DE963009C - Bimetallrelais - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Bimetallrelais oder einen Bimetallkontakt, insbesondere ein auf Temperaturstrahlung ansprechendes Bimetallrelais, bei dem infolge thermischer Einwirkung auf temperaturabhängige Elemente des Bimetallrelais oder -kontaktes sich unzulässig hohe Kontaktdrücke und/ oder sonstige unerwünschte mechanische Beanspruchungen der Relais- oder Kontaktteile ergeben können.

Die Gefahr einer mechanischen Überbeanspruchung des Bimetallrelais oder -kontaktes tritt stets dann auf, wenn die Wärmezufuhr zu dem Bimetallelement des Relais oder Kontaktes nicht sofort abnimmt, sobald der bimetallgesteuerte Kontakt anspricht. Bei empfindlichen, schnell, ansprechenden Bimetallelementen, die bereits auf kurzfristiges Beheizen ansprechen müssen, und bei träge arbeitenden Regeleinrichtungen, auf die das Bimetallrelais oder der Bimetallkontakt einwirkt, ist diese Gefahr besonders groß. In solchen Fällen kann es leicht vorkommen, daß ζ. Β. der Kontaktdruck einen so hohen Wert erreicht, daß das Bimetallelement sich mehr oder weniger bleibend deformiert, das Relais oder der Kontakt also unbrauchbar wird. as

Es ist an sich nicht mehr neu, die weitere Wärmezufuhr zu einem Bimetallelement nach der Betätigung des durch Erwärmung des Elementes gesteuerten Kontaktes abzuschalten oder stark einzuschränken, um eine unzulässige Erhitzung des steuernden Bimetallelementes zu vermeiden. Eine solche Begrenzung der Wärmezufuhr erfolgt bei

strahlungsbeheizten Bimetallelementen ζ. Β. durch Einschalten einer Blende zwischen die strahlende Wärmequelle und das Bimetallelement oder bei elektrisch beheizten Bimetallstreifen durch vollständiges oder teilweises Abschalten der elektrischen Heizwicklung.

Durch diese Maßnahmen wird zwar ein gewisser Schutz gegen mechanische Überbeanspruchung des Bimetallrelais oder -kontaktes erzielt. Derartige ίο Maßnahmen sind jedoch nicht in allen Fällen anwendbar; sie erfordern teils zusätzliche Steuervorrichtungen, z. B. die Blenden, teils sind sie — wie häufig die Abschaltvorrichtungen für elektrische Heizwicklungen — nicht wirksam genug, da bei Heizwicklungen, die mit hoher Übertemperatur arbeiten, auch nach dem Abschalten der Wicklung die Wärmezufuhr zu dem Bimetallelement zunächst weiter anhält.

Die Erfindung hat den Zweck, diese Nachteile der bekannten Bimetallrelais oder -kontakte zu vermeiden und durch besondere Ausbildung des Bimetallrelais oder -kontaktes dafür zu sorgen, daß selbst bei länger andauernder Wärmezufuhr zu dem wirksamen Bimetallelement eine Überbeanspruchung dieses Elementes oder der mit ihm verbundenen Teile ausgeschlossen wird.

Die Erfindung beruht auf der Überlegung, daß man eine unerwünschte Temperatursteigerung des Bimetallelementes und damit z. B. eine unzulässige Erhöhung des Kontaktdruckes nach dem Einschalten nicht nur durch Drosselung oder Abschaltung der Beheizung, sondern auch dadurch vermeiden kann, daß man nach der Betätigung des Kontaktes die dem Bimetallelement zugeführte Wärme tnögliehst rasch wieder abführt, so daß das Bimetallelement einen Wärmegleichgewichtszustand erreicht, bei dem seine thermoelastische Verformung innerhalb der mechanisch zulässigen Grenzen bleibt. Um auch eine größere Wärmezufuhr einwandfrei durch entsprechende Wärmeableitung ausgleichen zu können, soll die Ableitung der Wärme aus dem Bimetallelement mit zunehmender Erwärmung dieses Elementes ihrerseits ebenfalls zunehmen, damit der Wärmegleichgewichtspunkt möglichst bald nach dem Ansprechen des Kontaktes erreicht wird.

