DE2209115B2 - Verfahren zur Vorbearbeitung eines Metalldrahtes mit dem Ziel, das Biegen in der Nähe einer Verbindungsstelle zwischen dem Metalldraht und einem zerbrechlichen Isoliermaterial, insbesondere bei einer Metalldrahtdurchführung durch Glas, zu erleichtern - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft für die Herstellung von Metalldrahtdurchführungen durch zerbrechliche Isoliermaterialien, insbesondere durch Glas, verwendbare Metalldrähte, die in unmittelbarer Nähe des Isoliermaterials gebogen werden müssen, wobei die starren Metalldrähte in einem einzelnen manuellen oder automatischen Arbeitsgang bis zu einem 90°-Winkel gebogen werden können, ohne daß hierzu in Nähe des Biegebereichs eine starke mechanische Kraft auszuüben ist.

Eine Glas-Metall-Verbindung darf nämlich nicht mechanischen Spannungen ausgesetzt werden, die einen bestimmten Wert überschreiten, weil sonst im Glas Einrisse entstehen, die zum Splittern des Glases führen können, wodurch die Festigkeit des Elements und die Dichtigkeit der Anglasung beeinträchtigt würde. Deshalb müssen für das Biegen von Durchführungen in unmittelbarer Nähe einer Glas-Metall-Verbindung besondere Maßnahmen ergriffen werden. Ähnliche Bedingungen bestehen bei anderen zerbrechlichen Isoliermaterialien, wie Keramik, Email usw.

Es sind bereits allgemein gebräuchliche Verfahren bekannt, mit denen dies erreicht werden kann. Beispielsweise wird ein zusätzliches Klemmwerkzeug benutzt, das zwischen der Anglasung und dem gewünschten Biegebereich angebracht wird und den der Anglasung entsprechenden Teil der Metalldurchführung starr hält und dadurch jede Verformung dieses Teils und das Auftreten jeglicher Spannungen im Innern der Anglasung verhindert.

Diese Verfahrensweise eignet sich jedoch nicht für die Herstellung großer Serien von Glas-Metall-Elementen, wie sie insbesondere bei der Montage von elektrischen Relais verwendet werden, die aus einem Schutzrohrkontakt (auch Herkonkontakt oder Schutzgaskontakt genannt) bestehen. Ein derartiger Kontakt besitzt mindestens zwei zusammenarbeitende magnetische Zungen, die in einem hermetisch abgeschlossenen, gewöhnlich aus Glas bestehenden

ίο Gehäuse angeordnet sind. Diese Zungen werden durch einen elektrischen Kreis gesteuert, der aus einer zu diesem Kontakt koaxial angeordneten Spule besteht.

Derartige Relais sind an sich bekannt. Die aus

is Schutzrohrkontakt und Spule bestehende Einheit ist auf einer einen Sockel bildenden Platte aus isolierendem Material angeordnet, durch welche metallische Anschlußstifte hindurchgeführt sind, die mit den Ausgängen des Kontakts bzw. den beiden Enden der

λο Spulenwicklung verbunden sind. Diese Einheit ist mit einer Kappe aus gepreßtem oder gezogenem Metall bedeckt. In den Raum zwischen dem Sockel und der Kappe wird ein flüssiges Harz eingefüllt, das nach Vernetzung eine isolierende und kohärente Füllung der Einheit bildet, welche die einzelnen Bestandteile des Relais an ihrem Platz hält.

Die Stifte, die die Anschlüsse des Schutzrohrkontakts bilden, müssen also auf beliebige Weise mit den beiden Ausgängen der beiden Zungen des Kontakts verbunden werden. Die Nähe der Glas-Metall-Verbindungen schließt es jedoch aus, daß diese Verbindung durch elektrisches Punktschweißen hergestellt wird, da hierbei Makrobewegungen auftreten können. Eine Zinnverbindung andererseits kann bezüglieh der Stellung des Schweißtropfens nicht reproduzierbar durchgeführt werden. Dadurch ergeben sich unterschiedliche Störspaltbreiten, die zu Streuungen der Charakteristiken des Magnetkreises, der von dem Schutzrohrkontakt und den Stiften gebildet wird, sofern diese aus magnetischem Metall bestehen, und damit zu Streuungen der Charakteristiken des Relais führen.

