DE1139921B

DE1139921B - Electrothermal actuation device

Info

Publication number: DE1139921B
Application number: DEM38638A
Authority: DE
Inventors: Robert Washburn Fritts
Original assignee: Minnesota Mining and Manufacturing Co
Current assignee: 3M Co
Priority date: 1957-08-15
Filing date: 1958-08-14
Publication date: 1962-11-22
Also published as: CH414862A; NL107444C; BE570339A; NL230540A; US3038049A; GB870201A

Description

DEUTSCHESGERMAN

PATENTAMTPATENT OFFICE

M 38638 Vnic/21gM 38638 Vnic / 21g

ANMELDETAG: 14. AUGUST 1958REGISTRATION DATE: AUGUST 14, 1958

BEKANNTMACHUNG DER ANMELDUNG UNDAUSGABEDER AUSLEGESCHRIFT: 22. NOVEMBER 1962NOTICE THE REGISTRATION ANDOUTPUTE EDITORIAL: NOVEMBER 22, 1962

Die Erfindung betrifft eine elektrothermische Betätigungsvorrichtung, wie sie z. B. zum Betätigen von mechanischen oder elektrischen Schalteinrichtungen oder Ventileinrichtungen Verwendung finden kann. Insbesondere kann eine solche Vorrichtung auch als ein polarisiertes und mit Zeitverzögerung arbeitendes Relais dienen. Derartige Betätigungsvorrichtungen besitzen Betätigungsglieder, die im gegenseitigen Abstand zueinander angeordnet sind und auf Temperaturänderungen ansprechen. Jedes dieser Glieder weist einen seine Stellung in Abhängigkeit von der Temperatur ändernden Abschnitt auf, und die Stellungsänderungen der zusammenwirkenden Glieder werden zum Betätigen der Vorrichtung ausgenutzt.The invention relates to an electrothermal actuating device, how they z. B. to operate mechanical or electrical switching devices or valve devices can be used. In particular, such a device can also be used as a polarized relay that works with a time delay. Such actuators have actuators which are arranged at a mutual distance from one another and to temperature changes speak to. Each of these links has its position depending on the temperature changing section, and the positional changes of the cooperating links are made used to operate the device.

Bei einer solchen Betätigungsvorrichtung wird gemaß der Erfindung eine an sich bekannte thermoelektrische Wärmepumpe verwendet, die in der Weise zwischen den beiden Betätigungsgliedern bzw. -schenkein angeordnet ist, daß sie Wärme von dem einen Glied zu dem anderen Glied fördert, um die Temperatur der beiden Einrichtungen gleichzeitig in entgegengesetztem Sinn zu ändern.In such an actuator is according to the invention a known thermoelectric Heat pump used in the way between the two actuators or -schenkein is arranged to convey heat from one link to the other link to increase the temperature of the two institutions at the same time in opposite directions.

Elektrothermische Vorrichtungen, bei denen die Möglichkeit eines Wärmetransports zur Erzielung einer gleichzeitigen Kühlung und Erwärmung ausgenutzt wird, sind an sich bekannt. So hat man bei einer bekannten, auf dem Peltiereffekt beruhenden Wärmepumpe eine Reihe von Thermoelementen in Form von Thermosäulen zusammengeschaltet, um die Förderleistung der Wärmepumpe zu erhöhen. Im vorliegenden Zusammenhang wird eine solche an sich bekannte thermoelektrische Wärmepumpe zum elektrischen Steuern einer Betätigungsvorrichtung der oben beschriebenen Art ausgenutzt. Damit lassen sich bei relativ geringem Energieaufwand relativ große Betätigungskräfte erzielen, die über die Wärmepumpe einfach und genau, willkürlich oder selbsttätig gesteuert werden können. Vorteilhafterweise greifen die beiden ihre Stellung verändernden Betätigungsabschnitte an unterschiedlichen Stellen eines gemeinsamen beweglichen Bauteils, z.B. Schaltarm, an, um auch bei geringen Stellungsänderungen einen merklichen Betätigungsweg hervorzurufen.Electrothermal devices in which the possibility of heat transport to achieve a simultaneous cooling and heating is used, are known per se. So one has at a known, based on the Peltier effect heat pump a number of thermocouples in Interconnected in the form of thermopiles to increase the heat pump's delivery rate. in the In the present context, such a known thermoelectric heat pump becomes an electric one Controlling an actuator of the type described above exploited. With that you can achieve relatively large actuation forces with relatively little energy expenditure, which are via the heat pump can be controlled easily and precisely, arbitrarily or automatically. Advantageously grip the two actuating sections changing their position at different points of one common movable component, e.g. switch arm, in order to achieve a cause noticeable actuation.

