DE2657507A1

DE2657507A1 - Temperaturschalteinrichtung und verfahren zu ihrer herstellung

Info

Publication number: DE2657507A1
Application number: DE19762657507
Authority: DE
Inventors: Charles Calvin Rayburn; Larry Lee Sharp; Edward Frank Sidor
Original assignee: Illinois Tool Works Inc
Current assignee: Illinois Tool Works Inc
Priority date: 1975-12-22
Filing date: 1976-12-18
Publication date: 1977-06-30
Also published as: GB1569177A; NL7613826A; JPS5280447A; ES454514A1; AU507035B2; CA1053731A; BR7608470A; IT1065664B; FR2336783B1; SE7614394L; FR2336783A1; AU2028176A

Description

PATENTAN'.VÄI/TE

DK. ing. II. NEGENDAA¹K Mots) · dipl.-ing. II. HAtTCK · dipl-phys. W. SCHMITZ DJPJ..-IXG. E. GRAALFf-: · dipping. W. WEIINERT · difl..phys. W. CARSTENS

EAMBlIKG-JtÜIiCHEN

ZÜSTELIUNGSASSCHRIFT: 30OO HAMBURG 38 · NEUER WAXX 41 '-Z. telefon (O4O) 36 74 38 ITND 36 4115

NBGEDAPATENT HAMBURG

Illinois Tool Works Inc. *4v ^ sooo München 2 · mozahtsth. 23

8501 West Higgins Road ^{nuMIfiMWB8eoeee}

TBLEQR. NEGEDAPATEJIT MÜNCHEN

Chicago, 111. 60631

U.S.A. HAMBTJHG. 17. Dezember 1976

Temperaturschalteinrichtung und Verfahren zu ihrer

Herstellung

Die Erfindung bezieht sich auf einen Schalter, der auf den Raumtemperaturwert anspricht.

Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf einen nichtrückstellbaren Schalter, der bei Anstieg der Raumtemperatur in der Umgebung eines Schaltkreises auf einen vorgegebenen Wert den Schaltkreis öffnet.

Schalter der beschriebenen Art sind erforderlich geworden, um verschiedene Stromkreise in Vorrichtungen, wie beispielsweise Geräten usw. gegenüber den Gefahren darin erzeugter hoher Temperaturen zu schützen. Ein zunehmendes Bewußtsein gegenüber diesen Gefahren, die infolge einer Vorrichtung auftreten, die in der Lage ist, unkontrollierte Temperaturwerte zu entwickeln, unterstreicht die Wichtigkeit des Einbaus von ^Temperaturschaltern in derartigen Vorrichtungen. Es könnte durch die Verwendung eines Schalters, der in der Lage ist, die

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PKJMCHH BAKK J-O. HAMDURO (BU! COO700CO) K». 05/38107 ■ DHB3DNIK BANK AQ. IiAKKiHO (BW. 800SOOOO) 1»B. 083 0035 · TOgTSCHKCK HMB. 2912-206

Zunahme in der Raumtemperatur bis auf einen vorgegebenen Wert wahrzunehmen und schnell und zuverlässig den Schaltkreis zum Unterbrechen des Stromflusses darin zn öffnen, nicht nur eine Zerstörung des Geräts, sondern auch der unmittelbaren Umgebung möglicherweise ausgeschaltet werden.

Bekannte Vorrichtungen der beschriebenen Art sind allgemein mehrstückige Einheiten mit einem leitenden Gehäuse. Diese bekannten mehrstückigen Vorrichtungen sind aufgrund ihrer Eigenart kostspielig in der Herstellung, bei einem hohen Grad an Qualitätsüberwachung. Eine derartige bekannte Vorrichtung bedient sich zweier koaxial angeordneter leitender Drähte, von denen einer elektrisch an ein leitendes Außengehäuse angeschlossen ist und der zweite über einen dünnen Zwischenlegscheibenkörper auslösbar mit; dem leitenden Gehäuse in Verbindung gebracht ist. Der Zwischenlegscheibenkörper wird mittels einer Feder und eines Wärmeplättchens mit dem zweiten leitenden Draht in Berührung gedrückt. Wenn ein vorgegebener Temperaturwert erreicht ist, dann verflüssigt sich das Wärmeplättchen und gibt somit die Federenergie frei, wodurch es einer zweiten Feder ermöglicht wird, die Zwischenlegscheibe aus ihrer Berührung mit dem zweiten leitenden Draht herauszudrücken. Eine derartige Vorrichtung enthält annähernd 8 bis 10 verschiedene Elemente, außer den leitenden Drähten.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Temperaturschalteinrichtung mit einer Mindestanzahl an Elementen zu schaffen.

