DE19531730B4

DE19531730B4 - Verfahren zur Montage eines auf einen Zustand ansprechenden elektrischen Schaltmechanismus

Info

Publication number: DE19531730B4
Application number: DE19531730A
Authority: DE
Inventors: Burton John Morrison Seaman
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1994-09-01
Filing date: 1995-08-29
Publication date: 2005-12-29
Anticipated expiration: 2015-08-30
Also published as: ITMI951827A1; DE19531730A1; IT1277514B1; US5467523A; GB9517617D0; ITMI951827A0; GB2293049A; GB2293049B

Abstract

Verfahren zur Montage eines auf einen Zustand ansprechenden elektrischen Schaltmechanismus, das folgende Schritte beinhaltet:
a) Montieren in einem Gehäuse:
– eines Faltenbalges, der sich in Abhängigkeit von in dem Faltenbalg herrschenden Fluiddruckbedingungen in wenigstens einer Dimension verändern kann,
– von Verbindungsmitteln zu einem Betätigungsglied, durch die die Bewegung des Faltenbalgs auf ein Schalterbetätigungsglied übertragbar ist,
– einer Einrichtung zum Einstellen der Bewegungsabhängigkeit des Schalterbetätigungsgliedes vom Fluiddruck in dem Faltenbalg und
– eines bistabilen Federschaltelementes, das sich im Wesentlichen zwischen einem ersten und einem zweiten Kontakt erstreckt und bei Betätigung durch das Schalterbetätigungsglied umschnappt zwischen einer Öffnungsstellung, in der die Kontakte getrennt sind und einer Schließstellung, in der die Kontakte miteinander verbunden sind;
b) Kalibrieren des Schaltmechanismus durch - Befüllen des Faltenbalgs mit Luft und
– Erhöhen und Absenken des Luftdrucks im Faltenbalg,
– Beobachten des Drucks bei dem das Federschaltelement zwischen der...

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Zusammenbau eines auf einen Zustand ansprechenden Schaltmechanismus.

Schalter, die auf Temperaturänderungen ansprechen, sind üblicherweise als Thermostate oder Kältesteuerungen bekannt und werden bei Kühlgeräten, wie beispielsweise Kühlschränken und Gefrierschränken, verwendet, um darin die Temperaturen zu steuern. Diese Thermostate regeln den Schaltzyklus des Kühlkompressors in Abhängigkeit von der Temperatur der an einer bestimmten Stelle in dem Gerät enthaltenen Luft. Wenn die Temperatur einen bestimmten „Einschalt"-Punkt übersteigt, werden die Schaltkontakte geschlossen, und der Kompressor wird eingeschaltet, um das Gerät zu kühlen. Wenn die Temperatur unter einen bestimmten „Ausschalt"-Punkt fällt, werden die Schaltkontakte geöffnet, und der Kompressor wird ausgeschaltet. Beispiele für Thermostate für Kühlgeräte sind in folgenden US-Patenten angeführt: US-A-3 065 320 (Cobean), US-A 3 065 323 (Grimshaw), US-A 3 648 214 (Slonneger), US-A4 490 708 (Thompson et al.) und US-A5 142 261 (Fuller et al.).

Thermostate des Typs, auf den sich diese Erfindung bezieht, verwenden typischerweise einen Faltenbalg, der in Verbindung mit einem Kapillarrohr steht, das in thermischen Kontakt mit der zu kühlenden Stelle steht. Die Expansion bzw. Ausdehnung und die Kontraktion bzw. das Zusammenziehen eines Gases innerhalb des Kapillarrohrs und des Faltenbalgs verursachen eine entsprechende Expansion und Kontraktion der Länge des Faltenbalgs. Beispiele hierfür sind in dem US-Patent 4 186 653 und der DE OS 2112976 beschrieben. Die Bewegung des Faltenbalgs wird über ein Betätigungselement auf ein Schaltelement, wie beispielsweise ein bis tabiles Federschaltelement übertragen, das in der Lage ist, zwischen zwei stabilen Positionen umzuschnappen, von denen eine einen Stromkreis schließt und den Kompressor aktiviert, damit dieser das Gerät kühlt, und von denen der andere den Stromkreis öffnet, um den Kompressor zu deaktivieren. Das Federschaltelement ist an einem Stromkreiselement befestigt, und erstreckt sich nach außen zu einem anderen Stromkreiselement und trägt einen elektrischen Kontakt an seinem freien Ende. In der Stromkreisöffnungsposition des Federschaltelements ist das Federschaltelement von dem anderen Stromkreiselement beabstandet. In der Stromkreisschließposition steht der Kontakt am Federschaltelement im Eingriff mit einem Kontakt, der am anderen Leitungselement befestigt ist, und der Stromkreis ist geschlossen. Das Umschnappen des Federschaltelements wird durch das Betätigungselement in dem Thermostat gesteuert, das gegen das Federschaltelement mit einer Kraft drückt, die mit der Temperaturzunahme über den in dem Gerät ermittelten Sollwert ansteigt. Schließlich erreicht. die Kraft einen Schaltpunkt, an dem das Federschaltelement von einer Position in die andere umschnappt, um den Stromkreis zu öffnen oder zu schließen.

