Beschreibung

Die Erfindung betrifft einen quecksilberfreien

Flüssigkeits-Neigungsschalter mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.

Flüssigkeits-Neigungsschalter, sogenannte Lageschalter oder Schwimmschalter, bestehend aus einem in ein

Glasröhrchen, in dem ein Quecksilbertropfen eingefüllt ist, eingeschmolzenen Elektrodenpaar, sind lange bekannt. Je nach Lage des Schalters, bedingt z.B. durch den Stand einer Flüssigkeit, auf der er schwimmt, stellt der Quecksilbertropfen einen elektrischen

Kontakt zwischen den Elektroden her und setzt dadurch direkt oder indirekt z.B. einen Pumpenmotor in Betrieb. Diese Schalter weisen eine große Zuverlässigkeit und eine hohe Betriebssicherheit auf. Da jedoch nicht auszuschließen ist, daß durch unsachgemäße Handhabung oder Entsorgung das Quecksilber unkontrolliert an die Umgebung abgegeben wird, wurde versucht, das Quecksilber in solchen Schalter durch ungiftige Flüssigkeiten zu ersetzen.

Die DE 91 06 526.7 UI beschreibt beispielsweise einen solchen Schalter, bestehend aus einem Gehäuse aus einem Isolierstoff, wie z.B. Glas, mit mindestens zwei in das Gehäuse führenden Elektroden, wobei das Gehäuse teilweise mit einer elektrisch leitenden Flüssigkeit gefüllt ist, die je nach Lage des Flüssigkeits- Neigungsschalters einen Kontakt zwischen den Elektroden herstellt oder unterbricht, wobei den Elektroden eine elektronische Schaltung zugeordnet ist, die die Spannung unter der Zersetzungsspannung der Flüssigkeit

ER ATZBLÄTT

hält und wobei die Schaltung u.a. aus Widerständen und Halbleiterschaltern besteht und bei Kontakt der Elektroden genügend Strom zum Einschalten eines Aggregats fließen läßt.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Schalter der zuletzt beschriebenen Art zu schaffen, der eine verlängerte Lebensdauer und einen exakt festlegbaren Schaltpunkt bei einem zuverlässigen Schaltverhalten aufweist und der minimale Schalthysteresen besitzt. Aufgabe der Erfindung ist es weiter, einen quecksilberfreien Flüssigkeits-Neigungsschalter zu schaffen, der an verschiedene Schaltungen für WechselSpannung und Gleichstrom adaptiert werden kann.

Diese Aufgabe wird mit den im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 genannten Merkmalen gelöst. Fortbildungen und besondere Ausführungen der Erfindung sind in den jeweils weiteren Ansprüchen umfaßt.

Erfindungsgemäß erfolgt bei einem quecksilberfreien Flüssigkeits-Neigungsschalter, bestehend aus einem Gehäuse aus einem Isolierstoff, wie z.B. Glas, mit mindestens zwei in das Gehäuse führenden drahtförmigen, geraden oder gebogenen Elektroden, wobei das Gehäuse teilweise mit einer elektrisch leitenden Flüssigkeit gefüllt ist, die je nach Lage des Flüssigkeits- Neigungsschalters einen Kontakt zwischen den Elektroden herstellt oder unterbricht und bei dem wenigstens eine Elektrode an ihrer Austrittstelle in das Gehäuseinnere mit einem Isoliermaterial umgeben ist, der Schaltvorgang bei Flüssigkeitskontakt in einem Abstand von der Gehäusewand bei Kontaktgabe und Kontakttrennung schlagartig. Kriechströme sind nahezu unterdrückt, die Flüssigkeit kommt bei einer Lageveränderung des

Schalters plötzlich mit dem Elektrodenmaterial in Kontakt, der ebenso plötzlich abreißt.

