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.
Actuator
The invention relates to an improvement of the actuating device defined in claim of main patent no. 425,477.
An embodiment of the subject matter of the invention will now be described in detail with reference to the drawings. In the drawings show:
1 shows a sectional side view of a single-pole, usually switched-off relay (relay with a single normally open contact),
2 shows a similar view of a relay with a simple normally open contact,
3 shows a similar view of a relay with a changeover contact in a modified version,
Fig. 4 is a similar view of a relay with two-pole make contacts, which represents yet another, from modified embodiment of the invention,
Fig. 5 is a similar view of yet another embodiment of the invention, namely a balanced or push-pull relay with single pole changeover contacts suitable for use in bridge circuits.
Fig.
6 is a greatly enlarged, sectional side view of a modified embodiment of the invention, which consists of a relay with a single-pole normally open contact;
FIG. 7 is a plan view of a section of the relay of FIG. 6, taken along the line 7-7;
8 is a partial sectional view of a relay similar to that of FIGS. 1-5, from which a modified embodiment of the heating arrangement can be seen, and
Figure 9 is a similar view of an additional embodiment of a heating assembly.
The mode of operation of the invention is based on the use of certain materials that absorb or release large amounts of gas when they are heated or cooled. When one of these materials or a mixture of several of these materials is placed in a closed container and, if necessary, provided with the necessary gas, the application of heat or heat to the material causes it to take up or release gas.
The changing amount of gas absorbed by the material causes the pressure in the closed container to change. The material thus converts temperature changes into pressure changes, i.e. H. it is a heat-pressure transmitter. In the following, the term transfer medium will be used when referring to such a material, although it may also be referred to as a gas transfer medium.
Transmission media can be divided into three main classes. The properties of the funds included in these classes are in Switzerland. Main patent specification No. 425 477 described in detail.
Class 1 transmission media, which are unsuitable for the present invention, are stable at normal temperatures, but decompose when heated above a certain trigger temperature, releasing large amounts of gas. For Class I materials, this reaction is irreversible; that is, once the material has triggered and given off its gas, it cannot easily reabsorb the gas to make the original bond. Class I materials are often referred to as blowing agents. Typical blowing agents are! 1. Celogen (p, p'oxy-bis [benzene-sulphonyl-hydrazide]), which decomposes between 151 and 1560 C and emits about 110 cm2 of gas per g of material, the gas mainly consisting of nitrogen, and 2.
Unicel ND (dinitrosopentamethylene tetramine), which when heated between 180 and 1900 C releases 116 cm2 of gas per g of material, the gas mainly consisting of nitrogen.
Class II transmission media are characterized in that they 1. are reversible in their behavior (reversible) with regard to gas uptake and release and 2. hold back gas at low temperatures, but release it when heated. After cooling, these agents take up gas again and tend to return to their original state. Class II materials include the alkaline hydrides and the alkaline earth hydrides and the hydrides of certain other metals. As will be explained later, hydrogen is a particularly advantageous gas for the purposes of the present invention.
It combines with or dissolves in the following class II materials: lithium, sodium, potassium, rubidium, cesium, calcium, radium, strontium, francium, barium, scandium, titanium, vanadium, ytterbium, zirconium, niobium, hafnium, Tantalum, the rare earths (atomic number 57 to 71), the actinide metals (atomic number 89 to 103). Palladium can also be added to this group at temperatures above 3000 C.
The materials listed up to barium, including barium, form stoichiometric hydrides. The materials listed after barium (e.g. scandium, titanium, etc.) are known as group B transfer agents and differ from the others in that hydrogen forms a solution in the metals rather than a stoichiometric compound. The ability of Class II materials to absorb and release gas varies widely from one element to another. For example, titanium absorbs 335 cm2 of hydrogen per g at 6000 C, while vanadium absorbs 10 cm2 per g at the same temperature.