Wenn dagegen die Verlängerungen der Zungen des Schutzrohrkontakts selbst als Ausgangsstifte dieser Zungen benutzt und durch die den Sockel des Relais bildende Platte aus isolierendem Material hindurchgeführt werden, müssen die beiden diese Ausgänge bildenden Drähte um 90° zueinander parallel in dem vorgesehenen Achsabstand der Stifte auf dem Plättchen gebogen werden. Diese Biegung muß zum Erreichen einer größtmöglichen Einschränkung der Längenabmessung des Relais möglichst nahe an den Enden der Spule und damit möglichst nahe an den Anglasungen des Schutzrohrkontakts selbst vorgenommen werden. Da diese Biegung mindestens auf einer Seite erst nach Einführung des Schutzrohrkontakts in die Spule hergestellt werden kann und da es ferner bei Arbeitsgängen in großen Serien zweckmäßig ist, die beiden Biegungen gleichzeitig, d. h. also nach Einführung des Schutzrohrkontakts in die Steuerspule, herzustellen, müssen die beiden Ausgangsdrähte des Schutzrohrkontaktes ohne Kraftaufwand gebogen werden können, wobei die beiden Drähte jedoch eine so große mechanische Festigkeit beibehalten müssen, daß sie bei dem Biegen nicht brechen. Ferner muß der Abstand zwischen den Biegungen genau bestimmt sein, da durch ihn der Abstand der beiden dadurch zueinander parallel gebogenen

Drähte bedingt wird, die nunmehr außerhalb der das Relais tragenden Platte die Anschlußstifte des in dieses Relais eingebauten Schutzrohrkontakts bilden.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens zur Vorbearbeitung von Metalldrähten, das es ermöglicht, die Metalldrähte nachträglich in unmittelbarer Nähe der Verbindungsstellen ohne Anwendung zusätzlicher Werkzeuge mit geringem Kraftabstand an genau bestimmten Stellen zu biegen, ohne daß die Gefahr eines Springens des Isoliermaterials besteht.

Nach der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß der Draht außerhalb der Verbindungsstelle so geprägt wird, daß ein Drahtabschnitt entsteht, dessen Dicke in der Ebene, in der die Biegekraft wirkt, bis zu einer genau definierten Stelle progressiv abnimmt.

Mit anderen Worten: Es wird eine keilförmige Prägung vorgenommen, wodurch man auf dem betreffenden Drahtabschnitt eine Verjüngung mit einer sich progressiv bis zu einem Kleinstwert verändernden Abmessung erhält, so daß bei Ausübung einer Kraft auf den Draht in der Richtung dieser Abmessung der Draht zwangläufig an dieser Stelle gebogen wird.

Das Biegen kann infolge der Verjüngung mit geringem Kraftaufwand erfolgen, und es wird praktisch keine Kraft auf die Verbindungsstelle übertragen, die eine Beschädigung des Isoliermaterials oder eine Beeinträchtigung der Güte der Verbindung zur Folge haben könnte.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß der Draht so geprägt wird, daß die Dicke des Drahtabschnitts in der Biegeebene von dem ursprünglichen Maß des Drahtquerschnitts an dem der Verbindungsstelle abgewandten Ende bis zu einem vorgestimmten Kleinstwert an dem der Verbindungsstelle zugewandten Ende abnimmt. Dadurch ergibt sich der zusätzliche Vorteil, daß das Metall des Drahtabschnitts beim Prägen von der Verbindungsstelle weggedrückt wird, da die zur Bildung einer derartigen Prägung erforderliche, sich ausweitende Form der Stempel des Werkzeugs das Fließen des Metalls in dieser Richtung begünstigt. Dadurch wird die Verbindungsstelle auch beim Prägen gegen jegliche mechanische Spannung geschützt, die ihre Qualität beeinträchtigen könnte.