Als vorteilhaft hat es sich erwiesen, wenn die wenigstens eine Elektrode ein Stück aus dem

Isoliermaterial herausragt und die Länge des isolierten Abschnitts der Elektrode wenigstens die Hälfte der Strecke zwischen ihrer Austrittstelle in das Gehäuseinnere und dem Punkt an der Gehäuseinnenwand beträgt, auf den die Elektrode gerichtet ist.

Die elektrisch leitende Flüssigkeit besteht bei einem Betrieb mit Gleichstrom vorteilhafterweise aus 95 bis 98 Gewichts-% Alkohol, wie Methanol, Ethanol, Propanol oder einem Gemisch aus diesen und 2 bis 5 Gewichts-%

Wasser, wobei in diesem Alkohol-Wasser-Gemisch 700 bis 1200 μg eines Salzes mit einer Sulfatgruppe gelöst sind. Bei einem Betrieb mit Wechselstrom besteht sie vorteilhafterweise aus 50 bis 97 Gewichts-% Alkohol, wie Methanol, Ethanol, Propanol oder einem Gemisch aus diesen und 3 bis 50 Gewichts-% Wasser besteht, wobei in diesem Alkohol-Wasser-Gemisch 16 bis 280 mg eines Salzes mit einer Sulfatgruppe gelöst sind.

Als h rvorragend verwendbar hat sich als Salz Natriumhydrogensulfatmonohydrat erwiesen.

Der erfindungsgemäße Schalter kann beispielsweise hergestellt werden durch die Schritte: - an Eisen-Nickelelektroden werden drahtförmige, gerade oder gebogene Platinelektroden angepunktet,

- die Schweißstellen und ein Teil der Platinelektroden werden mit Isolierglas umhüllt,

- die so verbundenen Elektroden werden im Bereich der Schweißstellen in ein vorgefertigtes Glasröhrchen

ERSATZBLATT

eingeschmolzen und verschließen dieses von einem Ende, wobei die Platinelektroden in das Glasröhrchen hineinragen und dieses an dem entgegengesetzten anderen Ende einen Einfüllstutzen aufweist, - durch den Einfüllstutzen wird eine elektrisch leitende Flüssigkeit eingefüllt,

- der im Glasröhrchen verbliebene Sauerstoff wird ggf. durch Stickstoff ersetzt,

- der Einfüllstutzen wird entfernt und das Glasröhrchen wird verschlossen.

Ein anderes Herstellungsverfahren umfaßt folgende Schritte:

- an Eisen-Nickelelektroden werden drahtförmige, gerade oder gebogene Platinelektroden angepunktet,

- die Schweißstellen und ein Teil der Platinelektroden werden mit Isolierglas umhüllt,

- eine der verbundenen Elektroden wird im Bereich der Schweißstelle in ein vorgefertigtes Glasröhrchen eingeschmolzen und verschließt dieses von einem Ende, wobei die Platinelektrode in das Glasröhrchen hineinragt und dieses an dem entgegengesetzten anderen Ende einen gegenüber dem Glasröhrchen verjüngten Einfüllstutzen aufweist, - durch den Einfüllstutzen wird eine elektrisch leitende Flüssigkeit eingefüllt,

- der im Glasröhrchen verbliebene Sauerstoff wird ggf. durch Stickstoff ersetzt,

- das Glasröhrchen wird durch Einsetzen und Einschmelzen der zweiten verbundenen Elektrode in den Einfüllstutzen in einem Abstand zu dem Glasröhrchen verschlossen, wobei die Platinelektrode in das Glasröhrchen ragt.

Den Elektroden des erfindungsgemäßen Flüssigkeits-

Neigungsschalters können verschiedene elektronische Schaltungen zugeordnet werden, wobei diese wenigstens ein Halbleiterbauelement besitzen, das zum Schließen oder Öffnen eines Schaltkreises dient.