Es wurde gefunden, dass das Betätigungselement sich dem Schaltpunkt graduell nähert, wobei die Kraft, mit der das Federschaltelement seinen elektrischen Kontakt gegen den feststehenden Kontakt am anderen Schaltelement andrückt, stark vermindert ist. Tatsächlich fällt die Kontaktbetätigungskraft auf nahezu Null ab, wenn das Betätigungselement sich dem Schaltpunkt nähert. Bei niedrigen Kontaktkräften kann partikelförmiges Material auf einem der Kontakte eine Unterbrechung der elektrischen Verbindung verursachen. Vibrationen im Gerät können ebenfalls dafür sorgen, dass die Verbindung rasch unterbrochen und nahe am Schaltpunkt wiederaufgebaut wird, was zu dem unerwünschten „Rattern" des Kompressors führt. Diese Zustände können auch zu einer Funkenbildung zwischen den Kontakten führen, die die Kontakte beschädigen und die Betriebscharakteristiken des Thermostats ändern kann.

Es ist wünschenswert, über einen einzigen Thermostaten verfügen zu können, der dazu in der Lage ist, unterschiedliche Arten von Geräten ohne wesentliche Modifikationen zu betreiben. Ein wesentlicher Unterschied zwischen verschiedenen Typen von Geräten besteht darin, dass der Thermostat unterschiedliche Empfindlichkeiten haben muss. Beispielsweise kann ein Hersteller ein Produkt haben, für das eine Temperaturabweichung von 5,5°C (10°F) von Sollwert erwünscht ist, während ein anderer lediglich eine Abweichung von 2,8°C (5°F) zulässt, usw.. Eine bequeme Möglichkeit, unterschiedliche Empfindlichkeiten bei demselben Thermostaten zu erreichen, besteht darin, den Abstand zwischen dem feststehenden Kontakt und dem beweglichen Kontakt in der Stromkreisöffnungsposition zu variieren. Es ist jedoch gefunden worden, dass die Funktion eines bistabilen Federschaltelements, das seine eigene spezielle Größe und Geometrie hat, sehr stark vom Kontaktabstand abhängt. Einige Federschaltelemente arbeiten nur dann richtig, wenn der Kontaktspalt relativ weit ist (was den Thermostaten dazu veranlasst, eine relativ große Temperaturabweichung zuzulassen), während andere nur arbeiten, wenn der Spalt relativ eng ist, und andere nur dann, wenn der Spalt zwischen diesen genannten Fällen liegt. Deshalb ist die Anwendbarkeit eines gegebenen Thermostaten für unterschiedliche Steuerempfindlichkeiten erfordern, bislang begrenzt. Darüberhinaus besteht bei manchen Anwendungen ein Bedarf für einen sehr geräuscharmen Betrieb des Geräts. Dabei ist ein Umschnapp- oder Klickgeräusch, das auftritt, wenn ein Schaltelement öffnet oder schließt, unerwünscht.

Die Massenproduktion von Thermostaten wird durch eine Automation der Montage, so weit möglich, stark vereinfacht. Zur Zeit werden die Kapillarrohre mit den Faltenbalgen in einem frühen Verfahrensstadium zusammengebaut. Die Kapillarrohre geben von den Thermostaten ab, neigen dazu in den Produktionsmaschinen sich zu verheddern und machen allgemein eine automatische Handhabung schwierig. Zusätzlich ist die Länge des Kapillarröhrchens in dem fertiggestellten Thermostaten unterschiedlich in Abhängigkeit von der speziellen Anwendung und dem Gerätehersteller, der diesen Schalter verwenden will. Typischerweise erfolgt die endgültige Größeneinstellung des Kapillarrohrs nahe am Ende des zusammenbauvorgangs dadurch, dass das Rohr längenmäßig zugeschnitten wird, wodurch Material verschwendet wird. Das Eichen des Schaltmechanismus mit dem daran befestigten Kapillarrohr ist deshalb einigermaßen zeitaufwendig, weil die Masse des Kühlmittels oder der Luft in dem Kapillarrohr die Reaktion des Faltenbalgs auf Eichvorgänge verlangsamt.

Die Genauigkeit des Thermostaten hinsichtlich des Ein- und Ausschaltens des Kompressors an gewünschten Temperatureinstellungen für das Gerät hängt teilweise von der Reinheit des Kältemittels im Faltenbalg und im Kapillarrohr ab. Je reiner das Kältemittel ist, um so enger nähern sich die temperaturabhängige Expansion und Kontraktion an einen idealen vorhersehbaren Fall an. Zur Zeit werden Thermostate mit dampfförmigen Kältemittel aus einem Behälter beladen, in dem das Kältemittel zur Fabrik geliefert wird. Luft und andere Verunreinigungen, die in dem Dampf in unterschiedlichen Mengen vorhanden sind, können die Thermostate dazu veranlassen, außerhalb der Spezifikation für das jeweilige Kältemittel zu arbeiten. Die Betriebscharakteristiken von Thermostaten können deshalb voneinander verschieden sein, obwohl sie identisch hergestellt werden.

Obwohl das vorliegend beschriebene erfindungsgemäße Federschalt element besonders zur Anwendung in einem Thermostaten ausgelegt ist, wird davon ausgegangen, dass es auch in anderen, auf einen Zustand ansprechenden Schaltvorrichtungen nützlich ist, wie beispielsweise einer Vorrichtung, die auf eine ermittelte Position oder einen mechanischen Druck anspricht.