Es ist bekannt, die Stellungsänderung von auf Temperaturänderumgen ansprechenden Elementen, wie BimetalHementen, Änderumgskörpern oder -elementen, zum Betätigen anderer Einrichtungen, wie Ventilen oder Schaltern, zu benutzen. Es ist auch schon bekannt, zwei oder mehr im gegenseitigen Abstand angeordnete, auf Temperaturänderungen ansprechende Elemente zu verwenden, um die temperaturabhängige Änderung der Stellungen beider zu-Elektrothermische BetätigungsvorrichtungIt is known to change the position of elements that respond to changes in temperature, such as bimetal elements, changeable bodies or elements, to operate other devices such as valves or switches. It is also already known, two or more spaced apart, responsive to temperature changes Elements to be used for the temperature-dependent change in the positions of both to-electrothermal Actuator

Anmelder:Applicant:

Minnesota MiningMinnesota Mining

and Manufacturing Company,and Manufacturing Company,

St. Paul, Minn. (V. St. A.)St. Paul, Minn. (V. St. A.)

Vertreter: Dr.-Ing. F. Wuesthoff, Dipl.-Ing. G. Puls und Dipl.-Chem. Dr. rer. nat. E. Frhr. v. Pechmann, Patentanwälte, München 9, Schweigerstr. 2Representative: Dr.-Ing. F. Wuesthoff, Dipl.-Ing. G. Pulse and Dipl.-Chem. Dr. rer. nat. E. Frhr. v. Pechmann, patent attorneys, Munich 9, Schweigerstr. 2

Beanspruchte Priorität: V. St. v. Amerika vom 15. August 1957 (Nr. 678 279)Claimed priority: V. St. v. America August 15, 1957 (No. 678 279)

Robert Washburn Fritts, St. Paul, Minn. (V. St. A), ist als Erfinder genannt wordenRobert Washburn Fritts, St. Paul, Minn. (V. St. A), has been named as the inventor

sammenwirkenden Elemente zum Betätigen einer Vorrichtung auszunutzen. Bei einer solchen bekannten Anordnung, die zum selbsttätigen Schließen und Öffnen eines Absperrorgans unter Einwirkung von Lichtstrahlen dient, dient als das eine seine Stellung änderndes Element ein Satz von Ausdehnungszylindern, die an einem Ende fest eingespannt sind und an ihrem anderen Ende eine Tragplatte unterstützen, an der das andere seine Stellung ändernde Element mit einem Ende befestigt ist. Dieses zweite Element besteht ebenfalls aus einem Ausdehnungszylinder, dessen freies Ende auf eine Ventilplatte einwirkt, um diese zu schließen oder zu öffnen. Die Änderungen der Elemente bei Lidhteinfall ist unterschiedlich, so daß die Differenzbewegung auf das Ventilelement als Schaltbewegung übertragen wird.exploit interacting elements to operate a device. With such a well-known Arrangement for the automatic closing and opening of a shut-off device under action of light rays, the one position changing element is a set of expansion cylinders that are fixedly clamped at one end and at its other end support a support plate on which the other changes its position Element is attached with one end. This second element also consists of an expansion cylinder, the free end of which acts on a valve plate, to close or open them. The changes in the elements when the eyelid collapses is different, so that the differential movement is transmitted to the valve element as a switching movement.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine derartige elektrothermische Betätigungsvorrichtung mit zwei zusammenwirkenden, auf Wärmeänderungen durch Stellungsänderung ansprechenden Elementen zu schaffen, die relativ rasch und genau ansprechen kann und deren Arbeitsspiel in einfacher und genauer Weise auf elektrischem Wege gesteuert werden kann.It is the object of the invention to provide such an electrothermal actuating device with two cooperating, to create responsive elements that respond relatively quickly and accurately to changes in position and whose work cycle can be controlled electrically in a simple and precise manner.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand sche-The invention is illustrated below with the aid of

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matischer Zeichnungen an mehreren Ausführungsbeispielen näher erläutert. matic drawings of several exemplary embodiments explained in more detail.

Fig. 1 zeigt in einem senkrechten Schnitt ein Ausführungsbeispiel eines derartigen Relais und in halbschematischer Darstellung die dem Relais zugeordnete elektrische Schaltung;Fig. 1 shows in a vertical section an embodiment of such a relay and in a semi-schematic Representation of the electrical circuit assigned to the relay;

Fig. 2 zeigt einen Fig. 1 ähnelnden senkrechten Schnitt, der ein weiteres Ausführungsbeispiel für ein Relais veranschaulicht.Fig. 2 shows a Fig. 1 similar vertical section showing a further embodiment for a Relay illustrated.