Class III materials also absorb and release gas in a reversible manner, but in contrast to class II transmission media, they tend to absorb gas when heated and release it when cooled. Class III materials include copper, silver, molybdenum, tungsten, iron, cobalt, nickel, aluminum, platinum, manganese, technetium, rhenium, osmium, iridium, ruthenium, chromium (over 3000 C) and rhodium. Hydrogen reacts or dissolves into these materials with all of these materials, which are also referred to as group A transfer agents. As a rule, group A materials absorb and release less hydrogen than is the case with group B materials for the same weight.
Nickel as a typical metal of group A absorbs about 5 cm2 hydrogen per g at 6000 C.
A certain amount of a transfer agent, which may consist of one of the above-mentioned materials or a mixture of several of these materials, is placed in a closed container together with a suitable supply gas, if necessary. The container is constructed in such a way that at a certain, predetermined internal pressure, part of it moves outwards, preferably in a snap motion. Thus, when the transmission means located within the container is heated or cooled to a predetermined level, the movable part of the container is displaced locally and this displacement is used to open or close electrical contacts. Thus, the broad term relay is used to refer to the devices which make use of the principles of the present invention.
Materials from classes II and III of transmission media find use, with different embodiments of the invention utilizing the different properties exhibited by the different classes of materials. The following are examples of how each of these classes can be used.
Fig. 1 shows a single-pole, normally open relay 20 for on-off switching (relay with single-pole normally open contact), in which a flexible metal membrane 21 is arranged between two plates 22 and 23 made of metal or another non-porous material. The membrane 21 has a circular bladder 24, preferably of spherical shape, the convex side of which extends into a cavity 25 in the plate 23. The concave side of the bladder 24 faces a surface 26 of the plate 22 which forms part of the chamber 27. The plates 22 and 23 are connected to the membrane 21 so that the chambers 25 and 27 are airtight.
In an opening 28 in the chamber 25, the open end 29 of a tube 30 is sealingly attached, the other end 31 of which is hermetically sealed. The tube is made of a suitable, non-porous, insulating material, e.g. Glass or ceramic, and contains a quantity of a transfer agent 32, preferably a class II fumigated material (e.g. zirconium hydride). In this transmission means 32, a heating wire 33 is embedded, the ends 34 and 35 of which are guided to the outside through the wall of the tube 30 by means of airtight sockets 36 and 37. A porous plug 38 inserted into the end 29 of the tube 30 prevents any transmission medium 32 from entering the chamber 25, but the plug allows easy passage of gas from the chamber 25 into the tube 30 and vice versa.
Since the chamber 25 is located on the same side of the membrane 21 as the transmission medium 32, it can be referred to as the transmission chamber and the chamber 27 as the opposite transmission chamber. The plate 22 has an opening 39 leading into the chamber 27, into which a second, insulating tube 40 is sealingly inserted, the end 41 of which opens towards the chamber 27. The other end 42 of the tube 40 is hermetically sealed by means of a metal cap 43. A metal contact portion 44 is attached at one end 45 to the cap 43 and extends along the axis of the tube 40. The other end 46 of the portion 44 projects into the chamber 27 slightly below the surface 26 of the plate 22.
Provisions are made for attaching a wire 47 to the cap 43 and a wire 48 to the metal diaphragm 21.
The relay 20 works as follows: The bladder 24 of the membrane 21 does not normally touch the end 46 of the contact part 24, so that there is no electrical connection between the wires 47 and 48 via the relay 20. If, however, an electrical power source 50 is connected to the wires 34 and 35 and the heating wire circuit is closed, for example by inserting a switch 51, the current flows through the wire 33 and heats it and the surrounding transmission medium 32. If the transmission medium 32 is of class II and has been treated so that it is gassed at normal temperatures, then the heat of the wire 33 causes the release of gas.
