DE1088129B - Magnetisch betaetigter Quecksilberschalter kleiner Abmessungen - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung betrifft einen von einem Magnet betätigten Quecksilberschalter mit allseitig geschlossenem Schaltgefäß und kleinen Abmessungen.

Bei einer bekannten Ausführungsform eines solchen Schalters sind an einer geschlossenen zylindrischen Gefäßhülle mit konstantem Durchmesser im rechten Winkel zwei Polschuhe eines Relais angebracht. Im Gefäß befindet sich ein zylindrischer Kolben, zwischen dessen*Unterseite und dem Boden des Gefäßes eine Feder eingefügt ist. Auf dem Kolben liegt ein Quecksilberkügelchen, das infolge seiner Oberflächenspannung nicht in den kleinen Spalt zwischen Kolben und Hülle eindringen kann. Durch das obere Ende des Gefäßes sind zwei Elektroden eingeführt, von denen die eine normalerweise in dem Quecksilberkügelchen eingetaucht ist, während die andere einen gewissen Abstand von dem Quecksilber aufweist. Wenn die Polschuhe erregt werden, wird der Kolben nach oben angezogen und das Quecksilberkügelchen mit der zweiten Elektrode in Berührung gebracht. Diese Art Schal- ao ter sind recht unempfindlich, da der Kolben und Quecksilbertropfen vom Magnetfeld um den gleichen Weg bis zur Berührung mit der zweiten Elektrode verschoben werden müssen.

Bei einem ähnlichen Schalter ist das Gefäß knapp zur Hälfte mit Quecksilber gefüllt. Oberhalb des Quecksilberspiegels ist um das Gefäß eine Drahtspule gewickelt; das Magnetfeld, das durch einen durch diese Spule fließenden Strom erzeugt wird, betätigt einen im Quecksilber schwimmenden magnetischen Verdrängerkörper, durch dessen Mittelöffnung das Quecksilber hindurchtritt. Wenn der Verdrängungskörper genügend weit untergetaucht ist, ist so viel Quecksilber durch die Mittelöffnung nach oben ausgetreten, daß es einen Kontakt berührt und eine Leitung für den Strom hergestellt ist. Der Nachteil dieses bekannten Schalters liegt ebenfalls darin, .daß er relativ unempfindlich ist; bei der Betätigung des Verdrängungskörpers muß eine relativ große Quecksilbermenge durch die Mittelöffnung befördert werden, bevor eine Berührung mit dem Kontakt zustande kommt. Außerdem ist der bekannte Schalter ziemlich lageempfindlich; wenn er nicht annähernd eine senkrechte Lage einnimmt, schaltet er entweder gar nicht oder verändert seine Ansprechempfindlichkeit recht erheblich.

Es ist noch ein weiterer Schalter bekannt, in dessen zylindrischer Hülle auf dem Quecksilber ein Verdrängungskörper, schwimmt, der bei magnetischer Erregung in das Quecksilber hineingezogen wird und dieses in dem zwischen ihm und der Hülle ausgebildeten Spalt nach oben in Berührung mit einem oder zwei Kontakten treibt, die in gesonderten oberen Kammern angeordnet sind. Der Nachteil dieses Schalters ist der erheblich lange Weg, der vom Quecksilber bei Be-Magnetisch betätigter Quecksilberschalter kleiner Abmessungen

Anmelder:

Robertshaw-Fulton Controls Company, Richmond, Va. (V. St. A.)

Vertreter: Dr.-Ing. W. Reichel, Patentanwalt, Frankfurt/M. 1, Parkstr. 13

Beanspruchte Priorität: V. St. v. Amerika vom 26. April 1957

Roy Walter Hauser, Los Angeles, Calif. fV. St. A.), ist als Erfinder genannt worden

tätigung des Verdrängungskörpers innerhalb des Spaltes zurückgelegt werden muß.

Bei einem magnetisch betätigten Quecksilberschalter mit zwei Festkontakten innerhalb einer oberen Kammer des Gehäuses und mit einem Verdrängungskörper, dessen Mittelöffnung als Verbindungskanal zur oberen Kammer ausgebildet ist, ferner mit einer außerhalb des Gehäuses liegenden Einrichtung, die den Verdrängungskörper magnetisch betätigt, sind gemäß der Erfindung der Durchmesser der oberen Kammer und der des Verbindungskanals so klein ausgebildet, daß die Oberfläche des darin befindlichen Quecksilbers stark gewölbt ist, während die untere Kammer und der für einen kleinen Hubweg vorgesehene Verdrängungskörper dagegen einen relativ großen Durchmesser aufweisen.