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Montage eines auf einen Zustand ansprechenden elektrischen Schaltmechanismus zu schaffen, das Schaltmechanismen mit weitgehend übereinstimmenden Betriebscharakteristiken erzeugt. Das Verfahren soll außerdem Material sparen und eine schnelle, auf Druck basierende Eichung des Schaltmechanismus gestatten.

Gelöst wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1.

Demnach enthält ein Verfahren zur Montage eines auf einen Zustand ansprechenden elektrischen Schaltmechanismus den Schritt des Montierens eines Faltenbalg in einem Gehäuse, der sich in wenigstens einer Dimension abhängig von Fluiddruckzuständen innerhalb des Faltenbalgs ändern kann, des Montierens eines Betätigungselement-Verbindungsglieds, das die Bewegung des Faltenbalges mit einem Schalter-Betätigungsglied verbindet, einer Einrichtung zum Einstellen der Bewegung des Schalter-Betätigungsgliedes abhängig vom Fluiddruck in dem Faltenbalg und des Montierens eines bistabilen Federschaltelements, das sich im Wesentlichen zwischen ersten und zweiten Kontakten erstreckt und bei Betätigung durch das Schalter-Betätigungsglied umschnappt zwischen einer Öffnungsstellung, in der die Kontakte getrennt sind, und einer Schließstellung, in der die Kontakte verbunden sind. Der Schaltmechanismus wird dann dadurch kalibriert, dass der Faltenbalg mit Luft befüllt und von der Luft entlastet wird, verbunden mit dem Beobachten des Druckes bei dem das Federschalt element zwischen den Öffnungs- und Schließstellungen umschnappt, und dem Einstellen der Einstelleinrichtung des Schalterbetätigungsgliedes, bis das Betätigungsglied das Federschaltelement so betätigt, dass es zwischen den Öffnungs- und Schließstellungen umschnappt, wenn der Faltenbalg mit einem vorbestimmten Druck gefüllt ist. Nach der Kalibration wird ein Kapillarröhrchen mit dem Faltenbalg abgedichtet verbunden, und das Kapillarröhrchen und der Faltenbalg werden mit einem Arbeitsfluid gefüllt. Das Kapillarröhrchen wird abgedichtet, um das Arbeitsfluid in dem Kapillarröhrchen und dem Faltenbalg einzuschließen.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Beschreibung und Zeichnungen von Ausführungsbeispielen näher erläutert; es zeigen:
1 eine Aufrissansicht eines auf einen Zustand ansprechenden elektrischen Schaltmechanismus, wobei Teile zur Darstellung des Innenaufbaus weggebrochen sind,
2 eine Unteransicht eines isolierten Gehäusesabschnittes des Schaltmechanismus,
3 eine Teilschnittansicht in der Linie 3-3 von 1 enthaltenden Ebene, wobei zur Darstellung von Einzelheiten Teile entfernt sind,
4 eine Aufrissansicht eines Federschaltelementes des Schaltmechanismus und eines ersten Flachkontaktes des Schaltmechanismus in Phantomlinien,
5 eine Aufrissteilansicht des Federschaltelements aus einer durch die Linie 5-5 von 4 gezeigten günstigen Lage gesehen,
6 eine Endaufrissteilansicht des Federschaltelements aus der durch die Linie 6-6 von 4 gezeigten günstigen Lage gesehen,
7A eine Kurvendarstellung der Kontaktkraft als Funktion der Betätigungselementauslenkung für einen Schaltmechanismus nach dem Stand der Technik,
7B eine Kurvendarstellung der Betätigungselementkraft als Funktion der Betätigungselementauslenkung für den Schaltmechanismus nach dem Stand der Technik,
8A eine Kurvendarstellung der Kontaktkraft als Funktion der Betätigungselementauslenkung für den erfindungsgemäßen Schaltmechanismus,
8B eine Kurvendarstellung der Betätigungselementkraft als Funktion der Betätigungselementauslenkung für den erfindungsgemäßen Schaltmechanismus, und
9 eine schematische Ansicht des Schaltmechanismus unter Darstellung des für den Zusammenbau des Schaltmechanismus verwendeten Eichverfahrens.
In den Figuren sind gleiche Teile durch dieselben Bezugsziffern bezeichnet.
In den 1 bis 3 ist eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in einen auf einen Zustand (beispielsweise die Temperatur) ansprechenden elektrischen Schaltmechanismus (der allgemein mit 10 bezeichnet ist) eingebaut gezeigt, der üblicherweise als Thermostat oder Kältesteuervorrichtung bezeichnet wird. Der Schaltmechanismus hat ein Gehäuse, das allgemein mit 12 bezeichnet ist, mit einem isolierenden Gehäuseabschnitt 14, der einen ersten Flachkontakt 16 und einen zweiten Flachkontakt 18 trägt, die jeweils zum Steckanschluß an einen Stromkreis, wie beispielsweise eine Starkstromleitung für einen Kompressor (nicht gezeigt) aus dem Gehäuse vorstehen. Der Stromkreis wird zwischen den ersten und zweiten Flachkontakten 16, 18 durch Betätigung eines bistabilen Federschaltelements wahlweise geöffnet und geschlossen, das allgemein mit 20 bezeichnet, fest mit dem ersten Flachkontakt 16 verbunden ist und einen beweglichen Kontakt 22 trägt, der mit einem feststehenden Kontakt 24 an dem zweiten Flachkontakt 18 wahlweise in Eingriff gebracht werden kann. Wie in 2 gezeigt, ist ein zweites Schaltelement 26, das zwischen dem ersten Flachkontakt 16 und einem zentralen Flachkontakt 28 verläuft zum Abschalten des Schaltmechanismus (beispielsweise zum Ausschalten eines Kühlschranks) vorgesehen. Andere Schaltermerkmale, die dem Fachmann bekannt sind und im Umfang der vorliegenden Erfindung nicht direkt eingesetzt werden, können ebenfalls eingeschlossen sein.
