DE3638236C2 - Elektrochemische Zeitschalteinrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrochemische Zeit­ schalteinrichtung mit einem Hohlkörper, der mit einem flüssigen Elektrolyten gefüllt ist und bei dem zwischen zwei Elektroden ein Strom bei Anschließen einer Spannung fließt.

Unter einer elektrochemischen Zeitschalteinrichtung wird ein Element verstanden, welches nach dem Durchfluß einer bestimmten Ladungsmenge durch einen Elektrolyten einen Schaltvorgang auslöst, womit beispielsweise ein elek­ trisches Gerät nach einer vorgegebenen Betriebsdauer abge­ schaltet werden kann. Solche Einrichtungen lassen sich z.B. in Verbindung mit Lampen verwenden. Beispielsweise verändern Hochdruckgasentladungslampen am Ende ihrer natürlichen Lebensdauer ihre lichttechnischen Eigen­ schaften. Sie erfüllen nicht mehr die Anforderungen an Farbtemperatur, Farbwiedergabe und Lichtausbeute, die ihrer Spezifikation entsprechen, obwohl eine solche Lampe noch leuchtet. Um derartiges zu verhindern, müssen solche Lampen vor dem Ende ihrer natürlichen Lebensdauer abge­ schaltet werden. Hierzu kann eine elektrochemische Zeit­ schalteinrichtung dienen.

Eine eingangs erwähnte elektrochemische Zeitschalt­ einrichtung ist aus der US-PS 37 69 557 bekannt. Hierbei ist in einen Kupferhohlkörper, der als Elektrode dient, ein flüssiger Elektrolyt eingebracht, in dem ein U-förmiger als zweite Elektrode ausgebildeter Kupferdraht liegt. Bei Anlegen einer Spannung an die Elektroden wird der U-förmige Kupferdraht nach und nach abgebaut. Der Bruch des Kupferdrahtes bewirkt einen Schaltvorgang.

Eine weitere elektrochemische Zeitschalteinrichtung ist aus der US-PS 37 68 015 bekannt, bei der in einem zylinderförmigen Hohlkörper an den Enden jeweils eine Elektrode angeordnet ist. Durch Anlegen einer Spannung an die Elektroden fließt über einen flüssigen Elektrolyten eine Ladung von der einen zur anderen Elektrode. Dabei wird eine Elektrode abgebaut. Am zylinderförmigen Hohl­ körper ist in Höhe der abbaubaren Elektrode eine Referenz­ elektrode angebracht, die ein der Masse der abbaubaren Elektrode entsprechendes Signal abgibt. Bei einer bestimmten Spannung der Referenzelektrode wird ein Schalt­ vorgang ausgelöst.

Diese bekannten elektrochemischen Zeitschalteinrichtungen sind kompliziert aufgebaut und benötigen eine aufwendige Elektronik zur Auslösung des Schaltvorganges.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektro­ chemische Zeitschalteinrichtung zu schaffen, die einfach aufgebaut und billig ist und bei der der Schaltvorgang auf einfache Art ausgelöst wird.

Diese Aufgabe wird bei einer elektrochemischen Zeitschalt­ einrichtung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß im nicht mit dem Elektrolyten gefüllten Teil des Hohlkörp­ ers eine Öffnung vorhanden ist, in der ein mechanisch zu betätigender elektrischer Schalter angeordnet ist, der sich bei einem vorgegebenen Druck des beim Stromfluß durch den Elektrolyten erzeugten Gases öffnet.

Bei dieser elektrochemischen Zeitschalteinrichtung wird bei Anlegen einer Spannung an die Elektroden ein Strom von einer Elektrode über den Elektrolyten zur anderen Elektrode fließen. Durch den Stromfluß erfolgt eine chemische Umsetzung des Elektrolyten, d.h. aus dem flüssigen Elektrolyten wird ein Gas gebildet. Die Menge des gebildeten Gases ist der durch die Einrichtung geflossenen Ladungsmenge proportional und läßt sich mit Hilfe des Coulombschen Gesetzes bestimmen. Die elektro­ chemische Zeitschalteinrichtung ist so ausgebildet, daß sich bei einem bestimmten Gasdruck der elektrische Schalter öffnet. Der elektrische Schalter liegt beispiels­ weise mit einem nach einer vorgegebenen Betriebsdauer abzuschaltenden elektrischen Gerät in Reihe an einer Spannungsquelle, die auch die elektrochemische Zeitschalt­ einrichtung speist.

