DE818981C

DE818981C - Polarized relay with mercury contacts

Info

Publication number: DE818981C
Application number: DEW3575A
Authority: DE
Inventors: John Thomas Lindsay Brown; Charles Eugene Pollard Jr
Original assignee: Western Electric Co Inc
Current assignee: AT&T Corp
Priority date: 1949-10-05
Filing date: 1950-09-13
Publication date: 1951-11-05
Also published as: FR1019024A; BE498493A; GB691207A; US2609464A; CH288865A

Description

(WiGBl. S. 175)(WiGBl. P. 175)

AUSGEGEBEN AM 5. NOVEMBER 1951ISSUED NOVEMBER 5, 1951

W 3575 VIII c/21gW 3575 VIII c / 21g

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf Relais und insbesondere auf polarisierte Quecksilberkontaktrelais. The invention relates generally to relays and, more particularly, to polarized mercury contact relays.

Ein Ziel der Erfindung ist ein Relais mit Quecksilberkontakten von langer Lebensdauer.An object of the invention is a relay with mercury contacts of long life.

Ein anderes Ziel der Erfindung ist ein Relais, bei dem der Stoßausgleichvorgang in dem Zeitpunkt der erneuten Kontaktöffnung im wesentlichen abgeklungen ist.Another object of the invention is a relay in which the surge compensation process at the time the renewed contact opening has essentially subsided.

Ein weiteres Ziel sind beständige und zuverlässige mit Quecksilber benetzte Kontakte.Another goal is permanent and reliable contacts wetted with mercury.

Ein zusätzliches Ziel der Erfindung ist allgemein die Verbesserung von Relais.An additional object of the invention is to improve relays in general.

Das Relais besteht aus einem von Glas umschlossenen, magnetisch betriebenen Anker mit Magneten, die sich radial von den Polstücken an der Spitze ausdehnen und mit seitlichen Platten, die als magnetische Rückwege dienen, verbunden sind. Das Relais enthält einen flachen, spitz zulaufenden Anker, der auf einer röhrenförmigen Stütze befestigt ist, die durch das Glas am Boden durchgreift. Die Zunge arbeitet symmetrisch zwischen den beiden festen Polstücken, welche durch das Glas am Kopf der Röhre hindurchgeführt sind. Gute kontaktgebende Drähte sind an diesen Polstücken angeschweißt und bilden an ihren kontaktgebenden Enden einen stumpfen Kontakt, welcher der Fläche der Zunge gegenüberliegt. Der Anker und die Kontaktstellen sind mit Quecksilber benetzt, welche den Kontaktflächen durch Kapillarrillen auf der Oberfläche des Ankers zugeführt wird. Dieses Relais soll in aufrechter oder in nahe-The relay consists of a magnetically operated armature with magnets enclosed in glass, which extend radially from the pole pieces at the tip and with side plates called magnetic return paths are used. The relay contains a flat, pointed one Anchor attached to a tubular support that penetrates through the glass at the bottom. The tongue works symmetrically between the two fixed pole pieces, which are connected by the Glass are passed through at the head of the tube. Good contact-making wires are on these pole pieces welded on and form a butt contact at their contacting ends, which opposite the surface of the tongue. The anchor and the contact points are wetted with mercury, which are fed to the contact surfaces through capillary grooves on the surface of the anchor will. This relay should be upright or close to

zu aufrechter Stellung arbeiten, wie die Zeichnung veranschaulicht.work in an upright position as shown in the drawing.

Nach einem Merkmal der Erfindung ist die Kontaktstelle des Ankers so gewählt, daß sie nahe bei, aber nicht genau an einem Knoten liegt, wodurch ein Abklingen des Stoßausgleichsvorganges erzielt wird, gleichzeitig mit einer angemessenen Begrenzung der Rückprallamplitude.According to one feature of the invention, the contact point of the armature is chosen so that it is close to, but not exactly on a knot, which causes the shock compensation process to subside at the same time with a reasonable limitation of the rebound amplitude.

Ein anderes Merkmal besteht darin, daß die an ίο dem Anker vorgesehenen Rillen einen Kapillarweg für die Überführung des Quecksilbers zu den Kontaktstellen des Ankers bilden.Another feature is that the grooves provided on the anchor form a capillary path form for the transfer of the mercury to the contact points of the anchor.

