Betätigungsvorrichtung
Die Erfindung bezieht sich auf eine Verbesserung der im Patentanspruch des Hauptpatentes Nr. 425 477 definierten Betätigungsvorrichtung.
Eine Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes soll nun unter Bezug auf die Zeichnungen genau beschrieben werden. In den Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 eine geschnittene Seitenansicht eines einpoligen, üblicherweise ausgeschalteten Relais (Relais mit einfachem Arbeitskontakt),
Fig. 2 eine ähnliche Ansicht eines Relais mit einfachem Arbeitskontakt,
Fig. 3 eine ähnliche Ansicht eines Relais mit Umschaltkontakt in einer abgeänderten Ausführung,
Fig. 4 eine ähnliche Ansicht eines Relais mit zweipoligen Einschaltkontakten, das eine noch andere, ab geänderte Ausführungsform der Erfindung darstellt,
Fig. 5 eine ähnliche Ansicht einer noch anderen Ausführungsform der Erfindung, nämlich eines symmetrischen oder Gegentaktrelais mit einpoligen Umschaltkontakten, das zur Verwendung in Brückenstromkreisen geeignet ist,
Fig.
6 eine stark vergrösserte, geschnittene Seitenansicht einer abgeänderten Ausführungsform der Erfindung, die aus einem Relais mit einpoligem Arbeitskontakt besteht,
Fig. 7 eine Draufsicht auf einen Schnitt des Relais der Fig. 6, ausgeführt längs der Linie 7-7,
Fig. 8 eine geschnittene Teilansicht eines Relais ähnlich denjenigen der Fig. 1-5, aus der eine abgeänderte Ausführungsform der Heizanordnung ersichtlich ist, und
Fig. 9 eine ähnliche Ansicht von einer zusätzlichen Ausführungsform einer Heizanordnung.
Die Wirkungsweise der Erfindung beruht auf der Verwendung von bestimmten Materialien, die grosse Gasmengen aufnehmen oder abgeben, wenn sie erhitzt oder abgekühlt werden. Wenn eines dieser Materialien oder eine Mischung aus verschiedenen dieser Materialien in einen geschlossenen Behälter gebracht und, falls erforderlich, mit dem nötigen Gas versehen wird, wird durch Anwendung von Wärme oder Hitze auf das Material dieses dazu gebracht, Gas aufzunehmen oder freizugeben.
Die wechselnde Menge des vom Material aufgenommenen Gases bewirkt eine Anderung des Druckes in dem geschlossenen Behälter. Das Material wandelt somit Temperaturänderungen in Druckänderungen um, d. h. es ist ein Wärme-Druckübertrager. Nachstehend wird der Ausdruck Übertragungsmittel gebraucht, wenn auf ein solches Material Bezug genommen wird, obwohl es auch als Gas-tXbertragungsmittel bezeichnet werden kann.
Übertragungsmittel können in drei Hauptklassen unterteilt werden. Die Eigenschaften der von diesen Klassen umfassten Mittel sind in der Schweiz. Hauptpatentschrift Nr. 425 477 genau beschrieben.
Übertragungsmittel der Klasse 1 , die sich allerdings für die vorliegende Erfindung nicht eignen, sind bei Normaltemperaturen stabil, sie zersetzen sich jedoch, wenn sie über eine bestimmte Auslösetemperatur erhitzt werden, wobei grosse Gasmengen abgegeben werden. Bei Materialien der Klasse I ist diese Reaktion nicht umkehrbar, d. h., wenn das Material einmal ausgelöst wurde und sein Gas abgegeben hat, kann es das Gas unter Herstellung der ursprünglichen Verbindung nicht wieder leicht aufnehmen. Die Materialien der Klasse I werden oft als Blähmittel bezeichnet. Typi sche Blähmittel sind ! 1. Celogen (p,p'oxy-bis[Benzol- sulphonyl-hydrazid]), das sich zwischen 151 und 1560 C zersetzt und etwa 110 cm2 Gas je g Material abgibt, wobei das Gas hauptsächlich aus Stickstoff besteht, und 2.
Unicel ND (Dinitrosopentamethylentetramin), das bei einer Erhitzung zwischen 180 und 1900 C 116 cm2 Gas je g Material freigibt, wobei das Gas hauptsächlich aus Stickstoff besteht.
Übertragungsmittel der Klasse II sind dadurch gekennzeichnet, dass sie 1. in ihrem Verhalten umkehrbar (reversible) hinsichtlich der Gasaufnahme und -abgabe sind und 2. bei niedrigen Temperaturen Gas zurückhalten, dieses jedoch bei Erhitzung abgeben. Nach Abkühlung nehmen diese Mittel wieder Gas auf und haben das Bestreben, zu ihrem ursprünglichen Zustand zurückzukehren. Unter den Materialien der Klasse II befinden sich die alkalischen Hydride und die erdalkalischen Hydride und die Hydride bestimmter anderer Metalle. Wie später ausgeführt wird, ist Wasserstoff für die Zwecke der vorliegenden Erfindung ein besonders vorteilhaftes Gas.
