Relais à décharge électrique. La présente invention se rapporte à un relais à décharge électrique.
Dans des dispositifs à décharge il est de coutume d'employer des électrodes thermio- niques et de relier ces électrodes en série avec une source d'alimentation. appropriée par le moyen d'un relais approprié. Il est excessive ment désirable, dans un circuit à décharge, que le dispositif, qui a pour but d'ouvrir et de fermer le circuit, ne soit pas seulement d'opération contrainte, mais qu'en même temps il ne consomme pas d'énergie dans le circuit d'alimentation.
Dans le fonctionnement d'un relais du genre envisagé, une décharge à incandescence est amorcée; et comme au moins une des élec trodes est un élément bimétallique, celui-ci est chauffé par la décharge. Par l'échauffe ment de l'électrode bimétallique, celle-ci flé chit pour venir en contact avec l'autre élec trode, de façon à provoquer un court-circuit avec l'autre électrode et à éteindre la dé charge. Ainsi, l'élément bimétallique est ra- pidement refroidi et remis à sa position nor male, n'ayant de ce fait qu'un contact mo mentané entre les électrodes.
Dans des dispositifs antérieurs de ce genre, le Bimétal était construit de manière à se plier au courber vers l'extérieur sous l'in fluence de la chaleur provoquée par la dé charge, jusqu'à ce qu'il fît contact avec l'au tre électrode. Ce genre particulier de dispo sitif était spécialement efficace en comparai son avec d'autres types de dispositifs em ployés pour la commande de lampes lumi nescentes. La popularité croissante des lampes luminescentes en a fait un article de fabrica tion en masse.
Dans la construction de pareils relais, il était nécessaire de vider leur récipient et de soumettre le relais à un traitement thermique avant d'y introduire l'atmosphère gazeuse. Pendant l'évacuation, les contacts sont espa cés, de manière à éviter une déformation du Bimétal, de sorte que leur écartement origi nal se trouve maintenu. Comme l'ajustement n'est pas parfait, il peut arriver que le bi- métal soit déformé ou bien le socle du disposi tif peut se casser.
Le verre dans le socle possède une très faible résistance à la trac tion, mais, d'autre part, une très haute résis tance à la compression. Il en résulte donc que, lorsque le bimétal se déplace vers l'extérieur vers l'autre électrode, le verre peut se casser dans le voisinage de l'électrode. Si les con tacts s'usent de façon à ne plus se toucher, alors il peut se former un arc de décharge entre les contacts qui peut faire fondre le ré cipient en verre et créer un danger d'incendie.
Un problème important pour construire ce genre de relais était la possibilité de pro duction de parties à tolérance étroite, la possibilité d'inspection des parties et l'ajus tage soigneux dans leur assemblage. Pour l'ajustage, le relais était disposé dans un mi croscope de projection et les fils conducteurs étaient recourbés pour ajuster l'espacement de contact. Le recourbage des fils donne lieu à un déchet considérable par suite de rupture des soudures et de bris du verre.
Pendant l'évacuation, d'autres relais devenaient défec tueux en raison de la rugosité des fils de con tact, occasionnant un blocage des contacts et un écartement inexact. Les frais énormes pour le contrôle des parties, l'ajustement ma nuel et un déchet considérable des parties de relais demandaient une nouvelle construction dont les parties n'exigent pas de trop faibles tolérances ou un ajustement trop exact.
Le but principal de la présente invention est de créer une construction de relais simpli fiée exigeant un minimum d'opérations pour assurer et maintenir les différents éléments du relais en position.
La présente invention concerne un relais à décharge électrique comprenant un récipient clos, une atmosphère gazeuse et deux élec trodes disposées dans ce récipient, l'une de ces électrodes étant constituée par un bimétal à deux lames de coefficients de dilatation différents, fixé par une de ses extrémités à un conducteur, et dont l'extrémité libre est recourbée en forme d'U renversé avec la lame de coefficient de dilatation inférieur située à la face intérieure de 1'U et pouvant venir en contact avec une portion de contact de l'autre électrode.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemples, plusieurs formes d'exécution du relais selon l'invention.