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen, wobei auf die Zeichnung Bezug genommen wird. In dieser Zeichnung zeigen

F i g. 1 a und 1 b eine Seitenansicht bzw. eine Draufsicht eines erfindungsgemäß in Nähe einer Glas-Metall-Verbindung geprägten Drahts,

Fig. 2 a und 2b eine Seitenansicht bzw. eine Draufsicht eines ebenfalls erfindungsgemäß in Nähe einer Glas-Metall-Verbindung geprägten Drahts,

F i g. 3 und 4 einen senkrechten bzw. einen waagerechten Längsschnitt durch einen Schutzrohrkontakt, dessen Durchführungen in Nähe ihrer Anglasung erfindungsgemäß vorgeprägt wurden,

F i g. 5 einen senkrechten Längsschnitt durch ein mit einem auf obige Weise vorbehandelten Schutzrohrkontakt ausgerüstetes Relais, und

F i g. 6 eine Stirnansicht einer Einzelheit eines derartigen Relais, wobei eine andere Montageart dargestellt ist.

Wie F i g. 1 a zeigt, ist die Durchführung 3 — von der Glas-Metall-Verbindung 10 ausgehend — von der Stelle 30 an zu einem Profil geprägt, das linear von einer Stärke e an dieser Stelle, die kleiner als der Durchmesser d der Durchführung ist, bis zu diesem Durchmesser d an der Stelle 40 übergeht. Dies bringt in Draufsicht (F i g. 1 b) an der Stelle 30 eine Verbreiterung / mit sich, die größer als d ist.

In F i g. 2 a ändert sich das Profil der an der Durchführung 3 vorgesehenen Prägung — von der Glas-Metall-Verbindung 10 ausgehend — linear von

ίο einem Wert e_t an der Stelle 50, der kleiner als der Durchmesser d ist, bis zu einem Wert e.₂ an der Stelle 60, der größer als e_t ist. In Draufsicht (F i g. 2 b) bringt dies eine Verbreiterung Z₁ bei 50 und eine Verbreiterung I₂ bei 60 mit sich, wobei Z₁ größer als I₂ ist.

In beiden Fällen wird durch die Arbeit der Prägestempel (schematisch mit P₁ und P₂ in F i g. 1 a und mit P₃ und P₄ in Fig.2a dargestellt) infolge ihrer Keilform ein Fließen des Metalls der Durchführung

ao bewirkt, das zwangläufig auf die offeneren Enden dieser Stempel zu, d. h. also auf die der Glas-Metall-Verbindung entgegengesetzte Seite zu, vor sich geht. Dadurch wird vermieden, daß sich zum Zeitpunkt der Prägung mechanische Spannungen auf die Anglasung zu ausbreiten.

Dadurch, daß an der Stelle 30 (F i g. 1 a und 1 b) bzw. an der Stelle 50 (F i g. 2 a und 2 b) der Durchführung eine minimale Stärke vorgesehen ist, wird sich diese Durchführung 3 bei Einwirken einer Kraft in Querrichtung (Pfeil / in F i g. 1 a und 2 a) vorzugsweise an diesen Stellen mit der geringsten Stärke und damit der geringsten mechanischen Festigkeit biegen. Durch eine an den Durchführungen eines Schutzrohrkontakts (F i g. 3 und 4) hergestellte Prägung, beispielsweise in der in F i g. 2 a und 2 b dargestellten Art, um eine 90°-Biegung dieser Durchführungen zu erreichen, können somit an diesen mit Genauigkeit die Stellen geringster Stärke bestimmt werden, an welchen die Biegung vorgenommen wird. Nach dem Biegen entspricht der Achsabstand der beiden nunmehr zueinander parallelen Teile der Durchführungen auf Grund der ursprünglichen mechanischen Eigenschaften des Metalls und der durch die Prägung bewirkten Verformung dem Abstand der Stellen mit der geringsten Stärke. Somit kann ein auf diese Weise vorbehandelter Schutzrohrkontakt bequem, beispielsweise auf einer Sockelplatte, montiert werden, die Bohrungen mit demselben Achsabstand aufweist.