Es vereinigt sich mit oder löst sich in den folgenden Materialien der Klasse II auf: Lithium, Natrium, Kalium, Rubidium, Cäsium, Calzium, Radium, Strontium, Francium, Barium, Scandium, Titan, Vanadium, Ytterbium, Zirkon, Niobium, Hafnium, Tantal, den seltenen Erden (Ordnungszahl 57 bis 71), den Aktinidenmetallen (Ordnungszahl 89 bis 103). Palladium kann bei Temperaturen über 3000 C ebenfalls dieser Gruppe zugezählt werden.
Die bis Barium aufgeführten Materialien, einschliesslich Barium, bilden stöchiometrische Hydride. Die nach Barium (z. B. Skandium, Titanium usw.) aufgeführten Materialien werden als Übertragungsmittel der Gruppe B bezeichnet und unterscheiden sich von den anderen dadurch, dass Wasserstoff eher eine Lösung in den Metallen bildet als eine stöchiometrische Verbindung. Die Fähigkeiten von Materialien der Klasse II zur Aufnahme und Abgabe von Gas unterscheiden sich stark von einem Element zum anderen. Beispielsweise absorbiert Titan 335 cm'Wasserstoff je g bei 6000 C, während bei derselben Temperatur Vanadium 10 cm2 je g absorbiert.
Die Materialien der Klasse III nehmen ebenfalls in umkehrbarer Weise Gas auf und geben dieses ab, sie haben jedoch im Gegensatz zu den Übertragungsmitteln der Klasse II die Neigung, bei Erhitzung Gas aufzunehmen und bei Abkühlung dieses freizugeben. Unter den Materialien der Klasse III befinden sich Kupfer, Silber, Molybdän, Wolfram, Eisen, Kobalt, Nickel, Aluminium, Platin, Mangan, Technetium, Rhenium, Osmium, Iridium, Ruthenium, Chrom (über 3000 C) und Rhodium. Mit allen diesen Materialien, die auch als Übertragungsmittel der Gruppe A bezeichnet werden, reagiert Wasserstoff, oder es löst sich Wasserstoff in die sen Materialien auf. Es kann als Regel gelten, dass Materialien der Gruppe A weniger Wasserstoff aufnehmen und abgeben, als dies bei gleichen Gewichten bei Materialien der Gruppe B der Fall ist.
Nickel als typisches Metall der Gruppe A absorbiert etwa 5 cm2 Wasserstoff je g bei 6000 C.
Eine bestimmte Menge eines Übertragungsmittels, das aus einem der vorstehend erwähnten Materialien bestehen kann oder eine Mischung aus verschiedenen dieser Materialien sein kann, wird, falls erforderlich, zusammen mit einem geeigneten Versorgungsgas in einen geschlossenen Behälter gebracht. Der Behälter ist so aufgebaut, dass bei einem gewissen, vorher bestimmten inneren Druck sich ein Teil davon nach aussen bewegt, vorzugsweise in einer Schnappbewegung. Wenn somit das sich innerhalb des Behälters befindliche Übertragungsmittel auf vorbestimmte Höhe erhitzt oder abgekühlt wird, so wird der bewegliche Teil des Behälters örtlich verschoben, und diese Verschiebung wird zum Öffnen oder Schliessen elektrischer Kontakte verwendet. Es wird daher der breite Ausdruck Relais für die Vorrichtungen verwendet, die die Grundzüge der vorliegenden Erfindung verwertet.
Es finden Materialien aus den Klassen II und III von Übertragungsmitteln Verwendung, wobei verschiedene Ausführungsformen der Erfindung die verschiedenen Eigenschaften verwenden, die die verschiedenartigen Klassen von Materialien aufweisen. Nachstehend werden Beispiele aufgeführt, aus denen hervorgeht, wie jede dieser Klassen Verwendung finden kann.
Die Fig. 1 zeigt ein einpoliges, normalerweise geöffnetes Relais 20 für Ein-Ausschaltung (Relais mit einpoligem Arbeitskontakt), bei dem eine flexible Metallmembrane 21 zwischen zwei Platten 22 und 23 aus Metall oder einem anderen nicht porösen Material angeordnet ist. Die Membrane 21 weist eine kreisförmige Blase 24 von vorzugsweise kugelförmiger Gestalt auf, deren konvexe Seite sich in einen Hohlraum 25 in der Platte 23 erstreckt. Die konkave Seite der Blase 24 liegt einer Oberfläche 26 der Platte 22 gegenüber, die einen Teil der Kammer 27 bildet. Die Platten 22 und 23 sind mit der Membrane 21 so verbunden, dass die Kammern 25 und 27 luftdicht sind.