Diese Merkmale, die Ziele und das Verfahren der Erfindung werden verständlicher aus der folgenden Beschreibung und den Zeichnungen.These features, objects, and method of the invention will be more fully understood from the following Description and the drawings.

Fig. ι zeigt das Relais mit umschließendem Metallbehälter nach dem Zusammenbau;Fig. Ι shows the relay with an enclosing metal container after assembly;

Fig. ι A zeigt eine Seitenansicht des Relais;
Fig. 2 zeigt in stark vergrößertem Maßstab eine ao abgeänderte Gestaltung des Polstückendes, welches so ausgeführt ist, daß eine optimale Abstimmung zwischen der Quecksilberförderung und den magnetischen Erfordernissen besteht; die Figur zeigt außerdem den an dem erwähnten Polstück befestigten Kontaktdraht;Fig. A shows a side view of the relay;
2 shows, on a greatly enlarged scale, a modified design of the pole piece end, which is designed so that there is an optimal coordination between the mercury conveyance and the magnetic requirements; the figure also shows the contact wire attached to said pole piece;

Fig. 3 zeigt ein keramisches Distanzstück für die Polstücke.Fig. 3 shows a ceramic spacer for the pole pieces.

In Fig. ι ist der Anker 5 in einen Glaskolben 6 eingeschlossen. Der Anker 5 hat auf seiner Oberfläche feine, eingewalzte Rillen 5°. Die Ankerzunge 5 ist mit dem röhrenförmigen Stiel 7 stumpfverschweißt, welcher in dem Sockel des genannten Glaskolbens 6 befestigt ist. Aus Fig. 1A ist ersichtlich, daß der Anker spitz zuläuft, weil diese Form geeignet ist, einen maximalen magnetischen Querschnitt zu bieten für eine gegebene Kombination von Nachgiebigkeit und Eigenfrequenz. Die Eigenfrequenz des Ankers liegt bei etwa 380 Hertz und die Steifheit in bezug auf den Kontakt ist derart, daß eine Kraft von 1 Gramm eine Bewegung von 0,2 mm bewirkt.In Fig. Ι the armature 5 is enclosed in a glass bulb 6. The anchor 5 has on its surface fine, rolled-in grooves 5 °. The anchor tongue 5 is butt-welded to the tubular handle 7, which is fixed in the base of said glass bulb 6. From Fig. 1A it can be seen that the armature tapers because this shape is suitable for a maximum magnetic To offer cross-section for a given combination of compliance and natural frequency. The natural frequency of the armature is around 380 Hertz and the stiffness in relation to the contact is such that a force of 1 gram causes a movement of 0.2 mm.

Die Polstücke 8 und 9 bestehen aus Drähten mit einem Durchmesser von 0,15 mm, die entsprechend geformt sind, um einen so engen Abstand in dem Arbeitsspalt zu erreichen, daß eine gute Quecksilberführung und magnetische Stabilität bestehen. Fig. 2 zeigt eine solche Gestaltung im einzelnen. Die Polstücke verjüngen sich zu einer scharfen, senkrechten Kante, welche in einem Minimalabstand von angenähert 0,25 mm von dem Anker gehalten wird.The pole pieces 8 and 9 consist of wires with a diameter of 0.15 mm, the corresponding are shaped to achieve such a narrow distance in the working gap that good mercury guidance and magnetic stability exist. Fig. 2 shows such a design in detail. The pole pieces taper to a sharp, vertical edge, which is at a minimal distance approximately 0.25 mm from the anchor.