This gas diffuses through the porous plug 38 into the chamber 25 and increases the pressure there. After sufficient gas delivery, the pressure in the chamber 25 has risen sufficiently high that the bladder 24 of the flexible metal membrane 21 is deflected towards the end 46 of the contact part 44 and the connection between the wires 47 and 48 is established. Opening the switch 51 disconnects the emf source 50 from the wires 34 and 35 so that the current through the wire 33 ceases and the transmission medium 32 begins to cool down. As it cools, the transmission medium absorbs the gas it emits, thus reducing the pressure in the chamber 25 and allowing the bladder 24 to spring back into its normal shape and open the electrical connection between the wires 47 and 48.
In the deflected position, the bladder 24 is supported against the essentially flat surface 26 of the plate 22, since the end 46 of the contact part 24 has a relatively small area and projects only slightly above the surface 26. The deflection of the bladder 24 is thus limited and permanent deformation of the membrane 21 is prevented.
The amount of current through wire 33 required to deflect bladder 24 can be varied in a number of ways. A stiffer diaphragm 21 normally requires a higher pressure in the chamber 25 for deflection. This higher pressure can be generated in that the transfer medium 32 is heated to a higher temperature. However, a greater heating of the transmission means requires a greater current through the wire 33. A stiffer diaphragm 21 therefore increases the amount of current through the wire 33 which is required to operate the relay 20, while a weaker diaphragm 21 reduces the amount of current required. Different transmission means 32 require different temperatures in order to maintain a given equilibrium pressure in an enclosed space.
The type of transmission medium therefore influences the relay 20. The volume ratios of the tube 30 and the chamber 25 act in the same way, as does the amount of heat dissipation from the transmission medium 32, which has a certain influence on the heating current required to close the relay 20.
The rigidity of the membrane 21 which takes effect can be controlled in a simple and adjustable manner by changing the pressure in the chamber 27 on the concave side of the bladder 24. The greater the pressure in the chamber 27, the greater the pressure required to deflect the bladder 24. Since the pressure in the chamber 27 can be easily regulated when the relay 20 is manufactured, the current required for actuation, i.e. H. the sensitivity of the relay, can also be easily adjusted.
If the relay of FIG. 1 is to interrupt a substantial flow of current through wires 47 and 48, then additional considerations in the design of membrane 21 and contact member 44 must be made. The contact area between the membrane 21 and the contact end 46 is made sufficiently large so that there is a negligibly small resistance for the current flow, so that a large potential drop along the relay 20 is avoided and the relay does not heat up. In addition, it is undesirable for the bladder 24 to be in the vicinity of the end 46 for a longer period of time, but not to touch it, since otherwise an arc would occur every time the relay 20 is operated, which could possibly affect the contact surfaces of the membrane 21 and the end 46 would erode and deform.
The bladder 24 is therefore preferably constructed to have a snap action; H. it remains essentially unchanged in its shape until the pressure in the chamber 25 reaches a certain critical value, from which point the chamber 24 snaps towards the end 46. For example, a 9.52 mm diameter bubble in a 0.05 mm thick membrane made of molybdenum has a good snap action when its height is between 0.1 and 0.15 mm.
Preferred forms of transfer media are finally granulated, e.g. to a mesh size of 200 meshes, or are in the form of small spheres with a size of about 50 meshes. The transmission means 32 can, however, also have the form of thin rods or tubes which are attached in the area of the thread 33. The transfer means may also be in the form of powder compacted into a porous cake of a suitable size to fit into the tube 30. In any case, the transmission means 32 should be in such a form that the gas can flow freely between the parts.
When the relay 20 is used with class II transmission means it will normally have open contacts (normally open contacts), i.e. H. when no current is flowing through the filament 33, the bladder 24 is not in contact with the end 46. However, if a class III transmission medium is used in the tube 30, then the relay 20 can function as a normally closed relay (normally closed relay ) operate. In this case a degassed transfer medium 32, e.g. powdered nickel, placed in a gas atmosphere (e.g. hydrogen) in the tube 30 at normal temperatures and the gas pressure in the chamber adjusted so that the bladder 24 is in firm contact with the end 46.