Eine auf einen Zustand ansprechende Einrichtung zur Verwendung bei der Betätigung des Federschaltelements 20 weist einen Faltenbalg 30 in dem Gehäuse 12 und ein Kapillarrohr 32 auf, das mit dem Faltenbalg verbunden ist und vom Gehäuse weg verläuft. Der Faltenbalg 30 und das Kapillarrohr 32 werden mit einem Arbeitsfluid (beispielsweise einem Kältemittel) gefüllt, das sich als Funktion der Temperatur einer im Wärmekontakt mit der Arbeitsflüssigkeit in dein Kapillarrohr stehenden Stelle ausdehnt und zusammenzieht, wo die Temperatursteuerung beibehalten werden soll, wie beispielsweise in einem Abteil eines Geräts (nicht gezeigt). Der Faltenbalg 30 zieht sich ansprechend auf die Ausdehnung und das Zusammenziehen des Arbeitsfluids im Faltenbalg in axialer Richtung aus bzw. zieht sich in dieser Richtung zusammen.
Die Bewegung des Faltenbalgs 30 wird durch ein Betätigungselementverbindungsglied 34 zu einem Schalterbetätigungselement 36 übertragen, der zur Betätigung des Federschaltelements zwischen den Stromkreisöffnungs- und -schließpositionen im Eingriff steht. Bei der dargestellten Ausführungsform ist das Schalterbetätigungselement 36 ein nach außen vorspringender Vorsprung an dem Betätigungselementverbindungsglied 34 auf der gegenüberliegenden Seite eines (nicht gezeigten) Schwenkpunkts, von wo aus das Verbindungsglied durch den Faltenbalg 30 beaufschlagt ist. Ein Einstellmechanismus des Schaltmechanismus 10 enthält zwei Federn 38, 40, die in dem Gehäuse 12 angebracht und direkt oder indirekt mit dem Betätigungselementverbindungsglied 34 verbunden sind. Die Federn 38, 40 sind derart verbunden, daß sie gegen das Betätigungselementverbindungsglied 34 drücken, um es in entgegengesetzte Richtungen zu schwenken. Durch Einstellung dieser Federn 38, 40 kann die zur Bewegung des Schalterbetätigungselementes 36 erforderliche Kraft größer oder kleiner gemacht werden, wodurch (im Zusammenhang mit einem Kühlschrank oder einem Tiefkühlgerät) der Temperatur-Sollwert eingestellt wird. Die Einstellung des Sollwerts kann durch einen Knopf 42 er erfolgen, der aus dem Gehäuse 12 vorsteht. Schrauben (nicht gezeigt) sind zur Vornahme der Anfangsspan nungseinstellungen der Federn 38, 40 vorgesehen.
Wie in den 2 – 6 gezeigt, umfaßt das Federschaltelement 20 einen Kopf 46, auf dem der bewegliche Kontakt 22 angebracht ist, zwei Arme (die jeweils allgemein mit 48 bezeichnet sind), die vom Kopf nach außen verlaufen, und ein bistabiles Federblatt bzw. Kippelement 50, das von einer Stelle zwischen den Armen aus vom Kopf nach außen verläuft. Der Kopf 46, die Arme 48 und das bistabile Federblatt 50 sind bevorzugt aus einem einzigen Stück eines geeigneten elektrisch leitenden Materials (beispielsweise Berylliumkupfer) gebildet. Das in den Schaltmechanismus 10 eingebaute Federschaltelement 20 ist zu einer Umschnappbewegung zwischen zwei konvexen und konkaven Konfigurationen entsprechend den Stromkreisöffnungs- und Stromkreisschließpositionen ausgelegt. Wie in 3 gezeigt, ist das bistabile Federblatt 50 in dem Gehäuse 12 zum Eingriff durch das Schaltbetätigungselement 36 sowie zur Bewegung mit diesem angeordnet. Wie in 3 durch durchgezogene Linien gezeigt, befindet sich das Federschaltelement 20 in der Stromkreisöffnungsposition, wobei sich das bistabile Federblatt 50 ungefähr im Schaltpunkt befindet, in dem jede weitere Bewegung der bistabilen Lamelle in der durch einen Pfeil 52 gezeigten Richtung das Schaltelement dazu veranlaßt, in die Stromkreisschließkonfiguration (die in Phantomlinien gezeigt ist) umzuschnappen, in welcher der bewegliche Kontakt 22 in Eingriff mit dem feststehenden Kontakt 24 des zweiten Flachkontaktes 18 steht. Aus der Stromkreisschließposition veranlaßt eine Bewegung des bistabilen Federblatts 50 von dem Schaltpunkt in die durch den Pfeil gezeigte Richtung das Federschaltelement 20 dazu, in die Stromkreisschließposition zurückzuschnappen. Bei der vorliegenden Ausführungsform veranlassen zunehmende Temperaturen in dem Gerät den Faltenbalg 30 dazu, sich auszudehnen und das bistabile Federblatt 50 in die Richtung des Pfeils 52 zu bewegen, und abnehmende Temperaturen veranlassen den Faltenbalg dazu, sich zusammenzuziehen und das bistabile Federblatt in die Richtung des Pfeils 54 zu bewegen.