In einer Öffnung 28 in der Kammer 25 ist das offene Ende 29 einer Röhre 30 abdichtend befestigt, deren anderes Ende 31 luftdicht verschlossen ist. Die Röhre besteht aus einem geeigneten, nicht porösen, isolierenden Material, wie z.B. Glas oder Keramik, und enthält eine Menge eines irbertragungsmittels 32, vorzugsweise begastes Material der Klasse II (z. B. Zirkonhydrid). In dieses Übertragungsmittel 32 ist ein Heizdraht 33 eingebettet, dessen Enden 34 und 35 durch die Wand der Röhre 30 mittels luftdichter Buchsen 36 und 37 nach aussen geführt sind. Ein in das Ende 29 der Röhre 30 eingesetzter poröser Stopfen 38 verhindert, dass irgendwelches Übertragungsmittel 32 in die Kammer 25 gelangt, der Stopfen gestattet jedoch einen leichten Gasdurchtritt von der Kammer 25 in die Röhre 30 und umgekehrt.
Da sich die Kammer 25 auf der gleichen Seite der Membrane 21 befindet wie das Über- tragungsmittel 32, kann sie als Übertragungskammer und die Kammer 27 als Übertragungs-Gegenkammer bezeichnet werden. Die Platte 22 hat eine in die Kammer 27 führende Öffnung 39, in die eine zweite, isolierende Röhre 40 abdichtend eingeführt ist, deren Ende 41 sich zur Kammer 27 hin öffnet. Das andere Ende 42 der Röhre 40 ist mittels einer Metallkappe 43 luftdicht verschlossen. Ein Kontaktteil 44 aus Metall ist mit einem Ende 45 an der Kappe 43 befestigt und erstreckt sich längs der Achse der Röhre 40. Das andere Ende 46 des Teiles 44 steht etwas unterhalb der Oberfläche 26 der Platte 22 in die Kammer 27 vor.
Zur Befestigung eines Drahtes 47 an der Kappe 43 und eines Drahtes 48 an der Metallmembran 21 sind Vorkehrungen getroffen.
Das Relais 20 arbeitet wie folgt: Die Blase 24 der Membrane 21 berührt normalerweise das Ende 46 des Kontaktteiles 24 nicht, so dass über das Relais 20 keine elektrische Verbindung zwischen den Drähten 47 und 48 besteht. Wenn jedoch eine elektrische Stromquelle 50 an die Drähte 34 und 35 angeschlossen und der Heizdraht-Stromkreis geschlossen wird, beispielsweise durch Einlegen eines Schalters 51, so fliesst der Strom durch den Draht 33 und hitzt diesen und das umgebende Obertragungsmittel 32 auf. Ist das Ubertragungsmittel 32 von der Klasse II und wurde dieses so behandelt, dass es bei normalen Temperaturen begast ist, dann bewirkt die Wärme des Drahtes 33 die Freigabe von Gas.
Dieses Gas diffundiert durch den porösen Stopfen 38 in die Kammer 25 und erhöht dort den Druck. Nach genügender Gas abgabe ist der Druck in der Kammer 25 genügend hoch angestiegen, damit die Blase 24 der flexiblen Metallmembran 21 gegen das Ende 46 des Kontaktteiles 44 abgelenkt wird und die Verbindung zwischen den Drähten 47 und 48 hergestellt wird. Durch Öffnen des Schalters 51 wird die EMK-Quelle 50 von den Drähten 34 und 35 getrennt, so dass der Strom durch den Draht 33 aufhört und das Übertragungsmittel 32 beginnt, sich abzukühlen. Beim Abkühlen nimmt das Übertragungsmittel das von ihm abgegebene Gas auf, vermindert somit den Druck in der Kammer 25 und gestattet der Blase 24, in ihre normale Form zurückzuspringen und die elektrische Verbindung zwischen den Drähten 47 und 48 zu öffnen.
In der ausgelenkten Stellung stützt sich die Blase 24 gegen die im wesentlichen flache Fläche 26 der Platte 22 ab, da das Ende 46 des Kontaktteiles 24 eine relativ kleine Fläche aufweist und nur geringfügig über der Oberfläche 26 vorsteht. Es wird somit die Ablenkung der Blase 24 begrenzt und eine dauernde Deformation der Membrane 21 verhindert.