In Fig. ι ist das Polstück 8 mit einer flachen, dem Anker zugewandten Fläche dargestellt. Diese Polstückart wird vorgezogen; das Polstück besteht aus einem Werkstoff, der nicht vom Quecksilber benetzt wird; das mit der Quecksilberförderung verbundene Problem wird daher abgeschwächt oder ausgeschaltet. Bei dieser Anordnung können die Polflächen näher an den Anker herangeführt sein . ⁶° als in dem Fall, wo Polstücke gemäß Fig. 2 verwendet werden. Mit dem unteren Ende jedes Polstücks ist ein Kontakt aus Platin-Nickel-Draht mit einem Durchmesser von 0,2 mm verschweißt. An diesen Kontakten 10 und 11 greift der Anker mit einer Stelle an, welche eng an einem Knotenpunkt für einen der stärksten Ankerschwingungsknoten liegt. Dieses Merkmal ist wichtig und begrenzt die Amplitude des mechanischen Rückpralls bei einem »Kontakt auf einen Betrag, der durch das Quecksilber überbrückt werden kann, aber noch immer ein gewisses Abklingen des Stoßausgleichsvorganges zuläßt. Die Kontaktfläche bedeckt gewöhnlich mehr als zwei Kapillarrillen des Ankers. Zur Herstellung des Schalters gehört ein Alterungsprozeß, welcher eine Vertiefung in dem Anker hervorbringt, die ungefähr gleich der Tiefe der Rillen ist; die Abnutzung wird dadurch praktisch aufgehoben. Die Tiefe ist groß genug und der Durchmesser klein genug, so daß die konkave Quecksilberoberfläche, welche den Kontaktbereich unter der Vertiefung des Quecksilbers bedeckt, ein Quecksilberkissen endlicher Dicke umgibt, welches weitere Abnutzung einschränkt und elektrische Anfressung des festen Metalls verhindert.In Fig. Ι the pole piece 8 is shown with a flat surface facing the armature. This type of pole piece is preferred; the pole piece is made of a material that is not wetted by mercury; the problem associated with mercury extraction is therefore alleviated or eliminated. With this arrangement, the pole faces can be brought closer to the armature. ⁶ ° than in the case where pole pieces according to FIG. 2 are used. A contact made of platinum-nickel wire with a diameter of 0.2 mm is welded to the lower end of each pole piece. At these contacts 10 and 11, the armature engages with a point which is close to a node for one of the strongest armature vibration nodes. This feature is important and limits the amplitude of the mechanical rebound in the event of »contact to an amount that can be bridged by the mercury, but still allows the shock compensation process to subside to a certain extent. The contact surface usually covers more than two capillary grooves of the anchor. The manufacture of the switch involves an aging process which produces a depression in the armature which is approximately equal to the depth of the grooves; this practically eliminates wear and tear. The depth is large enough and the diameter small enough that the concave mercury surface covering the contact area beneath the mercury depression surrounds a mercury pad of finite thickness which limits further wear and prevents electrical corrosion of the solid metal.

Bei bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung ist der Kontaktspalt so bemessen, daß der Anker etwa 0,2 mm ausschlagen kann; damit ist ein Schaltvorgang geschaffen, bei welchem die Kontaktschließung der Kontaktunterbrechung vorausgeht. In preferred embodiments of the invention, the contact gap is dimensioned so that the Anchor can deflect about 0.2 mm; thus a switching process is created in which the contact closure the interruption of contact precedes.

Die Polstücke 8 und 9 sind mit ihren von den Kontakten abgelegenen Enden an die permanenten Magnete 12 und 13 angeschweißt. Die permanenten Magnete 12 und 13 sind unabhängig voneinander eingestellt und so magnetisiert, daß die Pole 10 und 11 auf entgegengesetzte Polarität magnetisiert werden. Das Distanzstück 22 besteht zweckmäßig aus einem Material, z. B. Keramik, welches nicht mit Quecksilber benetzbar ist. Die aus magnetischem Material bestehenden Seitenplatten 14 und 15 bilden den Rückweg für den magnetischen Fluß der Magnete 12 und 13 und für den Betätigungsfluß, welcher von den in der Betätigungswicklung 18, welche an die Leiter 28 und 29 angeschlossen ist, fließenden Strömen erzeugt wird. Die Betätigungswicklung 18 ist schematisch dargestellt; sie besteht gewöhnlich aus vielen Windungen. Der Streifen 23 bildet einen Flußweg von den Platten 14 und 15 zu dem Ankerstiel 7. Die Isolation 16 stellt eine bei Spulenwicklungen verwendete typische Isolation dar. Die Metallhaube 27 aus magnetischem Material ist über das ganze Relais, wie Fig. ι Λ zeigt, gestülpt. Es sei jedoch bemerkt, daß die Windung 18, die Platten 14,15 und der Streifen 23 mit Isolierband oder einem anderen gleichwertigen Material 17 umwickelt sind (nicht zu verwechseln mit der Isolation 16).The pole pieces 8 and 9 are attached to the permanent ones with their ends remote from the contacts Magnets 12 and 13 welded on. The permanent magnets 12 and 13 are independent of one another set and magnetized so that the poles 10 and 11 are magnetized to opposite polarity. The spacer 22 is suitably made of a material such. B. Ceramic, which is not with Mercury is wettable. The side plates 14 and 15 made of magnetic material form the return path for the magnetic flux of magnets 12 and 13 and for the actuation flux, which of the in the actuation winding 18, which is connected to the conductors 28 and 29, flowing currents is generated. The actuation winding 18 is shown schematically; it usually consists of many turns. The strip 23 forms a flow path from plates 14 and 15 to anchor post 7. Insulation 16 provides one Coil windings used typical insulation. The metal hood 27 made of magnetic material is put over the whole relay, as Fig. ι Λ shows. It should be noted, however, that the turn 18, the plates 14,15 and the strip 23 with insulating tape or another equivalent material 17 are wrapped (not to be confused with the Isolation 16).