In Fig. 1 ist eine Ausbildungsform des Relais insgesamt mit 5 bezeichnet. Dieses Relais weist ein hermetisch abgedichtetes Gehäuse 6 auf, in dem ein Basisteil bzw. eine Grundplatte 7 angeordnet ist, welche vorzugsweise aus einem Material mit geringer thermischer und elektrischer Leitfähigkeit besteht. Auf der Grundplatte 7 sind zwei auf Temperaturänderungen ansprechende Glieder 10 und 11 befestigt, die bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel die Form von stehend angeordneten Schenkeln oder Säulen aus Metall besitzen und parallel zueinander angeordnet und im wesentlichen in der gleichen Weise ausgebildet sind. Die Säulen 10 und 11 bestehen vorzugsweise aus einem Metall mit einem hohen Wärmeausdehnungsbeiwert, z.B. aus Aluminium. Die oberen Enden der Säulen 10 und 11 sind mit Abschrägungen versehen, um Schneiden zu bilden, die in entsprechend geformte Rillen 12 und 13 eines L-förmigen Kontaktarms 14 eingreifen. Ferner ist ein nachgiebiges Federglied 15 vorgesehen, dessen eines Ende mit dem Schenkel 10 fest verbunden ist, während sein anderes Ende an dem Kontaktarm 14 angreift, um diesen in Anlage an den Schenkeln 10 und 11 zu halten, wie es aus Fig. 1 ersichtlich ist.In Fig. 1 is an embodiment of the relay as a whole denoted by 5. This relay has a hermetically sealed housing 6 in which a Base part or a base plate 7 is arranged, which is preferably made of a material with less thermal and electrical conductivity. On the base plate 7 there are two temperature changes responsive members 10 and 11 attached, in the illustrated embodiment have the shape of upright legs or columns made of metal and parallel to each other are arranged and formed in substantially the same manner. The pillars 10 and 11 exist preferably made of a metal with a high coefficient of thermal expansion, e.g. aluminum. The upper ends of the pillars 10 and 11 are chamfered for cutting which engage in correspondingly shaped grooves 12 and 13 of an L-shaped contact arm 14. Further a resilient spring member 15 is provided, one end of which is firmly connected to the leg 10, while its other end engages the contact arm 14 in order to make this contact with the legs 10 and to hold 11, as can be seen from FIG.

Der Kontaktarm 14 trägt ein isoliertes Kontaktstück 16 und nimmt gemäß Fig. 1 eine Mittelsteiung ein, in der sich der Kontakt 16 beiderseits in einem Abstand von zwei festen Kontakten 17 und 18 befindet, mit denen der Kontakt 16 zusammenarbeiten kann. Der bewegliche Kontakt 16 kann mit einer Leitung 19 verbunden sein, die ihrerseits z. B. an eine Wechselstromquelle 20 angeschlossen ist. Die festen Kontakte 17 und 18 können jeweils mit Leitungen 21 bzw. 22 verbunden sein, die zu gesteuerten Verbraucherstromkreisen 23 und 24 gehören, die über einen Leiter 25 ebenfalls mit der Wechselstromquelle 20 verbunden sind. Man erkennt aus Fig. 1, daß in der gezeigten Mittelstellung des beweglichen Kontakts 16 die beiden Laststromkreise 23 und 24 nicht eingeschaltet sind, während bei Berührung des Kontakes 16 mit dem Kontakt 17 bzw. 18 der Laststromkreds 23 bzw. der Laststromkreis 24 mit der Wechselstromquelle 20 verbunden ist.The contact arm 14 carries an insulated contact piece 16 and, as shown in FIG. 1, has a central pitch one, in which the contact 16 is on both sides at a distance from two fixed contacts 17 and 18, with whom the contact 16 can cooperate. The movable contact 16 can with a Line 19 be connected, which in turn z. B. is connected to an AC power source 20. The firm ones Contacts 17 and 18 can each be connected to lines 21 and 22, respectively, which form controlled consumer circuits 23 and 24 belong to the AC power source via a conductor 25 20 are connected. It can be seen from Fig. 1 that in the middle position shown, the movable contact 16 the two load circuits 23 and 24 are not switched on while touching the contact 16 with the contact 17 or 18 of the load current credit 23 or the load circuit 24 with the alternating current source 20 is connected.