Die zur Auslenkung der Blase 24 benötigte Strommenge durch den Draht 33 kann auf verschiedene Weise geändert werden. Eine steifere Membran 21 erfordert normalerweise einen höheren Druck in der Kammer 25 zur Ablenkung. Dieser höhere Druck kann dadurch erzeugt werden, dass das Übertragungsmittel 32 auf eine höhere Temperatur erhitzt wird. Eine grössere Erhitzung des Übertragungsmfttels erfordert jedoch einen grösseren Strom durch den Draht 33. Eine steifere Membran 21 erhöht daher die Strommenge durch den Draht 33, die zur Betätigung des Relais 20 erforderlich ist, während eine schwächere Membrane 21 die erforderliche Strommenge verringert. Verschiedene Ubertragungsmittel 32 erfordern unterschiedliche Temperaturen, um einen vorgegebenen Gleichgewichtsdruck in einem abgeschlossenen Rauminhalt aufrechtzuerhalten.
Es beeinflusst daher die Art des Übertragungsmittels das Relais 20. In gleicher Weise wirken die Volumenverhältnisse der Röhre 30 und der Kammer 25, ebenso die Höhe der Wärmeabfuhr von dem Übertragungsmittel 32, die einen gewissen Einfluss auf den zum Schliessen des Relais 20 erforderlichen Heizstrom hat.
Die zur Wirkung gelangende Steifheit der Membrane 21 kann in einfacher Weise und einstellbar dadurch gesteuert werden, dass der Druck in der Kammer 27 auf der konkaven Seite der Blase 24 verändert wird. Je grösser der Druck in der Kammer 27 ist, desto grösserer Druck ist zur Ablenkung der Blase 24 notwendig. Da der Druck in der Kammer 27 bei der Herstellung des Relais 20 leicht geregelt werden kann, kann der zur Betätigung erforderliche Strom, d. h. die Empfindlichkeit des Relais, ebenfalls leicht eingestellt werden.
Wenn das Relais der Fig. 1 einen beträchtlichen Stromfluss durch die Drähte 47 und 48 unterbrechen soll, dann müssen zusätzliche Erwägungen beim Entwurf der Membran 21 und des Kontaktteiles 44 angestellt werden. Die Kontaktfläche zwischen der Membran 21 und dem Kontaktende 46 wird genügend gross gemacht, damit ein vernachlässigbar kleiner Widerstand für den Stromfluss vorhanden ist, so dass ein grosser Potential abfall längs des Relais 20 vermieden wird und keine Erhitzung des Relais auftritt. Zusätzlich ist es unerwünscht, dass sich die Blase 24 längere Zeit in der Nähe des Endes 46 befindet, diese jedoch nicht berührt, da sonst bei jedem Arbeiten des Relais 20 ein Lichtbogen auftreten würde, der unter Umständen die Kontaktflächen der Membran 21 und des Endes 46 anfressen und deformieren würde.
Die Blase 24 wird vorzugsweise deshalb so gebaut, dass sie eine Schnappwirkung > hat, d. h. sie bleibt im wesentlichen so lange in ihrer Form unverändert, bis der Druck in der Kammer 25 einen bestimmten kritischen Wert erreicht, von dem Punkt an die Kammer 24 gegen das Ende 46 überschnappt. Zum Beispiel hat eine Blase mit 9,52 mm Durchmesser in einer 0,05 mm starken Membran aus Molybdän eine gute Schnappwirkung, wenn ihre Höhe zwischen 0,1 und 0,15 mm beträgt.
Bevorzugte Formen der Übertragungsmittel sind am Schluss granuliert, z.B. auf eine Maschenweite von 200 Maschen, oder liegen in Form kleiner Kügelchen vor, mit einer Grösse von etwa 50 Maschen. Das Über- tragungsmittel 32 kann jedoch auch die Form dünner Stäbe oder Röhren haben, die im Bereich des Fadens 33 angebracht sind. Die Übertragungsmittel können auch in Form von Pulver vorliegen, das zu einem porösen Kuchen in einer geeigneten Grösse gepresst ist, damit es in die Röhre 30 passt. Auf jeden Fall soll das Über- tragungsmittel 32 in einer solchen Form vorliegen, dass das Gas frei zwischen den Teilen fliessen kann.
Wenn das Relais 20 mit Übertragungsmitteln der Klasse II verwendet wird, hat es normalerweise offene Kontakte (Arbeitskontakte), d. h. wenn kein Strom durch den Faden 33 fliesst, dann befindet sich die Blase 24 nicht in Berührung mit dem Ende 46. Wird jedoch ein Übertragungsmittel der Klasse III in der Röhre 30 verwendet, dann kann das Relais 20 als ein normalerweise geschlossenes Relais (Relais mit Ruhekontakt) betrieben werden. In diesem Fall wird ein entgastes Übertragungs- mittel 32, z.B. gepulvertes Nickel, in einer Gasatmosphäre (z. B. Wasserstoff) in die Röhre 30 bei normalen Temperaturen eingebracht und der Gasdruck in der Kammer so eingestellt, dass die Blase 24 in festem Kontakt mit dem Ende 46 steht.