When the current flows through the wire 33 and heats the transmission medium 32, this takes up gas and reduces the pressure in the chamber 25 until the bubble 24 is bent away from the end 46. When the flow through the filament is interrupted, the transfer medium 32 cools and releases the gas it has taken in, thus reducing the pressure in the chamber 25 and bending the bubble 24 towards the end 46.
2 shows a modified form of the relay 60. Here again a metal membrane 61 is sandwiched between the two plates 62 and 63. A bladder 64 is normally located in a cavity 65 into which a tube 66 opens which contains a transmission medium 67 which, for a normally closed relay 60, is preferably class II. When the switch 69 is closed, a heating coil 68 heats the transmission medium 67. A chamber 70 of suitable size is arranged on the opposite side of the bladder 64. The relay 60 has a contact 71 on the convex side of the bladder 64 instead of the concave side as in FIG. 1. The contact 71 and the transmission means 67 are therefore on the same side of the membrane 61 instead of on opposite sides.
A wire 72 is connected to the contact 71 and a wire 73 is connected to the membrane 61.
With a class II transmission medium 67 in tube 66, relay 60 is normally closed. When the wire 68 is heated, the released gas increases the pressure in the chamber 65 and bends the bubble 64 away from the contact 71 and breaks the connection between the wires 72 and 73. After the heating current is switched off, the transmission medium 67 cools down, takes in the released gas and reduces the pressure in chamber 65 so that bladder 64 returns to its normal position and. lies against contact 71.
The sensitivity of relay 60 can be adjusted by adjusting the pressure in chamber 70 on the concave side of bladder 64. If a transmission medium 67 of class III is used in the relay 60, then it can be operated as a normally open relay (relay with normally open contact).
3 shows another modified embodiment according to the present invention, namely a single-pole relay 80 with a changeover contact. The membrane 81 of this relay has a bladder 82 which normally rests on a contact part 83 which lies on the same side as the container 84 for the transmission medium 85. If, however, a thread or wire 86 heats the means 85, then the gas release caused thereby pushes the bubble 82 away from the contact part 83 and against a contact part 87 which is located in a chamber 88 on the side of the membrane 81 opposite the transmission means 85. A wire 90 is attached to the membrane 81, while a wire 91 is electrically connected to the contact part 83 via a cap 92.
Similarly, a wire 83 is electrically connected to the contact part 87 via a cap 94.
When the transmission medium 85 releases gas and the increased pressure bends the bladder 82 away from the contact part 83 and bends towards the contact part 87, then the connection between the wires 90 and 91 is interrupted and a connection between the wires 90 and 93 is established. When the transmission means 85 takes up the gas released by it, then the bladder 82 returns to its rest position at the contact 83, re-establishes the connection between the wires 90 and 91 and interrupts the connection between the wires 90 and 93. Depending on whether If a Class II or Class III transmission medium is used, the connection between wires 90 and 91 can be normally open or normally closed (normally closed or normally closed) as desired.
Fig. 4 shows still another embodiment of this invention. It consists of a two-pole, switching-on relay 100 which has two diaphragms 101 and 102 with respective bladders 103 and 104, on the concave sides of which there are separate airtight chambers 105 and 106. Each bladder 103, 104 has a respective contact portion 107, 108 attached to a cap 110 and 111, respectively, and separate wires 112, 113 attached to each cap 110, 111. A wire 114 is attached to the membrane 101 and a wire 115 is attached to the membrane 102.
The two membrane contact arrangements are electrically independent of one another, so that the relay 100 can control two separate circuits at the same time.
When a transfer medium 116 releases gas into a chamber 117 located on the opposite sides of the diaphragms 101 and 102 from the contact portions 107 and 108, the pressure in the chamber 117 directs the bubbles 101 and 192 against their respective contacts 107 and 108 and makes separate connections between wires 112 and 114 and wires 113 and 115. When the transfer medium 116 picks up the gas it emits, the pressure in the chamber 117 drops and the bladders 10-1 and 102 return to their relaxed positions, breaking the connections between the wires 112 and 114 and the wires 113 and 115 .