La fig. 1 montre une vue latérale, partie en. coupe, de la forme d'exécution préférée de ce relais.
La fig. 2 est une coupe transversale, à plus grande échelle, suivant la ligne II-II de la fig. 1.
La fig. 3 montre une autre forme d'exécu tion du relais.
La fig. 4 en montre encore une autre forme d'exécution, particulièrement destinée à un circuit de bas voltage de 110 volts par exemple.
La fig. 5 est une coupe transversale à plus grande échelle, suivant la ligne V-V de la fig. 4, tandis que la fig. 6 est une coupe transversale à plus grande échelle, suivant la ligne VI-VI de la fig. 5.
La fig. 7 est un schéma de montage du relais suivant la fig. 1 à l'état d'application. La forme d'exécution montrée à la fig. 1 comprend une enveloppe close 10 en verre qui, après évacuation, est remplie avec une atmosphère ionisable, telle que du néon ou un gaz rare analogue, à une pression qui peut varier d'environ 10 à 100 mm. L'enveloppe est pourvue d'un culot ou socle en verre ren trant 11 se projetant vers l'intérieur de l'en veloppe 10 et présentant une tige d'évacua tion 12, telle qu'employée ordinairement dans la fabrication des lampes à incandescence.
Les conducteurs de courant 13 et 14 pos sèdent chacun une portion étranglée 15 scellée dans le culot de verre rentrant 11. Ils comportent en outre une portion intérieure 16 et 17 de métal, tel qu'un fil ou tige de nickel, s'étendant dans l'intérieur de l'enveloppe 10. Fixée à cette tige 16, par exemple par sou dage, se trouve une électrode bimétallique 18 recourbée en forme générale de<B>U</B> renversé.
Cette électrode bimétallique se compose d'une paire de lames de métal de coefficient de dilatation différent. La lame de métal de coefficient de dilatation inférieur est disposée sur le côté intérieur de<B>PU,</B> tandis que la lame de métal de plus grand coefficient de dilata tion se trouve sur le côté extérieur de l'élec trode en forme de U.
Bien que différentes combinaisons de métal puissent être em ployées, telles que du nickel et du molybdène, il est toutefois préférable d'utiliser de l'acier- nickel à approximativement 36 % de nickel pour la lame à coefficient de dilatation infé rieur de l'électrode bimétallique et de l'acier- chTome-nickel pour la lame de plus grand coefficient de dilatation de l'électrode bimé tallique en forme de<B>U.</B> Cette dernière est avantageusement garnie d'une matière émet trice d'électrons; telle que des oxydes de barium et de strontium.
L'extrémité libre 19 de l'électrode bi métallique porte une barrette de contact 20 y soudée. Un fil coudé 21 est soudé à la tige de l'électrode 17, de façon que sa partie de bout 22 puisse s'engager avec la barrette de contact 20, comme illustré en pointillé à la fig. 1, montrant la position de l'électrode bi métallique sous l'influence de la chaleur de décharge.
Il est à noter que la pression de l'élec trode bimétallique, lorsqu'elle est chauffée, impose un effort de pression sur les élec trodes 16 et 17. Cet effort de pression est transmis au verre entre les électrodes, celui-ci étant toutefois susceptible de résister à cet effort. Si, cependant, l'électrode bimétallique était renversée en construction, de sorte qu'elle presserait contre l'électrode 17, le verre serait capable de sauter entre l'élec trode 17 et la paroi en pente adjacente du culot ou socle rentrant 11.
Dans la construction de la fig. 1, les élec trodes sont réunies, par soudure du fil coudé 21, à la tige 17. La barrette de contact 20, à l'extrémité libre de l'électrode bimétallique, et la soudure de celle-ci, à la tige 16, font ensemble seulement un total de trois soudures dans l'assemblage du dispositif.