Die auf dieser Überlegung beruhende Anordnung besteht im wesentlichen darin, daß man bei* einem Bimetallrelais oder -kontakt der oben beschriebenen Art erfindungsgemäß zwecks Begrenzung der Kontaktdrücke und/oder der Beanspruchungen Mittel vorsieht, die nach dem Schließen des Relaiskontaktes die weitere Temperaturänderung des Bimetallelementes durch Steigerung des Wärmeüberganges zwischen dem Bimetallelement und einem vorzugsweise auf etwa gleichbleibender Temperatur gehaltenen Medium oder Körper so weit hemmen, daß das Bimetallelement ein Temperaturgleichgewicht erlangt, das die unerwünschte Erhöhung der mechanischen Beanspruchung des Relais oder Kontaktes ausschließt.

Zur Herstellung dieses Gleichgewichtszustandes erweist es sich als zweckmäßig, in einem gewissen Abstand von dem Bimetallstreifen des Relais einen Abkühlkörper anzuordnen, gegen den der Bimetallstreifen bei seiner Erwärmung derart pendelt, daß er sich stets in einem bestimmten, von dem gewünschten Kontaktdruck abhängigen Wärmegleichgewicht bewegt.

Ein solcher Abkühlkörper kann z. B. aus einem den als Schleife ausgebildeten Bimetallstreifen mit geringem Spiel umgebenden Metallmantel mit äußeren Kühlrippen bestehen, den der sich beim Erwärmen aufbiegende Bimetallstreifen nach Schließen seiner Kontakte jeweils in einem solchen Maße berührt, daß er ein Wärmegleichgewicht erlangt.

Für die praktische Ausnutzung des grundsätzlichen Erfindungsgedankens erweist sich eine Ausführung des Bimetallrelais als besonders zweckmäßig, bei dem der Bimetallstreifen von einer vorzugsweise zentral angeordneten Strahlungsquelle beheizt wird, während der Mantel eines die Strahlungsquelle und den Bimetallstreifen luftdicht einschließenden Kolbens unmittelbar als Abkühlkörper dient und zu diesem.Zweck aus einem gut wärmeleitenden Material, z. B. aus Metall, besteht.

Zur Erhöhung der Wärmeableitung kann auf den Außenmantel eines die Wärmestrahlungsquelle und den Bimetallstreifen luftdicht umschließenden Kolbens ein besonderer, vorzugsweise mit Rippen besetzter Kühlkörper aufgesetzt sein.

In der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise veranschaulicht; es zeigt

Fig. ι einen Bimetallschalter, dessen auf Erwärmung ansprechendes Bimetallelement in geringem Abstand von einem Abkühlkörper angeordnet ist, gegen den es sich mit zunehmender Erwärmung in der Weise anlegt, daß mit steigender Temperatur des Bimetallstreifens die Berührungsfläche zwischen diesem Streifen und dem Abkühlkörper größer wird,

Fig. 2 einen senkrechten Schnitt durch einen von der Außentemperatur im wesentlichen unabhängigen Bimetallschalter gemäß der Erfindung, der in einem gasgefüllten oder luftverdünnten Kolben untergebracht ist,

Fig. 3 eine Aufsicht auf den Bimetallschalter gemäß Fig. 2.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Bimetallschalter ist der Bimetallstreifen 1, der mit seinem einen Ende bei 2 festgelegt ist, in Form einer ungefähr kreisförmigen Schleife um eine zentral angeordnete, z. B. als Lampe ausgebildete Heizquelle 3 herumgeführt. Er trägt an seinem anderen freien Ende den beweglichen Schaltkontakt 4, dem ein fester Schaltkontakt 5 in geringem Abstand gegenübersteht. Der kreisförmige Schleifenteil des Bimetallstreifens ι ist von einem Abkühlkörper 6 eng umgeben, der auf seiner Außenseite mit einer großen Zahl von Kühlrippen 7 versehen ist.