Referring now to Figure 5, there is shown another form of the present invention, a polarized relay 120; H. such a relay that is more responsive to the difference between two signals than to one signal. The relay 120 has two depots with transmission means 121 and 122. The membrane 123 does not require a bubble. When the bubble is omitted, the deflection of the membrane 123 is gradual rather than sudden.
Two contact parts 124 and 125, which are connected by wires 126 and 127, are attached to opposite sides of the membrane 123. A wire 128 is connected to the membrane 123. The wires 130 and 131 are connected to an electrical power source 132 and are connected to a heating wire 133 in the transmission means 121, while the wires 134 and 135 are connected to another electrical power source 136 and are connected to the heating wire 137 in the transmission means 122.
If a Class II transmission medium is used in both cases, the relay 120 operates as follows. If the currents through the heating wires 133 and 137 are in such a relationship that the pressures in their respective chambers 138 and 139 are equal, then the membrane 123 remains undeflected and in the middle between the contacts 124 and 125. However, if the current through the heating wire 133 increases in proportion to the current through the heating wire 137 (or if, in the same way, the current through the heating wire 137 decreases in relation to that through the heating wire 133), then the carrying means 121 releases gas (or the transfer means 122 decreases Gas on) with the result that the pressure in the chamber 138 is greater than that in the chamber 139.
This pressure difference bends the membrane 123 against the contact 125 and establishes a connection between the wires 127 and 128. Similarly, when the current through heating wire 133 decreases relative to the current through heating wire 137, membrane 123 flexes away from contact 125 and bends against contact 124, breaking the connection between wires 127 and 128 and connects wires 128 and 126.
The actuation of the relay 120 does not depend directly on the size of the current flow through each of the two threads 133 and 137, but more on the relative ratio of the current values to one another. If the relay is built so that the membrane 123 is in the middle between the contacts 124 and 125, if the currents through the two filaments 133 and 137 are equal, then the membrane 123 does not make contact with any of the contacts 124 and 125, even if the currents through the heating wires 133 and 137 are changed over a wide range, they always remain the same. The relay 120 can optionally also be constructed so that the membrane 123 remains in the middle between the contacts 124 and 125 when the ratio of the currents through the heating wires 133 and 137 remains at a certain value.
In this case, the currents through the heating filaments 133 and 137 can be varied within a considerable range while maintaining their relationship to one another, the membrane 123 not touching either of the two contacts 124 and 125.
Class III transmission means can be used in relay 120 without changing its basic mode of operation. The structure of the two heating wires 133 and 137 as well as the relative volume of the chambers 138 and 139 can be changed in order to ensure the desired operation of the relay without deviating from the principles just described.
A useful modification in the construction of relay 120 is to form a suitable indentation or bubble (see Figures 1-4) in diaphragm 123 in the area where it separates chambers 138 and 139 so that they snap together when they move practices. With such a construction, the membrane 123 remains in contact with one of the contacts 124 or 125 until a change in the relative pressures in the chambers 138 and 139 generates sufficient force on the membrane 123 so that it snaps over to the other contact. The membrane 123 then remains on the latter contact until a subsequent change in pressure causes it to snap back to the first contact. Thus, there is no prolonged period of time during which there is no connection between wires 127 and 128 or between wires 128 and 126.
In the case of the relays according to FIGS. 1 to 5, single or multiple membranes, contacts or feed devices are used for transmission media. It will be appreciated that these various arrangements can be combined in many ways to form composite relays that perform intricate and diverse functions. For example, there is no practical limit to the number of separate membranes actuated by a single transfer medium feed or the number of transfer medium feeds actuating a single membrane.