Beim Aufbau dieser Anordnung werden eine Kapsel ' und ein Deckel, die beide aus einem nicht eisenhaltigen Stoff bestehen, luftdicht miteinander verbunden, so daß ein Gehäuse mit einer kleinen, oberen Kammer für zwei getrennte Elektroden und mit einer relativ großen, unteren Kammer für die Quecksilbermasse gebildet wird. Ein mit einer öffnung versehener Anker aus Eisen von relativ geringem spezifischem Gewicht schwimmt auf der Quecksilbermasse,· während ein gewellter Federring im Quecksilber untergetaucht ist und zur Halterung des Ankers beiträgt. Die an sich bekannte, innerhalb einstellbarer Grenzen mögliche

009 589/335

Bewegung des Permanentmagneten, der an einem auf einen Zustand ansprechenden Hebel außerhalb des Gehäuses angebracht ist, ändert den auf den Anker einwirkenden, magnetischen Fluß. Eine Zunahme des magnetischen Flusses verlagert den Anker ins Quecksilber hinein, das dabei durch die kleine öffnung des Ankers hindurchsteigt, so daß der stark gewölbte Quecksilberspiegel in der oberen Kammer die Elektroden leitend verbindet; bei einer Abnahme des magnetischen Flusses kehrt der Anker in die Schwimmlage auf dem relativ dichteren Quecksilber zurück, wobei die von dem elastischen Federring ausgeübte Federkraft eine Schnappbewegung des Ankers ermöglicht. Eine derartige Konstruktion weist einmalige Vorteile bei der wirtschaftlichen Herstellung -von Präzisionsquecksilberschaltern auf, deren Größe und Lageabhängigkeit relativ gering und deren Ansprechempfindlichkeit groß ist, 1

Weitere Merkmale und Vorteile gehen aus der folgenden Beschreibung einer. Aiisführungsform der Erfindung an Hand der Figuren deutlich hervor.

Fig. 1 ist eine Vorderansicht eines Quecksilberschalters gemäß der Erfindung;

Fig. 2 ist eine der Fig. 1 ähnliche Ansicht, in der bestimmte Teile im Schnitt und der Schalter in seiner geöffneten Stellung wiedergegeben sind;

Fig. 3 ist eine der Fig. 1 ähnliche Ansicht, in der der Schalter in seiner Schließstellung dargestellt ist.

In den Figuren ist ein Schaltergehäuse 10 mit einer oberen Deckkappe 12 aus einem eisehfreien Stoff zu sehen, die luftdicht mit einer unteren schalenförmigen Kapsel 14 aus einem eisenfreien Material verbunden ist. Das Innere der Kapsel 14 bildet eine Schwimmkammer 16; das Innere eines in der Mitte gelegenen Aufsatzes 18, der mit der Deckplatte 12 aus einem Stück besteht, ist durchbohrt und bildet eine Elektrodenkammer 20. Wie in Fig. 2 zu sehen ist, ist der Rauminhalt der Schwimmkammer 16 wesentlich größer als der der Elektrodenkammer 20. Zwei Elektroden 22 werden in den Aufsatz 18 der Deckplatte luftdicht eingeführt, wobei ihre inneren Enden in gleicher Höhe enden und einen bestimmten Abstand voneinander in der Elektrodenkammer 20 aufweisen; an ihren äußeren Enden sind zwei Leitungsdrähte 24, z. B. mit Lötstellen 26, befestigt.

Eine bestimmte Menge eines flüssigen Leiters, z. B. Quecksilber 30, ist in dem unteren Teil der Kapsel 14 enthalten, so daß das Quecksilber 30 nur teilweise die Schwimmkammer 16 ausfüllt. Ein beweglicher Anker 32, der aus einem Magneteisenring besteht, ist innerhalb der Seitenflächen der Kammer 16 beweglich eingepaßt und mit einer konzentrisch angeordneten öffnung 34 ausgestattet. Die obere und untere Fläche des Ankerrings 32 laufen gleichmäßig radial vom inneren Rand der Öffnung 34 zum äußeren Rand des Ankers nach außen auseinander. Wenn auch für den Ankerring 32 verschiedene magnetisierbare Stoffe verwendet sein können, so müssen seine Dichte und speziellen Abmessungen doch so gewählt sein, daß er auf dem flüssigen Quecksilber schwimmt. Ein gewellter, federnder Ring 36 ist zwischen der Unterseite des Ankers 32 und dem Boden der Schwimmkammer 16 eingetaucht. In seiner freien, gewellten Form ist der Durchmesser des Federrings 36, wie in ;Fig. 2 zu sehen ist, kleiner als die Schwimmkammer 16j so daß unter mechanischem Druck eine Abplattung des Federrings 36 möglich ist. Normalerweise wirkt der Federring 36 zusammen mit dem Auftrieb des .Quecksilbers 30 auf den Anker 32 ein, so daß dieser, schwimmend festgehalten wird. _■""·■'-' . .