La fig. 3 illustre une autre forme d'exé cution du dispositif, dans laquelle l'électrode bimétallique 18 s'engage à cheval par-dessus la tige 17. Dès que la décharge commence, l'électrode bimétallique se contracte et la tringle 20 viendra en contact avec la paroi extérieure de l'électrode 17. Dans cette cons truction, l'électrode bimétallique est soudée à l'électrode 16 et la barrette de contact 20 à l'électrode bimétallique, de sorte que dans cette construction il n'y a que deux soudures.
Dans la fig. 3, l'électrode 17 se compose, de préférence, de tungstène ou de molybdène, tandis que l'électrode 16 se compose préféra- blement de nickel.
Les relais montrés aux fig. 1 et 3 sont appropriés pour l'emploi dans des circuits commerciaux ordinaires de 220 ou 230 volts par exemple.
La présente invention peut cependant aussi être adaptée à des circuits ordinaires de bas voltage, de 110 ou 115 volts par exemple. Pour l'emploi avec un pareil bas voltage, il est indiqué de prévoir des moyens pour abaisser le voltage d'amorçage du relais.
Une forme d'exécution ainsi conditionnée est montrée aux fig. 4, 5 et 6. Cette cons truction ressemble beaucoup à la fig. 1, en ce que l'électrode bimétallique 18, en forme de U renversé, est soudée à la tige 16 et que le fil coudé 22 est soudé à la tige 17. L'électrode bimétallique est coudée en 22 et 23 dans ses branches à proximité de la partie-base 24 de <B>PU,</B> cette partie-base, bombée aux fig. 1 et 3j étant ici aplatie. Cette partie-base aplatie 24. est clairement montrée à la fig. 6.
Une bande de magnésium qui est, d'une part, un peu plus petite que la largeur de ladite partie-base de l'électrode bimétallique et, d'autre part, plus large que la partie entre les coudes 22 et 23, est disposée à angle droit dans la partie-base repliée de l'électrode bimétallique, comme montré à la fig. 6, et recourbée vers en bas de chaque côté, en 25 et 26, comme montré plus clairement à la fig. 5. Cette pièce de magnésium restreint l'espace de décharge entre les deux électrodes et procure ainsi un moyen pour abaisser le voltage d'amorçage entre celles-ci.
Il est à noter que la bande de magnésium est simplement supportée par le fait que les branches de l'électrode bimétallique sont res serrées ensemble pendant l'opération de dé charge, maintenant ainsi la bande de magné sium encore plus fermement en position.
Dans la fabrication, les deux conducteurs de courant sont scellés dans le socle ou culot en verre, et l'électrode bimétallique et les parties de contact y sont soudés et renfermés dans l'enveloppe de verre. L'ampoule est <B><I>.</I></B> itlo .rs évacuée et soumise à un chauffage, d'environ 425 C, pendant approximativement 1 à 1,5 minute. Ensuite, on laisse refroidir jusqu'à ce que l'électrode bimétallique pré sente l'espacement désiré par rapport à l'autre électrode de contact.
Des particules de ma gnésium ou d'un autre métal, tel que du zinc, sont alors appliquées en revêtement sur l'élec trode bimétallique et l'ampoule. Enfin, l'at mosphère gazeuse désirée, telle que du néon, hélium ou argon, est introduite dans l'am poule à une pression de 10 à 150 mm de mercure.
Pour le remplissage de l'ampoule, il est préférable d'utiliser du néon à une pression de mercure de 40 à 100 mm et, de préférence, de 60 mm. L'hélium peut être employé à une pression de mercure de 50 à 100 mm et l'ar gon à une pression de mercure de 10 à 20 mm. Toutefois, on peut aussi utiliser des mélanges de ces gaz et d'autres gaz.
Les relais ci-dessus décrits s'appliquent avec succès aux circuits du genre de celui montré à la fig. 1 du brevet suisse No 215774.
La fig. 7 du dessin annexé montre, à titre d'orientation, l'application du relais, suivant la fig. 1, au circuit d'amorçage d'une lampe luminescente 30. Le courant électrique est amené par l'intermédiaire des conducteurs 31 et 32 aux électrodes à filament 33 et 34 de la lampe 30, ces électrodes, disposées à l'opposé l'une de l'autre, ayant la forme de spires en un métal réfractaire, tel que du tungstène, et étant recouvertes d'une couche de matière à effet d'émission d'électrons, telle que de l'oxyde de baryum, de strontium, etc., pour donner lieu à un flux d'électrons intense lors qu'elles sont chauffées.