Der Schalter kann in der Öffnung des Hohlkörpers so ange­ bracht sein, daß dieser die Öffnung, beispielsweise durch einen am Schalter befestigten elastischen Körper, gasdicht verschließt und bei einem bestimmten Gasdruck der elastische Körper herausgedrückt und somit der Schalter geöffnet wird. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, daß zwischen dem Elektrolyten und dem Schalter eine Membran angeordnet ist, die durch den Gasdruck in Richtung des Schalters gedrückt wird.

In einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß der Hohlkörper zylinderförmig ausgebildet ist, an dessen einem Ende die beiden Elektroden und an dessen offenen anderem Ende der elektrische Schalter angebracht ist. Bei dieser Fortbildung der Erfindung ist vorzugsweise in den zylinderförmigen Hohlkörper ein elastischer Verschluß­ pfropfen eingebracht, der durch den Druck des erzeugten Gases entlang der Hohlkörperinnenwand in Richtung auf den Schalter bewegbar ist und der bei dem vorgegebenen Gasdruck diesen Schalter öffnet.

Wird der elastische Verschlußpfropfen so in den zylinder­ förmigen Hohlkörper eingebracht, daß eine große Haft­ reibung zwischen der Hohlkörperinnenwand und dem Verschlußpfropfen besteht, wird der Verschlußpfropfen bei einem genügend hohen Gasdruck sich plötzlich in Richtung auf den Schalter bewegen. Der Verschlußpfropfen kann sich auch langsam in Richtung auf den Schalter bewegen, wenn die Haftreibung zwischen Hohlkörperinnenwand und Verschlußpfropfen geringer ist.

Um die elektrochemische Zeitschalteinrichtung kosten­ günstig herzustellen, ist in einer Weiterbildung vorge­ sehen, daß die Elektroden aus Kohlenstoff bestehen und der Elektrolyt eine wässrige Lösung ist. Der Elektrolyt kann z.B. eine Lösung aus Natriumchlorid oder Natriumsulfat in Wasser sein.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine elektrochemische Zeitschalteinrichtung im Längsschnitt,

Fig. 2 eine Draufsicht auf die Einrichtung nach Fig. 1 und

Fig. 3 eine elektrische Schaltungsanordnung, in der eine elektrochemische Zeitschalteinrichtung verwendet wird.

Die elektrochemische Zeitschalteinrichtung nach Fig. 1 und 2 enthält einen zylinderförmigen Hohlkörper 1, an dessen einem Ende zwei Elektroden 2 und 3 und an dessen anderem Ende ein elektrischer Schalter 4 angebracht ist. Der Hohlkörper 1 kann beispielsweise aus Kohlenstoff, Glas oder Keramik bestehen. Die Elektroden 2 und 3, z.B. aus Kohlenstoff, sind in eine Abschlußscheibe 5 eingeklebt, die das eine Ende des zylinderförmigen Hohlkörpers 1 gasdicht verschließt. Die Elektroden 2 und 3 ragen inner­ halb des zylinderförmigen Hohlkörpers 1 in einen flüssigen Elektrolyten 6 hinein, der aus einer Natriumchloridlösung oder aus einer Natriumsulfatlösung bestehen kann. Auf der anderen Seite der Abschlußscheibe 5 ist an die Elektroden 2 und 3 eine Spannungsquelle anschließbar. In den zylinderförmigen Hohlkörper 1 ist weiterhin ein Verschlußpfropfen 7 zwischen den flüssigen Elektrolyten 6 und den Schalter 4 eingebracht. Der Verschlußpfropfen 7 ist etwa kugelförmig ausgebildet und weist an seinem dem Elektrolyten 6 abgewendeten Ende eine höckerförmige Verformung 8 auf. Der elastische Verschlußpfropfen 7, der so in den zylinderförmigen Hohlkörper 1 eingebracht ist, daß sich zunächst zwischen dem Elektrolyten 6 und dem Verschlußpfropfen 7 eine vernachlässigbare Gasmenge befindet, besteht z.B. aus Gummi.

Der zylinderförmige Hohlkörpers 1 weist an seinem schalterseitigen Ende eine sich verjüngende Öffnung 14 auf. Der Schalter 4 besteht aus einer federnden Kontakt­ zunge 9, die über die Öffnung 14 des zylinderförmigen Hohlkörpers 1 gelegt und mit einem elektrischen Anschluß 11 verbunden ist. Im geschlossenen Zustand ist die federnde Kontaktzunge 9, die an seinem dem Anschluß 11 abgewendeten Ende einen Kontakt 12 aufweist, mit einem elektrischen Anschluß 13 verbunden, der an der Außenwand des Hohlkörpers 1 angebracht ist.

