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Die Erfindung betrifft jene elektrischen Fernwirkeinrichtungen, bei denen die Steuerung des
Gebers und des Empfängers durch Bimetallelemente erfolgt, die von der Stromwärme abhängig sind.
Die Einrichtung besteht aus einem Geber und einem oder mehreren Empfängern, wobei der
Geber von einem Zeiger gesteuert wird, dessen Antrieb durch irgendwelche Messinstrumente oder sonstige Apparate, z. B. Ventile usw. erfolgen kann.
Der Geber besitzt ein Kontaktsystem, das korrespondierende Bimetalldrehsyteme durch Stromimpulse elektrisch beeinflusst, da das Bimetallsystem des Empfängers und des Gebers in Reihe geschaltet sind.
Die Steuerung der miteinander elektrisch verbundenen Bimetallsysteme erfolgt derart, dass diese mit einem Dauerstrom, der nicht über die Kontakte fliesst und einem zusätzlichen Überlagerungsstrom, der über die Kontakte fliesst, erwärmt werden. Die Winkelverdrehung der Bimetallsysteme ergibt sich jeweils aus dem labilen Gleichgewicht zwischen zugeführter und abgeführte Wärme. Der Grundstrom ist normaler Weise konstant und ist durch feste Widerstände und die Widerstände der Bimetallsysteme bestimmt. Die Winkelverdrehung der Bimetalldrehsysteme wird durch Überlagerungs- ströme hervorgerufen, deren Amplitude ebenfalls durch feste Widerstände und durch den Kontaktdruck bestimmt ist.
Für die Steuerung bestehen daher drei charakteristische Stromstufen, u. zw. der Minimalstrom, der Mittelwert in Form des Grundstromes und der Maximalstrom. Zwischen diesen drei Werten pendelt die Stromkurve. Dieser oszillatorische Vorgang resultiert aus der Störung des Gleichgewichtszustandes durch die Bewegung des Zeigers, dessen Stellung übertragen werden soll, durch Spannungsschwankungen des Netzes, durch Temperaturschwankungen des Raumes. Durch diese Störungen ändert sich der Kontaktdruck und hiedurch die Amplitude des zusätzlichen Stromes und verursacht eine Drehung des Bimetallsystemes des Gebers. Bei diesem Vorgang ist das Steuersystem bestrebt, einen neuen Gleichgewichtszustand zu erreichen, wobei der Kontaktdruck zwischen dem Maximum bis Null pendelt.
Es tritt also zu dem labilen Gleichgewichtszustand von zu-und abgeführter Wärme noch eine dritte Komponente, d. i. der Kontaktdruck.
Als vorübergehende Erscheinung kann eintreten, dass der labile Gleichgewichtszustand erreicht wird, dies aber nur unter der Voraussetzung, dass der Strom an den Kontakten von einer Grössenordnung ist, die dem labilen Temperaturzustand der gesteuerten Bimetallsysteme entspricht. Die Wahrscheinlichkeit, dass die drei Grössen derart aufeinander abgestimmt sind, dass ein stationärer Zustand erreicht wird, ist in der Praxis gering.
Der Übergang von einem Gleichgewichtszustand zum andern erfolgt in einem Zeitintervall, das abhängig ist von der Grösse der Bewegung des Zeigers, dessen Stellung übertragen werden soll und von der Grösse des zusätzlichen Stromes. Die Faktoren, die das Messsystem beeinflussen, ändern sich dauernd, so dass eine schwach oszillierende Bewegung der Zeiger der Drehsysteme verursacht wird, die dem Auge kaum wahrnehmbar ist, so dass diese in Ruhe zu sein scheinen.
Da die zugeführte Wärme nicht nur durch die Stromstärke bestimmt ist, sondern auch durch die Zeit, während der der Strom auf die Systeme einwirkt, so ist die Stellung der Zeiger von der augenblicklichen Amplitude
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und Zeitdauer des Steuerstromes abhängig. Die Systeme von Empfänger und Geber sind aufeinander abgestimmt, so dass beide untereinander hinsichtlich der Abhängigkeit, von der Amplitude und der Dauer des Steuerstromes korrespondieren.
