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Glimmrelais Die Erfindung bezieht sich auf ein elektrisches Gasentladungs@gerät,
im besonderen auf ein Relais, das praktisch ohne Energieverbrauch einen eIektrischen
Stromkreis zu schließen und unterbrechen vermag.
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Bei Entladungslampen ist es üblich, thermionisc.he Elektroden zu verwenden
und in Reihenschaltung mit einer Energiequelle vermittels geeigneter .Schalteinrichtungen
zu verbinden. Es ist nun äußerst wünschenswert für einen Entladungslampenkreis,
daß die Relaisvorrichtung zur Unterbrechung und Schließung des Kreises nicht allein
sicher arbeitet, sondern außerdem keine der im Stromkreis der Lampe zugeführte Energie
verbraucht. Während des Arbeitens eines derartigen Relais wird eine Glimmentladung
eingeleitet, und da wenigstens eine,der Elektroden aus einem Bimetallglied besteht,
wird dieses, das durch Entladung erhitzt wird, seine Gestalt ändern, bis es in Berührung
mit der anderen Elektrode gelangt, einen Kurz.schluß 'herbeiführt und damit die
Entladung beendet. Dann .kann sich das Bimetallglied rasch abkühlen und nach nur
rasch vorübergehender Berührung mit den Elektroden in seine Normallage zurückgehen.
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Bei bekannten Geräten dieser Art wurde das Bimetallglied so gestaltet,
daß es sich unter der Entladungswärme auswärts bog, bis es in Berührung mit der
zweiten Elektrode gelangte. Diese
besondere Bauart eines verlustlosen
Relais hat sich besonders wirkungsvoll gegenüber anderen Relaisarten erwiesen, die
für die Steuerung von Fluoreszenzlampen vorgeschlagen sind. Die steigende Beliebtheit
von Fluoreszenzlampen 'hat dazu geführt, daß diese verlustlosen Relais in Massen
hergestellt wunden.
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Bei der Fertigung dieser Relais war es notwen, dig; das Gerät zu evakuieren
und einer Wärmeüehandlung zu unterziehen, bevor die Gasatmosphäre eingebracht wurde.
Bei der Evakuierung werden die Kontakte so auseinandergesetzt, daß sie nach der
anderen Seite gelangen, um eine Verformung des Bimetällgliedes zu verhüten, derart,
daß .die Kontakte ihren Ursprungsabstand beibehalten. Da die Einstellung nicht vollkommen
ist, so können sich manche Kontakte nicht überkreuzen, und es wird entweder das
Bimetallgl.ied verformt, oder es entstehen Risse im Quetschfuß. Das Glas in diesem
ist wenig zugfest aber sehr druckfest. Die Folge war, .daß beim Auswärtsbewegen
des Bimetallgliedes gegen die andere Elektrode Risse im Glas nahe der Elektrode
eintraten. Wenn die Kontakte * sich abnutzen, so daß sie sich nicht berühren, dann
kann eine Bogenentladung zwischen ihnen enitstehen. Der Glasbehälter kann schmelzen
und dadurch sogar Brandgefahr entstehen.
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Die Hauptaufgabe beim Zusammenbau dieser Schalter war die Erzeugung
von Teilen mit engen Toleranzen, ferner die sorgfältige Prüfung .der Teile und sorgsame
Einstellung während des Zusammenbaus. Jedes zusammengebaute Gebilde wurde in ein
Projektionsgerät eingebracht und die Zuführungsdrähte so gebogen, ,daß, der Kontaktabstand
richtig eingeregelt war. Das Biegen. der Drähte führte oft zu mancherlei Schäden
durch Zerbrechen von Schweißstellen und SprüngebiL.durvg im Glas. Bei der Evakuierung
wurde eine weitere Schaltermenge unbrauchbar durch Ungleichmäßigkeit der Kontaktdrähte,
die Sperrkontakte und ungenauen Abstand herbeiführte. Die hohen Kosten .der Untersuchung
der Teile, Handeinstellung und starke Schrumpfung beim. Zusammenbau nötigte zu einer
neuenc Ausbildung, die keine engen Toleranzen oder Einstellungen erforderlich machte.