Bei der bevorzugten Ausführungsform ist das Federschaltelement 20 nicht in der Lage, zwischen den Stromkreisöffnungs- und – schließpositionen umzuschnappen, bis es in den Schaltmechanismus 10 eingebaut ist. Da sie vor dem Einbau in den Schaltmechanismus 10 endgültig ausgeformt werden, sind die Arme 48 frei von einer Verbindung miteinander an ihren distalen Enden gegenüberliegend zum Kopf 46 und nehmen eine durch gestrichelte Linien in 4 gezeigte entspannte Position ein. Die Arme 48 werden aus ihren entspannten Positionen einwärts zueinander ausgelenkt und in dieser Konfiguration am ersten Flachkontakt 16 durch eine einzige Niete 56 befestigt. Die Auslenkung der Arme 48 erzeugt eine Spannung in dem Federschaltelement 20 und veranlaßt es dazu, eine allgemein konvexe Konfiguration einzunehmen. Das Federschaltelement 20 ist nunmehr dazu in der Lage, das Umschalten zwischen den beiden (Stromkreisöffnungs- und Stromkreisschließ-)Positionen durchzuführen. Das Federschaltelement 20 verbleibt in der konkaven Stromkreisschließposition lediglich so lange, wie eine an das bistabile Federblatt 50 angelegte Kraft größer als ein bestimmter Betrag ist.
Beim Zusammenbau des Schaltmechnismus 10 wird das Auslenken der Arme 48 durch nach oben Biegen von zwei Lappen 58 erreicht, die als Teil des ersten Flachkontaktes 16 gebildet sind (2 und 6). Die Lappen 58 stehen mit einem jeweiligen Arm 48 in Eingriff und lenken diesen Arm um einen vorbestimmten Betrag einwärts aus. Das Biegen der Lappen 58 wird derart gesteuert, daß das erwünschte Auslenkungsausmaß der Arme 48 aus ihren entspannten Positionen aufgetreten ist, wenn die Lappen ihre Endpositionen erreichen. Die Arme 48 haben Fingerabschnitte 60 an ihren distalen Enden, die aufeinander zu einwärts vorspringen. Halbkreisförmige Ausschnitte 62 (2) auf den seitlichen Innenkanten der Fingerabschnitte 60 nehmen gegenüberliegende Abschnitte der Niete 56 auf, die verwendet wird, um die Arme 48 in ihren ausgelenkten Konfigurationen sicher zu befestigen. Die Niete 56 befestigt die Arme 48 am ersten Flachkontakt 16 durch einen ausschließlichen Eingriff mit den seitlichen Innenkantenrändern der Fingerabschnitte 60. Die seitlichen Außenkantenränder der Fingerabschnitte 60 und die distalen Enden der Arme 48 können sich, wie in 6 in Phantomlinien gezeigt, frei verbiegen, wenn sich das Federschaltelement 20 in seiner Schließposition befindet. Die distalen Enden der Arme 48 ruhen auf einer hochstehenden Plattform 63 über dem ersten Flachkontakte 16, um die Arme von dem ersten Flachkontakte zu beabstanden, um diese Verbiegung zuzulassen.
Das bistabile Federblatt 50 des Federschaltelements 20 liegt allgemein in der Ebene des Kopfs 46 mit Ausnahme seines distalen Endes, das für einen Eingriff durch das Betätigungselement 36 mit einer Erhebung 64 ausgebildet ist. Das bistabile Federblatt 50 ist bevorzugt innerhalb der Begrenzungen der Gesamtabmessungen des Schaltmechanismus 10 so groß wie möglich gemacht und in dem Schaltmechanismus zum Eingriff durch das Schaltbetätigungselement 36 so nahe wie möglich an seinem distalen Ende aufgebaut und angeordnet. Es sind zwei Schlitze (die jeweils mit 66 bezeichnet sind) in dem Federschaltelement 20 auf jeder Seite des bistabilen Federblatts 50 vorgesehen, die teilweise zwischen jedem Arm 48 und der benachbarten Kante des bistabilen Federblatts festgelegt sind. Die Schlitze 66 verjüngen sich einwärts an ihren Längsendabschnitten in unmittelbarer Nähe des Kopfs 46. Die Arme 48 haben einen im wesentlichen konstant breiten Abschnitt 68, der vom Fingerabschnitt 60 auf den Kopf 46 entlang dem entsprechenden Schlitz 66 zu der Stelle verlaufen, wo die Schlitze sich einwärts zu verjüngen beginnen. Von diesem Punkt zu seinem Schnittpunkt mit dem Kopf 46 hat jeder Arm 48 einen Abschnitt 70 zunehmender Breite. Der Scheitel des gekrümmten Federschaltelements 20 ist, wenn sich dieses in seiner Stromkreisschließkonfiguration befindet, allgemein an der Verbindung des konstant breiten Abschnitts 68 und eines Abschnitts 70 zunehmender Breite jedes Arms 48 angeordnet. Der Scheitel ist die Stelle, wo sich die Steigung bzw. Schräge des Federschaltelements 20 zwischen positiv und negativ ändert.
Die Arme 48 und der Kopf 46 des Schalters sind bevorzugt aus einem Rohling ausgestanzt und liegen anfänglich im wesentlichen in derselben Ebene. Die Arme 48 werden daraufhin jedoch entlang entsprechenden Biegelinien 72 dauerhaft aus der Ebene des Kopfs 46 sowie aufeinander zu derart verformt, daß das Federschaltelement 20 eine geringfügig konvexe Konfiguration einnimmt. Wie in 5 gezeigt, werden die Arme 43 aus der Ebene des Kopfs 46 besonders bevorzugt zwischen 3,5° und 4,5° herausgebogen. Es ist wünschenswert, den Biegewinkel zwischen 3° und 3° zu halten, obwohl es klar ist, daß der Biegewinkel aus diesem Bereich herausfallen und trotzdem in den Schutzumfang dieser Erfindung fallen würde. Die Biegung wird bevorzugt durch