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Die Temperaturschalteinrichtung gemäß der Erfindung ist in der Lage, bei einem vorgegebenen Temperaturwert einen Schaltkreis schnell und zuverlässig zu öffnen»

Ein besonderes Merkmal der Erfindung besteht darin, daß die erfindungsgemäße Temperaturschalteinrichtung die Lichtbogenbildung zwischen Kontaktpunkten beim Öffnen des Schalters vermindert.

Ferner wird nach einem weiteren Merkmal der Erfindung die Temperaturschalteinrichtung mit einem allgemein konstanten Querschnitt in den stromführenden Elementen versehen, um Heißpunkte in dem Stromkreis auf ein Minimum herabzusetzen.

Ein besonderes Merkmal der Erfindung besteht darin, daß die Temperaturschalteinrichtung von einem nichtleitenden Material eingeschlossen ist, welches die Röntgeninspektion einer derartigen Vorrichtung ermöglicht.

Die obige Aufgabe wird bei Verwirklichung der genannten Merkmale und Vorzüge durch die vorliegende Erfindung erfüllt, bei der grundsätzlich eine Einkapselung der Kontaktbereiche leitender Drähte bei Zusammenführung derselben unter Federspannung in Kontakt miteinander mit einem in der Wärme schmelzenden Material, z.B. einer geeigneten organischen Mischung vorgesehen ist, woran sich ein Überziehen oder Einkapseln mit einem starren Isoliermaterial anschließt, das eine strukturelle uni schützende Einkapselung für den

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Stromkreis bildet, während es die leitenden Drähte mit Ausnahme des Kontaktbereichs voneinander isoliert. Die Federenergie ist in der Anordnung vorgesehen durch Verformung eines Abschnitts wenigstens eines der leitenden Drähte im Bereiche des Anschlußendes unterhalb eines FederSchwenkbereichs von dem leitenden Drahtabschnitt oberhalb eines Federschwenkbereichs fort und von ihm versetzt. Unterhalb des FederSchwenkbereichs ist ein örtlich begrenzter Kontaktbereich vorgesehen, so daß durch eine leichte, seitliche Druckkraft Kontaktbereiche in elektrischen Kontakt zusammengedrückt und in ein in der Wärme schmelzendes Material eingetaucht oder darin eingekapselt werden können, woran sich eine zweite Druckkraft anschließt, um die Feder während des Eintauchens oder Einkapseins des Kontaktbereichs in ein ähnliches in der Wärme schmelzendes Material zu spannen. Das in der Wärme schmelzende Material wird mit einem starren Isoliermaterial verkapselt, um den Stromkreis strukturell zu stützen. Der eingekapselte Bereich bildet somit einen geschlossenen Stromkreis, bis das schmelzbare Material fließt und dadurch die in der Feder gespeicherte Energie freisetzt.

Es zeigen:

FIG. 1 eine Ansicht des fertigen Temperaturschalters allgemein in demselben Maßstab und in derselben Größe wie der gemäß der Erfindung konstruierte eigentliche Schalter,

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FIG. 2 eine Ansicht einer Vorform eines leitenden Drahtes, wie er in der Konstruktion einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung verwendet wird,

FIG. 3 eine Seitenansicht der in Fig. 2 gezeigten Vorform,

FIG. 4 einen Teilschnitt der Vorform während eines ersten Schrittes in der Herstellung eines Schalters gemäß der Erfindung,

FIG. 5 einen Teilschnitt der Vorform während eines zweiten Schrittes in der Herstellung der Vorrichtung gemäß der Erfindung,

FIG. 6 einen Schnitt durch den Schaltteil der Vorrichtung gemäß der Erfindung im Anschluß an den abschließenden Fertigungsschritt und in belastetem Zustand,

FIG. 7 einen Schnitt durch die Vorrichtung ähnlich dem in Fig. 6 gezeigten, nach Öffnen des Stromkreises,

FIG. 8 einen Teilschnitt durch eine zweite Ausführungsform der Erfindung,

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FIG. 9 einen Teilschnitt durch die Vorform nach der Ausführungsform der Fig. 8 im Anschluß an den ersten Fertigungsschritt bei der Herstellung • der Vorrichtung gemäß der Erfindungι

FIG. 10 einen Teilschnitt durch den Schalterteil der in Fig. 8 gezeigten Ausführungsform, Im Anschluß an einen zweiten Fertigungsschritt In der Konstruktion der Vorrichtung,

FIG. 11 einen Schnitt durch eine wahlweise mögliche Ausführungsform des Schalters im Anschluß an den letzten Fertigungsschritt zur Darstellung des Schalters im belasteten Zustand,

FIG. 12 einen Schnitt durch die in Fig. 11 gezeigte Vorrichtung zur Darstellung des Stromkreises in geöffnetem Zustand,

FIG. 13 eine Ansicht einer wahlweise möglichen Vorform des leitenden Drahtes zur Verwendung in der Konstruktion eines Temperaturschalters gemäß de.r Erfindung,