Durch die Defferentialbewegung der oberen Enden der Schenkel 10 und 11 wird veranlaßt, daß der Kontaktarm 14 gesteuerte Bewegungen in Richtung auf den einen oder anderen der Kontakte 17 und 18 ausführt. Zu diesem Zweck sind thermoelektrische Wärmepumpenmittel 26 vorgesehen, die gemäß Fig. 1 zwischen den Schenkeln 10 und 11 angeordnet sind und mehrere negative (N-Type) Thermoelemente 27 sowie abwechselnd mit diesen angeordnete positive (P-Type) Thermoelemente 28 umfassen. Die einander benachbarten Thermoelemente sind jeweils durch Isolatoren 29 von geringer thermischer und elektrischer Leitfähigkeit voneinander getrennt. Die Thermoelemente 27 und 28 sind insgesamt in Reihe geschaltet, und zwar mit HiKe metallischer Thermosteienglieder 30 mit hoher thermischer und elektrischer Leitfähigkeit, die auf der dem Schenkel 10 benachbarten Seite der Thermoelemente angeordnet sind, sowie mittels ähnlicher Thermostellenglieder 31, die sich auf der dem Schenkel 11 benachbarten Seite der Thermoelemente befinden. Die Anschlußstellen der Wärmepumpenmittel 26 werden durch die Thermostellenglieder 32 und 33 gebildet, die bei dem Ausführungsbeispiel nach Figl. 1 auf der dem Schenkel 11 zugewandten Seite liegen.By the defferential movement of the upper ends the legs 10 and 11 is caused that the contact arm 14 controlled movements in the direction of one or the other of the contacts 17 and 18 carries out. For this purpose are thermoelectric Heat pump means 26 are provided which, according to FIG. 1, are arranged between the legs 10 and 11 and a plurality of negative (N-type) thermocouples 27 and positive ones arranged alternately therewith (P-Type) thermocouples 28 include. The adjacent thermocouples are each through Insulators 29 of low thermal and electrical conductivity separated from one another. the Thermocouples 27 and 28 are all connected in series, with HiKe metallic thermostatic members 30 with high thermal and electrical conductivity, which on the leg 10 adjacent side of the thermocouples are arranged, as well as by means of similar thermostatic elements 31, which are located on the side of the thermocouples adjacent to the leg 11. The connection points the heat pump means 26 are formed by the thermostat members 32 and 33, which in the embodiment according to Figl. 1 lie on the side facing the leg 11.

ίο Die Wärmepumpenmittel 26 und insbesondere die zugehörigen Thermostellenglieder 30 bis 33 sind von den Schenkeln 10 und 11 elektrisch isoliert, stehen jedoch in guter wärmeleitender Verbindung mit ihnen. Bei 34 und 35 erkennt man verhältnismäßig dünne Schichten aus einem Material mit einem relativ hohen elektrischen Widerstand. In Fig. 1 ist die Dicke dieser Schichten übertrieben dargestellt. Diese Schichten 34 und 35 können als Grenzschichten ausgebildet sein, die durch eine anodische Behandlung der Schenkel 10 und 11 aus Aluminium entstanden sind und daher aus Aluminiumoxyd bestehen, das von Natur aus einen verhältnismäßig hohen elektrischen Widerstand aufweist. Da die genannten Grenzschichten sehr dünn sind, können sie einen erhebliehen Wärmeübergang vermitteln.ίο The heat pump means 26 and in particular the associated thermostat members 30 to 33 are electrically isolated from the legs 10 and 11, are but in good thermal connection with them. At 34 and 35 you can see proportionally thin layers of a material with a relatively high electrical resistance. In Fig. 1 is the The thickness of these layers is exaggerated. These layers 34 and 35 can be designed as boundary layers be created by anodic treatment of the legs 10 and 11 made of aluminum are and therefore consist of aluminum oxide, which is by nature a relatively high electrical Has resistance. Since the aforementioned boundary layers are very thin, they can lend you a lot Mediate heat transfer.

Die Wärmepumpenmittel 26 können mit einer in Fig. 1 als Batterie schematisch angedeuteten Gleichstromquelle 36 verbunden werden. Zu diesem Zweck ist das Thermostellenglied 33 mittels einer Leitung 37 und das Thermostellenglied 32 mittels einer Leitung 38 an die Stromquelle angeschlossen. In den Leitungen 37 und 38 kann ein zum Umpolen dienender Umschalter 39 (liegen, und in die Leitung 38 kann zu einem noch zu erläuternden Zweck ein veränderbarer Widerstand 40 eingeschaltet sein.The heat pump means 26 can be connected to a direct current source schematically indicated in FIG. 1 as a battery 36 can be connected. For this purpose, the thermostatic element 33 is connected by means of a line 37 and the thermostatic element 32 is connected to the power source by means of a line 38. In the lines 37 and 38 can be a changeover switch 39 (serving for polarity reversal), and in line 38 there can be a variable resistor 40 can be switched on for a purpose yet to be explained.