Ein derartiger Schutzrohrkontakt 1 besteht auf bekannte Weise aus einem von einem zylindrischen Glasrohr 2 gebildeten Gehäuse, an dessen Enden zwei Durchführungen 3 und 4 angeglast sind. Diese bestehen jeweils aus einem zylindrischen Draht, dessen im Inneren des Gehäuses 2 befindliche Abschnitte zu Zungen 5 und 6 abgeflacht sind, die zueinander parallel so angeordnet sind, daß ihre einander gegenüberstehenden Enden miteinander in Berührung kommen können. Erfindungsgemäß werden die außerhalb des Gehäuses 2 befindlichen Teile bei 7 und 8 in Nähe der beiden Anglasungen so geprägt, daß sie sich progressiv ändernde Querschnittsverringerungen in der in den F i g. 2 a und 2 b dargestellten Form erhalten.

Bekanntlich bestehen derartige Durchführungen von Schutzrohrkontakten aus einer Eisen-Nickel-Legierung, deren mechanische Eigenschaften genau bestimmt sind. Experimentell wurde festgestellt, daß

beispielsweise bei einem Draht mit einem Durchmesser von etwa 0,6 mm eine Verjüngung mit einer Stärke von 0,11 bis 0,15 mm für die obengenannten Bedingungen voll ausreicht. An Stichproben wird nachgeprüft, ob der Bruch des auf diese Weise gepreßten Drahts vor einer gewissen Anzahl Biegungen auftreten kann, die nacheinander in beiden Richtungen jeweils bis zu 90° durchgeführt werden. Es wurde experimentell bestimmt, daß, sobald der Bruch nicht nach drei aufeinanderfolgenden Biegungen auftritt, die Sicherheit des Biegevorgangs für die Vorbereitungs- und Montagearbeitsgänge des mit einem auf diese Weise behandelten Schutzrohrkontakt bestückten Relais praktisch gewährleistet ist.

Wie die F i g. 3 und 4 zeigen, bewirkt eine auf die oben beschriebene Weise hergestellte Verjüngung eine seitliche Ausweitung des abgeflachten Teils, so daß der Querschnitt der Durchführung mit einer sehr geringfügigen Abweichung praktisch gleich bleibt. Infolgedessen bleibt der elektrische Stromdurchfluß gleich; und die elektrischen Eigenschaften des Schutzrohrkontakts und damit des Relais selbst werden nicht gestört. Durch die Konstanz der Verjüngung wird ferner eine konstante Änderung der magnetischen Empfindlichkeit des Schutzrohrkontakts erreicht, so daß eine nachträgliche Wärmebehandlung des Metalls nicht erforderlich ist.

F i g. 5 zeigt ein derartiges Relais 11 mit einem Schutzrohrkontakt 1, dessen Durchführungen 3 und 4 nach Einsetzen des Kontakts in die zu seiner elektrischen Steuerung dienende Spule 12 um 90° an den verjüngten Stellen 7 und 8 gebogen wurden. Die die Sockelplatte 15 in hierzu vorgesehenen Bohrungen durchquerenden Durchführungen 3 und 4 bilden nun die Stifte 13 und 14 zur Speisung des Kontakts, während die Stifte 16 und 17 zur Speisung der Spule dienen und beispielsweise durch einen Zinnlottropfen mit den Enden 18 und 19 der Spulenwicklung verbunden sind. Diese Einheit ist mit einer Kappe 20 abgedeckt. Der Raum 21 zwischen dieser Kappe und der Sockelplatte 15 wird auf geeignete Weise mit einem flüssigen Harz gefüllt, das nach Vernetzung die einzelnen Bestandteile (Schutzrohrkontakt, Steuerspule, Stifte, Verbindungsdrähte) des Relais 11 festsetzt und isoliert.