Cette lampe peut être remplie d'un gaz rare, tel que le néon, l'argon ou gaz analogue; pour faciliter l'amorçage, quelques gouttes de mercure pouvant être ajoutées à ce gaz. Dans l'un des conducteurs, 31, est prévue une inductance 35. L'une des bornes de cha que électrode est reliée au relais à décharge électrique gazeuse 10, de sorte que lorsque l'interrupteur associé aux conducteurs 31 et 32 est fermé, les électrodes 33 et 34 sont re liées, par l'intermédiaire du relais, en série l'une par rapport à l'autre à la source d'ali mentation, ces électrodes étant ainsi chauf fées à une température d'émission d'électrons.
Lorsque la température des électrodes de la lampe de décharge 30 atteint une valeur suf fisante pour donner à un intense flux d'élec trons, le relais fonctionne automatiquement, de façon à interrompre le circuit de chauf fage en série avec les électrodes.
L'accroissement de voltage concomitant qui est dû à l'inductance 35 après rupture du circuit entre les électrodes du relais 10 donne lieu à une décharge entre les électrodes 33 et 34, de sorte que le courant traverse l'espace à décharge de la lampe 30. Le voltage entre les électrodes du relais est alors trop bas pour maintenir une décharge entre celles-ci jusqu'à l'extinction de la décharge entre les électrodes 33 et 34 de la lampe 30. 36 est un conden sateur relié au travers du relais pour réduire les perturbations de radio produites lors du fonctionnement de la lampe.
Electric shock relay. The present invention relates to an electric discharge relay.
In discharge devices it is customary to employ thermal electrodes and to connect these electrodes in series with a power source. appropriate by means of an appropriate relay. It is excessively desirable, in a discharge circuit, that the device, which aims to open and close the circuit, not only be of forced operation, but at the same time that it does not consume any energy. energy in the power supply circuit.
In the operation of a relay of the kind envisaged, an incandescent discharge is initiated; and since at least one of the electrodes is a bimetallic element, this is heated by the discharge. By heating the bimetallic electrode, the latter flexes to come into contact with the other electrode, so as to cause a short-circuit with the other electrode and to extinguish the discharge. Thus, the bimetallic element is rapidly cooled and returned to its normal position, thereby having only temporary contact between the electrodes.
In earlier devices of this kind, the bimetal was constructed so as to bend outward bending under the influence of the heat caused by the discharge, until it made contact with the water. be electrode. This particular kind of device was especially effective in comparison with other types of devices employed for controlling luminescent lamps. The growing popularity of luminescent lamps has made them a mass-produced item.
In the construction of such relays, it was necessary to empty their container and subject the relay to a heat treatment before introducing the gaseous atmosphere. During evacuation, the contacts are spaced so as to avoid deformation of the bimetal, so that their original spacing is maintained. As the fit is not perfect, the bi-metal may be deformed or the base of the device may break.
The glass in the base has very low tensile strength, but on the other hand very high compressive strength. As a result, therefore, when the bimetal moves outward towards the other electrode, the glass may break in the vicinity of the electrode. If the contacts wear out so that they do not touch each other, then a discharge arc may form between the contacts which can melt the glass container and create a fire hazard.
An important problem in building this kind of relay was the possibility of producing narrow tolerance parts, the possibility of inspection of the parts and the careful adjustment in their assembly. For adjustment, the relay was placed in a projection microscope and the lead wires were bent to adjust the contact spacing. The bending of the wires gives rise to considerable waste as a result of ruptured welds and broken glass.
During the evacuation, other relays became faulty due to the roughness of the contact wires, causing the contacts to jam and inaccurate spacing. The enormous costs of checking the parts, manual adjustment and considerable waste of the relay parts required a new construction, the parts of which do not require too small tolerances or too exact an adjustment.