Wenn die Heizquelle 3 nicht wirksam ist, so hat der kreisförmige Teil des Bimetallstreifens 1 an seinem gesamten Umfang einen gewissen lichten Abstand von der Innenmahtelfläche des Abkühlkörpers 6. Beim Einschalten der als Heizquelle wirkenden Lampe 3 sucht sich der Bimetall-

streifen ι zu strecken, wobei er mit zunehmender Erwärmung zunächst den beweglichen Kontakt 4 gegen den festen Kontakt 5 drückt und damit die gewünschte Schaltung vornimmt. Bei weiterer Erwärmung legt sich der Bimetallstreifen infolge der Ausdehnung seines kreisförmigen Teiles an die Innenmantelfläche des Kühlkörpers 6 an. Durch die unmittelbare Berührung des Bimetallstreifens mit dem Kühlkörper wird nun Wärme aus dem Bimetallstreifen abgeleitet, so daß die weitere Ausdehnung des Bimetallstreifens und damit die weitere Steigerung des Kontaktdruckes zwischen den Kontakten 4 und S verlangsamt wird, bis infolge Vergrößerung der Berührungsfläche zwischen dem Bimetallstreifen 1 und der Innenmantelfläche des Kühlkörpers 6 ein Gleichgewichtszustand eintritt, bei dem die Wärmezufuhr durch die Heizquelle 3 gleich der Wärmeabfuhr an den Kühlkörper 6 ist, so daß keine weitere Erhöhung des Kontaktdruckes erfolgt und die mechanische Beanspruchung des Bimetallstreifens in zulässigen Grenzen bleibt.

Leitet der Kühlkörper 6 von der Schleife des Birrretalktreifens 1 mehr Wärme ab, als die Schleife von der Heizquelle 3 erhält, oder fällt die Außentemperatur, so verringert sich die Berührungsfläche zwischen der Bimetallschleife 1 und dem Kühlkörper 6 so lange, bis wiederum ein Gleichgewichtszustand eintritt. Infolge der Trägheit des Bimetallstreifens und der Verzögerung in der Wärmeabgabe des Kühlkörpers an die Außenluft können sich dabei leichte Pendelungen des Bimetallstreifens ι ergeben, die dieser um eine bestimmte Mittellage ausführt, die dem ausgeglichenen Wärmegleichgewicht entspricht. Der Punkt des Wärmegleichgewichts ist im wesentlichen dem Kontaktdruck proportional; es dürfte leicht einzusehen sein, daß man durch entsprechende Bemessung des Kühlkörpers 6 sowie des Abstandes zwischen der Schleife des Bimetallstreifens 1 und diesem Kühlkörper den jeweils gewünschten (nicht zu überschreitenden) Kontaktdruck ohne weiteres im voraus festlegen kann.

Die Fig. 2 und 3 zeigen einen von der Außentemperatur unabhängigen Bimetallschalter, der jedoch in einem gasgefüllten oder teilweise evakuierten Kolben 8 untergebracht ist. Der Bimetallstreifen besteht hier aus einer oberen Schleife 1' und einer-unteren Schleife 1"; beide Schleifen sind an ihrem einen Ende durch ein schlecht wärmeleitendes Zwischenglied 9 verbunden. Die _ obere. Schleife 1' ist die Schaltschleife; sie trägt auf ihrem radial nach innen abgebogenen freien Ende den mit einem Gegenkontakt 5 zusammenwirkenden Schaltkontakt 4, während die untere Schleife 1" als Temperaturausgleichschleife dient und mit ihrem freien Ende über einen Tragteil 10 mit dem Kolben 8 verbunden ist. Die Schleifen 1' und 1" sind — was wichtig ist — koaxial zueinander angeordnet. Zum Aufheizen der Schaltschleife 1' dient hier ein Heizdraht 11, der auf einem Heizdrahtträger 12 sitzt. Um die beiden Schleifen i' und 1" thermisch voneinander unabhängig zu machen, sind sie durch eine Zwischenplatte 13 aus einem Werkstoff mit schlechter Wärmeleitfähigkeit, ζ. Β Glimmer oder Asbest, oder durch eine reflektierende Schicht (z. B. hochglänzende Aluminiumfolie) voneinander getrennt. Die Platte 13 entspricht der lichten Weite des Kolbens 8 und ist an dem Heizdrahtträger 12 befestigt. Eine Ausnehmung 14 ermöglicht den Durchtritt des die beiden Schleifen 1' und 1" verbindenden Zwischengliedes 9. Die Platte 13 bildet auch gleichzeitig den Träger für den Gegenkontakt 5. Etwa in gleicher Höhe wie die Bimetallschleife i' umgibt ein Kühlkörper 6 mit Kühlrippen 7 den Außenmantel des Kolbens 8.

