Sicherung der Hülle, des Solenoids und der Magnete gegen mechanische Lageveränderungen aus einer die Hülle ausfüllenden, erhärtenden, plastischen Masse, z. B. Wachs, bestehen.

4. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der permanente Magnet bzw. die permanenten Magnete an einzelne Kontaktelektroden außerhalb der Einkapselung, aber innerhalb der Hülle angeschlossen sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die magnetische Hülle auf einem mit Steckerstiften versehenen Isoliersockel ruht, wobei jede Elektrode und die Enden des Solenoids an jeweils besondere Steckerstifte angeschlossen sind.

6. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Einkapselung aus Glas besteht, der die Schließung und öffnung der Kontakte besorgende Anker innerhalb der Einkapselung durch Kapillaritätswirkung aus einem Quecksilberbad benutzt wird und das Solenoid die Einkapselung umschließt.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der bzw. jeder der permanenten Magnete mit einem Teil über das Solenoid hinausreicht.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6 und 7, da-

durch gekennzeichnet, daß die Einkapselung mit unter hohem Druck von z. B. 17,6 kg/cm² stehendem Waserstoff gefüllt ist.

9. Verfahren zur Plerstellung von elektrischen Vorrichtungen zur Schließung und öffnung von Kontakten nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst die Teile der Kontaktvorrichtung einschließlich des oder der permanenten Magnete zusammengesetzt und leitend verbunden werden, nach Einbau der Kontaktvorrichtung in eine magnetische Hülle letztere unter voller Abdekkung der Kontaktvorrichtung mit einer verflüssigten, erhärtenden plastischen Masse gefüllt wird, und nach Erhärtung der Masse die Magnetisierung des permanenten Magnets bzw. der permanenten Magnete so eingestellt wird, daß die Kontaktvorrichtung unter normalen Betriebsverhältnissen die gewünschte Ansprechgenauigkeit aufweist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

O 1456 8.