Dieses Band dient dazu, das Relais aufbaumäßig zu verstärken und ebenso die Platten 14, 15 und den Streifen 23 gegen die Haube 27 elektrisch zu isolieren, ohne dabei den magnetischen Flußweg ernsthaft zu beeinträchtigen. Der magnetische Flußweg verläuft von dem permanenten Magnet 12 durch die Platte 14 durch das Band zur Haube, noch einmal durch das Band und abwärts durch den magnetisch durchlässigen Streifen 23 zu dem Stiel 7,This band is used to structurally strengthen the relay and also the plates 14, 15 and electrically isolating the strip 23 from the hood 27 without affecting the magnetic flux path seriously affect. The magnetic flux path is from the permanent magnet 12 through the plate 14 through the belt to the hood, through the belt again and down through the magnetically permeable strip 23 to the stem 7,

Anker 5 über den zum Polstück 8 führenden Luftspalt zum permanenten Magnet 12.Armature 5 via the air gap leading to the pole piece 8 to the permanent magnet 12.

Der Schalter und die Wicklung sind auf eine Preßstoff- oder Keramikplatte 24 aufgebaut, die auch dazu dient, die Wicklungsleiter 28, 29, die Zuführung oder den Stiel des Ankers und die Kontaktleitungen 25 und 26 durch den Sockel 20 zu führen. Die Leiter 25 und 26 sind leitend mit den Magneten 12 und 13 verschweißt oder verlötet, umThe switch and the winding are built on a molded or ceramic plate 24, which also serves the winding conductors 28, 29, the feed or the stem of the armature and the contact lines 25 and 26 to guide through the base 20. The conductors 25 and 26 are conductive with the Magnets 12 and 13 welded or soldered to

ίο die elektrischen Stromkreise zu den Kontakten 10 bzw. ι r zu vervollständigen.ίο the electrical circuits to the contacts 10 or ι r to be completed.

In Fig. ι A ist der Anker 5 und der damit verbundene röhrenförmige Stiel 7 dargestellt. Die Rillen 5° des Ankers sind auch veranschaulicht. Diese Rillen 5⁰ beginnen am Fußpunkt des Ankers und reichen bis zur Spitze hinauf. Es handelt sich um Rillen von angenähert 6o°. Wie aus Fig. 1A zu ersehen ist, ragt der Anker 5 mit seiner Wurzel in ein Quecksilberband 21 hinein, und durch die Ka-In Fig. A, the anchor 5 and the tubular handle 7 connected to it is shown. The 5 ° grooves of the anchor are also illustrated. These grooves 5 ⁰ start at the base of the anchor and extend to the tip up. These are grooves of approximately 60 °. As can be seen from Fig. 1A, the anchor 5 protrudes with its root into a mercury band 21, and through the channel

ao pillarwirkung wird das Quecksilber veranlaßt, in den Ankerrillen zu den Kontaktflächen des Ankers aufwärts zu steigen, so daß bei elektrischer Kontaktgebung das Quecksilber Anfressung und mechanische Abnutzung des Ankers und der Drahtkontaktflächen verhindert.A pillar effect causes the mercury to move in the anchor grooves to the contact surfaces of the anchor to rise upwards, so that when electrical contact is made, the mercury is eroded and prevents mechanical wear of the armature and the wire contact surfaces.