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Die Aufgabe der Erfindung ist die Erzeugung eines vereinfachten Aufbaus,
bei -dem ein Mindestmaß von Arbeit dafür aufgewendet werden muß, um die verschiedenen
Glieder des Relais in die richtige Lage zu bringen.
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Die Erfindung schafft nun eine Relaisentladungsvorrichtung, die aus
einem Behälter mit Gasfüllung und zwei Elektroden besteht, von denen die eine ein
Bimetall,glied aus zwei Schichten verschiedener Wärmedehnung ist, das mit einem
Ende an einem Leiter befestigt ist. Die Enden: dieser Bimetallelektr.ode sind so
U-förmig gebogen, daß die Schicht geringerer Dehnung an der Innenseite liegt mit
-dem Ergebnis, daß bei Erwärmung sich die Enden einander nähern, wobei das freie
Ende einen Kontakt an der anderen Elektrode berührt, der_ in der Bewegungsbahn,
des freien Endes liegt. Die Erfindung betrifft auch das Verfahren zur I-Ierstellung
der Relaisvorrichtung, wonach die Bimetallelektrode in den richtigen Abstand vom
Kontaktteil der anderen Elektrode gebracht und die Bimetallelektrode so erhitzt
wird, bis ihre Be-,. wegung durch diesen Kontaktteil der anderen Elektrode aufgehalten
wird, wonach die Erhitzung bis zur Verformung des Bimetalls fortgesetzt wird, das
dann wieder abgekühlt wird, um es von dem Gegenkontakt zu entfernen.
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Die Bauart nach der Erfindung macht die Ein stellung und sorgsame
Prüfung der Teile unnötig, weil beim Biegen des Bimetalls in die Kontaktlage während
.der Wärmebehandlung und Evakuierung die weitere Bewegung des Bimetalls durch die
andere Zuleitung begrenzt wird, während die Wärmebehandlung noch fortgesetzt wird.
Hört die Wärmeibehandlung auf, urrd kühlt das Bimetallglied ab, so entfernt sich
sein freies Ende von dem Gegenkontakt um eine Strecke, die abhängig ist von dem
Unterschied zwischen Evakuierungstemperatur und Raumtemperatur, auf die sich das
Bimetallglie,d abkühlt. Der Abstand zwischen dem Kontakt am Bimetallglied und dem
Gegenkontakt während des anfänglichen Zusammenbaus soll nicht größer sein als der
Fertigabstand; davon abgesehen ist aber dieser Anfangsabstand nicht von: ausschlaggebender
Bedeutung, weil dann, wenn das Bimetall und der Gegenkontakt in Berührung sind und
.die Erwärmung fortgesetzt wird, entweder das Binietallglied über die Elastizitätsgrenze
hinaus beansprucht wird oder weil die Wärme Spannungen darin auslöst oder weil beide
Wirkungen nebeneinander gehen mit dem Ergebnis, .daß eine Dauerverformung des Bimetallgliedes
in der Weise eintritt, daß die besonders gewünschte Kontaktgestalt bei der Temperatur
der Wärmebehandlung angenommen wird. Ist der Anfangsabstand von Kontakt und Gegenkontakt
so gewählt, daß er sehr nahe andern endgültig gewünschten liegt, so wird natürlich
während der fortgesetzten Wärmebehandlung nur eine geringe Beanspruchung und Verformung
.eintreten, so daß der schließlich .e Abstand bei Raumtemperatur nicht merklich
.größer sein wird als der anfänglich eingestellte. Die vorliegende Konstruktion
und das Zusammenbauverfahren erspart die Gestaltung und den Zusammenbau auf enge
Toleranzen und .die sorgsame Beobachtung, die bisher notwendig waren. Da die Kontakte
nicht so arbeiten, daß sie aneinander vorbeistreichen, so wird eine Lichtbogenbildung
infolge von Kontaktabnutzung nicht eintreten können, das ihnen gestatten würde,
aneinander ohne Kontakt vorbeizugehen. Bei der Anordnung nach .der Erfindüng wird
die Bewegung .des Bimetalls immer durch den Gegenkontakt oder die Zuleitung begrenzt:
Die Einführungsdrähte werden in den Quetschfuß des Relais so eingebracht, daß Glasbeanspruchungen
nur als Druckkräfte auftreten, denen das Glas zu widerstehen vermag. Bei der Anordnung
sind Schweißstellen in einem Mindestmaß vorgesehen.
Die Erfindung
ist im folgenden beispielsweise an Hand der Zeichnungen. beschrieben, die bevorzugte
Ausführungsformen wiedergeben. Es ist Fig. i ein Längsschnitt durch ein Relais teilweise
in Ansicht, Fig.2 ein Schnitt im größeren Maßstab nach Linie II-II in Fig. i, Fig.3
eine Abänderung der Anordnung nach Fig. i in entsprechender Darstellung, Fig. 4
eine weitere Abänderung, sie zeigt eine Ausführungsform, die besonders für Stromkreise
niederer Spannung, z. B. iio Volt, geeignet ist; Fig. 5 ist ein in größerem Maßstab
gehaltener Schnitt nach Linie V-V in Fig. 4, und Fig. 6 ist ein Schnitt nach Linie
VI-VI in Fig. 5. Das Relais nach Fig. i besteht aus einer Glashülle io, die nach
Evakuierung mit einem ionisierbaren Gas, z. B. Neon, bei einem Druck von etwa io
bis ioo mm gefüllt ist. Die Glashülle besitzt einen einspringenden Ou-etschfuß i
i mit einem Evakuierungsstengel 12, wie er gewöhnlich in der Gl.ühlampenfabrikation
angewendet wird.
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Einführungsleiter 13, 14 mit abgesetztem Teil 15 sind in den Quetschfuß
i i eingeschmolzen. In das Röhreninnere eindringende Teile 16, 17 der Zuleitungen
bestehen aus einem Metall wie Nickel. An dem Stab 16 ist beispielsweise durch Schweißen
eine U-förmige Bimetalielektro:de 18 befestigt.
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Diese Elektrode kann: aus zwei beliebigen Werkstoffen verschiedener
Dehnungsfähigkeit bestehen. Die Metallschicht geringerer Wärmedehnung liegt an der
Innenseite des U und die höherer Dehnungsfähigkeit an der Außenseite. Beispielsweise
kommen Nickel und Moly bdän in Frage. Doch wird vorzugsweise ein Nickelstahl mit
etwa 361/o Nickel für die Innenschicht benutzt und Chromnickelstahl für die Außenschicht
höherer Dehnung. Diese Bimetallelektrode wird mit einem Elektronen abgebenden. Werkstoff
überzogen, beispielsweise mit einem Oxyd von Barium oder Strontium.
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Das freie Ende i9 des Birnetallgliedes i8 trägt einen Kontaktstab
2o (s. besonders. Fig. 2 und 5). An dem Elektrodenstab 17 ist ein Lförmig
gebogener Draht 21 angeschweißt, dessen abgebogenes freies Ende 22 so liegt, .daS
es in Berührung mit dem Kontaktstab 2o gelangt, wenn @dieser die in Fig. i punktiert
angedeutete Lage einnimmt; durch diese punktierte Stellung ist die Lage angedeutet,
die das Bimetallglied bei Wärmezufuhr infolge der Entladung annimmt. Es wurde festgestellt,
daß das Bimetallglied eine Dehnung des Leiterteils 17 über dem Ouetschfußi nicht
beeinträchtigt, so daß der Leiter 17 absichtlich verlängert wurde, um die Entla.dungsfläche
der Elektrode zu vergrößern, die mit dem Bimetallteil als der anderen Elektrode
zusammenwirkt.
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Der Druck, den das Bimetallglied bei Erwärmung ausübt, besteht ersichtlich
in einer Druckkraft zwischen den Teilen 16 und 17. Dieser Druck überträgt sich auf
das Glas zwischen den beiden Elektroden, und dieser Druckbeanspruchung vermag das
Glas Widerstand zu leisten. Wäre dagegen umgekehrt das Bimetallgli-ed so angeordnet,
daß es einen Druck gegen den Elektrodenstab ausüben würde, dann 'bestellt die Gefahr,
daß das Glas infolge der dann auftretenden Beanspruchung rissig wird.
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Bei der so weit geschilderten Vorrichtung finden sich nur drei Schweißstellen,
nämlich .die Schweißstelle zwischen dem. Stab 17 .und dem. L-förmigen Stab 21, zwischen
dem Kontaktstab 2o und dem freien. Ende des Bimetallgliedes und die Schweißstelle
zwischen diesem und dem Stab 16.
