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Wärmeempfindliches Relais. Die Erfindung betrifft einen elektrischen
übertragungsapparat und ist eine Verbesserung oder Abänderung der Relaisvorrichtung,
die in der Beschreibung des Hauptpatents 367 907 erläutert ist. Der
Zweck vorliegender Erfindung ist, verbesserte Ausführungsformen von Relaisvorrichtungen
dieser Art zu schaffen, die für Eisenbahnsignalsysteme und andere Zwecke geeignet
sind.
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Bei dem in dem Hauptpatent beschriebenen Relais bestehen die Elektroden
aus inneren und äußeren zylindrischen Leitern, zwischen denen ein röhrenförmiger
Körper aus wärmeempfindlichem Stoff liegt, während ein Beheizungsfaden im Innern
der inneren Elektrode angeordnet ist. Hierbei :besteht die innere Elektrode aus
gelochtem Blech oder Drahtnetz oder aus mit Abstand gewickelten Drahtschrauben,
so daß die den wärmeempfindlichen Stoff berührende innere Elektrode Durchlaßöffnungen
besitzt, durch welche die Strahlung aus dem Beheizungsfaden den wärmeempfindlichen
Stoff erreichen kann. Diese Anordnung ist nach der Erfindung dadurch verbessert,
daß der innere und der äußere zylindrische Leiter nicht durchbrochen sind, da sich
ergeben hat, daß es nicht erforderlich ist, derartige Durchlässe für die Wärmestrahlen
zu schaffen, daß vielmehr auch bei uridurchbrochener Ausführung der inneren Elektrode
die Beheizung der wärmeempfindlichen Masse in tadelloser Weise erfolgen kann. Die
Ausführung nach der Erfindung hat zugleich den Vorteil, die Berührungsfläche zwischen
der inneren Elektrode und der wärmeempfindlichen Schicht zu vergrößern, so daß der
Gesamtwiderstand der Vorrichtung verringert und ihr elektrischer Wirkungsgrad verbessert
wird.
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Bei dein im Hauptpatent beschriebenen Relais ist ferner überall der
die Wärme ausstrahlende Faden von den Elektroden getrennt angeordnet. Dies bedingt
eine entsprechende Verringerung der Wirksamkeit der Strahlung. Gemäß der Erfindung
wird die Anordnung auch in dieser Beziehung dadurch verbessert, daß Ausführungen
angegeben werden, bei welchen nicht nur die zwei Elektroden, sondern auch das Beheizungselement
in unmittelbarer Berührung mit dem wärmeempfindlichen Stoff stehen.
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In der Zeichnung ist Abb. i eine zum Teil schematische Ansicht und
teilweiser Schnitt einer die Erfindung verkörpernden Ausführungsform des Übertragungsapparates.
Abb.
2, 3 und 4 sind Längsschnitte abgeänderter Ausführungsformen von übertragungsvorrichtungen
gemäß der Erfindung.
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Abb. 5 ist eine perspektivische Ansicht, welche eine Tragvorrichtung
oder Unterlage zur Aufnahme der die in den anderen Abbildungen dargestellten Vorrichtungen
aufnehmenden Glocke oder Birne darstellt.
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Gleiche Bezugszeichen beziehen sich auf gleiche Teile in den verschiedenen
Abbildungen.
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Bei oder Ausführungsform nach Abib. i enthält der Apparat eine Übertragungsvorrichtung
nach Art eines Relais. Diese Vorrichtung ist als Ganzes mit dem Bezugszeichen R
bezeichnet. Die Vorrichtung besitzt eine Glasbirne 7, innerhalb welcher sich ein
Beheizungselement H befindet. Dieses Element ist hier in Gestalt eines feinen Drahtfadens
dargestellt, dessen Klemmen mit Kontakten g und 12 verbunden sind. Die Birne 7 ist
von einer inneren röhrenförmigen Elektrode io aus elektrisch leitendem Material
umgeben. Diese Elektrode ist verhältnismäßig dünn und hat eine geschwärzte innere
Oberfläche, so daß diese Oberfläche erhebliche wärmeabsorbierende Eigenschaften
besitzt. Die Elektrode io wird von einer Hülle E aus einem Stoff umgeben, der die
Eigenschaft besitzt, seinen elektrischen Widerstand auf Temperaturänderungen ansprechend
zu ändern, und dieser Stoff soll »wärmeempfindlicher Stoff« genannt werden. Dieser
Stoff besitzt vorzugsweise einen hohen negativen Koeffizienten, so daß sein elektrischer
Widerstand mit steigender Temperatur abnimmt und beim Abkühlen auf im wesentlichen
den ursprünglichen Wert wieder ansteigt. Als Beispiel für diesen Stoff mögen genannt
werden Kupferoxyd, Kupferoxydul, Silberselenid, Silbersulfid, Carborundumpaste,
Alundumzement, eine Verschmelzung von Kupfer und Gliminer, die im Nernstlampenfaden
benutzten Oxyde der seltenen Erden und noch viele andere Stoffe sind geeignet. Der
wärmeempfindliche Stoff E ist von einer zweiten äußeren röhrenförmigen Elektrode
i i ebenfalls aus wärmeleitendem Material umgeben. Die innere Elektrode io ist durch
einen Draht 13 mit einem Kontakt ga elektrisch verbunden und die äußere Elektrode
ii durch einen Draht 14 mit einem Kontakt i2a verbunden.
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Das Beheizungselement H ist in einen Primärstromkreis eingeschlossen,
der eine Stromquelle und Mittel zur Überwachung oder Veränderung des Stromflusses
in dem Beheizungselement besitzt. Bei der dargestellten Ausführungsform geht .der
Primärstromkreis von einer Batterie B durch Draht 2i, Schalter S, Draht 22, Kontakt
2o, Kontakt g, Beheizungselement H, Kontakt 12, Kontakt 1g und Draht 23 zur Batterie
B. Der sekundäre Stromkreis besitzt eine Stromquelle, die hier aus der Batterie
BS besteht, und eine auf Elektrizität ansprechende Vorrichtung, welche bei der dargestellten
Ausführung aus einer elektrischen Lampe besteht. Der sekundäre Stromkreis geht hier
von der Batterie BS durch Draht 24, Kontakt iga, Kontakt -2a, Draht 14, äußere Elektrode
i i, wärmeempfindlichen Stoff E, innere Elektrode i o, Draht 13, Kontakt
ga, Kontakt 12a, Draht 25 und Lampe L zur Batterie BS.
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Wie in der Zeichnung dargestellt, sind die Kontakte g und 1:2 in einen
Sockel oder Stöpsel 8 eingeschlossen, .der an dem einen Ende der Birne 7 befestigt
ist, während die Kontakte ga und i 2a in einen gleichen Stöpsel 811 eingeschlossen
sind, der am andern Ende der Birne befestigt ist. Die Kontakte ig und 2o sind in
der Form federnder -Kontaktfinger, die an .einem Tragbrett 2- befestigt sind, wie
in Abb. 5 ersichtlich, und die äußeren Drähte des primären und sekundären Stromkreises
sind mit diesen Fingern verbunden. Wie ersichtlich, kann bei dieser Konstruktion
die Birne 7 leicht angebracht und von dem Trab br ett 2 abgenommen werden, und wenn
sie sich auf dem Brett an ihrer Stelle befindet, sind die Kontaktglieder 12 und
ig, 2o und g, i2a und iga, 20a und ga sämtlich in elektrischer Verbindung.
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Die Wirkungsweise des in Abb. i dargestellten Apparates ist die folgende:
Wenn der Schalter S offen ist, wie mit vollen Linien in der Zeichnung dargestellt,
so ist die Stromzuführung zum Beheizungselement H unterbrochen, so daß dieses Element
und der wärmeempfindliche Stoff E verhältnismäßig kühl sind. In- diesem Fall ist
der Widerstand des wärmeempfindlichen Stoffes E so hoch, @daß der Strom, der in
dem sekundären Stromkreis von der Batterie BS fließt (wenn überhaupt ,ein Strom
vorhanden ist), nicht ausreicht, um die Lampe L zum Leuchten zu bringen. Wenn indes
der Schalter S geschlossen ist, so daß Strom dem Beheizungselement H aus der primären
Batterie B zugeleitet wird, so wird dieses Element beheizt und erhöht seinerseits
die Temperatur des wärmeempfindlichen Stoff es E. Dadurch -wird der Widerstand des
Stoffes auf eine solche Höhe verringert, -daß der Strom, der in dem sekundären Stromkreis
von der Batterie BS fließt, eine genügende Größe hat, um die Lampe L zum, Leuchten
zu bringen. Wenn Schalter S wieder geöffnet wird, so werden das Beheizungselement
H und das wärmeempfindliche Element E wieder kühl, so daß die Lampe L erlischt.
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Die Wirksamkeit der Vorrichtung kann auf Wunsch dadurch gesteigert
werden, daß
eine dünne Schicht von elektrisch leitendem Material,
wie z. B. dünnes Blattgold, zwischen die Elektrode io und den wärmeempfindlichen
Stoff E eingelegt wird. Diese Schicht, welche als innere Hilfselektrode bezeichnet
werden kann, hat die Wirkung, die innere Hauptelektrode io mit im wesentlichen der
ganzen inneren Oberfläche von E in elektrische Berührung zu bringen, so daß die
Wirksamkeit der Vorrichtung auf ein Maximum gesteigert wird.
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Es hat sich ergeben, daß bei gewissen w,-irmeenipfindlichen Stoffen,
wenn sie dem Einfluß der Luft im Betriebe ausgesetzt sind, eine allmähliche Veränderung
in der Beschaffenheit des Stoffes und somit auch in seiner Charakteristik eintritt.
So verwandelt sich z. B. Kupferoxydul allmählich in Kupferozvd mit dem Erfolg, daß
eine Veränderung in den Charakteristiken der Vorrichtung, in welchen dieser Stoff
benutzt wird, eintritt. Diese Veränderung kann vermieden werden, wenn die Stoffe
im Vakuum oder in einem Gas, «-elches keine Wirkung auf den Stoff hat, betrieben
werden. Auch andere für diesen Zweck geeignete Anordnungen können Verwendung finden;
so kann z. B. der wärmeempfindliche Stoff mit einem schützenden Emailleüberzug versehen
«-erden.
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Bei der in Abb.2 dargestellten Ausführungsform besitzt die Vorrichtung
R2 eine Röhre 7, die an den Enden mit den Stöpseln 8 und 8a versehen ist. In dieser
Röhre ist ein beheizendes Element H in Gestalt eines Drahtes aus geeignetem Stoff,
z. B.
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ichrome, gelagert, dessen beide Enden mit den beiden Polen 9 bzw.
12 des Stöpsels 8 verbunden sind. Dieses Bebeizungselement geht durch eine Perle
oder ein Kügelchen El aus wärmeempfindlichem Stoff hindurch. In die gleiche Perle
El sind zwei Elektroden ioa und i ja eingebettet, die bei der hier dargestellten
Ausführungsform aus Drähten bestehen, die mit den zwei Kontakten 9a bzw. i2a des
Sockels 8a verbunden sind. Diese Elektroden sind voneinander und von dem Belieizungselement
H durch die Perle El getrennt gehalten.
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Die Perle, die Elektroden und das Beheizungseleinent können in passender
Weise verbunden «-erden, indem man die beiden Elektroden in dem richtigen Abstand
voneinander festklemmt, alsdann Hitze auf beschränkte Teile derselben anwendet,
die erhitzten Teile der Elektrode in eine gepulverte Wärmeernpfindliehe Substanz
eintaucht, so claß ein kleiner Teil dieser Substanz an den Elektroden haften bleibt,
und dieses Verfahren wiederholt, bis eine genügende Menge des wärmeempfindlichen
Stoffes an den Elektroden anhaftet, um eine Perle zu bilden, in ,v eiche sie eingebettet
sind. Das Beheizungselement H kann durch diese Perle durchgeführt «-erden, während
die letztere noch heiß ist. Das Verfahren kann auch dahin abgeändert werden, daß
`die beiden Elektroden und das Beheizungselement alle zusammen im richtigen Abstand
festgeklemmt werden und dann die Perle in der vorbeschriebenen Weise angebracht
wird. Eine noch andere Abänderung des Verfahrens besteht darin, daß die beiden Elektroden
oder diese Elektroden und das Beheizungselement in richtigem Abstand festgeklemmt
und alsdann in geschmolzene wärmeempfindliche Substanz eingetaucht werden, wobei
sie eine Perle aufnehmen, in welcher die Drähte eingebettet liegen. .
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Die Vorrichtung R= der Abb. 2 kann an Stelle der Vorrichtung R an
dem in Abb. i dargestellten Apparat verwendet werden, und die Wirkungsweise ist
die oben beschriebene.
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In Abb. 3 besitzt die Vorrichtung R3 ein Beheizungselement H und zwei
Elektroden roa und i ia, sämtlich in Gestalt von Drähten. Die Elektroden können
z. B. aus -Nickel, welches mit Kupfer überzogen ist, bestehen. Diese Elektroden
werden zuerst miteinander verdrillt oder verseift, so daß sie zwei schraubenförmige
Leiter bilden, bei welchen die Windungen des einen mit denen des anderen abwechseln,
und alsdann wird das Beheizungselement H um die Elektroden herumgewunden. .Das Ganze
wird dann in einem Ofen erhitzt, um den Kupferüberzug in Kupferoxyd zu verwandeln,
«-elches ein wärmeempfindlicher Stoff ist, so daß jede Windung jeder Elektrode von
den benachbarten Windungen der anderen Elektro#ie durch einen Überzug aus diesem
Stoff getrennt ist, oder, um den Vorgang noch anders auszudrücken, die miteinander
verseiften oder verflochtenen Elektroden sind in -,v, empfindlichen Stoff eingehettet.
'Natürlich können gegebenenfalls auch die Elektroden aus Kupferdraht bestehen, in
welchem Falle der Kupferüberzug unnötig ist. Diese Ausführungsform der Vorrichtung
kann so berechnet werden, daß sie verhältnismäßig starke Ströme überträgt.
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Die in Abb. 3 dargestellte Vorrichtung R' kann an Stelle der Vorrichtung
R bei nein in Abb. i dargestellten Apparat benutzt werden, und die Wirkungsweise
dieses Apparates ist dann die gleiche wie vorher.
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In Abb. q. endlich besitzt die Vorrichtung eine Glasbirne 7, die,
wie bei den früheren Ausführungsformen, mit den zwei Stöpseln e und 8a versehen
ist. Bei dieser Konstruktion sind die Elektroden iob und i i U in Gestalt von Drähten
oder Bändern, die nebeneinanderliegen, und das Beheizungselement H
ist
äladann um diese Elektroden herumgewickelt. Die Elektroden können aus Kupfer oder
aus einem anderen geeigneten Metall, wie Nickel, das mit Kupfer überzogen ist, bestehen.
In jedem Fäll wird, nachdem die Teile verbunden sind, das Ganze in einem Ofen erhitzt,
um die Kupferoberfläche der Elektroden in Kupferoxyd zu verwandeln, so daß diese
Elektroden voneinander und von dem Beheizungselement H durch eine wärmeempfindliche
Substanz getrennt sind. Nachdem dieser Röstprozeß beendet ist, -werden die Teile
in der Röhre 7 gelagert und mitden Kontakten in der dargestellten Weise verbunden.
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Die in Abb. 4 dargestellte Vorrichtung kann ebenfalls an Stelle der
Vorrichtung R in Abb. i treten, und der Apparat arbeitet alsdann in der bei Abb.
i beschriebenen Weise.
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Bei jeder Ausführungsform des Apparates sind die Teile so bemessen,
daß die Veränderungen in der Leitfähigkeit der wärmeempfindlichen Substanz fast
ganz nur von Änderungen in der Temperatur des Beheizungselementes H herrühren und
nicht in merklicher Weise von Temperaturänderungen abhängig sind, die durch den
von dem wärmeempfindlichen Stoff geführten Sekundärstrom veranlaßt sind, so,daß
unter keinen Umständen der Beheizungszustand der wärmeempfindlichen Substanz durch
den Sekundärstrom aufrechterhalten werden kann. Das heißt die Bemessung ist derart,
daß der Sekundärstrom nur verhältnismäßig geringe Wirkung auf die Bestimmung der
Temperatur und Leitfähigkeit des wärmeempfindlichen Stoffes haben kann. Zu diesem
Zweck hat die wärmeempfindliche Substanz einen verhältnismäßig kurzen Weg von verhältnismäßig
weitem Ouerschnitt für den Sekundärstrom.
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Wenngleich hier nur ein einziger von einer wärmeempfindlichen Einheit
überwachter Stromkreis dargestellt ist, so ist doch leicht ersichtlich, daß mehr
als ein solcher überwacht werden kann, und daß auch ein einziges Beheizungselement
auf mehr als eine wärmeempfindliche Vorrichtung wirken kann. .
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Ferner kann statt der zwei Batterien, die in Abb. i dargestellt sind,
offenbar in vielen Fällen eine einzige Batterie Verwendung finden, und überhaupt
können die Stromkreise, um den Bedingungen des Einzelfalles zu entsprechen, abgeändert
werden, ohne vom Wesen der Erfindung abzuweichen.
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Wenn auch im allgemeinen die Vorrichtung, wie oben dargelegt, so bemessen
wird, daß unter keinen Umständen bei ihrer Benutzung der Sekundärstrom die Beheizung
der wärmeempfindlichen Substanz auf ihre wirksame Temperatur fortführen kann, so
kann es doch zuweilen wünschenswert sein, die Vorrichtung so zu konstruieren, daß
die einmal hergestellte leitfähige Beschaffenheit fortdauert, bis der Strom unterbrochen
wird.
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Zum Schluß sei noch bemerkt, daß, obwohl nur einzelne Ausführungsformen
der Vorrichtung gemäß der Erfindung dargestellt und beschrieben sind, doch verschiedene
Änderungen und Abweichungen in der Ausführungsform innerhalb des Rahmens der Erfindung
vorgenommen werden können.