Wenn der Strom durch den Draht 33 fliesst und das Übertragungsmittel 32 aufheizt, nimmt dieses Gas auf und vermindert den Druck in der Kammer 25 bis die Blase 24 von dem Ende 46 weggebogen wird. Wenn der Strom durch den Heizfaden unterbrochen wird, kühlt das Übertragungsmittel 32 ab und gibt das von ihm aufgenommene Gas frei, vermindert somit den Druck in der Kammer 25 und biegt die Blase 24 gegen das Ende 46.
Die Fig. 2 zeigt eine abgeänderte Form des Relais 60. Hier ist wiederum eine Metallmembran 61 zwischen die zwei Platten 62 und 63 eingeschichtet. Eine Blase 64 liegt normalerweise in einem Hohlraum 65, in den sich eine Röhre 66 öffnet, die ein Übertragungsmittel 67 enthält, das für ein normalerweise geschlossenes Relais 60 vorzugsweise der Klasse II angehört. Bei geschlossenem Schalter 69 erwärmt eine Heizspule 68 das Übertragungsmittel 67. An der gegenüberliegenden Seite der Blase 64 ist eine Kammer 70 geeigneter Grösse angeordnet. Beim Relais 60 befindet sich ein Kontakt 71 auf der konvexen Seite der Blase 64 anstelle der konkaven Seite wie in Fig. 1. Es befinden sich daher der Kontakt 71 und das Übertragungsmittel 67 auf der gleichen Seite der Membrane 61 anstelle auf einander gegen überliegenden Seiten.
Mit dem Kontakt 71 ist ein Draht 72 und mit der Membran 61 ein Draht 73 verbunden.
Bei einem Übertragungsmittel 67 der Klasse II in der Röhre 66 ist das Relais 60 normalerweise geschlossen. Wenn der Draht 68 erhitzt wird, erhöht das abgegebene Gas den Druck in der Kammer 65 und biegt die Blase 64 von dem Kontakt 71 weg und unterbricht die Verbindung zwischen den Drähten 72 und 73. Nach Abschalten des Heizstromes kühlt das tXbertragungsmit- tel 67 ab, nimmt das freigegebene Gas auf und vermindert den Druck in der Kammer 65, so dass die Blase 64 in ihre normale Stellung zurückkehrt und. sich gegen den Kontakt 71 legt.
Die Empfindlichkeit des Relais 60 kann durch eine Einstellung des Druckes in der Kammer 70 auf der konkaven Seite der Blase 64 eingestellt werden. Wird bei dem Relais 60 ein Übertragungsmittel 67 der Klasse III verwendet, dann kann es als ein normalerweise ge öffnetes Relais (Relais mit Arbeitskontakt) betrieben werden.
Die Fig. 3 zeigt eine andere abgeänderte Ausführungsform gemäss der vorliegenden Erfindung, und zwar ein einpoliges Relais 80 mit Umschaltkontakt. Die Membran 81 dieses Relais weist eine Blase 82 auf, die normalerweise auf einem Kontaktteil 83 ruht, das auf derselben Seite wie der Behälter 84 für das tÇbertragungs- mittel 85 liegt. Wenn jedoch ein Faden oder Draht 86 das Mittel 85 erhitzt, dann drückt die davon hervorgerufene Gasabgabe die Blase 82 von dem Kontaktteil 83 weg und gegen einen Kontaktteil 87, der sich in einer Kammer 88 auf der dem Übertragungsmittel 85 gegenüberliegenden Seite der Membran 81 befindet. An der Membran 81 ist ein Draht 90 befestigt, während an dem Kontaktteil 83 über eine Kappe 92 ein Draht 91 elektrisch angeschlossen ist.
In ähnlicher Weise steht ein Draht 83 mit dem Kontaktteil 87 über eine Kappe 94 in elektrischer Verbindung.
Wenn das Übertragungsmittel 85 Gas freigibt und der vergrösserte Druck die Blase 82 von dem Kontaktteil 83 wegbiegt und gegen das Kontaktteil 87 hinbiegt, dann wird die Verbindung zwischen den Drähten 90 und 91 unterbrochen und eine Verbindung zwischen den Drähten 90 und 93 hergestellt. Wenn das Übertragungsmittel 85 das von ihm freigegebene Gas aufnimmt, dann kehrt die Blase 82 in ihre Ruhelage am Kontakt 83 zurück, stellt wieder die Verbindung zwischen den Drähten 90 und 91 her und unterbricht die Verbindung zwischen den Drähten 90 und 93. Abhängig davon, ob ein Übertragungsmittel der Klasse II oder der Klasse III verwendet wird, kann die Verbindung zwischen den Drähten 90 und 91 nach Wunsch normalerweise offen oder normalerweise geschlossen sein (Ruhe- oder Arbeitskontakt).