Bei Anlegen von Wechselstrom, wobei die volle Netzspannung direkt angelegt werden kann, ist das Halbleiterbauelement vorteilhafterweise ein TRIAC und ein weiteres Halbleiterbauelement ist zwischen eine Elektrode und das erste Halbleiterbauelement geschaltet, wobei das zweite Halbleiterbauelement vorteilhafterweise, ein DIAC ist. Zu der Verbindung der Elektrode mit dem zweiten Halbleiterbauelement ist vorteilhafterweise ein Kondensator parallel geschaltet.

Erfolgt die Schaltung mit Gleichstrom, ist das Halbleiterbauelement vorteilhafterweise ein FET (Feldeffekttransistor) oder ein Transistor. Dem Halbleiterbauelement ist vorteilhafterweise wenigstens ein Widerstand und/oder Kondensator vorgeschaltet. Dem FET (Feldeffekttransistor) kann ein Wechselrichter (Linear-IC) vorgeschaltet sein.

Die Elektroden des erfindungsgemäßen Schalters bestehen vorteilhafterweise aus Platin. Sie können jedoch auch aus Kohlenstoff, einer KohlenstoffVerbindung oder einem mit Kohlenstoff vermischten Material oder einem elektrisch leitenden Kunststoff bestehen.

Das Gehäuse ist ein hermetisch verschlossenes

Glasröhrchen oder Kunststoffröhrchen, in dem neben der Flüssigkeit ein Gas, beispielsweise Stickstoff, vorhanden ist. Das Gehäuse kann innen mit Silikon beschichtet sein. Vorteilhafterweise ist es ein gebogenes oder geknicktes Röhrchen oder ein hohler

Ring, wobei das Gehäuse wenigstens eine Einschnürung zur Dämpfung der Bewegung der Flüssigkeit aufweisen kann.

Im Folgenden wird die Erfindung beispielhaft anhand von Zeichnungen näher beschrieben. Dabei zeigen:

Fig. 1) bis Fig. 5) verschiedene Ausführungen eines erfindungsgemäßen Schalters;

Fig. 6) ein Schaltbild einer Ausführungsform der

Erfindung für Wechselspannung; Fig. 7) eine erste Ausführung einer Schaltung eines quecksilberfreien Flüssigkeits- Neigungsschalters für Gleichstrom;

Fig. 8) eine zweite Ausführung einer Schaltung für

Gleichstrom; Fig. 9) eine dritte Ausführung einer Schaltung für Gleichstrom; . Fig. 10) eine vierte Ausführung einer Schaltung für

Gleichstrom.

Eine erste Ausführung eines erfindungsgemäßen quecksilberfreien Flüssigkeits-Neigungsschalters zeigt Fig. 1. In einem Röhrchen 1 aus Glas ist eine der oben beschriebenen Flüssigkeiten 2 eingefüllt. Diese liegt entsprechend der Oberflächenspannung konkav auf dem Boden des Röhrchens 1. In axialer Richtung sind von beiden Seiten Elektroden 3, 4 in das Röhrcheninnere geführt, wobei beide Elektroden aus Eisen- Nickelelektroden 3', 4' bestehen, auf die Platinelektroden 3, 4 aufgepunktet sind. Die Eisen- Nickelelektroden 3' , 4 ' stellen die Verbindung zu einer nicht gezeigten Schaltungsanordnung her, während die Platinelektroden 3, 4 mit der Flüssigkeit iun Berührung

T

kommen. Die Stromführungselektrode 3, 3' ragt nur wenig in das Röhrcheninnere, während die Schaltelektrode 4, 4' den größeren Teil des Röhrchens 1 durchmißt und in einem passenden Schaltabstand zu der Stromführungselektrode endet. Die Schaltelektrode 4, 4' ist weitgehend von einem Isolierglas 5 ummantelt. Kippt der Schalter nach links, so läuft die Flüssigkeit in Richtung der stromführenden Elektrode 13 und schnappt schließlich durch Adhäsionskräfte auf die Schaltelektrode 4. Kippt der Schalter nach rechts, so wird der Stromfluß ebenso schlagartig wieder unterbrochen.