Fig. 1 zeigt eine schematische. Darstellung der erfindungsgemässen Anordnung. Fig. 2 zeigt das prinzipielle Schaltbild, Fig. 3 zeigt einen Querschnitt durch eine Kontaktbahn, Fig. 4 zeigt die Daraufsicht auf die Kontaktbahn des Gebers und Fig. 5 zeigt einen Querschnitt durch den Kontakt des Kontaktzeigers.
Gemäss Fig. 1 ist ein Mittelzeiger e mit einem Bimetallelement b verbunden. Der Kontakt des Mittelzeigers e steht ständig zwischen den Kontakten d und e des angetriebenen Zeigers, dessen Stellung übertragen werden soll. Im gleichen Stromkreise wie die Bimetallfeder b liegen die Bimetallelemente bl, die den Empfängern angehören. Durch diese elektrische Verbindung erhalten die Bimetallelemente bl dieselben Stromimpulse wie das Bimetallelement b am Geber, so dass sie im gleichen Sinne betätigt werden.
Die Drehsysteme bund bl bestehen aus enggewickelten Bimetallstreifen in Schraubenform oder in Form einer Spirale, die bei einer Veränderung der Temperatur eine Drehbewegung ausführen.
Die Drehbewegung wird auf eine Achse übertragen. Die Durchbildung des Bimetalldrehsystemes geschieht derart, dass der Bimetallstreifen eine grosse Länge und einen kleinen Querschnitt erhält. Auf diese Weise wird ein-nennenswerter Ohmscher Widerstand erzielt, so dass die Stromstärke zur Erzeugung der Joulschen Wärme im System die praktischen Grenzen nicht überschreitet und dass die im Dauerbetrieb erzeugte Erwärmung keinerlei Schäden an der Apparatur hervorrufen kann. Durch die vorgeschlagene Bemessung des Bimetallstreifens wird ausserdem eine grosse Achsdrehung des Systemes bei Temperaturschwankungen erreicht, so dass die Achse auch bei kleinen Temperatur- änderungen einen grossen Zeigerausschlag hervorrufen kann.
Die innere Festigkeit des Drehsystemes wird dadurch erreicht, dass der Querschnitt des Bimetallstreifens bei kleiner Dicke eine verhältnismässig grosse Breite erhält und dass die Durchmesser der Windungen klein gehalten werden.
Da die Bimetallsysteme bund bl beim Stromdurchgang in labilem Temperaturgleichgewicht zur Raumtemperatur stehen, muss die Änderung der Raumtemperatur kompensiert werden. Dies geschieht erfindungsgemäss durch die in den Fig. 1 und 3 dargestellten Bimetallsysteme g und gl, die mit den elektrisch geheizten Systemen bund bl gleichachsig angeordnet sind. Die Bimetallsysteme g und gl unterliegen nur dem Einflusse der Raumtemperatur und haben bei einem Ansteigen der Raumtemperatur den entgegengesetzten Drehsinn als die elektrisch geheizten Bimetallsysteme bund bl.
Die Wirkungsweise der Anlage, die aus Fig. 2 hervorgeht, ist wie folgt : Der Kontaktzeiger e steht in elektrischer Verbindung mit dem Drehsystem und mit den Widerständen h und i und der Stromquelle. Die Kontakte c und d sitzen voneinander isoliert auf der Welle a und nehmen so an ihrer Drehung teil. Der Kontakt d ist über einen Widerstand m mit dem Widerstand i und der Stromquelle k verbunden, während der Kontakt c über einen Widerstand n mit dem andern Pole der Stromquelle in Verbindung steht. Der Abstand zwischen den Kontakten kann so klein sein, dass nur ein geringer Luftspalt zwischen den Kontakten e, e und d vorhanden ist.