Reibformen gebildet, wobei der Kantenrand des (nicht gezeigten) Stempels, um den die Biegung gebildet wird, auf einem Radius liegt, und die (nicht gezeigte) Stanze ist nach außen um einen deutlichen Abstand von dem formgebenden Kantenrand des Stempels beabstandet, wenn dieser auf das Federschaltelement 20 schlägt. Jede der Biegelinien 72 verläuft schräg zur Längsmittenlinie CL des Federschaltelements 20 und läuft allgemein durch das Längsende des entsprechenden Schlitzes 66 benachbart zum Kopf 46 (4). Bevorzugt liegt der Winkel zwischen jeder Biegelinie 72 und der Längsmittenlinie CL zwischen 30° und 60°, und besonders bevorzugt zwischen 39° und 41°. Es versteht sich jedoch, daß die Biegelinien 72 mit der Mittenlinie CL Winkel einschließen können, die außerhalb der bevorzugten und besonders bevorzugten Bereiche liegen und trotzdem in den Schutzumfang der vorliegenden Erfindung fallen.
Bei einem speziellen Beispiel des erfindungsgemäßen Schaltmechanismus 10 hat das Federschaltelement 20 eine Gesamtlänge von 0,899 Zoll (sämtliche Abmessungen sind Nominalabmessungen, wobei 1 Zoll 25,4 mm entspricht)), eine Breite (über die Arme gemessen) von 0,512 Zoll und eine Dicke von 0,007 Zoll. Die Länge der Arme beträgt 0,622 Zoll und diejenige des Abschnitts zunehmender Breite der Arme 0,168 Zoll oder etwa 27% der gesamten Länge jedes Arms. Die Länge der Arme wird zwischen Linien senkrecht zur Längsachse des Schaltelements gemessen, wobei die eine Linie am distalen Ende der Arme liegt und die andere am Schnittpunkt der Längsenden der Schlitze am Kopf 46. Als Begrenzung der Arme 43 am Kopfende des Schaltelements wird jedoch allgemein die Biegelinie 72 für die vorliegend diskutierten Zwecke erachtet. Die Fingerabschnitte 60 der Arme sind an ihrer engsten Annäherung zueinander vor der permanenten Biegung in dem Schaltelement durch 0,042 Zoll getrennt. Das bistabile Federblatt 50 ist 0,445 Zoll lang und 0,158 Zoll breit, und die Schlitze 66 sind 0,545 Zoll lang. Die Biegelinien 72 sind jeweils um eine Strecke von einer parallelen Linie L, die durch das Zentrum des beweglichen Kontakts 22 hindurchgeht, zwischen etwa 0,196 und 0,236 Zoll, und besonders bevorzugt zwischen 0,211 und 0,221 Zoll beabstandet. Bei diesem Beispiel werden die Arme 48 einwärts aufeinander zu aus ihrem anfänglichen Zustand koplanar mit dem Kopf 46 um eine Gesamtstrecke von 0,028 Zoll (quer über das Federschaltelement 20 an den distalen Enden der Arme gemessen) gezogen. Die Arme 48 werden durch die Ausbildung der dauerhaften Biegungen um etwa 0,004 Zoll einwärts gezogen, wobei der Rest (0,024 Zoll) bei der elastischen Auslenkung der Arme aus ihren entspannten Positionen beim Einbau in den Schaltmechanismus auftritt. Es versteht sich, daß das Vorstehende lediglich ein Beispiel ist, und daß die Abmessungen des Schaltmechanismus 10 und die Strecke, um die die Arme 4c ausgelenkt werden, vom vorstehend Beschriebenen abweichen kann und trotzdem in den Schutzumfang der vorliegenden Erfindung fällt.
Zwei Betriebscharakteristiken eines Schaltmechanismus nach dem Stand der Technik der in der US-A 4 224 488 beschriebenen Art, die durch den beweglichen Kontakt gegen den festen Kontakt angelegte Kontaktkraft und die durch das Schaltbetätigungselement an das bistabile Federblattelement angelegte Kraft, sind in den 7A und 7B der Zeichnungen als Funktion der Bewegung des Schaltbetätigungselements aufgetragen. Dieselben Schaubil der für einen erfindunsgemäßen Mechanismus sind in den 8A und 8B gezeigt. Wie aus 7A hervorgeht, fällt die an den feststehenden Kontakt durch den auf dem Umschnappfederschaltelement der Vorrichtung nach dem Stand der Technik angelegte Kraft im wesentlichen auf 0 ab, wenn das Betätigungselement sich dem Schaltpunkt aus einer Richtung nähert, die den Schalter dazu veranlaßt, in die Stromkreisöffnungsposition und den Anschluß bzw. die Verbindung zu unterbrechen (beispielsweise einen Kompressor in einem Kühlschrank oder einem Tiefkühlgerät auszuschalten). Wie in 8 gezeigt ist, behält im Gegensatz dazu das erfindunsgemäße Federschaltelement 20 eine hohe Kontaktkraft bei, wenn das Betätigungselement 36 sich dem Schaltpunkt nähert, an welchem das Schaltelement in die Stromkreisöffnungsposition umschnappt. Bevorzugt fällt die Kontaktkraft um nicht mehr als 50% ab, wenn das Schaltbetätigungselement 36 (und das bistabile Federblatt 50) sich dem Schaltpunkt nähern. Es wurde jedoch gefunden, daß die Kontaktkraft des Schaltelements gemäß der vorliegenden Erfindung um nicht mehr als 25% bis 30% abfällt, wenn das Schaltbetätigungselement 36 den Schaltpunkt erreicht.