Figures 6 and 7 show a modified form of relay 150 which can be made very small and flat. The relay 150 includes a metal membrane 151 having a recess or bubble 152 to which a conductor wire 153 is connected. The membrane 151 is held between two plates 154 and 155 made of insulating material which, when used for low temperatures, can consist of plastic or, when used for high temperatures, of suitable ceramic.
A contact button 156 made of metal, with which a wire 157 is connected on the outside, is tightly connected to the plate 155. The circuit between wires 153 and 157 is complete when the bladder 152 is pressed against the button 156. Otherwise the circuit is open.
The plate 154 is provided with a recess 160 which receives the bladder 152 and provides sufficient surface for a chamber 161 on the side of the membrane opposite to the button 156 and a chamber 162 on the same side as the button 156. The plate 154 can be bored to provide one or more passages 163 leading from the chamber 161 to the opposite side of the plate 154 where it is flat (164). On the surface 164, a thin electrical resistance part 165 is printed or otherwise attached, which represents the heating wire for this embodiment of the invention. At the top of the heating wire 165 a thin layer of transfer agent 166 is applied, which is made of a suitable hydride, e.g. B.
Zirconium hydride or titanium hydride. Above this hydride, a cover plate or a part 167 is tightly fastened, leaving sufficient space for the unimpeded gas flow, which can consist of a plastic or ceramic plate provided with a recess similar to the plates 154 and 155 with the recess 168 or have some other form of closure part can. It is only important that the gas released by the transmission means 166 has access to the passages 163 and that the parts 154 and 167 are connected in an airtight manner.
The operation of the relay 150 is basically the same as that of the transmitter 20. The entire relay 150 can be made smaller than 6.4 cm and thinner than 0.63 cm.
Figures 8 and 9 show some optional ways of heating the transfer medium. It can be seen from this that direct heating by means of a wire is not necessary. The arrangement shown in FIG. 8 contains two electrodes 170 and 171, which are arranged at opposite ends of a transmitter material 172, leaving a gap between the two free. Conductors 173 and 174 connect the electrodes to a high-voltage source 176 via a switch 175. After the high voltage is supplied, an arc occurs between the electrodes 170 and 171, which results in very rapid heating of the transmission medium 172 and rapid gas release.
Fig. 9 shows another form of heating in which a closed coil 180 is included. The coil 180 is embedded in a transmission means 181 and is excited by a high-frequency field located on the outside of the relay, a suitable material being used for the tube 182 which contains the means 181, so that no undesirable shielding effect occurs.
The invention enables a very reliable and relatively inexpensive actuator of this type to be manufactured.
From the foregoing description it can be seen that very small relays can be made and that they work reliably. External pressures have no influence on their mode of operation when both diaphragm chambers are closed. Vibrations have no influence unless they occur in an unusually strong form, and even then this influence can be eliminated by suitable use of the materials. External magnetic fields also have no influence, with the exception that they are expediently used in connection with the induction heating according to FIG. 9, as long as the membrane itself is non-magnetic, as is the case e.g. B. is the case with molybdenum and kovar. Molybdenum and Kovar are two of the preferred materials used for this purpose.
The magnetic field generated by the heating wire can also be neglected.
A time delay can easily be created by selecting the type of transmission medium, its amount, the heating properties of the heating wire or other heating means, the strength of the current supplied to the heating wire, the stiffness of the membrane and the pressures in the membrane chambers . Virtually any time difference desired can be achieved. In addition, the time delay can be changed in use by supplying an initial current to the heating wire which brings its temperature up to a certain point, then switching to a higher amperage. This device can make any desired changes.
If high ambient temperatures can influence the transmission medium, then the medium can be chosen so that this influence is avoided or brought to a minimum value. Temperatures of up to 11100 C do not need to have any influence on the actuation of the diaphragm. By choosing the right materials for the right work in accordance with the principles mentioned here, the relay can be used at temperatures that are well above the temperatures at which the known relays can be used, the operation being flawless and reliable.