Die Wärmepumpenmittel 26 haben die Aufgabe, Wärme von einem der Schenkel 10 und 11 zu dem betreffenden anderen Schenkel zu pumpen, und zu diesem Zweck ist es erwünscht, daß die Thermoelemente 27 und 28 aus einem Material bestehen, das einen hohen Peltierkoeffizienten, eine geringe Wärmeleitfähigkeit und einen niedrigen elektrischen Widerstand aufweist. Vorteilhafterweise handelt es sich bei diesen Materialien um halbmetallische Legierungen oder Kompositionen, die man als binäre metallische Verbindungen von geringfügig unvollkommener Zusammensetzung bezeichnen kann. Sie besitzen erwünschte Verunreinigungen, indem eines der Metalle in Abweichung von den genauen stöchiometrischenThe heat pump means 26 have the task of transferring heat from one of the legs 10 and 11 to the relevant other leg to pump, and for this purpose it is desirable that the thermocouples 27 and 28 are made of a material that has a high Peltier coefficient, low thermal conductivity and has a low electrical resistance. It is advantageously at these materials include semi-metallic alloys or compositions known as binary metallic May denote compounds of slightly imperfect composition. You own desired Impurities by adding one of the metals deviating from the exact stoichiometric

Verhältnissen gegenüber dem anderen im Überschuß vorhanden ist und/oder indem sie zusätzliche Verunreinigungssubstanzen enthalten, die im folgenden als »Förderungssubstanzen« bezeichnet sind. Derartige halbmetallische Kompositionen besitzen eine Leitfähigkeit, die derjenigen eines Halbleiters ähnelt, und zwar sowohl in bezug auf die elektrische als auch auf die thermische Leitfähigkeit. Halbmetallische Legierungen oder Kompositionen umfassen auch Gemische von derartigen binären metallischen Verbindüngen, die man als ternäre Metallegierungen oder -kompositionen bezeichnen kann. Einige dieser Legierungen oder Kompositionen zeigen negative elektrische Eigenschaften, während andere dagegen positive elektrische Eigenschaften erkennen lassen.Ratios over the other is in excess and / or by having additional contaminants which are referred to in the following as »promoting substances«. Such semi-metallic compositions have a conductivity similar to that of a semiconductor, both in terms of electrical and thermal conductivity. Semi-metallic Alloys or compositions also include mixtures of such binary metallic compounds, which can be referred to as ternary metal alloys or compositions. Some of these alloys or compositions show negative electrical properties, while others, on the other hand, have positive ones reveal electrical properties.

Vorzugsweise ist dafür gesorgt, daß ein Teil der Thermoelemente, hier z.B. die Thermoelemente28, positive elektrische Eigenschaften aufweisen, während die anderen Thermoelemente, z. B. die bei 27 ange-It is preferable to ensure that some of the thermocouples, here e.g. the thermocouples28, have positive electrical properties, while the other thermocouples, e.g. B. the at 27

