CH437481A - Umschalteinrichtung mit zwei gegeneinander gestellten, miteinander mechanisch gekoppelten Bimetallstreifen - Google Patents

Description

  Umschalteinrichtung mit     zwei    gegeneinander gestellten, miteinander mechanisch  gekoppelten     Bimetallstreifen       Für Regel- und Steuergeräte werden Einrichtungen  benötigt, mittels denen ein von einem Geber geliefertes  sehr schwaches Signal, beispielsweise eine sehr kleine  Gleichspannung einer     Messbrücke,    so weit verstärkt  wird, dass ein Stellglied, z. B. ein an die Netzspannung  angeschlossener Motor, gesteuert werden kann.  



  Es ist bekannt, für solche Zwecke     Drehspulrelais     zu verwenden, mittels denen eine     Umschaltkontaktein-          richtung        betätigbar    ist. Es sind für diesen Zweck auch  bereits     Bimetallrelais    bekanntgeworden, bei denen ein       Messorgan,    z. B. eine Tauchspule, eine verstellbare     Heiz-          fahne    oder z. B. eine Drehspule ein bewegbar gelagertes,  durch eine stationäre     Heizvorrichtung        aufgeheiztes     Klötzchen gegenüber einer     Bimetallkontakteinrichtung     steuert.  



       Bimetallrelais    mit Tauchspulen oder Drehspulen ha  ben den Nachteil, dass sie für viele Zwecke zu wenig  robust, nicht erschütterungsfest und empfindlich gegen  Überlastungen sind.  



  Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, eine Bimetall  kontakteinrichtung zu schaffen, bei der sich die Ver  wendung der oben     angeführten    beweglichen und gegen  Erschütterungen sowie elektrischen Überlastungen emp  findlichen     Teile    vermeiden lässt.  



  Gemäss der Erfindung ist eine Umschalteinrichtung  vorgesehen, mit zwei gegeneinander gestellten, mitein  ander mechanisch gekoppelten     Bimetallstreifen,        die    da  durch gekennzeichnet ist, dass mit jedem der     beiden          Bimetallstreifen    ein Transistor wärmeleitend verbun  den ist.  



  In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des       Erfindungsgegenstandes    schematisch dargestellt. Es zei  gen:       Fig.    1 eine Umschalteinrichtung in Verbindung mit  einer     Reglerschaltung    und die       Fig.    2     bis    4 je einen mit einem     Bimetallstreifen     wärmeleitend verbundenen Transistor.  



  In der     Fig.    1 bedeuten 1 und 2 je einen Bimetall  streifen, deren untere Enden in einem Isolierstück 3    festgehalten und deren obere Enden mittels einer  Stange 4 miteinander mechanisch gekoppelt sind. Die  beiden     Bimetallstreifen    1, 2 sind gegeneinander gestellt,  d. h.     ihre    Seiten mit dem grösseren Ausdehnungskoeffi  zienten liegen z. B. einander gegenüber. Durch die me  chanische Kopplung mittels der     Stange    4 wird somit  erreicht, dass Änderungen der Umgebungstemperatur       keinen        Einfluss    auf die Lage der     Bimetalls'trefen    1, 2  haben.  



  Jeder     Bimetallstreifen    1 bzw. 2 trägt einen Kontakt 5  bzw. 6, der gegenüber den     Bimetallstreifen,    z. B. durch  je ein Isolierplättchen 7, elektrisch isoliert und über  je eine flexible Leitung 8 mit Anschlüssen 9 bzw. 10  verbunden ist.  



  Die Kontakte 5, 6 wirken mit Kontakten 11, 12  zusammen, die an üblichen     Kontaktfedern    13 ange  ordnet sind und zu Anschlüssen 14 bzw. 15 führen.  Werden die beiden Anschlüsse 9, 10 miteinander und  mit dem     einen    Pol einer     Wechselspannungsquelle    16  verbunden und die beiden Anschlüsse 14, 15 mit den  Wicklungsenden eines Umkehrmotors 17, dessen Mittel  klemme an den anderen Pol der     Wechselspannungs-          quelle    16 angeschlossen ist, so arbeitet die beschriebene       Bimetall-Kontakteinrichtung    als Umschaltkontakt mit  neutraler Mittelstellung, d. h.

   sind die Kontakte 5, 11  geschlossen, dreht sich der Umkehrmotor 17 in der  einen Drehrichtung, sind hingegen die Kontakte 6, 12  geschlossen, dreht er sich in der entgegengesetzten Dreh  richtung und sind beide Kontaktpaare 5, 11 und 6, 12  geöffnet, steht er     still.     