Das Polstück in der geänderten Ausführung nach Fig. 2 läßt eine maximale Quecksilberförderung zu. Der Drahtkontakt mit dem kleinen Durchmesser ist, wie ebenfalls Fig. 2 zeigt, an dem Polstück angeschweißt. Diese Art Polstück kann an die Stelle der Ausführung nach Fig. 1 treten, indem man dieses Polstück so anordnet, daß die Achse des Kontaktdrahtes 40 senkrecht zu der Ebene der Ankerfläche steht. Demzufolge werden die Rillenflächen 41 und 42 in den Polstücken ebenfalls dem Anker gegenüberliegen und sich in einer solchen Stellung befinden, daß sie einen Weg für das die Kontakte bedeckende Quecksilber bilden. Es sei bemerkt, daß Fig. 2 in einem stark vergrößerten Maßstab ausgeführt ist, und daß nur das Kontaktende des Polstücks dargestellt ist; der nicht dargestellte Teil entspricht dem Polstück 8 nach Fig. 1. Bei dieser geänderten Ausführung können die Polstücke mit einer Chromoxydschicht überzogen werden, welche verhütet, daß sie von dem Quecksilber benetzt werden. Diese Schicht wird durch eine leichte Elektroplattierung mittels Chrom erhalten, an welche sich eine Wärmebehandlung in Gegenwart trockenen Wasserstoffs anschließt, um das Chrom mit dem Grundmetall zu verbinden und danach eine Wärmebehandlung, um das Chrom zu oxydieren.The pole piece in the modified version of FIG. 2 allows maximum mercury pumping. The wire contact with the small diameter is, as also shown in FIG. 2, welded to the pole piece. This type of pole piece can take the place of the embodiment according to FIG. 1 by this pole piece is arranged so that the axis of the contact wire 40 is perpendicular to the plane of the Anchor surface is. As a result, the groove surfaces 41 and 42 in the pole pieces also become the Anchor opposite and are in such a position that they have a way for the Form mercury covering contacts. It should be noted that Fig. 2 is on a greatly enlarged scale is carried out, and that only the contact end of the pole piece is shown; the one not shown Part corresponds to the pole piece 8 according to FIG. 1. In this modified version, the pole pieces be coated with a layer of chromium oxide, which prevents them from being wetted by the mercury will. This layer is obtained by a light electroplating with chrome which is followed by a heat treatment in the presence of dry hydrogen to remove the chromium to bond with the base metal and then a heat treatment to oxidize the chromium.

Es ist verständlich, daß die dargestellten und beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung als bevorzugte Ausführungsmöglichkeiten gewählt worden sind, und daß verschiedene Änderungen hinsichtlich Form, Größe und Anordnung der Teile vorgenommen werden können, ohne von dem Geist oder Umfang der Erfindung abzuweichen.It will be understood that the illustrated and described embodiments of the invention have been chosen as the preferred embodiments, and that various changes Regarding the shape, size and arrangement of the parts can be made without being out of the mind or deviate from the scope of the invention.

Claims

Patent claims:

1. Polarized relay with mercury contacts with the armature lengthways in a hermetically sealed, non-magnetic piston is arranged and between the Contact points, which are provided on pole pieces protruding through the KoI-ben are, characterized in that individual magnets outside of the piston with the pole pieces are connected that flow conduit means outside the piston a flow path for the Form magnets that magnetic means are provided outside the piston, which the Actuate armature, and that the armature has a plurality of capillary grooves extending in the longitudinal direction has, which form paths for the mercury that lead from a mercury bath inside the piston to the contact area of the Anchor.

2. Rela «according to claim 1, characterized in that that the flow guide means consists of a plurality of side plates which run alongside the piston in the longitudinal direction.

3. Relay according to one of the preceding claims, characterized in that the armature made of a flat spring that is rigidly attached to one end protruding into the mercury bath exists and is designed so that it reacts under the influence of the magnetic actuation means its free end region has a movement amplitude which essentially is equal to the distance between the resting armature and each of the contact points.

4. Relay according to one of the preceding claims, characterized in that the Faces of the pole pieces taper to a sharp vertical edge such that the Mercury can easily break away from it.

5. Relay according to one of claims 1 to 3, characterized in that the pole pieces the Have anchors opposite surfaces which are covered with chromium oxide.

6. Relay according to one of the preceding claims, characterized in that the armature is flat and from its fixed end to its free, lying parallel to the contact surfaces The end tapers to a point, and that grooves extending in the longitudinal direction of the armature are provided are.

1 sheet of drawings

Q 2155 10.Q 2155 10.