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Vertikale Quecksilberschaltröhre für zeitveränderliche, verzögerte
Schaltung Die Erfindung betrifft eine vertikale Quecksilberschaltröhre für zeitveränderliche,
verzögerte Schaltung.
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Es ist bekannt, Quecksilberschaltorgane herzustellen, bei denen durch
einen magnetischen Schwimm- oder Tauchkörper beim Eintauchen der Quecksilberspiegel
verändert wird.
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Auch ist es bekannt, daßmanidtirchverengteGläsröhren oder Glasdüsen
eine Verzögerung ,der Ein-und Ausschaltvorgänge erreichen kann. Ferner verwendet
man bereits Hohlkörper aus Metall mit Düsen, die man fest in der Röhre einbaut und
in denen man einen Schwimmkörper eintauchen und das Quecksilber durch eine Düse
abfließen läßt. Die bisher bekannten Schaltorgane haben den Nachteil, daß sich die
Düsen bzw. Durchtrittsöffnungen für das Quecksilber im Glas befinden und sich infolgedessen
nicht genau und präzise herstellen lassen. Die Düsendurchmesser können nicht genügend
klein gehalten werden. Deshalb streuen die Verzögerungszeiten sehr stark. Sie lassen
sieh nachträglich nicht mehr ändern, schließlich sind auch die erreichbaren Verzögerungszeiten
verhältnismäßig kurz.
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Diese Nachteile werden gemäß der Erfindung behoben. Es findet eine
vertikale Quecksilberschaltröhre' zylindrischer Gestalt Anwendung, die mit je einer
am oberen und unteren Ende eingeschmolzenen
Elektrode versehen
ist und in der axial ein Tauchgefäß verschiebbar ist, das von einer außerhalb der
Röhre befindlichen Magnetspule oder einem permanenten Magneten betätigt werden kann.
Gemäß der Erfindung ist das mit einer Durchflußdüse versehene Tauchgefäß mit einem
aus Isoliermaterial bestehenden Trennbehälter ausgerüstet, in dessen Quecksilbermenge
die obere Elektrode eintaucht. Der obere Rand dieses Trennbehälters trennt bei Erreichen
der höchsten Stellung des Tauchgefäßes die Quecksilbermengen für die untere und
obere Elektrode, so daß der Stromfluß unterbrochen wird. Dabei ist die Durchflußdüse
im Tauchgefäß so gehalten, daß der nach dem Füllen des Tauchgefäßes gegebene Höhenunterschied
zwischen den beiden Quecksilberspiegeln innerhalb und außerhalb des Tauchgefäßes
während des Ausflusses des Quecksilbers aus dem Tauchgefäß praktisch konstant bleibt.
Damit sind an der Ausflußdüse ein gleichbleibender Druck und eine gleichbleibende
Durchflußgeschwindigkeit und eine der geschöpften Quecksilbermenge proportionale
Ausschaltverzögerung gegeben.
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Gemäß der Erfindung sind die Verzögerungsröhre und die Magnetspule
bzw. der permanente Magnet oder auch beide Teile gggeneinander in der Achsrichtung
der Röhre verschiebbar. Auf diese Weise kann die Eintauchtiefe des Tauchgefäßes
in der Röhre beeinflußt werden, so daß die Verzögerungszeiten für die Schaltvorgänge
beliebig regelbar sind.
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Hat das Tauchgefäß nur eine Durchtrittsöffnung für das Quecksilber,
die beliebig klein und genau gehalten werden kann, so findet das Füllen des Tauchgefäßes
entweder kurzzeitig durch ein Überlaufenlassen des Quecksilbers aus der Röhre statt,
oder das Eintreten des Quecksilbers in das Tauchgefäß erfolgt durch diese Durchflußdüse.
Im ersteren Fall ist ein schlagartiges Einschalten und ein verzögertes Ausschalten
gegeben. Im zweiten Fall kann auch der Einschaltvorgang entsprechend verzögert werden.