F i g. 6, die ein Relais bei abgenommener Kappe zeigt, veranschaulicht, auf welche Weise das Vorhandensein der erfindungsgemäß an den Durchführungen des Schutzrohrkontakts in Nähe der Anglasungen hergestellten Verjüngungen die Verwendung von elektrischen Punktschweißungen zur Verbindung der Durchführungen mit Anschlußstiften zuläßt, die ursprünglich von diesen getrennt waren. F i g. 6 zeigt eine der Durchführungen, beispielsweise die Durchführung 13, die auf die oben beschriebene Weise bei 7 verjüngt wurde und ebenfalls im 90°-Winkel, und zwar nicht senkrecht, sondern waagerecht, gebogen wurde, so daß sie bei 22 an den entsprechenden unabhängigen Anschlußstift 13 a, der die Sockelplatte 15 durchquert, elektrisch angeschweißt werden kann. Da die Durchführung und der Anschlußstift sich praktisch rechtwinklig kreuzen, genügt im allgemeinen ein einfacher Elektroschweißpunkt zur Verbindung der beiden Teile. Dank der Verjüngung 7 wird hierbei jede Übertragung von mechanischen Spannungen auf die Anglasungen oder Durchführungen des Schutzrohrkontakts vermieden, die die Zuverlässigkeit des Kontakts beeinträchtigen könnten. Derselbe Aufbau des Relais kann auch mit anderen als den in F i g. 2 dargestellten Anordnungen erreicht werden.

Eine derartige Verfahrensweise ist insofern zweckmäßig, als sie nicht mehr die Verwendung und damit die Herstellung von Schutzrohrkontakten erfordert, die Durchführungen großer Länge besitzen müssen. Diese bestehen nämlich aus einer teuren Eisen-Nikkel-Legierung und sind somit wesentlich kostspieliger

ίο als die die Stifte 13 a bildenden Teile, die aus einer wesentlich billigeren Legierung bzw. einem billigeren Metall bestehen können. Dadurch können die Herstellungskosten derartiger Relais trotz der erforderlichen zusätzlichen Punktschweißung gesenkt werden.

Neben der oben beschriebenen besonderen Anwendung auf ein elektrisches Relais kann das erfindungsgemäße Verfahren überall dort angewendet werden, wo Metalldurchführungen in Nähe einer Glaswand, durch die sie hindurchgeführt sind und an der sie angeglast sind, ohne Gefahr der Rißbildung umgebogen werden müssen. Voraussetzung hierzu ist, daß das Metall bzw. die Legierung der Durchführungen so nachgiebig ist, daß es bzw. sie geprägt und auf eine Stärke gebracht werden kann, die gering ge-

»5 nug ist, um an der Stelle dieser Verjüngung eine bequeme Biegung ohne Kraftaufwand zu erlauben, durch den Spannungen in der benachbarten Glas-Metall-Verbindung entstehen könnten.

Die mechanischen Vorrichtungen, mit denen an einem Schutzrohrkontakt erfindungsgemäße Verjüngungen hergestellt werden können, müssen so ausgebildet sein, daß sie einen Teil des Drahts einer Durchführung zu dieser symmetrisch auf die gewünschte Mindeststärke zusammendrücken.

Diese Arbeit muß auf die folgende Weise in zwei Arbeitstakten erst an der einen Durchführung und dann an der anderen vorgenommen werden: Der Schutzrohrkontakt wird auf eine symmetrische Vorrichtung mit automatischer Bestückung gesetzt, die zwei zu beiden Seiten des Kontakts wirkende Sätze von Backen aufweist. Der erste Satz spannt die Durchführungen 3 und 4 in Nähe der Anglasungen fest, und der zweite Satz P₁, P₂ oder P₃, P₄ (F i g. 1 bzw. 2) dient zum Prägen des Drahts der Durchfüh-

♦5 rungen bezüglich der Anglasungen hinter den beiden ersten Backen, so daß man die gewünschte Verjüngung mit der Mindeststärke erhält. Zu diesem Zweck sind die Backen durch Ansatzstücke entsprechender Abmessungen verstärkt, die eine höhere Härte aufweisen und beispielsweise aus Wolframkarbid bestehen. Nach dem Festspannen des Drahts auf der einen Seite und dem Prägen dieses Drahts auf derselben Seite wird der erste Satz Backen vollständig gelöst; auf der entgegengesetzten Seite werden dann dieselben Arbeitsgänge mit Hilfe des zweiten Satzes Bakken durchgeführt, der darauf ebenfalls vollständig gelöst wird. Dies wird nacheinander an den in die Vorrichtung eingeführten erfindungsgemäß vorzubehandelnden Schutzrohrkontakten wiederholt.

