DE1114893B - Schalter mit je einem gasgefuellten Hohlraum an den Enden eines fluessiges Metall enthaltenden Rohres - Google Patents

Description

In elektrotechnischen Geräten oder Anlagen, besonders in solchen der Hochfrequenz-Nachrichtentechnik, ist es häufig erwünscht, Ein- und Ausschalter oder auch Umschalter in unmittelbarer Nähe der durch den Schaltvorgang zu beeinflussenden Teile bzw. Stromkreise anzuordnen, um eine Verlängerung der Leitungsführung und dadurch entstehende unerwünschte und unkontrollierbare Kopplungen innerhalb der Verdrahtung sowie zusätzliche Wirk- und Blindwiderstände in den geschalteten Leitungen zu vermeiden. Trotzdem sollen die Bedienungsgriffe, mit denen solche Schaltvorgänge ausgeübt werden, gut zugänglich, übersichtlich und möglichst ohne Ausnahme auf einer Frontplatte des Gerätes angeordnet sein.

Zur Lösung der sich aus diesen Forderungen ergebenden Aufgabe, an vom Bedienungsgriff entfernten Stellen Schaltvorgänge zu bewirken, werden bekanntlich außer rein mechanisch arbeitenden Anordnungen besonders solche mit elektrisch angetriebenen Relais benutzt.

Eine besondere Form mechanischer Anordnungen zur Fernbedienung bilden hydraulisch betätigte Anlagen. Es ist eine solche Anlage für die Beeinflussung elektrischer Bauelemente bekannt, mit der auch Schaltvorgänge bewirkt werden können.

Wenn auch die Anpassungsfähigkeit eines derartigen hydraulischen Systems an die konstruktiven Erfordernisse einer Anlage der elektrischen Nachrichtentechnik besser sein mag als diejenige gewisser anderer mechanischer Systeme, so ergibt sich doch in den Rohrverbindungen von jedem mit einer Pumpe zusammenarbeitenden Bedienungsgriff zu jedem von diesem Griff aus zu beeinflussenden Bauelement ein immer noch sehr großer Aufwand. Solche Einrichtungen können im allgemeinen auch nur in einer vorbestimmten Gebrauchslage verwendet werden. Wenn Quecksilber als Schaltmittel dient, sind die Geräte meist erschütterungsempfindlich. Schwierigkeiten ergeben sich vielfach auch durch Undichtheiten an den die Bedienungsgriffe mit den Bauelementen verbindenden Rohrleitungen.

Zur Ausübung von Schaltvorgängen sind auch auf dem Luftthermometerprinzip beruhende Relais bekannt, bei welchen sich eine den Schaltvorgang bewirkende flüssige Metallmasse in der rohrförmigen Verbindung zwischen zwei gasgefüllten Hohlräumen befindet. Da die in den Hohlräumen befindlichen Gasmassen verhältnismäßig weiche Federpolster für die Bewegungen des Metalls bilden, sind solche Relais sehr erschütterungsempfindlich. Aus dem gleichen Grunde ist das die Metallmasse, im allgemeinen

mit je einem gasgefüllten Hohlraum

an den Enden eines flüssiges Metall

enthaltenden Rohres

Anmelder:

Telefunken

Patentverwertungsgesellschaft m. b. H.,
Ulm/Donau, Elisabethenstr. 3

Robert Hermeyer, Berlin-Zehlendorf,
ist als Erfinder genannt worden

Quecksilber, enthaltende Rohr meistens U-förmig gebogen, so daß sich unter dem Einfluß der Schwerkraft die Metallmasse in der Mitte des gebogenen Rohrteiles sammelt. Um diese Sammlung und das Zusammenfließen der Quecksilbertropfen zu begünstigen, müssen die Rohrteile verhältnismäßig weit sein. Außerdem ist gewöhnlich zum selbsttätigen Ausgleich von Nullstellungsverlagerungen eine enge Nebenschlußverbindung zwischen den gasgefüllten Hohlräumen vorgesehen.

Solche Relais sind nur in der vorbestimmten Lage verwendbar, in welcher sich das Quecksilber an der gewünschten Stelle sammelt. Aus diesem Grunde und wegen ihrer Erschütterungsempfindlichkeit sind sie in ortsbeweglichen Geräten nicht verwendbar. Sie erfordern außerdem noch den Aufwand zu großer Heizleistungen für die Erwärmung des Gases und weisen zu hohe Verzögerungen beim Ein- und Ausschalten auf. Bei den mit einer Druckausgleichsverbindung versehenen Relais ist ferner keine Dauereinschaltung möglich.

Es besteht daher immer noch ein Bedürfnis nach einem Schaltrelais, welches es ermöglicht, Schaltvorgänge an einer vom Bedienungsgriff entfernten Stelle auszuüben und welches von den erwähnten Nachteilen der bekannten Relais frei ist. Ein solches Relais soll als Einzelbauteil geringes Gewicht besitzen, ohne

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Schwierigkeiten und mit geringem Kostenaufwand größert, sondern es steigert auch seinen Druck in herstellbar sein und in jeder Gebrauchslage sowie einem dem Anfangsdruck proportionalen Ausmaß, unter Verhältnissen des Fahrzeugbetriebes, also bei so daß geringere Übertemperaturen ausreichen,
verhältnismäßig großen Beschleunigungen, verwendet Diese Wirkung wird allerdings aufgehoben, wenn werden können. Besonders soll es mit geringer Heiz- S das die Metallmasse enthaltende Rohr einen zu leistung betätigt werden können und ohne störende großen Querschnitt hat. Die durch die Heizleistung Verzögerungen ansprechen und in seine Ruhelage aufzubringende Kompressionsarbeit im nicht geheizzurückkehren, ten Gasraum wächst nämlich proportional mit dem

Die Erfindung geht aus von einem Schalter, in Rohrquerschnitt an. Wird sie so groß, daß ihr Zuwelchem ein elektrisch leitender Teil aus bei der Be- io wachs mit der Erhöhung des Anfangsdruckes die triebstemperatur flüssigem Metall, vorzugsweise Ersparnis bei dem Verlustanteil ausgleicht, ist die Quecksilber, besteht, mit je einem gasgefüllten Hohl- Grenze erreicht, bei welcher die Anwendung erhöhraum an den Enden eines das schaltende Metall ent- ten Anfangsdruckes keinen Vorteil mehr bringt, haltenden Rohres und mit einer Einrichtung zur Daher ist es zur Bewahrung dieses Vorteiles erfor-Änderung der Temperatur der Gasfüllung eines der 15 derlich, bei dem Schalter nicht nur die Gasfüllung mit Hohlräume. Erfindungsgemäß weist das Gas in den Überdruck, sondern außerdem auch ein als Kapillare Hohlräumen und in den nicht von dem Metall aus- ausgebildetes Schaltrohr anzuwenden,
gefüllten Teilen des als — vorzugsweise gerade — Durch Versuche wurde festgestellt, daß der Be-Kapillare ausgebildeten Rohres einen erheblichen reich der Bemessung, in welchem diese Vorteile einÜberdruck auf. 20 treten, durch folgende Werte abgegrenzt ist:

Durch die erfindungsgemäße Anwendung der

Kombination — hoher Druck des Gases und Aus- Anfangsdruck bei 20° C .. P₀ ^ 5 kg/cm²

bildung des Rohres als Kapillare — werden die er- Verhältnis des Kapillarquer-

wähnten Nachteile der bekannten Gasdruck-Thermo- schnittes zum Volumen

schalter vermieden. Der nach der Erfindung ausge- 25 des geheizten Gasraumes η ^0,7- 10-³mm²/mm³ bildete Schalter ist in jeder Gebrauchslage verwendbar und rüttelsicher. Er zeichnet sich durch Unver- Sowohl die Verwendung des erhöhten Gasdruckes änderlichkeit der Ruhelage des flüssigen Metalls, als auch die Ausbildung des das Quecksilber enthaldurch geringe Ein- und Ausschaltverzögerungen, ge- tenden Rohres als Kapillare ergeben eine wesentliche ringen Heizleistungsbedarf und leichte Herstellbar- 30 Verbesserung der Rüttelsicherheit. Die höhere Federkeit besonders aus. härte des unter Druck stehenden Gaspolsters verhin-

Die physikalischen Zusammenhänge werden ver- dert unzulässige, zu Fehlschaltungen führende Beständlich, wenn man den Schalter als Wärmekraft- wegungen der geringen Quecksilbermasse bei Ermaschine betrachtet. Es ist dann allerdings zunächst schütterungen mit großer Sicherheit bis zu hohen überraschend, daß eine Erhöhung des Anfangsdruk- 35 Vielfachen der Erdbeschleunigung. Da das geringe kes des Gases eine Verringerung des Leistungs- Federgewicht gegenüber den mit dem Druck erhöhbedarfes zur Folge haben kann, weil ja die Korn- ten Rückstellkräften vernachlässigbar ist, kann der pressionsarbeit des Gasvolumens in dem nicht ge- Schalter in jeder Lage gebraucht und das Kapillarheizten Hohlraum für eine bestimmte Verlagerung rohr vorzugsweise gerade ausgebildet werden. Außerdes Quecksilberfadens proportional mit dem Anfangs- 40 dem wirkt die Enge des Rohres der Neigung des druck anwächst. Die Leistungsbilanz des Schalters Quecksilbers zur Auflösung in Tropfen mit der Gewird jedoch wegen des im Verhältnis zum nutzbaren fahr des Gasdurchtrittes von einem Hohlraum zum Leistungsanteil großen Anteiles der nutzlos abgestrahl- anderen entgegen. Ein nach der Erfindung ausgebilten, also nicht zur Aufheizung des Gases dienenden deter Schalter weist daher eine praktisch unveränder-Wärmeenergie vorwiegend durch den letztgenannten 45 liehe Ruhelage des Quecksilberfadens auf. Da keine Anteil bestimmt. Dieser abgestrahlte Anteil wächst be- Nebenschlußverbindung zwischen den Gasräumen kanntlich mit der vierten Potenz der absoluten Tem- existiert, ist der Schalter auch für Dauereinschaltung peratur; er kann also wesentlich verringert werden, geeignet. In der Praxis haben sich Kapillarquerwenn es gelingt, mit niedrigeren Übertemperaturen schnitte unter 1 mm² bewährt,
auszukommen. Dies wird durch die Anwendung des 50 Die Einrichtung zur Änderung der Temperatur erhöhten Gasdruckes erreicht. Wenn man nämlich der Gasfüllung eines der beiden Hohlräume kann ein davon ausgeht, daß für die gewünschte Verlagerung im Innern des Hohlraumes angeordneter Heizkörper, des Quecksilberfadens eine bestimmte Druckdifferenz vorzugsweise ein elektrischer Heizwiderstand sein, erforderlich ist, welche von dem absoluten Druck in Zweckmäßigerweise besitzt der erste, den Heizkörper den Hohlräumen unabhängig ist, und wenn man ferner 55 enthaltende Hohlraum ein größeres Volumen als der berücksichtigt, daß der Druck eines eingeschlos- am anderen Ende der Kapillare befindliche zweite senen Gasvolumens für eine Temperaturerhöhung um Hohlraum.

I³C eine Steigerung um ¹Z₂₉₇ des Anfangsdruckes Wird der erwähnte Heizkörper über Verbindungserfährt, so erkennt man, daß die für die Fadenverla- leitungen und einen örtlich von ihm getrennten Schalgerung erforderliche Übertemperatur des antreiben- 60 ter an eine Stromquelle angeschlossen, so daß er den Gasvolumens dem Anfangsdruck umgekehrt pro- sich erwärmt, so erwärmt sich auch die Gasfüllung portional ist. Der erhöhte Anfangsdruck ist also ein innerhalb des Hohlraumes, und der Druck nimmt zu. vorzügliches Mittel, um den gesamten Leistungs- Um eine hohe Ausnutzung der zugeführten elekbedarf durch die Herabsetzung des Verlustanteiles zu trischen Energie für die Erwärmung des Gases zu verringern. Das unter höherem Druck stehende Gas 65 erzielen, ist bei einer bevorzugten Ausführungsform erlangt infolge seiner größeren Dichte nicht nur eine einer Einrichtung nach der Erfindung der Heizkörhöhere Wärmeaufnahmefähigkeit, weil sich der Ab- per als draht- oder bandförmiger elektrischer Leiter Sorptionskoeffizient für die Wärmestrahlung ver- ausgebildet und befindet sich innerhalb des genannten

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Hohlraumes in solcher Lage, daß er allseitig von dem geringerem Volumen über, der mit 12 bezeichnet ist. Gas umgeben ist. Außerdem kann auf Teilen der Das in diesem Hohlraum eingeschlossene Füllgas Innenwand des Hohlraumes eine wenigstens im Ge- kann von der gleichen Art sein wie das Füllgas in biet der Wärmestrahlung des Heizkörpers gut reflek- dem Hohlraum 2. Der Fülldruck bestimmt zugleich tierende Schicht, beispielsweise eine Goldschicht, an- 5 die Federhärte des durch diesen Hohlraum und das gebracht sein. Die Anwendung einer reflektierenden Füllgas gegebenen Federungselementes. Die Feder-Schicht hat den Vorteil, daß die Wärmewirkung zum härte bestimmt wiederum die Schüttelfestigkeit, d. h. größten Teil auf das eingeschlossene Gasvolumen dasjenige Maß an Beschleunigung, welches der konzentriert wird, so daß der Wirkungsgrad der Ein- Schalter in axialer Richtung vertragen kann, ohne richtung vergrößert wird. Außerdem wird es verhin- io daß der Quecksilberfaden sich durch seine Massendert, daß sich die Teile des Isolierkörpers, welche trägheit gegen die Federkraft des im Hohlraum 12 außerhalb der reflektierenden Schicht liegen, durch eingeschlossenen Füllgases so weit nach oben bewegt, die Wärmestrahlung des Heizkörpers miterwärmen. daß er den Kontakt mit dem Anschlußdraht 10 her-Dadurch wird sowohl die Ansprechgeschwindigkeit stellt.

der Einrichtung vergrößert als auch eine Wärme- 15 Im normalen Betrieb wird diese Kontaktverbin-

nachwirkung und eine Trägheit des Zurückkehrens dung nur dadurch erzeugt, daß ein Heizstrom über

in die Ausgangslage verringert. den Heizkörper 4 geleitet wird. Das Füllgas innerhalb

Zweckmäßigerweise sind in die Enden des den des Hohlraumes 2 wird dadurch erwärmt, ohne daß Quecksliberfadens enthaltenden Kapillarrohres faden- die äußeren Wandungsteile des Isolierkörpers 1 an förmige Stopfen eingeführt, um das Auslaufen des 20 dieser Erwärmung in wesentlichem Maße teilnehmen, Quecksilbers und sein Eindringen in die Hohlräume weil die reflektierende Schicht 7 den Durchgang der zu verhindern. An dem dem ersten, größeren Hohl- Strahlen nach außen verhindert. Der Druck des Füllraum zugewendeten Ende kann der Stopfen durch gases im Hohlraum 2 nimmt zu, so daß der Queckeinen Glasfaden gebildet sein. An dem dem zweiten, silberfaden entgegen dem Druck des Gases innerhalb kleineren Hohlraum zugewendeten Ende kann ein 25 des kleineren Hohlraumes 12 nach oben bewegt wird Metalldraht, vorzugsweise aus Platin, als Stopfen und und den Kontakt zwischen den Anschlüssen 9 und 10 gleichzeitig als Kontaktanschluß dienen. schließt.