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Um weitere Reguliermöglichkeiten zu erzielen, kann beispielsweise
zwecks Erreichung einer Ausschaltverzögerung bei .kurzzeitigem Einschalten die Artordnung
derart getroffen werden,, daß im Tauchgefäß zusätzlich ein Rückschlagventil angeordnet
wird, welches ein rasches Eindringen dies. Quecksilbers in das Tauchgefäß beim Einschaltvorgang
gestattet, während zwecks Verzögerung beim Ausschaltvorgang .dass Quecksilber über
die Durchflußdüse in die . Rölre zurücktritt. Umgekehrt kann auch zwecks Erreichung
eines verzögerten Einschaltvorganges, aber einestkurzzeitigen Awssdha.ltvoiganges,
ein Rückschlagventi1 im Tauchgefäß so angeordnet werden, daß es beim Einschaltvorgang
der Röhre geschlossen ist, während es beim Ausschaltvorgang den Übertritt des Quecksilbers.
aus dem Tauchgefäß in die Röhre kurzzeitig gestattet.
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Die Erfindung ist in Ausführungslbeispielen in der Zeichnung dargestellt,
und zwar zeigen Fig. i und 2,einen Längsschnitt durch eine erste Ausführungsform
einer Quecksilberschaltröhre im ausgeschalteten und eingeschalteten Zustand; Fig.
3 und 4 zeigen Längsschnitte einer zweiten Ausführungsform in entsprechenden Arbeitsstellungen
und die Fig. 5 und 6 Längsschnitte einer dritten Ausführungsform in entsprechenden
Betriebsstellungen. ist eine Magnetspule oder ein permanenter Magnet. 2 ist die
eigentliche zylindrisch gestaltete Quecksilberschaltröhre atis Glas, in die am oberen
und unteren Ende die Elektroden 3 und 4 eingeschmolzen sind. Entweder sind der Magnet
i oder die Röhre 2 oder auch beide gegeneinander axial verschiebbar, um so die Zeiten
der Schaltvorgänge regulieren zu können. _ In der Röhre 2 befindet sich das Quecksilber
5, welches im ausgeschalteten Zustand in zwei Teile s° und, 5b unterteilt wird.
Der Teil 5a ist in ständigem, Kontakt mit der unteren Elektrode 4.
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Erfindungsgemäß ist im Innern der Röhre 2 ein Tauchgefäß 6 axial verschiebbar
angeordnet. Es führt sich mit seinem oberen offenen Rand an der Innenwandung der
Röhre 2. Dieses Tauchgefäß kann aus einem beliebigen magnetischen Material hergestellt
sein und besitzt an seinem unteren Ende eine Durchflußöffnung 7 für das Quecksilber.
Diese Durchflaßöffnung 7 kann von vornherein beliebig klein gestaltet werden, um
damit die entsprechenden Verzögerungszeiten zu erreichen. Im Innern des Tauchgefäßes
6 ist ein Trennbehälter 8 angeordnet, der in einer napfartigen Vertiefung immer
einen Teil 5b des Quecksilbers aufnimmt. Der obere Rand 16 dieses Trennbehälters
8, welcher aus Isoliermaterial bestellt, trennt in der höchsten Stellung des Tauchgefäßes
6 (Fig. i) die Quecksilbermengen 5° und 5b. In die Menge 5b taucht nur die Elektrode-3
ein. Der Stromkreis ist unterbrochen. Gleichzeitig dient die Elektrode 3 als Widerlager,
so daß sich das Tauchgefäß 6 infolge seines Auftriebes im Quecksilber 5 nicht weiter
heben kann.
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Die Wirkungsweise der Ausführung nach den Fig. i bis 2 ist folgende:
Wird der Elektromagnet i erregt, so zieht er das Tauchgefäß 6 aus magnetischem Material
in der Röhre :2 nach unten, beispielsweise bis in die Stellung gemäß Fig. 2 oder
auch tiefer, je nachdem, welche Stellung der Magnet i gegenüber der Röhre 2 hat.
Es sind dabei. zwei Möglichkeiten des Füllens des Tauchgefäßes 6 vorhanden. Wird
das Tauchgefäß 6 so tief herabgezogen, daß das Quecksilber 5 über den oberen Rand
des Täuchgefäßes 6 indessen Inneres tritt, dann erfolgt ein kurzzeitiges Einschalten.
Wird das Tauchgefäß 6 jedoch nicht ganz so weit herabgezogen; daß das Quecksilber
über seinen oberen Rand hinwegtreten kann, dann tritt das Quecksilber 5 durch die
öffnung 7 in das Innere des Tauchgefäßes 6 ein, bis die Quecksilberspiegel im Innern
und außerhalb des Tauchgefäßes 6 etwa die gleiche Höhe erreicht haben.