  Mit jedem     Bimetallstreifen    1, 2 ist nun ein Transis  tor     TI,    bzw.     T2    beispielsweise vom     npn-Typ,    mittels  eines Lotes, Klebers oder einer Kittmasse gut wärme  leitend verbunden, wobei die Verbindungsstelle etwa  in mittlerer Höhe der     Bimetallstreifen    angeordnet ist.  Als Klebemittel eignen sich besonders die für die An  wendung von     Dehnungsstreifen    bekannten Stoffe.  



  Basis,     Emitter    und Kollektor eines jeden Transis  tors     T1    bzw.     T2    sind über flexible Leitungen zu An-           schlüssen    18 bis 23     geführt.        Gemäss    der in der     Fig.    1       dargestellten    beispielsweisen     Reglerschaltung    sind die  beiden     Kollektoranschlüsse    20, 21 untereinander und  mit dem positiven Pol einer     Gleichspannungsquelle    24  verbunden,     während    die beiden     Emitteranschlüsse    19,

    22 über je einen     Emitterwiderstand    25     bzw.    26 mit  einem Verbindungspunkt 27 verbunden sind, welcher  einerseits an den negativen Pol der     Gleichspannungs-          quelle    24 und anderseits an eine Ausgangsklemme eines       transistorisierten    Differenzverstärkers 28 angeschlossen  sind. Mit zwei weiteren Ausgangsklemmen     dieses    Ver  stärkers sind die Basisanschlüsse 18, 19 direkt ver  bunden.  



  Am Eingang des     Differenzverstärkers    28 ist bei  spielsweise die     Messdiagonale        einer        Wheatstonschen          Messbrücke    29 angeschlossen, welche ein die     Messgrösse     erfassendes     Messglied    30, z. B. einen     temperaturemp-          findlichen    Widerstand,     enthält.     



  Ist die     Messbrücke    29 abgeglichen,     liegt    an der       Messdiagonale    keine Spannungsdifferenz, d. h. der Ein  gangsstrom     IE    des Differenzverstärkers ist gleich Null  und die beiden Ausgangsströme     1i,    12 sind, bei glei  chen Kennwerten der verwendeten Transistoren, gleich  gross. Dies hat zur Folge, dass in den beiden belasteten       Transistoren        eine        gleichgrosse        Kollektorverlustleistung     erzeugt wird.

   Die im belasteten Transistorsystem ent  stehende Verlustwärme     wird    über den Wärmewider  stand zwischen der     Kollektorsperrschicht    und dem Tran  sistorgehäuse an dieses weitergeleitet. Da die Gehäuse  der Transistoren     TI,        T2    mit den     Bimetallstreifen    1, 2  gut wärmeleitend verbunden sind, findet ein     direkter     Wärmeübergang     zwischen    den Transistoren und den       Bimetallstreifen    statt,

   so dass beide Bauelemente in  jedem Betriebszustand eine     annähernd    gleiche Tempera  tur     aufweisen.    Die beiden     Bimetallstreifen    1, 2 haben  somit die Tendenz, sich um den gleichen Betrag vonein  ander     wegzubiegen    bzw. gegeneinander zu biegen, was  aber durch die vorgesehene mechanische Kopplung mit  tels der Stange 4 verhindert wird, d. h. die beiden Bi  metallstreifen 1, 2 verbleiben     im:

      betrachteten     Fall     praktisch in der in     Fig.    1 dargestellten Lage, da die       Kraftwirkungen    der     Bimetallstreifen    entgegengesetzt ge  richtet sind und sich deshalb     aufheben.     



  Sind die Ausgangsströme Il, 12 hingegen unter  schiedlich, was bei einer Verstimmung der     Messbrücke     29 eintritt, so ergeben sich auch unterschiedliche     Kollek-          torverlustleistungen,    d. h. der     Transistor        mit    der grösse  ren     Kollektorverlusitleistung    wird den     ihm        zugeordneten          Bimetallstreifen    stärker     erwärmen    als der     Transistor    mit  der kleineren     Verlustleistung    den diesem zugeordneten       Bimetallstreifen    zu erwärmen vermag.

   Die Folge ist,  dass die     Kraftwirkung    des stärker     erwärm@ben    Bimetall  streifens überwiegt. Es ergibt     sich        somit    eine resultie  rende Differenz der Kraftwirkungen, die bewirkt, dass  die beschriebene     Bimetall-Umschalteinrichtung    in Rich  tung der resultierenden Kraftwirkung     ausgelenkt    wird  und dass, je nachdem ob     Il    grösser oder kleiner als 12  ist, die entsprechenden Kontaktpaare 5, 11 oder 6, 12  geschlossen werden, wodurch der Umkehrmotor 17  in der     gewünschten    Richtung zu drehen beginnt.  