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Fig. 3 zeigt eine noch weitere Vereinfachung,der Vorrichtung. Hierbei
ist .das U-förmige Bimetallglied 18 so -gestaltet, daß es mit dem freien- Ende über
dem Stab 17 greift. Wird die Entladung eingeleitet, so zieht sich das U-förm%ige
Glied zusammen, und der Stab 2o trifft auf die Außenseite der Elektrode 17. Hierbei
ist das Bimetal.lglied wieder an dem Stab 16 angeschweißt und ferner der Kontaktstab
an das Bimetallglied. Hier finden sich also nur zwei Schweißstellen. Bei der Ausbildung
nach Fig. 3 besteht .der Stab 17 vorzugsweise aus Wolfram oder Molybdän und der
Stab 16 vorzugsweise aus Nickel.
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Die Relaisvorrichtungen nach Fig. i untdi 3 sind für den Betrieb in
Netzen mit der üblichen Spannung von. 22.o oder 23o Volt geeignet.
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Die Erfindung ist aber auch für den Betrieb mit Netzen von iio oder
115 Voltgeeignet. Bei dieser Spannung ist es notwendig, eine Senkung der Zünd- oder
Durchschl gspannung des Relais vorzusehen. Bei der Gestaltung des Relais für diese
niedere Spannung von iio bis 115 Volt ist die bauliche Einfachheit der so weit beschriebenen
Ausführungsform auch bei Anbringung der Mittel zur Senkung der Durchschlagspan.nung
beibehalten worden.
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Die ;bevorzugte Ausführungsform des Relais, die in Fig. 4 bis 6 wiedergegeben
ist, ähnelt etwas der nach Fig. i. Das Bimetallglied 18 ist an einem Stab r6 angeschweißt
und an dem Stab: 17 eine L-förmige Stange 2i. Das U-förmige Bimetallglied ist unmittelbar
vor dem Stegteil bei 27 und 23 noch. einmal eingezogen. Der Stegteil ist nicht rund
gebogen. wie nach Fig. i und 3, sondern bei 24 abgeflacht (s. besonders Fig. 6).
Ein Magnesiumstück, dessen Breite etwas geringer ist als sie des Stegteils 24, aber
etwas größer als der Abstand zwischen .den eingebogenen Stücken 27 und 23, ist in
der in Fig. 6 besonders erkennbaren Weise eingeschoben und dann beiderseits bei
25 und 26 (s. Fig. 5) abgebogen. Durch dieses U-förmige Magnesiumglied wird die
Entladung auf den Raum zwischen den beiden Elektroden beschränkt, und damit wird
die Überschlagspannung zwischen ihnen herabgesetzt.
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Es sei hervorgehoben, daß die Einfachheit der Abstützung des Magnesiumstreifens
ebenfalls eine Folge der besonderen Anordnung ist, da;ß- der Bimetallbügel sich
beim Entladungsbetrieb zusammenzieht und, auf diese Weise das. Magnesiumglied noch
fester in seiner Lage hält.
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Bei der Herstellung werden .die beiden Einführungsdrähte in den Quetschfuß'
eingeschmolzen,
und es werden Bimetallglied und Kontaktteile angeschweißt
und in den Glaskolben eingebracht. Dieser wird dann in eine Maschine gebracht, in
.der gleichzeitig die Evakuierung und Wärmebehandlung erfolgt. Diese Wärmebeband.lung
erfolgt bei etwa 425° C während etwa 1i/2 Minuten. Dann: läßt man: ihn abkühlen
und das Bimetallglied den gewünschten Abstand vom Gegenkontakt nehmen. Ein Teil
des Magnesiums oder sonstigen Metalls, z. B. Zink, wird entzündet und überzieht
das Bi.mnetall und den. Kolben. Dann wird die gewünschte :Gasfüllung, z. B. eine
Neon-, Helium-oder Argonfüllung, bei einem Druck von 1o bis 150 mm HV zugeführt.
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Im besonderen wird Neon bei einem Druck von 4o bis Zoo, vorzugsweise
6o mm Hg verwendet, Helium ,bei einem Druck von 5o bis 150 undi Argon bei 1o bis
2ö = Hg. Es können aber auch Gemischedieser oder anderer Gase verwendet werden.