The main object of the present invention is to create a simplified relay construction requiring a minimum of operations to secure and maintain the various elements of the relay in position.
The present invention relates to an electric discharge relay comprising a closed container, a gas atmosphere and two electrodes arranged in this container, one of these electrodes being constituted by a bimetal with two blades of different expansion coefficients, fixed by one of the electrodes. its ends to a conductor, and the free end of which is curved in the shape of an inverted U with the blade of lower coefficient of expansion located on the inner face of the U and capable of coming into contact with a contact portion of the other electrode.
The appended drawing represents, by way of example, several embodiments of the relay according to the invention.
Fig. 1 shows a side view, part in. section, of the preferred embodiment of this relay.
Fig. 2 is a cross section, on a larger scale, along the line II-II of FIG. 1.
Fig. 3 shows another embodiment of the relay.
Fig. 4 shows yet another embodiment, particularly intended for a low voltage circuit of 110 volts for example.
Fig. 5 is a cross section on a larger scale, taken along the line V-V of FIG. 4, while FIG. 6 is a cross section on a larger scale, taken along the line VI-VI of FIG. 5.
Fig. 7 is a circuit diagram of the relay according to FIG. 1 in the application state. The embodiment shown in FIG. 1 comprises a closed glass envelope 10 which, after evacuation, is filled with an ionizable atmosphere, such as neon or a similar rare gas, at a pressure which may vary from about 10 to 100 mm. The casing is provided with a refracting glass base or plinth 11 projecting inwardly of the casing 10 and having a discharge rod 12, such as is commonly employed in the manufacture of incandescent lamps. .
The current conductors 13 and 14 each have a constricted portion 15 sealed in the re-entrant glass base 11. They further comprise an inner portion 16 and 17 of metal, such as a nickel wire or rod, extending into the interior of the casing 10. Fixed to this rod 16, for example by welding, is a bimetallic electrode 18 bent in the general shape of an inverted <B> U </B>.
This bimetallic electrode consists of a pair of metal blades of different coefficient of expansion. The metal blade of lower coefficient of expansion is disposed on the inner side of <B> PU, </B> while the metal blade of higher coefficient of expansion is located on the outer side of the electrode in U shape.
Although different combinations of metals can be employed, such as nickel and molybdenum, it is however preferable to use approximately 36% nickel steel for the lower coefficient of expansion blade of the blade. bimetallic electrode and steel- chTome-nickel for the blade of greater coefficient of expansion of the bimetallic electrode in the shape of a <B> U. </B> The latter is advantageously packed with a material emitting d 'electrons; such as oxides of barium and strontium.
The free end 19 of the bi-metallic electrode carries a contact strip 20 welded to it. An angled wire 21 is welded to the rod of the electrode 17, so that its end portion 22 can engage with the contact strip 20, as shown in dotted lines in FIG. 1, showing the position of the bi-metallic electrode under the influence of the discharge heat.
It should be noted that the pressure of the bimetallic electrode, when it is heated, imposes a pressure force on the electrodes 16 and 17. This pressure force is transmitted to the glass between the electrodes, the latter however being likely to resist this effort. If, however, the bimetallic electrode were toppled under construction, so that it would press against electrode 17, the glass would be able to jump between electrode 17 and the adjacent sloping wall of the re-entrant cap or plinth 11.
In the construction of FIG. 1, the electrodes are joined, by welding the angled wire 21, to the rod 17. The contact strip 20, at the free end of the bimetallic electrode, and the welding thereof, to the rod 16, together make only a total of three welds in the device assembly.
Fig. 3 illustrates another embodiment of the device, in which the bimetallic electrode 18 engages astride the rod 17. As soon as the discharge begins, the bimetallic electrode contracts and the rod 20 will come into contact. with the outer wall of the electrode 17. In this construction, the bimetallic electrode is welded to the electrode 16 and the contact strip 20 to the bimetallic electrode, so that in this construction there is only two welds.