  Der vorgesehene mit     Transistoren    bestückte Diffe  renzverstärker weist im Verhältnis zu anderen     Ver-          stärkerarten    eine grosse     Nullpunktsicherheit    auf, was  sich bei     einer        Reg@erschaltung        günstig        auswirkt.    Der  Umstand, dass bei abgeglichener     Messbrücke    durch die    Transistoren     T1,        T2        gleichgrosse    Ruheströme     fliessen,     ist deshalb von     Vorteil,    weil sich dadurch,

   wegen der  quadratischen Abhängigkeit zwischen Strom und er  zeugter Wärme, eine grössere     Empfindlichkeit    ergibt       als    dies der     Fall    wäre, wenn     die        Steuerung    der     Transis-          toren    von einem Ausgangsstrom I = O ausgehen  würde. Ausserdem ergibt     sich    natürlich ein     verstärkter     Effekt durch die Verwendung von Transistoren für die  Erwärmung der     Bimetallstreifen,    da mit den     Transisto-          ren    eine Stromverstärkung erzielt wird.

   An Stelle von  einem Transistor je     Bimetallstreifen    können auch meh  rere, die parallel oder in Reihe geschaltet sind, Ver  wendung finden.  



  Um die beschriebene     Bimetall-Umschalteinrichtung     unempfindlicher gegen äussere     Einflüsse    zu machen,  um die Wärmeableitung klein zu halten und um die Kon  takte gegen     Abbrand,    Oxydation und Verschmutzung  zu schützen, ist es zweckmässig, diese Einrichtung in  ein evakuiertes oder in ein mit einem Schutzgas     ge-          fülltes    Gefäss unterzubringen, wie dies in     Fig.    1 durch  die     Umrandungslinie    31 angedeutet ist.  



  In     Fig.    2 ist     dargestellt,    wie ein Transistor     T1    mit  einem     Bimetallstreifen    gut wärmeleitend verbunden ist.  Die     Löt-,    Kleb- bzw. Kittverbindung ist mit 32 bezeich  net. Es ist zweckmässig, zwischen Transistorgehäuse  und     Bimetallstxeifen    eine möglichst grosse Berührungs  fläche zu haben. Dies     wird,    wie in     Fig.    3     dargestellt,     beispielsweise dadurch erzielt, dass der     Bimetallstreifen    1  an der     Berührungsstelle    eine entsprechend geformte  Verbreiterung 33 aufweist.

   Weist der Transistor keine  geeigneten Flächen für eine direkte wärmeleitende Ver  bindung mit dem     Bimetallstreifen    auf, wird der Transis  tor mit     einem    geeigneten     Kühlkörper    34 versehen, der  dann     mit    dem     Bimetallstreifen    wärmeleitend verbunden  wird.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCHI Umschalteinrichtung mit zwei gegeneinander ge stellten, miteinander mechanisch gekoppelten Bimetall streifen, dadurch gekennzeichnet, d@ass mit jedem der beiden Bimetallstreifen ein Transistor wärmeleitend ver bunden ist. UNTERANSPRÜCHE 1. Umschalteinrichtung nach Patentanspruch I, da durch gekennzeichnet, dass die Gehäusekappen der Tran sistoren mit dem Bimetallstreifen verbunden sind. 2.

   Umschalteinrichtung nach Patentanspruch I und Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Bi- metallstresfen an der Stelle, an welcher die Gehäuse kappe des Transistors mit ihm verbunden ist, eine der Gehäusekappe angepasste Verbreiterung aufweist. 3. Bimetall-Umschalteinrichtung nach Patentan spruch I, dadurch gekennzeichnet, dass ein mit dem Transistorgehäuse verbundener Kühlkörper mit dem Bi metallstreifen verbunden ist. 4. Bimetall-Umschalteinrichtung nach Patentan spruch I und Unteransprüchen 1 bis 3, dadurch ge kennzeichnet, dass die wärmeleitend zu verbindenden Teile miteinander verlötet, verklebt oder verkittet sind.

   PATENTANSPRUCH II Verwendung der Umschalteinrichtung nach Patent- anspruch I, in einer Steuereinrichtung, dadurch gekenn- zeichnet, dass die Transistoren im Ausgangskreis eines transistorisierten Differenzverstärkers geschaltet sind.