Die Fig. 4 zeigt eine noch andere Ausführungsform dieser Erfindung. Sie besteht in einem zweipoligen, einschaltenden Relais 100, das zwei Membranen 101 und 102 mit entsprechenden Blasen 103 und 104 aufweist, auf deren konkaven Seiten sich getrennte luftdichte Kammern 105 und 106 befinden. Jede Blase 103, 104 hat einen entsprechenden Kontaktteil 107, 108, der jeweils an einer Kappe 110 und 111 befestigt ist, sowie getrennte Drähte 112, 113, die an jeder Kappe 110, 111 befestigt sind. An der Membrane 101 ist ein Draht 114 und an der Membrane 102 ein Draht 115 befestigt.
Die beiden Membran-Kontaktanordnungen sind elektrisch voneinander unabhängig, so dass das Relais 100 zwei getrennte Stromkreise gleichzeitig steuern kann.
Wenn ein Übertragungsmittel 116 Gas in eine Kammer 117 freigibt, die sich auf den den Kontaktteilen 107 und 108 gegenüberliegenden Seiten -der Membranen 101 und 102 befindet, dann lenkt der Druck in der Kammer 117 die Blasen 101 und 192 gegen ihre entsprechenden Kontakte 107 und 108 und stellt getrennte Verbindungen zwischen den Drähten 112 und 114 und den Drähten 113 und 115 her. Wenn das Übertragungsmittel 116 das von ihm abgegebene Gas aufnimmt, fällt der Druck in der Kammer 117 ab, und die Blasen 10-1 und 102 kehren in ihre entspannten Stellungen zurück und unterbrechen die Verbindungen zwischen den Drähten 112 und 114 und den Drähten 113 und 115.
In der Fig. 5 ist eine andere Form der vorliegenden Erfindung dargestellt, und zwar ein polarisiertes Relais 120, d. h. ein solches Relais, das mehr auf den Unterschied zwischen zwei Signalen anspricht als auf ein Signal. Das Relais 120 hat zwei Depots mit Übertragungsmitteln 121 und 122. Die Membrane 123 erfordert keine Blase. Wenn die Blase weggelassen wird, dann erfolgt die Ablenkung der Membrane 123 nach und nach und nicht plötzlich.
Es sind auf gegenüberliegenden Seiten der Membrane 123 zwei Kontaktteile 124 und 125 angebracht, die mit Drähten 126 und 127 verbunden sind. Mit der Membrane 123 ist ein Draht 128 verbunden. Die Drähte 130 und 131 sind an eine elektrische Stromquelle 132 angeschlossen und mit einem Heizdraht 133 im Über- tragungsmittel 121 verbunden, während die Drähte 134 und 135 an eine andere elektrische Stromquelle 136 angeschlossen sind und mit dem Heizdraht 137 im Übertragungsmittel 122 verbunden sind.
Wird in beiden Fällen ein Übertragungsmittel der Klasse II verwendet, dann arbeitet das Relais 120 wie folgt. Stehen die Ströme durch die Heizdrähte 133 und 137 in einem solchen Verhältnis zueinander, dass die Drücke in ihren entsprechenden Kammern 138 und 139 gleich sind, dann verbleibt die Membrane 123 unabgelenkt und in der Mitte zwischen den Kontakten 124 und 125. Wenn jedoch der Strom durch den Heizdraht 133 im Verhältnis zu dem Strom durch den Heizdraht 137 ansteigt (oder wenn in gleicher Weise der Strom durch den Heizdraht 137 im Verhältnis zu demjenigen durch den Heizdraht 133 abnimmt), dann gibt das Der tragungsmittel 121 Gas ab (oder das Übertragungsmittel 122 nimmt Gas auf) mit dem Erfolg, dass der Druck in der Kammer 138 grösser wird als derjenige in der Kammer 139.
Diese Druckdifferenz biegt die Membrane 123 gegen den Kontakt 125 und stellt eine Verbindung zwischen den - Drähten 127 und 128 her. In ähnlicher Weise biegt sich, wenn der Strom durch den Heizdraht 133 im Verhältnis zu dem Strom durch den Heizdraht 137 abnimmt, die Membrane 123 von dem Kontakt 125 weg und legt sich gegen den Kontakt 124 und unterbricht dabei die Verbindung zwischen den Drähten 127 und 128 und stellt eine Verbindung zwischen den Drähten 128 und 126 her.
Die Betätigung des Relais 120 hängt nicht direkt von der Grösse des Stromflusses durch jeden der beiden Fäden 133 und 137 ab, sondern mehr von dem relativen Verhältnis der Stromwerte zueinander. Wenn das Relais so gebaut ist, dass sich die Membrane 123 in der Mitte zwischen den Kontakten 124 und 125 befindet, wenn die Ströme durch die beiden Heizfäden 133 und 137 gleich sind, dann macht die Membrane 123 mit keinem der Kontakte 124 und 125 Kontakt, auch wenn die Ströme durch die Heizdrähte 133 und 137 in einem weiten Bereich verändert werden, jedoch immer gleich bleiben. Das Relais 120 kann wahlweise auch so gebaut werden, dass die Membrane 123 in der Mitte zwischen den Kontakten 124 und 125 bleibt, wenn das Verhältnis - der Ströme durch die Heizdrähte 133 und 137 auf einem bestimmten Wert bleibt.