Außerhalb des Schaltergehäuses 10 ist in an sich bekannter Weise das eine Ende eines Betätigungsteils 40, z.B. eines Bimetallstreifens, in einer passenden Fassung (nicht gezeigt) befestigt. Ein auf den Anker 32 wirkender Permanentmagnet 42 ist, wie an sich auch bekannt, starr am freien Ende des Bimetallstreifens 40 befestigt und mit einer Einstellungsschraube 44 versehen. Diese ist durch den Bimetallstreifen 40 und die Mitte des Magneten 42 hindurchgeschraubt und weist ein Anschlagende 46 auf, das mit der äußeren Bodenfläche der Kapsel 14 in Eingriff kommen kann.

Das Gehäuse 10 und der Maget 42 sind einzeln innerhalb einer üblichen Fassung (nicht gezeigt) in einer solchen Lage zueinander befestigt, daß der Magnet 42 auf das Gehäuse 10 ausgerichtet ist. Der Schalter nach dieser speziellen Ausführungsform wird bei Temperaturänderungen betätigt. Wenn die magnetische Kraft die resultierende Kraft aus der Federwirkung des Rings 36 und dem Auftrieb des Quecksilbers 30 übersteigt, wird der Anker 32 auf den Magnet 42 zu angezogen, wobei der gewellte Federring 36 zusammengedrückt wird. Es sei hervorgehoben, daß die endgültige Bewegung des Ankers 32 ein Schnappen infolge der vollständigen Abplattung des gewellten Federrings 36 ist, obgleich sich die Temperaturänderung allmählich vollzieht, womit jedoch nur ein allmählicher Anstieg der auf den Anker 32 ausgeübten, magnetischen Kraft verbunden ist.

Wie in Fig. 3 zu sehen ist, wird bei der Bewegung des Ankers 32 das flüssige Quecksilber durch die enge öffnung 34, den oberen Teil der Schwimmkammer 16 überbrückend, in die Elektrodenkammer 20 gedruckt, in der die gewölbte Quecksilberoberfläche die Elektroden 22 leitend verbindet. Sollte der Schalter in einer Winkelstellung innerhalb 45° \-on der Vertikalen angebracht sein, ändert sich die gekrümmte Form des Quecksilberspiegels nur wenig, weil der Krümmungsradius lediglich in einer mit der Schwerkraft zusammenfallenden Ebene verschwenkt wird.

Wenn sich die Temperatur in der entgegengesetzten Richtung ändert, wird die Magnetkraft schließlich so weit herabgesetzt, bis der Anker 32 freigegeben wird und der gewellte Federring 36 ihn unter einer Schnappwirkung in seine Schwimmlage auf dem Quecksilber 30 zurückbringt, so daß der Stromkreis zwischen den Elektroden 22 unterbrochen wird.

Außerdem »sei noch erwähnt, daß der Abstand des Magneten 42 vom Gehäuse 10, wie in Fig. 3 gezeigt ist, verändert werden kann, so daß der Schalter auf einen gewünschten Schalthub einstellbar ist.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Magnetisch betätigter Quecksilberschalter kleiner Abmessungen mit zwei Festkontakten innerhalb der oberen Kammer des Gehäuses und mit einem Verdrängungskörper, dessen Mittelöffnung als Verbindungskanal zur oberen Kammer ausgebildet ist, ferner mit einer außerhalb des Gehäuses liegenden Einrichtung, die den Verdrängungskörper magnetisch betätigt, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der oberen Kammer und der des Verbindungskanals so klein ist, daß die Oberfläche des darin befindlichen- Quecksilbers stark gewölbt ist, während die untere Kammer und der für einen kleinen Hubweg vorgesehene Verdrängungs-. körper einen relativ großen Durchmesser aufweisen.

2. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Feder in der unteren Kammer den Auftrieb des Verdrängungskörpers unterstützt.

3. Schalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder als Federunterlegring ausgebildet ist, der unterhalb des Verdrängungskörpers im Quecksilber angeordnet ist und eine Schnappbewegung erzeugt, wenn die Anzugskraft auf den Verdrängungskörper sich ausreichend ändert, so daß die beiden Festkontakte plötzlich durch die stark gewölbte Quecksilberoberfläche verbunden bzw. getrennt werden.

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 637 197; britische Patentschriften Nr. 492 802, 667 760; französische Patentschrift Nr. 774036; USA.-Patentschriften Nr. 2 247 493, 2385 887.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen