DE1590792C - Zeitverzögerungsschalter - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Zeitverzögerungsschalter, bestehend aus einem teilweise mit einer elektrisch leitenden, nicht benetzenden Flüssigkeit (Quecksilber) gefüllten, geschlossenen Außenbehälter, der vertikal angeordnet ist und in den feststehend zwei Elektroden eingesetzt sind, und aus einem in vertikaler Richtung im Außenbehälter verschiebbaren, in die Flüssigkeit eintauchenden Innenkolben, der oben offen ist und im Bereich seines Bodens eine von der Flüssigkeit durchströmbare Durchtrittsöffnung aufweist, deren Länge in Strömungsrichtung kleiner ist als die Höhe der sich von beiden Seiten in die Durchtrittsöffnung hineinwölbenden Menisken der nicht benetzenden, leitenden Flüssigkeit, und bei dem sich der Innenkolben von einer außerhalb des aus elektrisch isolierendem Material bestehenden Außenbehälters angebrachten Magnetvorrichtung anheben läßt, und bei dem die Flüssigkeit so bemessen ist, daß sie im stationären Zustand bei angehobenem Innenkolben mit wenigstens einer der Elektroden keine Verbindung hat' . ^:

Bekannte Zeitverzögerungsschalter dieser Art nehmen auf die Forderung zur billigen Herstellung nicht hinreichend Rücksicht, und zwar insoweit, als die Quecksilbermenge, die zu nicht unwesentlichem Teil den Endpreis des Schalters mitbestimmt, nicht klein genug gehalten wird. Bei der üblichen zylindrischen Gestaltung des Innenzylinders, der für eine gewisse

ίο maximale Verzögerungszeit eine entsprechende Länge für die erforderliche Hubhöhe aufweisen muß,

: ist es nicht möglich, einen gewissen Durchmesser zu unterschreiten, damit nicht während des Ausfließens die Quecksilbersäule innerhalb des schlanken Innenzylinderteils abreißt. Maßgebend für die auf die Quecksilbersäule wirkenden Kräfte, die das Abreißen bewirken können, sind im wesentlichen die Reibungskräfte der Innenzylinderwandung an der Säule. Aufgabe der Erfindung ist es, die Gefäße des Quecksilberschalters der obengenannten Art so zu gestalten, daß bei möglichst geringer Quecksilbermenge eine möglichst lange Verzögerungszeit erreicht werden kann. Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß der untere Abschnitt des Innenkolbens und der des Außenbehälters jeweils vergleichsweise geringe Querschnittsflächen aufweisen, daß die Querschnittsgestalt des unteren Kolbenabschnittes polygonal mit so spitzen Winkeln ausgebildet ist, daß die Flüssigkeit auf Grund ihrer inneren Kräfte (Kapillardepression) die Wandflächen des unteren Kolbenabschnittes nur in Teilbereichen berührt.

Mit dieser Gestaltung lassen sich in vorteilhafter Weise die Reibungskräfte in dem schlanken Teil des Schalters dadurch herabsetzen, daß die relative Berührungsfläche des Quecksilbers möglichst klein gehalten wird; die materialeigenen Kohäsions- und Oberflächenkräfte sind nicht beeinflußbar. Unter Ausnutzung der hohen Kohäsions- und Oberflächen-Spannungskräfte des Quecksilbers ist somit erreicht, daß der genannte Querschnitt nicht mehr vollständig

- mit Quecksilber ausgefüllt ist, die Quecksilbersäule vielmehr nur noch in relativ schmalen senkrechten Bereichen mit der Wand in Verbindung steht, wodurch die Reibungskräfte beträchtlich herabgesetzt . sind.

In vorteilhafter Ausbildung kann die Querschnittsfläche des unteren Abschnittes des Innenkolbens als gleichseitiges Dreieck oder auch in Gestalt eines mehrzackigen Sterns geformt sein.

Im folgenden sind Ausführungsbeispiele der Erfindung an Hand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen ■

Fig. 1 bis 3 eine Ausführungsform des beschriebeneh Zeitverzögerungsschalters in mehreren Arbeitsstellungen, ·■'-./'

Fi g. 4 eine perspektivische Ansicht des unteren Teils des beschriebenen Kolbens,

F i g. 5 einen Querschnitt nach X-X in F i g. 9,

F i g. 6 einen Querschnitt entsprechend F i g. 5 durch eine andere Ausführungsform.

Ein Ausführungsbeispiel wird an Hand der F i g. 1 bis 3 beschrieben. Ein verschlossener Außenbehälter 10 aus elektrisch isolierendem Material enthält im Inneren einen beweglichen Innenkolben 11, Quecksilbermassen 17 und 18 und ein Paar Elektroden 15 und 16 aus hitzebeständigem Material. Der Innenkolben 11 besteht aus einem dickwandigen Zy-

linder 12 und einem dünnwandigen Gefäß 13, das am unteren Ende des Zylinders befestigt ist. Der dünnwandige Behälter 13 besteht aus drei Teilen: einem Teil mit großem Durchmesser, einem konisch sich verjüngenden Teil und einem schlanken rohrförmigen Teil, in dessen Boden sich eine öffnung 14 für begrenzten Quecksilberdurchfluß befindet. Das Gewicht des Innenkolbens 11 wird mit Rücksicht auf die Auftriebskraft, die sich durch das Eintauchen

Querschnitt des Rohrstücks des dünnwandigen Gefäßes 13 geringer gemacht werden als bisher möglich. Wenn der Querschnitt dieses Teils verkleinert werden kann, kann auch der Durchmesser D_s des unte-

5 ren Teils des luftdichten Außenbehälters 10 kleiner gemacht werden, wodurch das Quecksilber besser ausgenutzt wird und der Schalter besser gegen Vibration geschützt werden kann. Wird aber der Querschnitt des reduzierten Teils unter eine bestimmte eines Kolbens bestimmten Volumens in das Queck- io Grenze gesenkt, so wird die Quecksilbersäule bei Visilber ergibt, so gewählt, daß der konische Teil des bration unterbrochen, wenn der Querschnitt kreisfördünnwandigen Gefäßes 13 im Ruhezustand auf der mig ist, wobei die Wiederherstellung einer geschlos-Schulter R des verschlossenen Außenbehälters 10 senen Säule sehr schwer ist, so daß dann das Queckaufliegt, wie F i g. 1 zeigt. In dieser Stellung tauchen silber am Fließen gehindert wird. Wenn aber der die unteren Enden der Elektroden 15 und 16 in das 15 röhrenförmige schlanke Teil des dünnwandigen GeQuecksilber 17 ein und schließen einen Stromkreis. f äßes wie in F i g. 4 und 5 geformt ist, kann man den Es empfiehlt sich, den Innenkolben 11 aus ma- oben aufgezeigten, unterbrochenen Zustand vermeignetischem Material, wie Eisen, zu machen, so daß den.

er bei Speisung einer (nicht gezeigten) am Behälter Fig.4 ist die perspektivische Darstellung einer

angebrachten Magnetspule um die Strecke ST, wie in 20 Ausführungsform des dünnwandigen Gefäßes mit F i g. 2 gezeigt, durch die Magnetkraft angehoben dem Hauptteil 22 des Kolbens und dem schlanken, werden kann. In dem Augenblick sinkt die Höhe des unteren Teil 23 mit dreieckigem Querschnitt, wie Quecksilberspiegels außerhalb des Gefäßes 13 auf F i g. 5 zeigt, und mit einer Öffnung 24 im Boden, die Höhe H₂ ab. Die Quecksilbermengen und die Ab- Wenn der schlanke Rohrteil Dreiecksquerschnitt hat, messungen der Teile sind so abgestimmt, daß die 25 nimmt das Quecksilber darin eine Gestalt an, wie mit öffnung 14 dann immer noch innerhalb des Queck- der unterbrochenen Linie 25 in F i g. 5 dargestellt ist, Silbers 18 liegt. Das Quecksilber 17 im Gefäß 13 wobei die Ecken G nicht mit Quecksilber gefüllt sind, läuft unter dem Druck H₁ so lange aus, bis sich nach Außer der Dreiecksform können auch andere Vielbestimmter Zeit ein ausgeglichener Zustand einge- ecke, wie z. B. ein sternförmiger Querschnitt, nach stellt hat, bei dem das Quecksilberniveau die Hö- 30 F i g. 6 verwendet werden.

he Ji₃ hat, wie F i g. 3 zeigt. Der Schalter nach den F i g. 1 bis 3 ist ein in

Kurz vor Erreichen dieses Zustandes wird eine Ruhe geschlossener, mit Zeitverzögerung öffnender oder werden beide Elektroden vom Quecksilber ge- Schalter, da die Elektroden 15 und 16 mit dem innetrennt und unterbrechen somit den elektrischen ren Quecksilber in Kontakt sind, wenn der Innenkol-Stromkreis. Wird bei dem Zustand nach Fig.3 die 35 ben 11, wie in Fig. 1, durch sein Gewicht in seiner Magnetspule ausgeschaltet, so fällt der Innenkolben Normalstellung ist, und eine gewisse Zeit nach dem 11 herab und bewirkt durch einen Vorgang umge- Anheben vom Quecksilber getrennt werden. Bei Abkehrt zu dem oben beschriebenen nach bestimmter Wandlung des Schalters in der Weise, daß mindestens Zeit erneutes Schließen der getrennten Elektroden 15 eine der Elektroden 15, 16 im Ruhezustand nach und 16 (entsprechend dem Zustand in Fig. 1). Da- 40 Fig. 1 ohne Kontakt mit dem Quecksilber ist und mit ist ein Zeitverzögerungsschalter geschaffen, das daß beide Elektroden im Zustand nach F i g. 2 in das eine bestimmte Zeitspanne nach dem Ein- oder Aus- Quecksilber eintauchen, erhält man einen Zeitverschalten seiner Magnetspule Kontakte öffnet und zögerungsschalter, der nur vom Augenblick des Anschließt, hebens des Kolbens an bis zum Ablauf der eingestell-In dieser Ausführung bleibt die Öffnung 14 stets 45 ten Verzögerungszeit schließt und die übrige Zeit ofsowohl mit der inneren, als mit der äußeren Queck- fen ist.

silbermasse 17, 18 in Berührung, die selbst freie Bei Einsatz des Zeitverzögerungsschalters in

Oberflächen hat, wodurch das Quecksilber fließen Gleichstromkreisen kann seine Schaltleistung beim kann, da es eine einzige Masse mit eingeschnürtem Ein- bzw. Ausschalten dadurch gesteigert werden, Steg in der Öffnung 14 darstellt. Es empfiehlt sich, 50 daß die Elektrode 15 gegenüber der Elektrode 16 die Länge der Durchflußöffnung weit geringer zu verkürzt wird, so daß der Schaltfunke immer an der machen als den Durchmesser, um den Schalterbe- kürzeren Elektrode 15 auftritt, die mit dem Minuspol trieb sicher zu gestalten, denn das Quecksilber der Spannungsquelle verbunden wird, also der Funke könnte sonst unterbrochen werden, sei es durch Vi- immer an der Minuselektrode auftritt, wodurch die bration des Schalters selbst oder durch Stöße oder 55 geringstmögliche Menge Quecksilber verdampft und Vibration von außen, wenn das Niveau der Quecksil- der Elektrodenabbrand und damit die Verunreinibermassen 17 und 18 gleich ist. Das schlanke, rohr- gung des Quecksilbers klein gehalten wird. Die Anförmige Teil geringen Querschnitts am unteren Ende Ordnung empfiehlt sich besonders zur Steigerung der des dünnwandigen Gefäßes 13 wird verwendet, um Schaltleistung solcher Zeitverzögerungsschalter, bei die Quecksilbermasse klein halten zu können, wobei 60 denen das Quecksilber sehr langsam fließt, wie bei trotzdem die Öffnung 14 in das äußere Quecksilber der beschriebenen Ausführung. Wahlweise kann eintaucht, wenn der Innenkolben 11 um den Weg ST auch eine zusätzliche Elektrode im unteren Teil des aus seiner Stellung nach F i g. 1 in die nach F i g. 2 verschlossenen Behälters vorgesehen sein, die dann emporgehoben wird. stets in das Quecksilber eintaucht, so daß immer

Im folgenden wird die Ausgestaltung des unteren 65 Strom von dieser zusätzlichen Elektrode zu den Kolbenabschnittes beschrieben. Danach kann der Elektroden fließt, die in das Quecksilber eintauchen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Zeitverzögerungsschalter, bestehend aus einem teilweise mit einer elektrisch leitenden, nicht benetzenden Flüssigkeit (Quecksilber) gefüllten, geschlossenen Außenbehälter, der vertikal angeordnet ist und in den feststehend zwei Elektroden eingesetzt sind, und aus einem in vertikaler Richtung im Außenbehälter verschiebbaren, in die Flüssigkeit eintauchenden Innenkolben, der oben offen ist und im Bereich seines Bodens eine von der Flüssigkeit durchströmbare Durchtrittsöffnung aufweist, deren Länge in Strömüngsrichtung kleiner ist als die Höhe der sich von beiden Seiten in die Durchtrittsöffnung hineinwölbenden Menisken der nicht benetzenden, leitenden Flüssigkeit, und bei dem sich der Innenkolben von einer außerhalb des aus elektrisch isolierendem Material bestehenden Außenbehälters angebrachten Magnetvorrichtung anheben läßt, und bei dem die Flüssigkeit so bemessen ist, daß sie im stationären Zustand bei angehobenem Innenkolben mit wenigstens einer der Elektroden keine Verbindung hat, dadurch gekennzeichnet, daß der untere Abschnitt (23) des Innenkolbens (22) und der des Außenbehälters (10) jeweils vergleichsweise geringe Querschnittsflächen aufweisen, daß die Querschnittsgestalt des unteren Kolbenabschnittes (23) polygonal mit so spitzen Winkeln ausgebildet ist, daß die Flüssigkeit auf Grund ihrer inneren Kräfte (Kapillardepression) die Wandflächen des unteren Kolbenabschnittes (23) nur in Teilbereichen berührt.

2. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittsfläche des unteren Abschnitts (23) des Innenkolbens (22) ein gleichseitiges Dreieck ist.

3. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittsfläche des unteren Abschnitts (23) des Innenkolbens (22) die Gestalt eines mehrzackigen Sternes hat.