Dieses Verfahren in zwei Arbeitstakten für jeden Schutzrohrkontakt hat sich experimentell als notwendig herausgestellt, da bei gleichzeitigem Prägen der beiden Durchführungen das dadurch auftretende Fließen des Metalls an jedem in unmittelbarer Nähe der Anglasungen befindlichen Durchführungsteil die Gefahr der Entstehung von mechanischen Spannungen in den Anglasungen mit sich bringen würde, welche die Qualität stark beeinträchtigen könnten.

Durch dieses Verfahren, durch welches die Ausgänge des Schutzrohrkontakts zu dessen Anschlußstiften bei seiner Montage auf der Sockelplatte ausgebildet werden, ohne daß hierzu eine Zwischenverbindung erforderlich ist, wird die Zuverlässigkeit des Relais sowie der magnetische Wirkungsgrad der Vorrichtung beträchtlich erhöht und wird gleichzeitig eine Streuung der Charakteristiken infolge unterschiedlicher Störspaltbreiten ausgeschlossen, welche bisher durch die erforderliche Verbindung zwischen den Ausgängen und den Stiften auftraten, so wenig diese auch selbst tatsächlich magnetisch sind.

Wie bereits eingangs erwähnt wurde, ist die Erfindung für die Behandlung von allen metallischen

Durchführungen beliebiger Glas-Metall-Elemente anwendbar, wenn eine derartige Durchführung in unmittelbarer Nähe des Glases ohne Gefahr der Entstehung von Spannungen im Glas gebogen werden soll, sofern der Wirkstoff der Durchführung ausreichend nachgiebig ist, um auf die oben beschriebene Weise örtlich bearbeitet werden zu können.

Die Erfindung eignet sich auch für andere zerbrechliche Materialien, wie Keramik, Email, in die ίο ein Metalldraht eingeschmolzen oder an die ein solcher Draht angeschweißt oder angeklebt werden soll.

Ein typisches Beispiel für eine derartige Anwendung liegt insbesondere auf dem Gebiet der Verbindungen für Halbleiterelemente.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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Claims (3)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Vorbearbeitung eines Metalldrahtes mit dem Ziel, das Biegen in der Nähe einer Verbindungsstelle zwischen dem Metalldraht und einem zerbrechlichen Isoliermaterial, insbesondere bei einer Metalldrahtdurchführung durch Glas zu erleichtern, dadurch gekennzeichnet, daß der Draht (3,4; 13, 14) außerhalb der Verbindungsstelle (10) so geprägt wird, daß ein Drahtabschnitt (7, 8) entsteht, dessen Dicke in der Ebene, in der die Biegekraft wirkt, bis zu einer genau definierten Stelle (30, 50) progressiv abnimmt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Draht (3,4; 13, 14) so geprägt wird, daß die Dicke des Drahtabschnitts (7, 8) in der Biegeebene von dem ursprünglichen Maß (d) des Drahtquerschnitts an dem der Verbindungsstelle (10) abgewandten Ende bis zu einem vorbestimmten Kleinstwert (e, e_t) an dem der Verbindungsstelle (10) zugewandten Ende abnimmt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 zur Anwendung bei einer in das Isoliermaterial eingekapselten Vorrichtung mit an entgegengesetzten Seiten herausgeführten Metalldrähten, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Drähte (3,4; 13, 14) nacheinander so geprägt werden, daß ein vorbestimmter Abstand zwischen den die Biegestellen bestimmenden Drahtabschnitten (7,8) verringerter Dicke erhalten wird.