deuteten, negative elektrische Eigenschaften zeigen. Der Grund hierfür besteht darin, daß ein durch ein positive elektrische Eigenschaften zeigendes Element fließender Strom bewirkt, daß Wärme in der gleichen Richtung gepumpt wird, wie der Strom fließt. Wenn ein Strom jedoch durch ein negative elektrische Eigenschaften zeigendes Thermoelement fließt, wird Wärme in einer zur Flußrichtung des Stromes entgegengesetzten Richtung gepumpt. Wenn ein Strom von der Anschlußstelle 32 aus über die Wärmepumpenmittel 26 zu der Anschlußstelle 33 fließt, wird somit Wärme von dem Schenkel 10 zu dem Schenkel 11 gepumpt, wobei jedes der Thermoelemente 27 und 28 zu diesem Vorgang beiträgt, so daß eine Längung des Schenkels 11 und gleichzeitig eine Zusammen-Ziehung des Schenkels 10 erfolgt, da der Schenkel 11 erwärmt und der Schenkel 10 abgekühlt wird. Dies führt zu einer Absenkung des oberen Endes des Schenkels 10 und zu einer Hebung des oberen Endes des Schenkels 11, mit dem Ergebnis, daß der Kontaktarm 14 entgegen dem Uhrzeigersinn geschwenkt und der bewegliche Kontakt 16 zur Anlage an dem festen Kontakt 18 gebracht wird. Wie bereits erwähnt, wird hierdurch die Last 24 eingeschaltet. Wenn man die Polarität des dem Relais zugeführten Stromes umkehrt, z. B. durch Betätigen des Umpolungsschalters 39, fließt der Strom von dem Anschluß 33 aus über die Wärmepumpenmittel 26 zu dem Anschluß 32, so daß Wärme von dem Schenkel 11 zu dem Schenkel 10 durch jedes der Thermoelemente 27 und 28 hindurchgepumpt wird, was zu einer gleichzeitigen Längung des Schenkels 10 und einer Zusammenziehung des Schenkels 11 führt. Dadurch wird der Kontaktarm 14 im Uhrzeigersinn geschwenkt und das Kontaktstück 16 in Anlage an den Kontakt 17 gebracht. Wenn man den Umpolungsschalter 39 geöffnet läßt, werden sich die Temperaturen der Schenkel 10 und 11 allmählich ausgleichen, und der Kontaktarm 14 wird in seine aus Fig. 1 ersichtliche Mittelstellung zurückgeführt. Während sich die oberen Endabschnitte der Schenkel 10 und 11 in ihrer Längsrichtung bewegen, findet eine gleitende Berührung zwischen den Grenzschichten 34 und 35 einerseits und den sie berührenden Tihermostellengliedern statt.indicated showing negative electrical properties. The reason for this is that one through one Positive electrical properties exhibiting element flowing current causes heat in the same Direction is pumped as the current flows. However, when a current passes through a negative electrical Thermocouple showing properties flows, heat is in a direction opposite to the direction of flow of the current Pumped Direction. When there is a flow from junction 32 via the heat pump means 26 flows to the connection point 33, heat is thus from the leg 10 to the leg 11 is pumped, each of the thermocouples 27 and 28 contributing to this process, so that an elongation of the leg 11 and at the same time a contraction of the leg 10 takes place, since the leg 11 heated and the leg 10 is cooled. This leads to a lowering of the upper end of the Leg 10 and to a lifting of the upper end of the leg 11, with the result that the contact arm 14 pivoted counterclockwise and the movable contact 16 to rest on the fixed contact 18 is brought. As already mentioned, the load 24 is switched on as a result. if the polarity of the current supplied to the relay is reversed, e.g. B. by pressing the polarity reversal switch 39, the current flows from the terminal 33 via the heat pump means 26 to the terminal 32 so that heat is transferred from leg 11 to leg 10 through each of the thermocouples 27 and 28 is pumped through, resulting in a simultaneous elongation of the leg 10 and a contraction of the leg 11 leads. As a result, the contact arm 14 is pivoted clockwise and the contact piece 16 is brought into contact with the contact 17. If you turn the polarity reversal switch 39 can be opened, the temperatures of the legs 10 and 11 will gradually equalize, and the Contact arm 14 is returned to its central position shown in FIG. 1. While the Moving upper end portions of the legs 10 and 11 in their longitudinal direction finds a sliding Contact between the boundary layers 34 and 35 on the one hand and the thermal cell members touching them instead of.

Zwischen dem Einschalten der Wärmepumpenmittel 26 und der Bewegung des Kontaktarms 14 ergibt sich eine bestimmte zeitliche Verzögerung. Diese ist auf die thermisch wirksame Masse der Thermoelemente 27 und 28, der Termostellenglieder 30 bis 33 sowie der Schenkel 10 und 11 zurückzuführen. Die Ansprechgeschwindigkeit des Relais 5 richtet sich nach der Stärke des den Wärmepumpenmitteln 26 zugeführten Stromes, und das Ausmaß der erwähnten zeitlichen Verzögerung läßt sich einfach dadurch variieren, daß man die Größe des in der Leitung 38 liegenden Widerstandes mit Hilfe des Verstellwiderstandes 40 verändert, um so die Stärke des die Wärmepumpenmittel 26 durchfließenden Stromes zu ändern.Between the switching on of the heat pump means 26 and the movement of the contact arm 14 results a certain time delay. This is due to the thermally effective mass of the thermocouples 27 and 28, the Termoststelleglieder 30 to 33 and the legs 10 and 11 traced back. The response speed of the relay 5 depends on the strength of the heat pump means 26 supplied current, and the extent of the mentioned time delay can be easily determined vary, that the size of the resistor lying in the line 38 with the help of the adjustment resistor 40 changed so as to increase the strength of the current flowing through the heat pump means 26 change.

