DE2046277A1 - Relais - Google Patents

Description

Anmelder: Therm-0-Disc, Incorporated, P.O. Box 153 8, Mansfield, Ohio, USA

Relais

Die Erfindung betrifft ein Relais, insbesondere ein Verzögerungsrelais mit bimetallischen Schnappscheiben in Kombination mit einer Heizeinrichtung für die Betätigung des Relais.

In bekannten Verzögerungsrelais finden bimetallische Schnappscheiben in Kombination mit. einer Widerstandsheizung Verwendung, um die Scheiben zu erhitzen und dadurch das Relais zu betätigen. In manchen Fällen fanden zwei entgegengesetzt wirkende Scheiben . in einer verbundenen Anordnung Verwendung, um das Relaus von der Umgebungstemperatur temperaturunabhängig zu machen. Beispiele derartiger Einrichtungen sind aus den US-PS 2 203 558 und 2 207 422 bekannt. Bei diesen bekannten Einrichtungen sind zwei Schnappscheiben gegenüberliegend angeordnet und so miteinander verbunden, daß sie gemeinsam in der einen oder anderen Richtung umschnappen. Die beiden Scheiben haben unterschiedliche Arbeitstemperatüren, so daß bei einer Temperatur der beiden Scheiben auf der Umgebungstemperatur eine Scheibe eine größere Kraft als die andere ausübt, wodurch die beiden Scheiben in der einen Lage verbleiben. Eine Heizeinrichtung zur Erhitzung der Scheiben ist dabei vorgesehen, um ■2in Temperaturgefälle zwischen diesen zu erzeugen.- wodurch die Scheiben gleichzeitig in eine betätigte Lage umschnappan.

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Bei diesen bekannten Einrichtungen ist eine Anordnung der Scheiben gewählt, bei welcher jede Scheibe entlang ihres gesamten Umfangs in dem Stützkörper befestigt ist, wobei die Scheibendurch eine Betätigungseinrichtung verbunden sind, die sich durch eine Öffnung in dem Zentrum der Scheibe erstreckt, und an beiden Seiten von mindestens einer der Scheiben angrenzend an deren Öffnung angreift. Eine derartige Betätigungseinrichtung ergibt eine Verbindung für die Übertragung von Kräften in beiden Richtungen zwischen der Scheibe und hat in vielen Fällen wegen des Angriffs an der Scheibenoberfläche einen nachteiligen Einfluß auf die Eichung der Scheibe.

Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, die erwähnten Nachteile und Schwierigkeiten zu vermeiden.

Ein Verzögerungsrelais hat gemäß der Erfindung zwei entgegengesetzt wirkende bimetallische Schnappscheiben, die durch eine Einrichtung zur Bewirkung einer gleichzeitigen Schnappwirkung verbunden sind. Die Scheiben sind so ausgewählt, daß jede Scheibe die Betätigungseinrichtung nur in einer Richtung belastet. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist ein einfacher Puffer zwischen den Scheiben angeordnet und die Kombination ist so angeordnet, daß der Puffer nur unter Kompression belastet wird. Deshalb sind mit Öffnungen versehene Scheiben nicht erforderlich und'-³ jegliche Totbewegung wird vermieden. Bei einer derartigen Anord- ^e nung ist es nicht erforderlich, den Umfang jeder Scheibe vollständig zu haltern, da sie stets in der selben Richtung belastet sind.

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist ferner eine derartige Anordnung gewählt, daß eine geeignete Arbeitsweise auftritt, selbst wenn der Betrag der Wärmezufuhr durch die Heizeinrichtung sich beträchtlich ändert. Die betätigende Heiz einrichtung ist zwischen den beiden Scheiben derart angeordnet, daß Wärme von der Heizeinrichtung entlang getrennter Wege auf die beiden Scheiben übergeht. Die Konstruktion ist so ausgebildet, daß eine Betätigung entlang eines relativ geradlinigen Teils der Kurve des Temperaturgefälles erfolgt. Deshalb wird die Betätigungszeit · des Relais nicht beträchtlich durch Änderungen des Betrags der Wär meabgabe durch die Heizeinrichtungen beeinflußt. Ferner ist die Anordnung derart ausgebildet, daß die Verhältnisse der Beträge der

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Wärmeableitung der beiden Scheiben gesteuert wird, so daß die Auslösezeit des Relais nach dem Abschalten der Heizeinrichtung genau gesteuert werden kann.