In fig. 3, electrode 17 is preferably made of tungsten or molybdenum, while electrode 16 is preferably made of nickel.
The relays shown in fig. 1 and 3 are suitable for use in ordinary commercial circuits of 220 or 230 volts for example.
The present invention can however also be adapted to ordinary circuits of low voltage, of 110 or 115 volts for example. For use with such a low voltage, it is advisable to provide means to lower the starting voltage of the relay.
An embodiment thus conditioned is shown in FIGS. 4, 5 and 6. This construction closely resembles fig. 1, in that the bimetallic electrode 18, in the shape of an inverted U, is welded to the rod 16 and that the bent wire 22 is welded to the rod 17. The bimetallic electrode is bent at 22 and 23 in its branches to proximity to the base part 24 of <B> PU, </B> this base part, convex in fig. 1 and 3j being here flattened. This flattened base part 24. is clearly shown in FIG. 6.
A magnesium strip which is, on the one hand, a little smaller than the width of said base part of the bimetallic electrode and, on the other hand, wider than the part between the elbows 22 and 23, is arranged at right angles to the bent base part of the bimetallic electrode, as shown in fig. 6, and curved downwards on each side, at 25 and 26, as shown more clearly in fig. 5. This piece of magnesium restricts the discharge space between the two electrodes and thus provides a means for lowering the ignition voltage between them.
Note that the magnesium strip is simply supported by the fact that the legs of the bimetallic electrode are clamped together during the unloading operation, thus holding the magnesium strip even more firmly in position.
In manufacture, the two current conductors are sealed in the glass plinth or cap, and the bimetallic electrode and contact parts are welded therein and enclosed in the glass casing. The bulb is <B><I>.</I> </B> itlo .rs evacuated and heated, approximately 425 C, for approximately 1 to 1.5 minutes. Then, it is allowed to cool until the bimetallic electrode has the desired spacing from the other contact electrode.
Particles of magnesium or another metal, such as zinc, are then coated onto the bimetallic electrode and bulb. Finally, the desired gaseous atmosphere, such as neon, helium or argon, is introduced into the bulb at a pressure of 10 to 150 mm of mercury.
For filling the bulb, it is better to use neon at a mercury pressure of 40-100 mm, and preferably 60 mm. Helium can be used at a mercury pressure of 50 to 100 mm and argon at a mercury pressure of 10 to 20 mm. However, it is also possible to use mixtures of these gases and other gases.
The relays described above are successfully applied to circuits of the kind shown in fig. 1 of Swiss patent No 215774.
Fig. 7 of the appended drawing shows, by way of orientation, the application of the relay, according to FIG. 1, to the starting circuit of a luminescent lamp 30. The electric current is supplied through the conductors 31 and 32 to the filament electrodes 33 and 34 of the lamp 30, these electrodes, arranged opposite the one on the other, having the form of turns of a refractory metal, such as tungsten, and being covered with a layer of electron-emitting material, such as barium or strontium oxide , etc., to give rise to an intense flow of electrons as they are heated.
This lamp can be filled with a rare gas, such as neon, argon or the like; to facilitate priming, a few drops of mercury can be added to this gas. In one of the conductors, 31, an inductor 35 is provided. One of the terminals of each electrode is connected to the gas electric discharge relay 10, so that when the switch associated with the conductors 31 and 32 is closed, the electrodes 33 and 34 are connected, via the relay, in series with respect to one another to the power source, these electrodes thus being heated to an electron emission temperature .
When the temperature of the electrodes of the discharge lamp 30 reaches a value sufficient to give an intense flow of electrons, the relay operates automatically, so as to interrupt the heating circuit in series with the electrodes.
The concomitant voltage increase which is due to inductance 35 after breaking the circuit between the electrodes of relay 10 gives rise to a discharge between electrodes 33 and 34, so that the current flows through the discharge space of the lamp. 30. The voltage between the electrodes of the relay is then too low to maintain a discharge between them until the discharge between the electrodes 33 and 34 of the lamp 30 is extinguished. 36 is a capacitor connected through the relay to reduce radio disturbances produced during lamp operation.