Es sei nochmals bemerkt, daß beim Betrieb des beschriebenen Relais 5 die steuernde Bewegung des Kontaktarms 14 durch eine Differentialbewegung der oberen Enden der Schenkel 10 und 11 hervorgerufen wird. Demzufolge wird das Relais durch Änderungen der Umgebungstemperatur im wesentlichen nicht beeinflußt, denn diese Änderungen wirken sich jeweils in gleicher Richtung auf die Schenkel 10 und 11 aus und erzeugen daher keine Differentialbewegung der oberen Enden der beiden Schenkel.It should be noted again that in the operation of the relay 5 described, the controlling movement of the Contact arm 14 caused by a differential movement of the upper ends of the legs 10 and 11 will. As a result, the relay is essentially unaffected by changes in the ambient temperature, because these changes affect the legs 10 and 11 in the same direction and therefore do not produce any differential movement of the upper ends of the two legs.

Die Erfindung sieht die Verwendung des Relais 5 nicht nur bei dem gezeigten Anwendungsbeispiel, sondern auch in anderen Anwendungsfällen vor. Die Wärmepumpenmittel 26 bleiben im wesentlichen unbeeinflußt, wenn sie von einem Wechselstrom durchflossen werden, doch sprechen sie in starkem Maße an, wenn ein Gleichstrom durch sie hindurdhfließt. Auf Grund dieser Tatsache eignet sich das Relais 5 sehr gut zum Überwachen von Wechselstrom führenden Stromkreisen, zu welchem Zweck man die Leitungen 37 und 38 statt mit der Stromquelle 36 mit dem betreffenden Stromkreis verbindet. In einem solchen Anwendungsfalle würde der Kontaktarm 14 des Relais normalerweise seine Mittellage einnehmen (Fig. 1), solange in dem zu überwachenden Wechselstromsystem keine Gleichstromkomponente vorhanden ist. Sobald jedoch in dem Stromkreis ein störender Gleichstrom auftritt, sprechen die Wärmepumpenmittel 26 sofort an und pumpen Wärme von einem der Schenkel 10 und 11 zu dem betreffenden anderen Schenkel, so daß eine steuernde Bewegung des Kontaktarms 14 hervorgerufen und das Kontaktstück 16 zur Anlage an einen der Kontakte 17 und 18 gebracht wird.The invention provides for the use of the relay 5 not only in the application example shown, but also in other use cases. The heat pump means 26 remain essentially unaffected, if an alternating current flows through them, they speak to a great extent when a direct current flows through it. Due to this fact the relay 5 is suitable very good for monitoring alternating current circuits, whatever the purpose of the lines 37 and 38 connects to the relevant circuit instead of the power source 36. In such a In the application, the contact arm 14 of the relay would normally assume its central position (Fig. 1), as long as there is no direct current component in the alternating current system to be monitored is. However, as soon as a disturbing direct current occurs in the circuit, the heat pump means speak 26 immediately and pump heat from one of the legs 10 and 11 to the relevant one other leg, so that a controlling movement of the contact arm 14 caused and the contact piece 16 is brought to bear on one of the contacts 17 and 18.

Eine weitere Variante besteht darin, daß der Umpolungsschalter 39 die Form eines Thermostaten aufweist, mittels dessen das Einschalten der Laststromkreise 23 und 24 entsprechend der Temperatur in der Umgebung des Thermostaten gesteuert wird.Another variant is that the polarity reversal switch 39 has the shape of a thermostat, by means of which the switching on of the load circuits 23 and 24 according to the temperature in the Environment of the thermostat is controlled.

Das Relais besitzt einen hohen Wirkungsgrad, und zwar nicht nur deshalb, weil die Wärmepumpenmittel 26, bezogen auf die Einheit der aufgewendeten elektrischen Energie, eine große Wärmemenge pumpen, sondern auch weil bei der beschriebenen Anordnung die Wirksamkeit der Wärmepumpenmittel 26 dadurch im wesentlichen verdoppelt wird, daß sowohl die Wärmeabsorptionswirkung als auch die Wärmeabstrahlwirkung dieser Mittel ausgenutzt wird, um einem der Schenkel 10 und 11 Wärme zu entziehen und diese Wärme dem betreffenden anderen Schenkel zuzuführen. Die Umsteuerbarkeit der Arbeitsweise der Wärmepumpenmittel 26 entsprechend der Polarität des Speisestromes ermöglicht es, das Relais 5 als Zweistellungsrelais oder als polarisiertes Relais zu verwenden.The relay has a high efficiency, and not only because the heat pump means 26, based on the unit of electrical energy used, pump a large amount of heat, but also because in the described arrangement the effectiveness of the heat pump means 26 thereby is substantially doubled that both the heat absorbing effect and the heat radiating effect this means is used to remove one of the legs 10 and 11 heat and to supply this heat to the other leg concerned. The reversibility of the way of working the heat pump means 26 according to the polarity of the feed current allows the relay 5 as To be used as a two-position relay or as a polarized relay.