In diesem Fall können die Ströme durch die Heizfäden 133 und 137 in einen beträchtlichen Bereich unter Beibehaltung ihres Verhält- nisses zueinander verändert werden, wobei die Membrane 123 keinen der beiden Kontakte 124 und 125 berührt.
Im Relais 120 können Übertragungsmittel der Klasse III verwendet werden, ohne dass sich dessen grundlegende Arbeitsweise ändert. Der Aufbau der beiden Heizdrähte 133 und 137 sowohl als auch die relativen Rauminhalte der Kammern 138 und 139 können geändert werden, um die gewünschte Wirkungsweise des Relais sicherzustellen, ohne dass von den eben geschilderten Prinzipien abgewichen wird.
Eine nützliche Abänderung im Aufbau des Relais 120 besteht darin, eine geeignete Vertiefung oder Blase (siehe Fig. 1-4) in der Membrane 123 in der Fläche auszubilden, wo sie die Kammern 138 und 139 trennt, damit sie bei ihrer Bewegung eine Schnappwirkung aus übt. Bei einem solchen Aufbau bleibt die Membrane 123 mit einem der Kontakte 124 oder 125 so lange in Berührung, bis durch eine Änderung der relativen Drücke in den Kammern 138 und 139 genügend Kraft an der Membrane 123 erzeugt wird, damit diese zum anderen Kontakt hinüberschnappt. Die Membrane 123 verbleibt dann an dem letzteren Kontakt so lange, bis eine nachfolgende Druckänderung sie wieder zu dem ersten Kontakt zurückschnappen lässt. Es ist somit keine verlängerte Zeitspanne vorhanden, während der weder zwischen den Drähten 127 und 128 noch zwischen den Drähten 128 und 126 eine Verbindung vorhanden ist.
Bei den Relais nach den Fig. 1 bis 5 werden einzelne oder Mehrfachmembranen, Kontakte oder Zuführeinrichtungen für Übertragungsmittel verwendet. Es ist klar, dass diese verschiedenartigen Anordnungen auf viele Weisen kombiniert werden können, so dass sie zusam- mengesetzte Relais bilden, die verwickelte und unterschiedliche Funktionen ausüben. Es ist beispielsweise keinerlei praktische Grenze vorhanden bezüglich der Anzahl getrennter und von einer einzigen tÇbertragungsmit- telzuführung betätigter Membranen oder der Anzahl der Übertragungsmittelzuführungen, die eine einzelne Membrane betätigen.
Die Fig. 6 und 7 zeigen eine abgeänderte Form eines Relais 150, das sehr klein und flach hergestellt werden kann. Das Relais 150 enthält eine Metallmembrane 151 mit einer Vertiefung oder Blase 152, mit der ein Leiterdraht 153 verbunden ist. Die Membrane 151 ist zwischen zwei Platten 154 und 155 aus isolierendem Material gehaltert, die bei Verwendung für niedrige Temperaturen aus Kunststoff oder bei Verwendung für hohe Temperaturen aus geeigneter Keramik bestehen können.
Mit der Platte 155 ist ein Kontaktknopf 156 aus Metall dicht verbunden, mit dem an der Aussenseite ein Draht 157 in Verbindung steht. Der Stromkreis zwischen den Drähten 153 und 157 ist geschlossen, wenn die Blase 152 gegen den Knopf 156 gedrückt wird. Im anderen Fall ist der Stromkreis offen.
Die Platte 154 ist mit einem Rücksprung 160 versehen, der die Blase 152 aufnimmt und für eine genügende Fläche für eine Kammer 161 an der zum Knopf 156 gegenüberliegenden Seite der Membran und eine Kammer 162 an der gleichen Seite wie der Knopf 156 sorgt. Die Platte 154 kann mit Bohrungen versehen werden, um ein oder mehrere Durchlässe 163 bereitzustellen, die von der Kammer 161 zu der gegenüberliegenden Seite der Platte 154 führen, wo diese flach ausgebildet ist (164). An der Fläche 164 ist ein dünnes elektrisches Widerstands teil 165 aufgedruckt oder anderweitig angebracht, das den Heizdraht für diese Ausführungsform der Erfindung darstellt. An der Oberseite des Heizdrahtes 165 ist eine dünne Lage von Übertragungsmittel 166 aufgebracht, das aus einem geeigneten Hydrid, z. B.