Der Schalter gemäß Fig. 2 entspricht im wesentlichen dem vorgenannten. Allerdings ist hier das Röhrchen 11 zur Einstellung des Schaltpunkts abgewinkelt und die Flüssigkeit befindet sich in dem abgewinkelten Bereich. Die Elektroden 13, 14 sind beide am anderen Ende des Röhrchens 11 angeordnet, wobei die Stromführungslektrode 13 von oben bis auf den Boden des Röhrchens 11 und die Schaltelektrode 14 schräg auf die Stromführungselektrode 13 zuläuft und in einem Abstand von dieser und dem Boden des Röhrchens 11 endet. Die Elektroden 13, 14 sind an ihrer Eintrittstelle in das Röhrchen mit Isolierglas ummantelt. Der Schaltvorgang verläuft, wie oben zu Fig. 1) beschrieben.

Die Schalter gemäß Fig. 3 ist ein Röhrchen 21, das mit der Flüssigkeit 22 fast vollständig gefüllt ist. Es ist nur eine kleine Blase 26 vorhanden. Hier sind kurze Elektroden 23, 24, die mit Isolierglas 25 ummantelt sind, vorhanden.

Fig. 4 offenbart ein Röhrchen 31, in dem ein Elektrodenpaar von einer Seite her eingeführt ist. Die

Elektroden bestehen aus Eisen-Nickelelektroden 33' , 34' auf die Platinelektroden 33, 34 aufgepunktet sind. Die Eisen-Nickelelektroden 33 ' , 34' stellen die Verbindung nach außen her, während die Platinelektroden 33, 34 im Inneren des Röhrchens 31 mit der Schaltflüssigkeit 32 in Verbindung kommen. Die Elektroden sind über den größeren Teil ihrer Länge im Röhrchen 31 mit Isolierglas 35 umhüllt. Das aus dem Isolierglas 35 herausragende Enden der einen Platinelektrode 33 ist in Richtung auf die andere Platinelektrode 32, die sich ganz .parallel zur Achse des Röhrchens erstreckt, abgeknickt.

Eine Ausführung des Schalters als hohler Ring 51 zeigt Fig. 5. Im oberen Bereich des Rings 51 sind, mit Isolierglas 55 ummantelte, Elektroden 53, 54 eingesetzt. Die Flüssigkeit 52 befindet sich im unteren Bereich des Rings 51, wobei eine Einschnürung 57 zur Dämpfung des Flüssigkeitsstroms vorhanden ist. Im unteren Bereich des Ringes befindet sich ebenfalls die Stromführungselektrode 58.

Eine Schaltung des erfindungsgemäßen quecksilberfreien Flüssigkeits-Neigungsschalters ist in Fig. 6 dargestellt. Es handelt sich hier um einen üblichen

Stromkreis mit Wechselstromspannung von 220 V und einer maximalen Stromstärke von 3,5 Amp. Es soll mittels des Flüssigkeits-Neigungsschalters 61, in dem sich, wie oben beschrieben, eine Flüssigkeit 62, eine Stromführungselektrode 63 und eine Schaltelektrode 64 befinden, die beide an ihrer Eintrittstelle mit Isolierglas ummantelt sind, über einen TRIAC 68 ein Stromkreis zum Ein- und Ausschalten eines Aggregats, z.B. eines Pumpenmotors 66, geschlossen werden. In der gezeigten Position des Schalters 61 fließt kein Strom.