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind beide Scheiben so ausgewählt, daß sie eine Schnapptemperatur oberhalb der normalerweise auftretenden Temperaturen haben. Bei einer derartigen Einrichtung sind die Kräfte der beiden Scheiben auf die verbindende Betätigungseinrichtung ständig gleichgerichtet, und eine einfache Anordnung der Scheiben und eine einfache Verbindung dazwischen kann Verwendung finden, ohne daß ein Totgang und unerwünschte Änderungen der Scheibeneichung auftreten. Die wichtigen Merkmale des Anmeldungsgegenstands sind deshalb bei einem Verzögerungsrelais darin zu sehen, daß zwei bimetallische Schnappscheiben derart angeordnet sind, daß sie eine Bewegung in der entgegengesetzten Richtung zu bewirken versuchen, wenn ihre Temperatur in gleicher Weise geändert wird. Die Scheiben sind so verbunden, daß sie sich gleichzeitig zwischen ihren Schnapplagen bewegen. Eine Heizeinrichtung ist zwischen den Scheiben unmittelbar angrenzend an eine Scheibe angeordnet- Eine isolierende Einrichtung umgibt die andere Scheibe und verringert den Wärmeübergang zu dieser anderen Scheibe von der Heizeinrichtung während des Heizvorgangs und verhindert größere Wärmeverluste davon, nachdem die Heizeinrichtung abgeschaltet ist. Die Heizeinrichtung bewirkt eine schnelle Erhöhung der Temperaturdifferenz der Temperaturen der Scheiben, wenn die Heizeinrichtung angeschaltet wird. Entsprechend große Änderungsraten der Temperaturdifferenz treten auf, wenn die Heizeinrichtung abgeschaltet wird. Die Scheiben sind so ausgewählt, daß eine Druckkraft auf die verbindende Betätigungseinrichtung in allen Fällen ausgeübt wird, die normalerweise auftreten. Das Umschnappen der Scheiben tritt auf, wenn ein vorherbestimmter Temperaturunterschied zwischen den beiden Scheiben vorhanden ist. Weil die Scheiben Druckkräfte auf die Betätigungseinrichtung bei allen normalen Arbeitsbedingungen ausüben, kann eine einfache pufferartige Verbindungseinrichtung Verwendung finden, um die Scheiben zu verbinden, so daß diese nicht entlang ihrem Umfang eingeklemmt werden müssen.

Anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele soll die Erfindung näher erläutert werden.

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Fig. 1 zeigt eine Draufsicht auf ein Verzögerungsrelais gemäß der Erfindung;

Fig. 2 einen Querschnitt entlang der Linie 2-2 in Fig. 1, woraus die Lage der verschiedenen Elemente des Relais vor dessen Betätigung ersichtlich sind;

Fig. 3 eine Fig. 2 entsprechende Schnittansicht, woraus die Lage der Elemente nach der Betätigung des Relais ersichtlich ist;

Fig. 4 eine Schnittansicht entlang der Linie 4-4 in Fig. 2;

Fig. 5a eine graphische Darstellung der Scheibentemperatur in Abhängigkeit von der Zeit, für ein Relais entsprechend Fig. 1 bis 4;

Fig. 5b eine graphische Darstellung der Temperaturdifferenz in Abhängigkeit von der Zeit entsprechend der Darstellung in Fig. 5a;

Fig. 5c eine graphische Darstellung der Temperaturdifferenz in Abhängigkeit von der Zeit entsprechend Fig. 5b, woraus der Einfluß auf das Relais ersichtlich ist, wenn an die Heizeinrichtung eine höhere als die Nennspannung angelegt wird; und

Fig. 5'd eine graphische Darstellung der Differenztemperatur in Abhängigkeit von der Zeit entsprechend Fig. 5b und 5c, woraus der Einfluß auf das Relais ersichtlich ist, wenn an die Heizeinrichtung eine niedrigere Spannung als die Normalspannung angelegt wird.

Ein Verzögerungsrelais gemäß der Erfindung kann Verwendung finden, wenn eine Verzögerung zwischen der Zeit erwünscht ist, zu der ein Betatigungssignal ausgelöst wird und der Betätigung des Relais, und wenn eine Verzögerung ebenfalls zwischen der Beendigung des Betätigungssignals und dem Abschalten des Relais erwünscht ist. Das dargestellte Relais ist insbesondere dann geeignet, wenn eine Folgesteuerung erwünscht ist, weil es einen Leistungsschalter aufweist, der mit einer zugeordneten Last verbunden werden kann, sowie einen Steuerschalter, welcher mit der Heizeinrichtung eines folgenden Relais verbunden werden kann.

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Derartige Relais können beispielsweise in elektrischen Öfen Verwendung finden, die eine Anzahl von getrennten Heizeinheiten • haben. In derartigen Öfen ist es oft erwünscht, in einer gewissen Reihenfolge die Heizeinrichtung anzuschalten und abzuschalten, so daß die gesamte Last des Ofens in aufeinanderfolgenden Stufen mit dem Netz verbunden oder abgeschaltet werden kann. Derartige Anordnungen finden oft Verwendung, um Überlastungen des Netzes zu vermeiden.

Das in den Fig. 1 bis 4 dargestellte Ausführungsbeispiel enthält eine Gehauseanordnung 10 mit einer metallischen Basiseinrichtung 11, einem Stützglied 12 für eine Scheibe, einem Stützglied 13 für einen oberen Schalter und mit einem Verschlußglied 14. Die Glieder 12, 13 und 14 sind aus Kunststoff, wie beispielsweise Phenolharz geformt, das verhältnismäßig gut temperaturbeständig ist, und das im Vergleich mit der metallischen Einrichtung 11 eine geringe thermische Leitfähigkeit hat.

Das Stützglied 12 hat eine mit Öffnungen versehene Wand 16 und auf gegenüberliegenden Seiten davon zwei gegenüberliegende Aussparungen 17 und 18 zur Aufnahme einer Scheibe. Eine Betätigungsscheibe 19 aus Bimetall ist in der Aussparung 18 angeordnet und wird in seitlicher Richtung durch die Seitenwand 21 davon ausgerichtet. Die kompensierende Scheibe 22 ist ebenfalls aus Bimetall hergestellt und in der Aussparung 17 seitlich durch ihre Seitenwand 23 ausgerichtet. Vier Halteinrichtungen 24 zur Halterung einer Scheibe sind auf dem Gehäuseglied 11 angeordnet, und mit Köpfen versehen, die sich nach innen über die Seitenwand 21 erstrecken, um an der Unterseite der Scheibe 19 anzugreifen und um die Scheibe in der Aussparung 18 zu halten. Die kompensierende Scheibe 22 wird in der Aussparung 17 durch eine Platte 26 gehaltert, die an der Oberseite des Gehäuseglieds 12 befestigt ist und eine zentrale Öffnung 27 aufweist, die so ausgebildet ist, daß die Platte 26 sich nach innen über die Aussparung 17 mit einer ausreichenden Länge erstreckt, um an der Kante der Oberseite der kompensierenden Scheibe 22 anzugreifen.

Eine Betätigungseinrichtung in Form eines Puffers 28 ist in der Öffnung 29 in der Wand 16 angeordnet und wird dadurch in Längsrichtung geführt. Das obere Ende des Puffers 28 greift an dem zentra-

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Ti-.J ner Kompensierenden Scheibe 22 an und das untere Ende ..: ^cnf ■_,..■!■■ 3 greift an dem zentralen Teil der betätigenden Scheibe I- ail. ¹Jj Länge des Puffers ist vorzugsweise so ausgewählt, daß sie gleich dem Abstand zwischen den angrenzenden Oberflächen der Scheiben entlang ihrem Umfang ist. Die Scheiben 19 und 22 sind so ausgewählt, daß sie beim Betrieb beide nach oben gewölbt sind, wenn das Relais nicht betätigt ist, und daß sie beide nach unten gewölbt sind, wenn das Relais betätigt wird. Die Ausbildung der Scheiben, die eine derartige Arbeitsweise ermöglicht, soll später näher erläutert werden. Der Puffer 28 steht ständig während der normalen Arbeitsweise unter Kompression und hält die Scheiben getrennt, so daß der Umfang der Scheibe 19 gegen die Köpfe der Befestigungseinrichtungen 24 und der Umfang der Scheibe 22 gegen die Platte 26 gehalten wird.

An dem oberen Stützglied 13 ist ein Leistungsschalter angeordnet. Der Leistungsschalter enthält einen gefederten Arm 31, der an dem Glied 13 durch ein Niet 32 befestigt ist und damit mit dem Anschlußglied 33 verbunden ist. Der stationäre Teil des Schalters ist durch ein Anschlußglied 34 gegeben, das an dem Glied 13 durch ein Niet 36 befestigt ist und einen stationären Kontaktteil 37 aufweist, der unter einem beweglichen Kontakt 38 liegt, welcher von dem Federarm 31 getragen wird. Ein Puffer 39 ist in einer zentralen Öffnung 41 in einer Wand 40 des Glieds 13 angeordnet und ist in Längsrichtung geführt. Das untere Ende des Puffers 39 greift an dem zentralen Teil der Oberseite der kompensierenden Scheibe 22 an und das obere Ende greift an dem beweglichen Schalterarm 31 an. Die verschiedenen Elemente sind so proportioniert, daß der bewegliche Kontakt 38 von dem stationären Kontaktteil 37 getrennt ist, wenn die Scheiben nach oben gewölbt sind, wie in Fig. 2 dargestellt ist. Wenn die Scheiben 19 und 22 in die Lage in Fig. 3 schnappen, bewirkt der Federarm 31 das Schließen des Leistungsschalters.

Ein Steuerschalter ist auf der unteren Seite des StützgliedB 12 angeordnet. Dieser hat einen beweglichen Kontaktarm 42, einen freitragenden Arm, der an einem Ende durch ein Niet 43 befestigt ist, sowie einen stationären Kontakt 44 auf einem Sttitzarm 46. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist der stationäre Kontakt

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44 eine Schraube, welche durch den Arm 46 geschraubt ist, um eine Einjustierung der Lage des stationären Kontakts zu ermöglichen. Ein beweglicher Kontakt 45 ist an dem freien Ende des beweglichen Kontaktarms 42 befestigt und so angeordnet, daß er in Berührung mit dem stationären Kontaktarm 44 gelangen kann. Ein zentraler Puffer 47 aus elektrisch isolierendem Material ist an dem beweglichen Kontaktarm 42 angeordnet und kann an der unteren Seite der betätigenden Scheibe 19 in deren Zentrum angreifen. Auch in diesem Fall sind die verschiedenen Elemente des Steuerschalters so ausgelegt, daß der Schalter offen ist, wenn die Scheiben nach oben gewölbt sind, wie in Fig. 2 dargestellt ist, aber geschlossen ist, wenn die Scheiben in die in Fig. 3 dargestellte Lage schnappen. Der Steuerschalter ist mit den Anschlüssen 48 und 49 durch Streifen 51 bzw. 52 verbunden, wie am besten aus Fig. 4 ersichtlich ist. Eine Justierschraube 53 greift an der Unterseite des beweglichen Kontaktarms 42 an, um eine Einjustierung der Federkraft des Arms zu ermöglichen.

Zwei Heizeinrichtungen 54 und 56 sind angrenzend an die Wand 16 unmittelbar über der betätigenden Scheibe 19 angeordnet. Diese Heizeinrichtungen erstrecken sich durch die Aussparung 18 und sind vorzugsweise aus Widerstandsdraht gebildet, der eben um eine Stützeinrichtung gewickelt ist. Ein Ende der Heizeinrichtung 54 ist mit einem Anschluß 57 und das andere Ende mit einem Verbindungsteil 58 verbunden, der seinerseits die angrenzenden Enden der Heizeinrichtungen 54 und 56 verbindet. Das andere Ende der Heizeinrichtung 56 ist mit einem Anschluß 59 verbunden, so daß die beiden Heizeinrichtungen 54 und 56 in Reihe zwischen den beiden Anschlüssen 57 und 59 angeschlossen sind. Eine mit einer Öffnung versehene Klimascheibe 61 ist zwischen der Scheibe 19 und den Heizeinrichtungen 54 und 56 angeordnet, um diese Scheibe von der Heizeinrichtung elektrisch zu isolieren.

Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, das in Verbindung mit den graphischen Darstellungen in den Fig. 5a bis 5d erläutert wird, ist die betätigende Scheibe eine solche Scheibe, die aus einer stabilen Lage in ihre andere stabile Lage umschnappt, wenn sie frei ist, bei einem Temperaturanstieg innerhalb eines Bereichs der Temperaturen zwischen 177 und 180oc. Bei Erniedrigung

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der Temperatur schnappt sie in ihre stabile Ausgangslage zwischen 163 und 166 C zurück. Deshalb hat die Scheibe eine Temperaturdifferenz ihrer Arbeitsweise von nominell 14°C. Die kompensierende Scheibe 22 ist so ausgebildet, daß sie bei Temperaturerhöhungen zwischen 149 und 152 C umschnappt und bei Erniedrigung der Temperatur zwischen 135 und 13 8°C. Auch in diesem Falle hat die kompensierende Scheibe eine nominelle Temperaturdifferenz der Arbeitsweise von 14 C. Scheiben mit derartig hohen Arbeitstemperaturen bei einer verhältnismäßig niedrigen Temperaturdifferenz sind in einer älteren Anmeldung der Anmelderin beschrieben.

Die Scheibe 19 ist in dem Gehäuse IO mit ihrer Seite mit hohem Ausdehnungskoeffizienten an der oberen Seite angeordnet, während die Scheibe 22 in dem Gehäuse derart angeordnet ist, daß sich ihre Seite mit dem hohen Ausdehnungskoeffizienten auf der unteren Seite befindet. Wenn sich deshalb die beiden Scheiben auf Temperaturen unterhalb ihrer Arbe its temper.a türen befinden, will sich die Scheibe 19 nach oben wölben, und die obere Scheibe 22 würde sich nach unten wölben, wenn der Puffer 28 nicht vorhanden ware. Wenn sich die beiden Scheiben auf der gleichen Temperatur befinden, welche gewöhnlich die Umgebungstemperatur ist, ist die durch die Scheibe 19 erzeugte nach oben gerichtete Kraft auf den Puffer 28 größer als die nach unten gerichtete Kraft, welche durch die kompensierende Scheibe 22 erzeugt, wird, so daß die beiden Scheiben in der in Fig. 2 dargestellten oberen Lage bleiben. Dies ist der Fall, weil die durch eine Scheibe erzeugte Kraft eine Funktion der Temperaturdifferenz der Scheibe im Vergleich zu ihrer Arbeitstemperatur ist. Da die Temperaturdifferenz der Scheibe 19 von ihrer Betriebstemperatur größer als diejenige der Scheibe 22 ist, wenn sich die beiden Scheiben auf der gleichen Temperatur befinden, ist die nach oben gerichtete Kraft der Scheibe 19 größer als die nach unten gerichtete Kraft der Scheibe 22.

Wenn die Heizeinrichtungen 54 und 56 angeschlossen werden, steigt die Temperatur der Scheibe 19 schneller als die Temperatur der Scheibe 22. Dies ist der Fall, weil die Heizeinrichtungen unmittelbar angrenzend an die Scheibe 19 angeordnet sind, mit einer gut wärmeleitenden Verbindung, und weil die Heizeinrichtungen in einem Abstand und thermisch isoliert durch die Wand 16 von der

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Scheibe 22 angeordnet, ist. Wenn die Heizeinrichtungen 54 und 56 während einer ausreichenden Zeit betätigt werden, um eine ausreichende Temperaturdifferenz zwischen der Scheibe 19 und der Scheibe 22 zu erzeugen, um die nach oben gerichtete Kraft der Scheibe 19 zu verringern, ÜO<3 diese kleiner als die nach unten gerichtete Kraft der Scheibe 22 ist, schnappen die Scheiben gleichzeitig in ihre untere Lage um, die in Fig. 3 dargestellt ist. Bei einem Relais mit den oben beschriebenen Scheiben erfolgt dies, wenn die Temperaturdifferenz zwischen den beiden Scheiben etwa 42 C beträgt. Eine Bewegung der beiden Scheiben in die untere Lage in Fig. 3 schließt die beiden Schalter.

Wenn die Heizeinrichtungen 54 und 56 weiterhin in Betrieb sind, steigt die Temperatur der Scheiben weiter an, bis ein Gleichgewichtszustand erreicht, ist. Zu dieser Zeit ist der Wärmeübergang zu der Scheibe 19 von den Heizeinrichtungen gleich dem Betrag der Wärmeabgabe der Scheibe, hauptsächlich in den unteren Teil des Relais und nach außen durch die Basis 11. Wenn die Temperatur der kompensierenden Scheibe 22 den Gleichgewichtszustand erreicht, ist der Wärmeübergang von den Heizeinrichtungen 54 und 56 durch die Wand 16 auf die Scheibe 22 gleich dem Betrag der Wärmeableitung davon.

Weil der Wärmeübergang zu der kompensierenden Scheibe durch die Wand 16 erfolgt, die einen beträchtlichen Wärmewiderstand hat, ist der Betrag des Wärmeübergangs zu der Scheibe 22 wesentlich geringer als der Wärmeübergang,der direkt zu der Scheibe 19 erfolgt, so daß die Temperaturdifferenz verhältnismäßig schnell ansteigt, wenn die Heizeinrichtungen angeschaltet werden. In entsprechender Weise ergibt sich eine relativ schnelle Verringerung der Temperaturdifferenz, wenn die Heizeinrichtungen abgeschaltet werden, weil die Scheibe 22 durch Materialien umgeben ist, die verhältnismäßig schlecht leiten, und weil diese Materialien eine Wärmekapazität haben, die das Abkühlen dieser Scheibe verzögert. Die Tatsache, daß die Scheibe 19 sich anfänglich auf einer höheren Temperatur befindet, wenn die Heizeinrichtung abgeschaltet wird, bewirkt eine schnellere Kühlung der Scheibe 19 im Vergleich zu der Scheibe 22.

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Wenn in dem Relais Scheiben Verwendung finden, die im wesentlichen die beschriebenen Arbeitstemperaturen haben, bleiben die Scheiben in der Lage von Fig. 3 und das Relais bleibt betätigt, bis die Temperaturdifferenz der Scheiben hinreichend niedrig ist, so da/3 wieder Kräfteverhältnisse vorliegen, bei denen die nach oben gerichtete Kraft der Scheibe 19 größer als die nach unten gerichtete Kraft der Scheibe 22 ist, woraufhin die Scheiben in die Lage in Fig. 2 umschnappen. Dies tritt auf, wenn die Temperaturdifferenz zwischen den Scheiben etwa 14°C beträgt.

Fig. 5a ist ein Zeit-Temperatur-Diagramm der Arbeitsweise eines Relais mit den oben beschriebenen Scheiben und einer Heizeinrichtung für 24 Volt. In den Figuren ist die Temperatur auf der Abszisse aufgetragen. In Fig. 5a wird die Heizeinrichtung angeschaltet und eine Spannung von 24 Volt angelegt, welcher Zustand dem Punkt 71 entspricht. Unmittelbar vor dem Anschalten der Heizeinrichtungen ist die Temperatur der beiden Scheiben die gleiche. Unmittelbar nach dem Anschalten der Heizeinrichtungen steigt die Temperatur der Scheibe 19 entlang der Kurve 72 an. Wegen der thermischen Verzögerung durch die Wand 16 und wegen des viel größeren Abstands zwischen den Heizeinrichtungen und der Scheibe 22 erfolgt jedoch der Temperaturverlauf der Scheibe 22 entlang einer Kurve 73, weshalb der Temperaturanstieg der Scheibe 22 wesentlich langsamer erfolgt. Wenn ein Punkt erreicht ist, bei dem die Temperaturdifferenz zwischen den Scheiben etwa 42°C beträgt, schnappen die Scheiben um und das Relais wird betätigt. Ein weiterer Betrieb der Heizeinrichtung verursacht, daß die Scheibentemperatur ansteigt, bis praktisch ein Gleichgewicht an den Punkten 74 und 76 erreicht ist. Bei diesem Beispiel beträgt die Temperatur der Scheibe 19 etwa 130°C und die Temperatur der Scheibe 22 etwa 85°C. Beide Temperaturen liegen beträchtlich unter den Arbeitstemperaturen der betreffenden Scheiben, so daß die Scheibe 19 weiterhin eine nach oben gerichtete Kraft auf den Puffer 28 und die Scheibe 22 weiterhin eine nach unten gerichtete Kraft erzeugt. Die nach unten gerichtete Kraft der Scheibe 22 ist jedoch größer als die nach oben gerichtete Kraft der Scheibe 19, so daß die«Scheiben in der in Fig. 3 dargestellten unteren Lage verbleiben.

Die Heizeinrichtungen werden zu einer Zeit entsprechend den Punkten 77 und 78 abgeschaltet. Da die Heizeinrichtungen eine ge-

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ringe Wärmekapazität haben, sinkt die Temperatur der Scheibe 19 praktisch sofort. Da ferner die Scheibe 19 in der freien Luft angeordnet ist, so daß eine beträchtliche Wärmeabgabe erfolgen kann, wird sie schnell abgekühlt. Da die Scheibe 22 jedoch durch Materialien mit einem verhältnismäßig hohen Wärmewiderstand umgeben ist, und weil diese Materialien eine verhältnismäßig große Wärme- ' kapazität haben, erfolgt die Abkühlung der Scheibe 22 wesentlich langsamer. Außerdem erfolgt die Abkühlung der Scheibe 19 schneller, weil ihre absolute Temperatur höher ist. Deshalb erreicht die Temperatur der Scheibe 19 schnell die Temperatur der Scheibe 22. Wenn die Temperatur der Scheibe 19 etwa gleich 14°C mehr als die Temperatur der Scheibe 22 beträgt, ist die nach oben gerichtete Kraft der Scheibe 19 größer als die nach unten gerichtete Kraft der Scheibe 22 und die beiden Scheiben schnappen in die in Fig. 2 dargestellte Lage zurück, wodurch das Relais abgeschaltet wird.

Aus Fig. 5b ist ersichtlich, daß das Gefälle der Temperaturkurve der Scheiben, die durch die Kurve von dem Punkt 81 zu dem Punkt 82 dargestellt ist, verhältnismäßig gering ist, und daß die Scheiben etwa an dem Punkt 82 umschnappen. Weil sich die Scheibe 19 von den Heizeinrichtungen weg bewegt, wenn sie durch die Arbeitslage in Fig. 3 schnappt, sinkt der Betrag des Anstiegs der Temperaturdifferenz nach dem Umschnappen und das Gleichgewicht wird bei einer Temperaturdifferenz von etwa 44 C erreicht. Wenn ■ die Scheibe 19 nicht von den Heizeinrichtungen weggeschnappt wäre, wäre die Kurve der Temperaturdifferenz der gestrichelten Kurve gefolgt, und ein Gleichgewichtszustand würde bei einer Temperaturdifferenz von etwa 53°C erreicht werden.

Nach dem Abschalten der Heizeinrichtung an dem Punkt 84 fällt die Temperaturdifferenz zwischen den Scheiben sehr schnell und die Scheiben schnappen zurück in ihre Ausgangslage etwa bei dem Punkt 86, während die Änderung der Temperaturdifferenz weiterhin verhältnismäßig schnell erfolgt.

Fig. 5c zeigt ein Zeit-Temperaturdifferenz-Diagramm des selben Relais mit der Ausnahme, daß an die Heizeinrichtungen 54 und 56 eine Spannung von 26,5 Volt anstelle von 24 Volt angelegt wird. Die Folge davon ist, daß die Erhöhung der Temperaturdifferenz etwas schneller erfolgt, und daß das Relais an dem Punkt 87 betä-

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tigt wird. Die im Gleichgewxchtszustand erreichte Temperaturdifferenz beträgt ebenfalls etwa 53°C. Da jedoch die Temperatur der betätigten Scheibe 19 im Gleichgewichtszustand verglichen mit der Temperatur der kompensierenden Scheibe höher ist, ist. die Änderung nach dem Abschalten der Heizeinrichtung entsprechend dem Punkt größer und die Zeitverzögerung, bevor eine Abschaltung des Relais im Punkt 89 erfolgt, ist nicht beträchtlich größer als die Zeitverzögerung, wenn entsprechend den Verhätlnissen in Fig. 5b nur 24 Volt angelegt werden.

Die Kurve in Fig. 5d entspricht einer Steuerspannung von 21,5 Volt für die Heizeinrichtungen. In diesem Fall ist der Anstieg der Kurve zu dem Arbeitspunkt 91 steiler als der Anstieg des entsprechenden Teils der Kurve in Fig. 5b, so daß die Verzögerung etwas länger ist. Es ist jedoch zu beachten, daß die Temperaturdifferenz nach dem Umschnappen der Scheiben abfällt und sich bei einer Temperaturdifferenz von etwa 3 5°C stabilisiert. Dieser Abfall der Temperaturdifferenz tritt auf, weil die Scheibe 19 von den Heizeinrichtungen wegschnappt und deshalb der Wärmeübergang zu der Scheibe 19 geringer ist. Die Temperaturdifferenz stabilisiert sich jedoch bei einer Temperaturdifferenz oberhalb von 14 C, so daß das Relais betätigt bleibt. Eine zuverlässige Arbeitsweise ist jedoch gewährleistet, weil die Kurve der Temperaturdifferenz der gestrichelten Linie zu dem Gleichgewichtszustand im Punkt.90 gefolgt wäre, wenn die Scheiben nicht umgeschnappt wären.

Wenn die Heizeinrichtungen im Punkt 92 abgeschaltet werden, beginnt die Temperaturdifferenz sofort zu fallen und das Relais wird etwa an dem Punkt 93 abgeschaltet. Ein Vergleich der Fig. 5b bis 5c zeigt, daß verhältnismäßig große Änderungen der den Heizeinrichtungen zugeführten Steuerspannungen eine geeignete Arbeitsweise nicht verhindert, sondern nur zu einer Änderung der Einschaltung oder Ausschaltung des Relais führt. Dies ist vor allem auf die Tatsache zurückzuführen, daß die Arbeitsweise des Relais in beiden Fällen auftritt, während der Betrag der Änderung der Temperaturdifferenz groß ist.

Es ist wünschenswert, das Relais so anzuordnen, daß es bei einer Temperaturdifferenz betätigt wird, die beträchtlich unter

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der schließlichen Temperaturdifferenz liegt, die unter nominellen Bedingungen erreicht würde, wenn das Umschnappen der Scheiben nicht auftreten würde. Vorzugsweise sollte die Temperaturdifferenz bei einer Arbeitsweise unter nominellen Bedingungen etwa 63% dieser schließlichen Temperaturdifferenz betragen. Bei einer derartigen Anordnung können beträchtliche Verringerungen des Betrags des Wärmeübergangs auftreten, die beispielsweise durch eine niedrige Steuerspannung bedingt sind, ohne daß ein Zustand auftritt, bei welchem die erforderliche Temperaturdifferenz entweder die Temperaturdifferenz des Gleichgewichtszustands überschreitet oder nah annähert. Ein Vergleich der drei Kurven in den Fig. 5b, 5c und 5d zeigt, daß selbst bei relativ großen Änderungen der Wärmeleistung der Heizeinrichtung das Relais entlang relativ geradlinigen Teilen der Kurve der Temperaturdifferenz arbeitet, und daß die Einschaltung und die Ausschaltung des Relais durch relativ große Änderungen der Heizspannungen nicht drastisch geändert wird. Dies ist selbst dann der Fall, wenn die Wärmeabgabe der Heizeinrichtung eine Funktion des Quadrats der Heizspannung ist.

Da die Scheiben relativ zu der Heizeinrichtung so angeordnet sind, daß die betätigende Scheibe sehr nahe der Heizeinrichtung liegt, bevor das Relais betätigt wird, erfolgt eine geeignete Arbeitsweise des Relais selbst dann, wenn die Temperaturdifferenz im Gleichgewichtszustand kleiner als die Temperaturdifferenz ist, die zurBetätigung benötigt wird, wie in Fig. 5d dargestellt ist. Die Justierschraube 53 gewährleistet eine gewisse Einjustierung der Abschaltzeit des Relais, indem eine Einjustierung der Kraft ermöglicht wird, welche auf die Scheibe 19 ausgeübt wird, wenn das Relais betätigt wird. Eine derartige Einjustierung beeinflußt jedoch nicht die angeschaltete Zeit, weil der Puffer 47 von der Scheibe 19 getrennt ist, wenn das Relais nicht betätigt ist.

Weil die beiden Scheiben im Normalbetrieb die Arbeitstemperaturen nicht erreichen, ist es nicht erforderlich, eine Einrichtung zur vollständigen Halterung des ümfancs der he-den Scheiben vorzusehen. Es ist deshalb möglich, die Srhe^:?-.3~ i~. v-r dargestellten einfachen Weise a η zu ordner., wobei ■.. i r Aiv ■■:. f 1 nur "^a,uf

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einer Seite entlang deren Umfang erfolgt. Ferner ist es möglich, einen einfachen Puffer in Form eines Zapfens zu verwenden, um die Scheiben zu verbinden, so daß keine Öffnungen in den Scheiben und Halteeinrichtungen für eine Verbindung dazwischen erforderlich sind. Deshalb ist jeglicher Totgang vermieden, eine genauere Arbeitsweise wird erzielt, und die Eichung der Scheiben wird durch die Halterung nicht nachteilig beeinflußt. Ferner wurde festgestellt, daß bei einer derartigen Anordnung der Scheiben,wenn ein freier Totgang nicht vorhanden ist, die Eichung der Scheiben sich nicht so sehr ändert, wenn die Scheiben in zahlreichen Zyklen betätigt werden. Die in einer Richtung erfolgende Belastung des Stößels und die damit verbundenen Vorteile können erzielt werden, solange solche Scheiben Verwendung finden, bei denen die Kraft mindestens einer Scheibe auf den Puffer stets in der selben Richtung erfolgt, und wobei der Schnappweg dieser Scheibe mindestens so groß wie derjenige der anderen Scheibe ist. Wenn jedoch beide Scheiben so ausgewählt werden, daß ihre Kräfte sich nicht umkehren, sind extrem enge Toleranzen nicht erforderlich und ein Totgang tritt nicht auf, selbst wenn die Länge des Puffers sich etwas von dem Abstand der benachbarten Oberflächen der Scheiben an ihrem Umfang unterscheidet.

Bei der bevorzugten Ausführung kann der Betrag der Änderung der beim Anschalten der Heizeinrichtung auftretenden Temperaturdifferenz erhöht werden, indem eine größere Wärmekapazität der Wand 16 vorgesehen wird, beispielsweise indem deren Dicke vergrößert wird. Dadurch wird auch der Betrag des Wärmeübergangs zu der kompensierenden Scheibe erniedrigt, weil dadurch die thermische Isolation erhöht wird. Die Konstruktion, bei welcher die kompensierende Scheibe praktisch vollständig durch Material begrenzt ist, das im Vergleich zu Metall verhältnismäßig schlecht wärmeleitend ist, begünstigt ferner die Wärmeisolation der kompensierenden Scheibe und erhöht den Betrag der Änderung der Temperaturdifferenz nach dem Abschalten der Heizeinrichtung. Wenn deshalb eine kürzere Ausschaltzeit erwünscht ist, kann die Dicke der Wand 40 erhöht werden, um den Betrag des Wärmeübergangs von der korn- * pensierenden Scheibe zu verringern und eine größere Wärmekapazität vorzusehen, so daß das Abkühlen der Scheibe 22 langsamer erfolgt.

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Audi die Schraube 53 kann nach innen einjustiert werden, um die Kraft des Federarms 42 auf die Scheibe 19 zu erhöhen.

Obwohl ein spezielles Ausführungsbeispiel beschrieben wurde, bei welchem beide Scheiben Betriebstemperaturen haben, die höher sind als die Temperaturen, die normalerweise beim Betrieb des Relais auftreten, können entsprechende Ergebnisse erzielt werden, wenn Scheiben Verwendung finden, die Arbeitstemperaturen haben, die unter den normalerweise auftretenden Temperaturen liegen.

Patentansprüche

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Claims (19)

1. Patentansprüche

   Relais mit einer ersten und einer zweiten bimetallischen Schnappscheibe, die in dessen Körper angeordnet sind, und zwei stabile Lagen einnehmen können, welche Scheiben in dem Körper so angeordnet sind, daß sie versuchen, sich in entgegengesetzten Richtungen in Abhängigkeit von gleichen Temperaturänderungen zu bewegen, wobei eine Betätigungseinrichtung die Scheiben verbindet und sie in der selben Lage im Vergleich zueinander hält und ein gemeinsames Umschnappen zwischen ihren beiden stabilen Lagen verursacht, wobei eine der Scheiben eine größere Kraft auf die Betätigungseinrichtung ausübt als die andere Scheibe, wenn sich die Scheiben auf der praktisch gleichen Temperatur befinden, wobei eine Heizeinrichtung zwischen den Scheiben in der Nähe der ersten Scheibe angeordnet ist, wobei der Körper eine thermisch isolierende Einrichtung aufweist, die einen erhöhten Wärmewiderstand von der Heizeinrichtung zu der zweiten Scheibe bewirkt, während ein praktisch unbehinderter Wärmeübergang von der Heizeinrichtung zu der ersten Scheibe erfolgt, und daß Umschalteinrichtungen angeschlossen sind, die durch die Bewegung der Scheiben zwischen ihren beiden stabilen Lagen betätigbar sind.
2. 2. Relais nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper eine thermisch isolierende Einrichtung enthält, um die Wärmeabgabe durch die zweite Scheibe zu verringern.
3. 3. Relais nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die isolierende Einrichtung die zweite Scheibe praktisch vollständig umgibt.
4. 4. Relais nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die isolierende Einrichtung eine größere Wärmekapazität als die zweite Scheibe hat.
5. 5. Relais nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper eine ungehinderte Wärmeabgabe der ersten Scheibe ermöglicht.

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6. 6. Relais nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der Scheiben eine Kraft auf die Betätigungseinrichtung in der selben Richtung bei allen normalerweise auftretenden Temperaturen ausübt.
7. 7. Relais nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß beide Scheiben Kräfte auf die Betätigungseinrichtung in der selben Richtung bei allen normalerweise auftretenden Temperaturen ausüben.
8. 8. Relais nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheiben keine Öffnungen aufweisen, und daß die Betätigungseinrichtung ein länglicher zylindrischer Körper ist, der zwischen den Scheiben angeordnet und durch den Körper geführt ist, und von dem ein Ende jeweils an einer der beiden Scheiben angreift.
9. 9. Relais nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper gegenüberliegende Oberflächen aufweist, die an den beiden Scheiben in der Nähe deren Umfangs angreifen, um einer Bewegung der angrenzenden Umfangsteile in einer Richtung weg von dem Umfang der anderen Scheibe entgegenzuwirken, während der Körper keine Einrichtung aufweist, welche zur Verhinderung einer Bewegung des Umfangs der beiden Scheiben zueinander dienen soll.
10. 10. Relais nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine federnde Einrichtung vorgesehen ist, die betätigbar ist, um die Scheibe in die eine Lage zu drücken, und daß eine Justiereinrichtung zum Einjustieren der Kraft der federnden Einrichtung vorgesehen ist.
11. 11. Relais nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheiben sich in der einen Lage befinden, wenn deren Temperatur praktisch gleich ist, und daß die federnde Einrichtung die Scheiben in die eine Lage nur dann drückt, wenn die Scheiben eich in ihrer anderen Lage befinden.

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12. 12. Relais nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daR die Scheiben Arbeitstemperaturen oberhalb der Temperaturen der Scheiben haben, die normalerweise auftreten.
13. 13. Relais, an dessen Körper zwei bimetallische Schnappscheiben angeordnet sind, die zwei stabile Lagen einnehmen können, welche Scheiben in dem Körper so angeordnet sind, daß sie versuchen, sich in entgegengesetzten Richtungen in Abhängigkeit von gleichen Temperaturänderungen zu bewegen, wobei eine Betätigungseinrichtung die Scheiben verbindet und sie in der selben Lage im Vergleich zueinander hält und verursacht, daß sie gleichzeitig zwischen ihren beiden stabilen Lagen umschnappen, wobei eine der Scheiben eine größere Kraft auf die Betätigungseinrichtung als die andere Scheibe ausübt, wenn sich die Scheiben auf der praktisch selben Temperatur befinden, wobei eine Heizeinrichtung betätigbar ist, um die erste Scheibe auf eine höhere Temperatur als die zweite Scheibe zu bringen, und wobei mindestens eine der Scheiben eine Kraft auf die Betätigungseinrichtung ausübt, welche bei allen normalerweise auftretenden Temperaturen die selbe Richtung hat.
14. 14. Relais nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß beide Scheiben eine Kraft auf die Betätigungseinrichtung in der selben Richtung bei allen normalerweise auftretenden Scheibentemperatüren ausüben.
15. 15. Relais nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß beide Scheiben Kräfteauf die Betätigungseinrichtung in der selben Richtung bei allen normalerweise auftretenden Temperaturen ausüben.
16. 16. Relais nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheiben keine Öffnungen aufweisen, und daß die Betätigungseinrichtung ein länglicher Zapfen ist, der zwischen den Scheiben angeordnet und durch den Körper geführt wird, und von dem jeweils ein Ende an den beiden Scheiben angreift.
17. 17. Relais nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper gegenüberliegende Oberflächen aufweist,

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    von denen jeweils eine an den Scheiben angrenzend an deren Umfang angreift, um eine Bewegung des angrenzenden Umfangs in einer Richtung weg von dem Umfang der anderen Scheibe zu verhindern, und daß an dem Körper keine Einrichtung vorgesehen ist, die eine Bewegung des Umfangs der beiden Scheiben zueinander verhindern soll.
18. 18. Relais nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheiben Arbeitstemperaturen oberhalb der normalerweise auftretenden Temperaturen der Scheiben haben.
19. 19. Relais nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizeinrichtung zwischen den Scheibg-n angrenzend an die erste Scheibe angeordnet ist, und daß die erste Scheibe sich von der Heizeinrichtung weg bewegt, wenn das Relais betätigt wird-

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