Das erfindungsgemäße Federschaltelement ist außerdem über einen weiten Kontakttrennungs-Einstellbereich betreibbar, der eine signifikante Einstellung der Empfindlichkeit des Schaltmechanismus 10 erlaubt. Wie in 3 gezeigt, ist eine Spalteinstellschraube 74, die in dem isolierten Gehäuseabschnitt 14 des Schaltmechanismus 10 in einem Gewinde geführt ist, mit dem Kopf 46 des Federschaltelements 20 hinter dem beweglichen Kontakt 22 in Eingriff bringbar, um den Abstand des beweglichen Kontakts vom feststehenden Kontakt in der Stromkreisöffnungsposition einzustellen. Ein Verengen des Spalts erhöht die Empfindlichkeit des Schaltmechanismus 10 für den ermittelten Zustand (d.h. das Federschaltelement 20 schnappt aus seinen Stromkreisöffnungs- und -schließpositionen in den jeweils anderen mit einem kürzeren Bewegungsweg des Schaltbetätigungselements 3h und des bistabilen Federblatts 50 um), und eine Vergrößerung des Spalts vermindert die Empfindlichkeit des Schaltmechanismus. Die 8A und 8B zeigen die Stelle des "Einschalt"-Punkts für das Federschaltelement 20 des vorstehend beschriebenen speziellen Beispiels für Spalte von 1,15 mm, 0,075 mm und 0,038 mm (0,045, 0,030 und 0,015 Zoll). Der Schaltmechanismus "Ausschalt"-Punkt ist derselbe ungeachtet des Spalts zwischen den Kontakten. Daraus wird deutlich, daß der Schaltmechanismus 10 dazu in der Lage ist, das Öffnen und Schließen des Stromkreises für sämtliche drei Abstände auszuführen.
Zugunsten der Wirtschaftlichkeit ist eine automatische Montage des Schaltmechanismus 10 soweit als möglich bevorzugt. Bei der vorliegenden Erfindung werden der Faltenbalg 30, das Betätigungselementverbindungsglied 34, das Schaltbetätigungselement 36, der Einstellmechanismus (z.B. die Federn 38, 40), das Federschaltelement 20 und weitere Bauteile zusammengebaut, und der Schaltmechanismus 10 wird geeicht, bevor das Kapillarrohr 32 angeschlossen wird. Wie in 9 gezeigt, wird Luft verwendet, um den Schalter durch ein dichtes Anschließen einer Düse 76 an ein Ende einer Luftleitung 78 zu eichen, die sich von einer Druckluftquelle 80 zu der Öffnung an der Oberseite des Faltenbalgs 30 erstreckt, wo das Kapillarrohr 32 letztendlich befestigt wird. Der Luftdruck in dem Faltenbalg 30 wird daraufhin rampenartig erhöht und abgesenkt, über und unter den gewünschten Drücken, bei denen das Federschaltelement 20 zwischen den Stromkreisschließ- und -öffnungspositionen umschnappen (kippen) soll, wenn der Faltenbalg mit dem Arbeitsfluid gefüllt ist. Der Betrieb des Federschaltelements 20 in Bezug auf den Druck im Faltenbalg 30 wird überwacht, und der Betätigungselementeinstellmechanismus wird derart manipuliert (d.h. die Spannung der Federn 30, 40 wird derart eingestellt), daß das Umschalten bei den gewünschten Drücken auftritt.
Nach der Eichung werden die Düse 76 und die Luftleitung 78 entfernt, und ein Ende 32 des Kapillarrohrs 32 wird durch die Oberseite des Faltenbalgs 30 von der Außenseite des Gehäuses 12 eingeführt (1). Das Kapillarrohr 32 wird beispielsweise durch Anlöten an der Außenseite des Gehäuses 12 dicht befestigt. Die Luft wird daraufhin aus dem Kapillarrohr 32 und dem Faltenbalg 30 abgezogen, und diese beiden Teile werden mit einem Inertgas, wie beispielsweise Helium, gefüllt. Die Verbindung, wo das Kapillarrohr 32 dicht am Schaltgehäuse 12 angebracht wurde, wird auf Undichtigkeit überwacht. Das Inertgas wird daraufhin aus dem Kapillarrohr 32 und dem Faltenbalg 30 abgezogen, und das Arbeitsfluid wird eingespritzt. Typischerweise werden das Kapillarrohr 32 und der Faltenbalg 30 mit Arbeitsfluid gefüllt, und dieses wird mehrmals abgezogen, um sicher zu gehen, daß Luft und andere Verunreinigungen herausgespült werden. Das Ende des Kapillarrohrs 32 gegenüberliegend zu dem Faltenbalg 30 wird geschlossen, wobei das Arbeitsfluid in dem Kapillarrohr und dem Faltenbalg eingeschlossen wird.
Die Betriebsgenauigkeit des Schaltmechanismus 10 im Zusammenhang mit einem Kühlschrank oder einem Tiefkühlgerät hängt von der Fähigkeit des Schaltmechanismus ab, den Kompressor sehr nahe an den tatsächlich gewünschten Temperatureinstellungen in dem Gerät zu aktivieren und zu deaktivieren. Ein Schlüsselmerkmal bei der Massenproduktion eines insgesamt exakt arbeitenden Schaltmechanismus 10 ist die Beibehaltung der Reinheit des Arbeitsfluids in dem Faltenbalg 30 und im Kapillarrohr 32. Je reiner das Arbeitsfluid, umso näher dehnt es sich aus und zieht es sich zusammen gemäß den idealen Spezifikationen für das Arbeitsfluid. Das in das Kapillarrohr 32 und den Faltenbalg 30 zu füllende Arbeitsfluid wird aus dem Boden des (nicht gezeigten) Versorgungsbehälters entfernt bzw. abgezogen. Das abgezogene Arbeitsfluid ist sehr rein, weil keine Luft oder andere gasförmige Verunreinigungen im Vorratsbehälter zurückbleiben. Das Arbeitsfluid wird in einem (nicht gezeigten) Verdampfer durch ein Bad mit kontrollierter Temperatur geleitet, wo das Arbeitsfluid in die Gasform überführt wird, in der es in das Kapillarrohr 32 und den Faltenbalg 30 eingespritzt wird.