Fig. 2 ist eine Teildarstellung einer weiteren Ausbildungsform des Relais, die hier mit 5' bezeichnet ist. In Fig. 2 bezeichnen die mit Kennstrichen versehenen Bezugsziffern jeweils Teile, die in Fig. 1 die gleichen Bezugsziffern, jedoch ohne Kennstrich, tragen. Das Relais 5' ist in jeder Beziehung im wesentlichen mit dem Relais S identisch, abgesehen davon, daß bei dem Relais 5' die Schenkel 10' und 11' zusammen mit dem Kontaktarm 14' aus einem Stück bestehen. Das obere Ende des Schenkels 11' ist oberhalb der Wärmepumpenmittel 26' in Richtung auf den Schenkel 10' abgewinkelt und mit dem Kontaktarm 14' nahe dem oberen Ende des Schenkels 10' verbunden. Bei dieser Ausbildungsform werden die aus Fig. 1 ersichtlichen, schneidenförmige Kanten und V-förmige Rillen umfassenden Verbindungen zwischen den Schenkeln 10 und 11 einerseits und dem Kontaktarm 14 andererseits nicht benötigt. Die Arbeitsweise des Relais 5' ist jedoch im wesentlichen identisch mit derjenigen des Relais 5. Bei dem Relais 5' wird die Relativbewegung des Kontaktarms 14'Fig. 2 is a partial illustration of a further embodiment of the relay, which is denoted here by 5 '. In Fig. 2 denote those provided with marks Reference numerals in each case parts that have the same reference numerals in Fig. 1, but without an identifier, wear. The relay 5 'is essentially identical to the relay S in all respects, except for from the fact that in the relay 5 'the legs 10' and 11 'together with the contact arm 14' from one Piece. The upper end of the leg 11 'is above the heat pump means 26' in the direction angled onto the leg 10 'and with the contact arm 14' near the upper end of the leg 10 ' tied together. In this embodiment, the edge-shaped edges that can be seen in FIG. 1 are formed and connections comprising V-shaped grooves between the legs 10 and 11 on the one hand and the Contact arm 14, on the other hand, is not required. The operation of the relay 5 'is, however, essential identical to that of relay 5. With relay 5 ', the relative movement of contact arm 14' is

durch die elastischen Eigenschaften des Metalls ermöglicht, aus dem das die Glieder 10', 1Γ und 14' umfassende einheitliche Bauteil hergestellt ist.made possible by the elastic properties of the metal, from which the members 10 ', 1Γ and 14' comprehensive unitary component is made.

Claims

PATENT CLAIMS:

1. Electrothermal actuating device with spaced apart actuating members responsive to temperature changes, each of which has a position which changes its position as a function of the temperature, and in which the temperature-dependent change in the positions of these portions of the two cooperating members is used to actuate the device is characterized by the use of a known thermoelectric heat pump (26 or 26 '), which is arranged between the two actuating members or legs (10, 11 or 10', 11 ') that it provides heat from one link to the other to change the temperature of the two links in opposite directions at the same time.

2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the two change their position Actuators (10, 11 or 10 ', 1Γ) at different points of a jointly actuated Attack the component (14 or 14 '), e.g. a switch arm.

3. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the actuators consist of a material with a high coefficient of thermal expansion.

4. Apparatus according to claim 2 or 3, characterized in that the actuators (10 ', 11') and the component (14 ') actuated by them together form a unit.

5. Apparatus according to claim 1 to 4, characterized in that the one thermostatic element the heat pump or the one group of thermostatic elements (30) with the one actuator (10) and the other element or group (31 to 33) with the other Actuating member (11) is in sliding contact.

6. Apparatus according to claim 5, characterized in that each between the contact surfaces between a thermostatic element and an actuating element a thin heat-permeable Intermediate layer (34 or 35) made of a material with high electrical resistance is provided.

7. Apparatus according to claim 6, characterized in that the actuators are made of aluminum and the intermediate layer consists of aluminum oxide.

8. Apparatus according to claim 1 to 7, characterized in that in the feed line of the thermoelectric heat pump a variable current limiting resistor (40) is provided is.

9. Apparatus according to claim 1 to 8, characterized in that in the feed line of the thermoelectric Heat pump a pole changing switch (39) is provided.

10. Apparatus according to claim 1 to 10, characterized in that of the two Actuating Güedern jointly actuated component is designed as a switching arm (14 or 14 '), the carries a contact (16 or 16 ') at its free end and one when the heat pump is switched off Middle position between two fixed contacts (17,18 resp. 17 ', 18').

Considered publications:
German patent specifications No. 242155, 280 696.

1 sheet of drawings