Bei Anlegen einer Gleichspannung an die Elektroden 2 und 3 fließt von einer Elektrode über den Elektrolyten 6 zu der anderen Elektrode ein Strom. Hierbei zersetzt sich der Elektrolyt in gasförmige Komponenten. Zwischen dem Elektrolyten 6 und dem Verschlußpfropfen 7 wird also bei Anlegen einer Gleichspannung an die Elektroden 2 und 3 ein Gas gebildet, welches einen sich langsam aufbauenden Druck auf den Verschlußpfropfen 7 ausübt. Besteht nun eine große Haftreibung zwischen Verschlußpfropfen 7 und Innenwand des zylinderförmigen Hohlkörpers 1, so wird sich bei einem bestimmten Gasdruck der Verschlußpfropfen 7 plötzlich in Richtung auf den Schalter 4 hinbewegen. Durch die ver­ jüngende Öffnung 14 am Ende des Hohlkörpers 1, an dem der Schalter 4 befestigt ist, wird der Verschlußpfropfen 7 nicht herausgeschleudert, sondern öffnet den Schalter 4. Bei einer geringeren Haftreibung zwischen Hohlkörperinnen­ wand und Verschlußpfropfen 7 bewegt sich der Verschluß­ pfropfen 7 langsam in Richtung auf den Schalter 4.

Eine solche elektrochemische Zeitschalteinrichtung kann in einem elektrischen Gerät verwendet werden, das vor dem Ende seiner natürlichen Lebensdauer abgeschaltet werden soll. In Fig. 3 ist eine Lampe 15 dargestellt, die aus einer Wechselspannungsquelle 16 gespeist wird. An einen Anschluß der Wechselspannungsquelle 16 ist eine Diode 17 zur Gleichrichtung der Wechselspannung angeschlossen. Der Diode 17 ist ein Widerstand 18 zur Spannungsbegrenzung nachgeschaltet. An den Anschluß des Widerstandes 18, der nicht mit der Diode 17 verbunden ist, ist eine Elektrode einer elektrochemischen Zeitschalteinrichtung 19 ange­ schlossen, deren andere Elektrode an dem anderen Anschluß der Wechselspannungsquelle 16 angeschlossen ist. Der Schalter 4 der elektrochemischen Zeitschalteinrichtung 19 ist zwischen einem Anschluß der Spannungsquelle 16 und einem Anschluß der Lampe 15 angeordnet. Der Schalter 4 ist während der Zeit geschlossen, in der der vorgegebene Gasdruck in der Zeitschalteinrichtung 19 den elektrischen Schalter 4 noch nicht geöffnet hat.

Claims (4)

1. Elektrochemische Zeitschalteinrichtung mit einem Hohlkörper (1), der mit einem flüssigen Elektrolyten (6) gefüllt ist und bei dem zwischen zwei Elektroden (2, 3) ein Strom bei Anschließen einer Spannung fließt, dadurch gekennzeichnet, daß im nicht mit dem Elektrolyten (6) gefüllten Teil des Hohlkörpers (1) eine Öffnung (14) vorhanden ist, in der ein mechanisch zu betätigender elektrischer Schalter (4) angeordnet ist, der sich bei einem vorgegebenen Druck des beim Stromfluß durch den Elektrolyten (6) erzeugten Gases öffnet.

2. Elektrochemische Zeitschalteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlkörper (1) zylinderförmig ausgebildet ist, an dessen einem Ende die beiden Elektroden (2, 3) und an dessen offenen anderem Ende der elektrische Schalter (4) angebracht ist.

3. Elektrochemische Zeitschalteinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in den zylinder­ förmigen Hohlkörper (1) ein elastischer Verschluß­ pfropfen (7) eingebracht ist, der durch den Druck des erzeugten Gases entlang der Hohlkörperinnenwand in Richtung auf den Schalter (4) bewegbar ist und der bei dem vorgegebenen Gasdruck diesen Schalter (4) öffnet.

4. Elektrochemische Zeitschalteinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (2, 3) aus Kohlenstoff bestehen und der Elektrolyt (6) eine wässrige Lösung ist.