Claims

Verfahren zur Montage eines auf einen Zustand ansprechenden elektrischen Schaltmechanismus, das folgende Schritte beinhaltet: a) Montieren in einem Gehäuse: – eines Faltenbalges, der sich in Abhängigkeit von in dem Faltenbalg herrschenden Fluiddruckbedingungen in wenigstens einer Dimension verändern kann, – von Verbindungsmitteln zu einem Betätigungsglied, durch die die Bewegung des Faltenbalgs auf ein Schalterbetätigungsglied übertragbar ist, – einer Einrichtung zum Einstellen der Bewegungsabhängigkeit des Schalterbetätigungsgliedes vom Fluiddruck in dem Faltenbalg und – eines bistabilen Federschaltelementes, das sich im Wesentlichen zwischen einem ersten und einem zweiten Kontakt erstreckt und bei Betätigung durch das Schalterbetätigungsglied umschnappt zwischen einer Öffnungsstellung, in der die Kontakte getrennt sind und einer Schließstellung, in der die Kontakte miteinander verbunden sind; b) Kalibrieren des Schaltmechanismus durch - Befüllen des Faltenbalgs mit Luft und – Erhöhen und Absenken des Luftdrucks im Faltenbalg, – Beobachten des Drucks bei dem das Federschaltelement zwischen der Öffnungs- und der Schließstellung umschnappt und – Einstellen der Einstelleinrichtung des Schalterbetätigungsgliedes bis das Betätigungsglied das Federschaltelement so betätigt, dass es zwischen der Öffnungs- und Schließstellung umschnappt, wenn der Faltenbalg jeweils mit einem vorbestimmten Druck gefüllt ist c) Druckdichtes Verbinden eines Kapillarröhrchens mit dem Faltenbalg anschließend an den Kalibrierungsschritt; d) Füllen des Kapillarröhrchens und des Faltenbalges mit einem Arbeitsfluid; und e) Abdichten des Kapillarröhrchens und dadurch Einschließen des Arbeitsfluids in dem Kapillarröhrchen und in dem Faltenbalg.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei dem druckdichten Verbinden des Kapillarröhrchens ein Ende des Kapillarröhrchens von außerhalb des Gehäuses durch eine Öffnung in den Faltenbalg eingesetzt wird und das Kapillarröhrchen mit dem Schaltmechanismus auf der Außenseite des Gehäuses innig verbunden wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem druckdichten Verbinden des Kapillarröhrchens mit dem Faltenbalg das Kapillarröhrchen und der Faltenbalg evakuiert werden, das Kapillarröhrchen und der Faltenbalg mit einem Gas befüllt werden und die Verbindung zwischen dem Kapillarröhrchen und dem Faltenbalg hinsichtlich einer Gasleckage beobachtet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Füllens des Kapillarröhrchens und des Faltenbalges mit dem Arbeitsfluid enthält, dass das Arbeitsfluid in flüssiger Form von dem Boden eines ersten Behälters abgezogen wird, der Arbeitsfluid in flüssiger und gasförmiger Form enthält, das herausgezogene Arbeitsfluid durch eine temperaturgesteuerte Umgebung geleitet wird, in der das Arbeitsfluid in gasförmige Form umgewandelt wird, und das in gasförmiger Form vorliegende Arbeitsmittel in das Kapillarröhrchen und den Faltenbalg injiziert wird.