Eine besonders einfache und mit geringeren Kosten Um das Herauslaufen des Quecksilbers aus der herzustellende Ausführungsform des Schalters nach Kapillare 3 auch bei stärkeren Stoßbeanspruchungen der Erfindung ergibt sich, wenn der Körper aus Glas 30 zu verhindern, ist in die Kapillare von unten her der hergestellt wird. Er kann dann in der von der Her- Glasfaden 11 eingeführt, der das untere Ende des stellung von Thermometern bekannten Technik ge- Röhrchens für Quecksilber hinreichend dicht abfertigt werden. Die Einrichtung kann auch derartig schließt, den Gasstrom von 2 aber in die Kapillare ausgebildet sein, daß sie ohne besondere Haltevor- eindringen läßt. Der Glasfaden 11 ist an seinem richtung in beliebiger Lage nur von ihren Anschluß- 35 unteren Ende mit dem großen Glaskörper 1 verbundrähten gehalten und mit diesen wie ein Bauelement den. Am oberen Ende der Kapillare 3 dient der Konin eine Schaltungsverdrahtung eingelötet wird. taktdraht 10 gleichzeitig als Stopfen, um die obere

Als Füllgas wird, um Oxydationsvorgänge zu ver- Lage des Quecksilberspiegels zu begrenzen,
hindern, entweder Stickstoff oder auch ein Edelgas Bei einem praktisch ausgeführten Schalter der beverwendet. 40 schriebenen Art ergab sich, daß zur Aufheizung eine

Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform des Schalters Leistung von 200 mW ausreicht. Die Einschaltvernach der Erfindung in stark vergrößertem Maßstab. zögerung liegt dann wesentlich unterhalb einer Se-Obgleich die Zeichnung nicht maßstäblich zu bewer- künde, und die Abschaltverzögerung unterhalb einer ten ist, sei doch erwähnt, daß ein praktisch ausgeführ- halben Sekunde. Die Schüttelprüfung ergab, daß ter Schalter etwa den zehnten Teil der Größe der in 45 Schalter dieser Art in allen Lagen auch für Fahrzeug-Fig. 1 gezeigten Abbildung besaß. Der längliche, betrieb geeignet sind. Der Temperaturbereich, in zylindrische Glaskörper 1 weist an seinem einen welchem keine Beeinträchtigung der Arbeitsweise ein-Ende den Hohlraum 2 auf, an den sich in der Dar- tritt, kann dabei ohne Schwierigkeiten von —30 stellung nach oben die Kapillare 3 anschließt. Der bis + 60° C gehalten werden. Der maximale ÜberHohlraum enthält ein Füllgas, beispielsweise Stick- 50 gangswiderstand eines praktisch ausgeführten Schalstoff, das mit einem Überdruck in den Hohlraum ters war kleiner als 0,5 Ohm, während der Isolationseingebracht worden ist. Innerhalb des Hohlraumes widerstand bei geöffneten Kontakten größer als befindet sich ein Heizkörper 4, der als U-förmig ge- 10 Megohm war. Ein besonderer Vorzug eines Schalbogener Widerstandsdraht ausgebildet ist. Die Enden ters nach der Erfindung besteht in der geringen Kadieses Drahtes sind an die Stromzuführungen 5 und 6 55 pazität zwischen den geöffneten Kontakten, die kleiangeschlossen, welche in den Glaskörper in an sich ner als 0,2 pF gehalten werden kann. Der praktisch bekannter Weise gasdicht eingeschmolzen sind. ausgeführte Schalter, dessen Daten hier auszugsweise