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Wird nunmehr die Stromzuführung zu dem Magneten i unterbrochen, so
gibt dieser das Tauchgefäß 6 frei. Infolge seines Auftriebes im Innern des Quecksilbers
5 steigt das Tauchgefäß aus der
Stellung gemäß Fig. 2 wieder zurück
in die Stellung gemäß Fig. i, bis die Elektrode 3 ein weiteres Ansteigen verhindert.
Dann ist aber auch derZeitpunkt gegeben, daß der obere Rand 16 des Trennbehälters
8 die Quecksilbermenge in die beiden Teile 5° und 5b trennt (Fig. i). Je nach der
Größe der Durclitrittsöffnung 7 tritt das Quecksilber aus dem Innern des Tauchgefäßes
6 bis zur Erreichung der Stellung gemäß Fig. i in die Röhre 2 zurück. Der Höhenunterschied
lt (Fig. 2) des inneren und äußeren Quecksilberspiegels bleibt dabei während
des Aufwärtsgehens des Tauchgefäßes 6 nahezu konstant. Damit ist an der Durchflußdüse
7 während des Aufwärtsganges des Tauchgefäßes 6 nahezu ein gleichbleibender Druck
vorhanden. Dies bedingt einen gleichmäßigen Verzögerungsgang, dessen Zeitablauf
damit gemäß der Erfindung nur von der Menge des Quecksilbers abhängt, die jeweils
das Tauchgefäß 6 beim Einschaltvorgang aufgenommen hat. Man hat es also durch die
Stellung des Magneten i gegenüber der Röhre 2 in der Hand, das Tauchgefäß 6 beliebig
anzufüllen und damit den Verzögerungsvorgang für das Ausschalten des Gei-;ites zu
beeinflussen.
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Bei der Ausführung nach den Fig. 3 und 4 ist eine Abänderung des Gerätes
nach den Fig. i und 2 wie folgt vorgesehen: Unterhalb des Trennbehälters 8, 9 ist
zusätzlich ein weiterer Boden io mit einem Rückschlagventil i i vorgesehen, welches
unter der Einwirkung einer Feder steht und bei dieser Ausführungsform sich nur nach
oben, d. h. dem Innern des Tauchgefäßes 6, öffnen kann. Unterhalb des Rückschlagventils
i i ist eine Kammer 12 mit Durchtrittsöffnungen 13 vorgesehen. Das Ventil i i führt
sich auf der Ventilstange 14.
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Die Wirkungsweise dieser Ausführung ist folgende: Beim Einschalten
des Magneten i wird das Tauchgefäß 6 wieder nach unten gezogen. Das Ventil i i öffnet
sich entgegen der Federwirkung rasch. Der Einschaltvorgang ist augenblicklich gegeben.
Dagegen ist eine Verzögerung im Ausschaltvorgang dadurch gegeben, daß bei Wegnahme
des Stromes für den Magneten i das Tauchgefäß 6 durch seinen Auftrieb nach oben
ansteigt, dabei aber das Ventil i i geschlossen ist. Das Ventil i i schließt sich
durch Federwirkung und durch die aufdrückende Quecksilbermenge. Das Quecksilber
innerhalb des Gefäßes 6 kann nur durch die Durchflußöffnung 7 in die Röhre 2 zurücktreten.
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Eine umgekehrte Anordnung, bei der eine Verzögerung des Einschaltvorganges,
dagegen ein kurzzeitiges Ausschalten der Vorrichtung gegeben ist, ist in den Fig.
5 und 6 gezeigt. Bei dieser Anordnung ist ein Ventil 15 vorgesehen, welches
sich beim Aufwärtsgang des Tauchgefäßes 6 entgegen seiner Feder öffnet, dagegen
beim Abwärtsgang des Tauchgefäßes 6 durch die Feder und das Quecksilber
ge-
schlossen wird. Beim Einschalten des Magneten i kann das Quecksilber daher
nur durch die Düse 7 in das Tauchgefäß 6 eintreten (verzögerter Einschaltvorgang).
Beim Ausschalten öffnet sich dagegen das Ventil 15, sobald das Tauchgefäß 6 nach
oben geht. Der Ausschaltvorgang ist kurzzeitig. Durch entsprechende Anordnung von
Ventilen, durch verschieden große Ausbildung der Durchflußdüse 7 oder durch mehrfache
Anordnung von Durchflußdüsen 7 können die beliebigsten Gestaltungen des Gerätes
erreicht werden.