Bei offenen Kontakten fliesst ein Dauerstrom bestimmter Grösse von der Stromquelle c über
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und damit das Kontaktpaar d und c eine Bewegung aus, beispielsweise so, dass die Kontakte d und e zum Anliegen kommen, so fliesst durch die Bimetalldrehsysteme ausser dem Dauerstrom noch ein
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den Drehsystemen bund bl zur Stromquelle zurück. Hiedurch findet eine stärkere Erwärmung der Bimetalldrehsysteme statt und gleichzeitig ein grösserer Zeigerausschlag beider Systeme. Durch die Drehung von b wird der Kontaktdruck zwischen d und e geringer und der Teilstrom kleiner, bis der Gleichgewichtszustand vorhanden ist.
Führt a dagegen eine entgegengesetzte Bewegung aus, so dass der Kontaktzeiger e mit dem Kontakt e in Berührung kommt, so fliesst ein Strom über n, der den Dauerstrom verringert, so dass eine Abkühlung der Drehsysteme b und bi eintritt. Diese Abkühlung bewirkt eine Drehung der Bimetalldrehsysteme in der entgegengesetzten Richtung, wodurch die Drehung des Bimetallsystemes b den Kontaktdruck zwischen e und c so weit herabmindert, bis wieder Gleich- gewichtszustand herrscht.
Durch die hohe Ansprechgeschwindigkeit, die das stromdurchflossene Bimetalldrehsystem besitzt, folgt der Kontakt e der Bewegung des stromschliessenden Kontaktes sofort, wobei die Relativbewegung zwischen beiden Kontakten so gering ist, dass eine gänzliche Loslösung der Kontakte durch die Federwirkung vermieden wird. Nur wenn der Kontakt e die Mittelstellung erreicht, kann eine gänzliche Loslösung der Kontakte stattfinden.
Gemäss den Fig. 3 und 4 sind die Kontakte d, e und c des Gebers so angeordnet, dass sie sich, ständig zwischen den Polen eines Magneten o bewegen. Als Elektromagnet besitzt dieser eine Wicklung p die in dessen Hohlraum untergebracht sein kann und von einer Stromquelle 7 gespeist wird. Die Kraftlinien des Magnetfeldes verlaufen unter einem Winkel von 90 zur Kontaktbahn. Gemäss Fig. 4 ist der mittlere Kontakt e des Gebers federnd ausgebildet und mit ferromagnetischem Material armiert, wie aus Fig.. S ersichtlich ist.
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Fig. 5 zeigt einen Schnitt durch den Kontakt e. Hiebei bedeutet r ein U-förmig gebogenes dünnes Blech aus Edel-bzw. Spezialmetall, wie solches für Kontakte geeignet ist. s stellt einen Körper aus Eisenblech dar, der zur Konzentration der magnetischen Kraftlinien in der Kontaktbahn dient.
Die Stromquelle 7G. kann bei entsprechender Bemessung von p mit der Stromquelle k identisch sein.
Der Kontakt e wird durch das Magnetfeld derart beeinflusst, dass eine Klebwirkung an den Kontakten sowie eine Funkenbildung vermieden wird. Die federnde Anordnung ermöglicht eine weiche allmähliche Kontaktgabe, so dass die Veränderung des Kontaktwiderstandes mit trägen Instrumenten gemessen werden kann.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Fernwirkeinrichtung, bei der die Fernübertragung einer Stellung eines Anzeige-, Steueroder Regelorganes durch einen mit Kontakten versehenen Geber erfolgt, der ein elektrisch gesteuertes Bimetallelement besitzt, das in einem Stromkreis mit an den Empfängern vorhandenen, korrespondierenden Bimetallelementen liegt, dadurch gekennzeichnet, dass die Bimetallelemente durch einen Dauerstrom erwärmt werden, der durch Zu-oder Abschalten von elektrischen Widerständen mit Hilfe der Kontakte gesteuert wird.