Kippt der Schalter 61 nach links, so wird der Stromkreis geschlossen und es kann Strom durch den Schalter 61 fließen. Nach dem Schließen des Schalters 61 liegt nun zu dem Schaltkreis des TRIACS 68 der Stromkreis Kondensator 69 und Schalter 61 parallel. Zu dem Spannungsteilgebilde Kondensator 69 und Schalter 61 kann nun am Punkt X ein Signal abgegriffen werden, welches über einen DIAC 67 der Steuerleitung des TRIACS 68 zugeführt wird, der daraufhin den Stromkreis über den Motor 66 und den TRIAC 68 schließt. Durch die Verwendung des DIACS 67, kann der Strom, der notwendigerweise über den Schalter 61 läuft und für das Durchschalten des TRIACS 68 erforderlich ist, gering gehalten werden. Kippt der Schalter 61 wieder zurück, liegt keine Spannung mehr am Punkt X, der TRIAC 68 kann über den DIAC 67 nicht mehr durchgeschaltet werden und der TRIAC 68 sperrt den Stromkreis für den Motor 66.

Die Schaltung gemäß Fig. 7 ist an eine Gleichstromquelle mit z.B. 12 V angeschlossen. In einer bestimmten Lage schließt der Flüssigkeits- Neigungsschalter 102 den Stromkreis zu einem FET (Feldeffekttransistor) 106. Dem FET 106 ist ein Widerstand 107 mit z.B. 2,2 M vorgeschaltet. Der FET 106 schaltet über ein Relais 104 eine Last 105, wobei hier eine Diode 103 parallel geschaltet ist. Die Diode 103, die den Rückstrom beim Abschalten des Relais 104 vernichtet, kann entfallen, wenn kein Relais 104, sondern z.B. eine Lampe geschaltet wird.

Die Schaltung gemäß Fig. 8 ist ebenfalls an eine Gleichstromquelle mit z.B. 12 V angeschlossen. Der Flüssigkeits-Neigungsschalter 109 schaltet hier zu einem Transistor 115 durch, wobei dem Transistor 115 zwei Widerstände 110 mit z.B. 2,2 M und 330 k und ein

ERSATZBLATT

Kondensator 114 vorgeordnet sind. Über den Transistor 115 wird ebenfalls ein Relais 112 und über dieses eine Last 113 geschaltet, wobei auch hier, wie bei Fig. 8 eine Diode 111 vorgesehen ist.

Bei der Schaltung gemäß Fig. 9, die ebenfalls an eine Gleichstromquelle mit z.B. 12 V angeschlossen ist, schließt der Flüssigkeits-Neigungsschalter 123 den Stromkreis zu einem FET 124, wobei hier ein Wechselrichter (Linear IC) 121 parallel geschaltet ist, der die Gleichspannung ständig umpolt und somit eine Elektrolyse im Flüssigkeits-Neigungsschalter 123 verhindert. Der FET 124 schaltet eine Lampe 126. Zur Regulierung sind verschiedene Widerstände 117 (z.B. mit 10 M vor dem Flüssigkeits-Neigungsschalter 123), 119

(z.B. mit 100 k vor dem Wechselrichter), 120 (z.B. mit 100 k zwischen Lampe 126 und Wechselrichter 121), 122 (z.B. mit 100 k vor dem Wechselrichter 121), 125 (z.B. mit 1 M zwischen Flüssigkeits-Neigungsschalter 123, bzw. Wechselrichter 121 und FET 124) und ein

Kondensator 118 (zwischen Stromquelle und Flüssigkeits- Neigungsschalter 123), wie dargestellt, zwischen-, parallel- oder vorgeschaltet.

Die Schaltung gemäß Fig. 10, die an einer

Gleichstromquelle mit z.B. 10 -50 V angeschlossen ist, zeigt einen mit einer Last 128 und einem FET 129, über den zur Last 128 durchgeschaltet werden kann, verbundenen Flüssigkeits-Neigungsschalter 133, zu dem bei geschlossenem Stromkreis zueinander parallel geschaltete Elemente, nämlich ein Kondensator 131, eine Zener-Diode und ein Widerstand 134, parallel geschaltet sind. ^•