Zirkon-Hydrid oder Titanhydrid, bestehen kann. Oberhalb dieses Hydrids ist unter Freilassung genügenden Platzes zum unbehinderten Gasfluss eine Deckplatte oder ein Teil 167 dicht befestigt, das aus einer mit einer Vertiefung versehenen Plastik- oder Keramikplatte ähnlich den Platten 154 und 155 mit dem Rücksprung 168 bestehen kann oder eine andere Form eines Verschlussteiles aufweisen kann. Wichtig ist dabei nur, dass von dem Übertragungsmittel 166 abgegebenes Gas Zugang zu den Durchlässen 163 erhält, und dass die Teile 154 und 167 luftdicht verbunden werden.
Die Arbeitsweise des Relais 150 ist grundsätzlich dieselbe wie diejenige des Übertragers 20. Das gesamte Relais 150 kann kleiner als 6,4 cm- und dünner als 0,63 cm ausgeführt werden.
Die Fig. 8 und 9 zeigen einige wahlweise Möglichkeiten zur Erhitzung des Übertragungsmittels. Es geht daraus hervor, dass eine direkte Erhitzung mittels eines Drahtes nicht notwendig ist. Die in Fig. 8 gezeigte Anordnung enthält zwei Elektroden 170 und 171, die an entgegengesetzten Enden eines Übertragermaterials 172 unter Freilassung eines zwischen beiden befindlichen Spaltes angeordnet sind. Leiter 173 und 174 verbinden die Elektroden über einen Schalter 175 mit einer Hochspannungsquelle 176. Nach Zuführung der Hochspannung tritt ein Lichtbogen zwischen den Elektroden 170 und 171 auf, der eine sehr schnelle Erhitzung des Über- tragungsmittels 172 und eine rapide Gasabgabe ergibt.
Die Fig. 9 zeigt eine andere Heizungsform, in der eine geschlossene Spule 180 enthalten ist. Die Spule 180 ist in einem Übertragungsmittel 181 eingebettet und wird durch ein an der Aussenseite des Relais befindliches Hochfrequenzfeld erregt, wobei ein geeignetes Material für die Röhre 182, die das Mittel 181 enthält, verwendet wird, so dass kein unerwünschter Abschirmeffekt eintritt.
Die Erfindung ermöglicht die Herstellung einer sehr zuverlässigen und relativ billigen Betätigungsvorrichtung dieser Art.
Aus der vorhergehenden Beschreibung geht hervor, dass sehr kleine Relais hergestellt werden können und dass diese zuverlässig arbeiten. Äussere Drücke haben auf ihre Arbeitsweise keinen Einfluss, wenn beide Membrankammern verschlossen sind. Vibrationen üben keinen Einfluss aus, ausser sie treten in unüblich starker Form auf, und auch dann kann durch geeignete Verwendung der Materialien dieser Einfluss ausgeschaltet werden. Es haben auch äussere Magnetfelder keinen Einfluss, mit der Ausnahme, dass sie zweckdienlicherweise in Verbindung mit der Induktionsheizung nach Fig. 9 verwendet werden, solange die Membrane selbst nichtmagnetisch ist, wie es z. B. beim Molybdän und Kovar der Fall ist. Molybdän und Kovar sind zwei der vorzugsweise verwendeten Materialien für diesen Zweck.
Auch das von dem Heizdraht erzeugte Magnetfeld kann vernachlässigt werden.
Eine Zeitverzögerung kann leicht erzeugt werden, und zwar durch Auswahl der Art des Übertragungsmittels, durch dessen Menge, durch die Heizeigenschaften des Heizdrahtes oder anderer Heizeinrichtungen, durch die Stärke des dem Heizdraht zugeführten Stromes, durch die Steifigkeit der Membran und durch die Drücke in den Membrankammern. Es kann praktisch jeder erwünschte Zeitunterschied erzielt werden. Darüber hinaus kann im Gebrauch die Zeitverzögerung geändert werden, indem ein anfänglicher Strom dem Heizdraht zugeführt wird, der dessen Temperatur bis auf einen bestimmten Punkt bringt, wobei dann auf eine höhere Amperezahl umgeschaltet wird. Diese Vorrichtung kann alle gewünschten Änderungen vornehmen.
Wenn hohe Umgebungstemperaturen das Übertra gnngsmittel beeinflussen können, dann kann das Mittel so gewählt werden, dass dieser Einfluss vermieden oder auf einen Mindestwert gebracht wird. Temperaturen bis zu 11100 C brauchen keinen Einfluss auf die Betätigung der Membran zu haben. Durch Auswahl der richtigen Materialien für die richtige Arbeit gemäss den hier erwähnten Grundlagen kann das Relais bei Temperaturen verwendet werden, die weit über den Temperaturen liegen, bei denen die bekannten Relais Verwendung finden können, wobei die Arbeitsweise einwandfrei und verlässlich ist.