Mit 7 ist die schon erwähnte, auf der inneren Ober- wiedergegeben worden sind, war für eine Schaltfläche des Hohlraumes 2 angebrachte reflektierende leistung von 50 mA bei 100 V bestimmt.
Schicht bezeichnet. Sie kann beispielsweise durch 60 In Fig. 2 ist eine Anordnung mit einem entspre-Aufstreichen von Glanzgold und Einbrennen des- chend der Erfindung ausgebildeten Schalter dargeselben als Spiegelschicht bei 600° C erzeugt werden. stellt, bei welcher jedoch auf die Verwendung eines Innerhalb der Kapillare 3 befindet sich der Queck- Goldspiegels 7 auf der Innenseite des Hohlraumes 2 silberfaden 8, der in solcher Lage dargestellt ist, daß verzichtet worden ist. Der Zweck des Goldspiegels 7 er mit dem Kontaktanschluß 9 in Verbindung steht, 65 der Fig. 1 bestand darin, eine wesentliche Erwärmung jedoch die Verbindung zu dem oberen Kontakt- der Wandungen des Hohlraumes 2 und dadurch heranschluß 10 noch nicht herstellt. Das obere Ende vorgerufene Schaltverzögerungen zu vermeiden. Der der Kapillare 3 geht in einen zweiten Hohlraum von gleiche Zweck wird in der Anordnung nach Fig. 2

dadurch erreicht, daß der den Hohlraum 2 enthaltende Teil der Einrichtung von einem dicht anliegenden, gut wärmeleitenden Körper umgeben ist. Dieser Körper ist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel als Schelle 22 ausgebildet und dient gleichzeitig dazu, den rohrförmigen Körper des Schalters zu halten. Die große Wärmeableitung über den Körper der Schelle 22 verhindert, daß sich die Wandungen des Hohlraumes 2 wesentlich über die Umgebungstemperatur erwärmen. Durch die Anwendung der wärmeableitenden Schelle wird besonders die Verzögerung beim Ausschalten wesentlich verringert, weil der Speicherung von Wärme in der Hohlraumwand entgegengewirkt wird. Die Schaltverzögerungen können durch diese Maßnahme so klein gehalten werden, daß mit einer solchen Schalteinrichtung ohne Schwierigkeiten fünfzehn Schaltvorgänge pro Sekunde ausgeführt werden konnten.

Claims (8)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Schalter, in welchem ein elektrisch leitender Teil aus bei der Betriebstemperatur flüssigem Metall, vorzugsweise Quecksilber, besteht, mit je einem gasgefüllten Hohlraum an den Enden eines das schaltende Metall enthaltenden Rohres und mit einer Einrichtung zur Änderung der Temperatur der Gasfüllung eines der Hohlräume, da durch gekennzeichnet, daß das Gas in den Hohlräumen und in den nicht von dem Metall ausgefüllten Teilen des als — vorzugsweise gerade — Kapillare ausgebildeten Rohres (3) einen erheblichen Überdruck aufweist.

2. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kapillare sehr eng ist.

3. Schalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der einen Heizkörper enthaltende (erste) Hohlraum (2) ein größeres Volumen besitzt als der am anderen Ende der Kapillare befindliche (zweite) Hohlraum (12).

4. Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in die Enden des den Faden flüssigen Metalls (8) enthaltenden Rohres (3) fadenförmige Stopfen (10, 11) eingeführt sind.

5. Schalter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß an dem dem ersten Hohlraum (2) zugewendeten Ende ein Glasfaden (11) als Stopfen vorgesehen ist.

6. Schalter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß an dem dem zweiten Hohlraum (12) zugewendeten Ende ein Metalldraht (10), vorzugsweise aus Platin, als Stopfen und gleichzeitig als Kontakt dient.

7. Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß auf Teilen der Innenwand des einen Heizkörpers enthaltenden ersten Hohlraumes (2) eine wenigstens im Gebiet der Wärmestrahlung des Heizkörpers (4) gut reflektierende Schicht (7), vorzugsweise eine Goldschicht, angebracht ist.

8. Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der den ersten Hohlraum (2) enthaltende Teil von einem dicht anliegenden, gut wärmeleitenden Körper, beispielsweise einer Schelle (22), umgeben ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 828 567, 627 105,

352, 339 953, 300 482;

schweizerische Patentschriften Nr. 248 328,

942;
USA.-Patentschrift Nr. 2596 825.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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