Der Kühlkörper 6 dient als Wärmeableiter, sobald die Schleife 1' nach Erreichen des vorgeschriebenen Kontaktdruckes sich gegen die Innenwand des Kolbens 8 legt. Der Vorgang, der sich hierbei abspielt, ist der gleiche, wie er bereits in bezug auf Fig. ι beschrieben wurde, d. h. die Schleife 1' pendelt gegen die Innenwand des Kolbens 8 innerhalb eines gewissen Bereiches ihres Wärmegleichgewichtes.

Die Schleife 1" dient während dieses Vorganges lediglich als Träger für die Schleife 1'. Bei Außentemperaturschwankungen jedoch bewirkt sie eine Kompensation, indem sie den Befestigungspunkt der Bimetallschleife 1' um den Betrag verschiebt, um den sich der Bimetallstreif en 1' seinerseits unter der Wirkung der Außentemperaturänderung gegenüber dem Gegenkontakt 5 bewegt. Dadurch bleibt die Lage des Schaltkontaktes 4 gegenüber dem Gegenkontakt nur von der Beheizung der oberen, beheizten Schleife 1' abhängig.

Claims (4)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Bimetallrelais oder -kontakt, bei dem infolge thermischer Einwirkung auf temperaturabhängige Elemente sich unzulässig hohe Kontaktdrücke und/oder sonstige unerwünschte mechanische Beanspruchungen der Relaisteile ergeben können, insbesondere auf Temperaturstrahlung ansprechendes Bimetallrelais, dadurch gekennzeichnet, daß zwecks Begrenzung der Kontaktdrücke und/oder Beanspruchungen Mittel vorgesehen sind, die nach dem Schließen des Relaiskontaktes die weitere Temperaturänderung des Bimetallelementes durch Steigerung des Wärmeüberganges zwischen dem Bi- " metallelement und einem vorzugsweise auf etwa gleichbleibender Temperatur gehaltenen Medium oder Körper so weit hemmen, daß das Bimetallelement ein Temperaturgleichgewicht erlangt, das die unerwünschte Erhöhung der mechanischen Beanspruchung des Relais ausschließt.

2. Bimetalirelais nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in einem gewissen Abstand von dem Bimetallstreifen des Relais ein Abkühlkörper angeordnet ist, gegen den der Bimetallstreifen bei seiner Erwärmung derart pendelt, daß er sich stets in einem bestimmten, von dem gewünschten Kontaktdruck abhängigen Wärmegleichgewicht hält.

3. Bimetallrelais nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Abkühlkörper aus einem den als Schleife ausgebildeten Bimetallstreifen mit Spiel umgebenden Metallmantel mit Kühlrippen besteht, den der Bimetallstreifen nach Schließen seiner Kontakte in einem solchen Maße berührt, daß er ein Wärmegleichgewicht erlangt.

4. Bimetallrelais nach Anspruch 3, dessen Bimetallstreifen durch Strahlung von einer Strahlungsquelle beheizt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel eines den Strahler und den Bimetallstreifen luftdicht einschließenden Kolbens unmittelbar als Abkühlkörper dient und zu diesem Zweck z. B. aus Metall besteht.

5, Bimetallrelais nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß auf den Außenmantel des den Heizstrahler und den Bimetallstreifen luftdicht umschließenden Kolbens ein besonderer, vorzugsweise mit Rippen besetzter Kühlkörper aufgesetzt ist.

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 452 353, 550863, 388, 597076; französische Patentschrift Nr. 934918.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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