FIG. 14 eine Seitenansicht der in Fig. 13 gezeigten Vorform,

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FIG. 15 einen Teilschnitt der Vorform nach Fig. 13 während eines ersten Fertigungsschritts in der Herstellung des Schalters,

FIG. 16 eine Darstellung ähnlich derjenigen der Fig. 15 im Anschluß an einen zweiten Fertigungsschritt in der Herstellung des Schalters gemäß der Erfindung,

FIG. 17 einen Teilschnitt der Vorform nach Fig. 13 während eines dritten Fertigungsschritts in der Herstellung der Vorrichtung gemäß der Erfindung,

FIG. 18 einen Schnitt durch den Schaltabschnitt der Vorrichtung gemäß der Erfindung in "belastetem Zustand im Anschluß an den abschließenden Fertigungsschritt,

FIG. 19 einen Schnitt durch die Vorrichtung ähnlich demjenigen der Fig. 18 nach Öffnen des Stromkreises,

FIG. 20 eine Ansicht einer wahlweise möglichen Ausführungsform der Vorform des leitenden Drahtes zur Verwendung in der Konstruktion einer weiteren Ausführungsform der Erfindung,

FIG. 21 einen Teilschnitt der in Fig. 20 gezeigten Form während eines ersten Fertigungsschrittes in der

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Herstellung eines Schalters gemäß der Erfindung,

FIG. 22 einen Teilschnitt der Vorform nach Fig. 20 während eines zweiten Fertigungsschrittes in der Herstellung einer Vorrichtung gemäß der Erfindung,

FIG. 23 einen Schnitt durch den Schaltteil der Vorrichtung nach Fig. 22 in belastetem Zustand im Anschluß an den abschließenden Fertigungsschritt,

FIG. 24 einen Schnitt durch die Vorrichtung ähnlich demjenigen der Fig. 23 nach Öffnen des Stromkreises,

FIG. 25 einen Teilschnitt durch den Schaltteil der Vorform während eines ersten Fertigungsschrittes in einer weiteren wahlweise möglichen Ausführungsform der Herstellung eines Schalters gemäß der Erfindung,

FIG. 26 eine perspektivische Darstellung des bei der in Fig. 25 gezeigten Ausführungsform verwendeten in der Wärme schmelzenden Zylinderringes.

Die Temperaturschaltervorrichtung 10, die in Fig. 1 und ausführlicher in Fig. 6 gezeigt ist, wird zunächst mit Bezug auf die verschiedenen Fertigungsschritte zur Herstellung einer bevorzugten Ausführungsform derselben und bei besonde-

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rer Bezugnahme auf die Figuren 2 bis 5 beschrieben.

Es wird zunächst ein Stück leitenden Drahtes allgemein in eine U-Form gebogen, wie in Fig. 2 gezeigt, so daß ein offener Abschnitt und ein geschlossener Bogenabschnitt an den entgegengesetzben Enden der Vorform vorhanden ist. Der geschlossene Abschnitt besteht in der bevorzugten Ausführungsform aus Leitungsdrahtabschnitten 14, die weiter voneinander auf Abstand gehalten sind als die Schalterabschnitte 15 des Drahtes im offenen Endbereich der Vorform. Die Schalterabschnitte 15 im offenen Endbereich bestehen allgemein aus zwei Unterabschnitten 16 und 18. Der untere Unterabschnitt 18 enthält sich von dem oberen Unterabschnitt 16 seitlich nach außen erstreckende Abschnitte, wie sie durch die winkelförmige Ausbildung zueinander und Verbindung miteinander durch ein federartiges Gelenk 26 entstehen. Der Schalterabschnitt enthält einen örtlich begrenzten Kontaktbereich 28, der vorzugsweise zwischen den Enden 22 des leitenden Drahtes und dem zugeordneten Federbereich 26liegt. Die Querschniitsform der Schalterabschnitte 15 ist von dem allgemein kreisförmigen Querschnitt der Leitungsabschnitte 14 in eine im "wesentlichen flache Gestalt verformt, und zwar zu einem im weiteren Verlauf dieser Beschreibung zu erläuternden Zweck.

Der 'Kontaktbereich 28 kann vor teilhaft erweise in dem Schalterabschnitt 15 als ein Vorsprung oder als mehrere

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Vorsprünge ausgebildet sein, die sich in Richtung auf die entgegengesetzten Seiten des leitenden Drahtes zu erstrecken.

Die Vorform kann in dem in Fig. 2 gezeigten Zustand einer leichten Druckkraft F1 unterworfen werden, vorzugsweise in dem oberen Bereich der Vorform, welche auf die Leitungsdrahtabschnitte 14 ausgeübt wird. Diese einleitende Kraft bringt die gegenüberliegenden Schaltabschnitte 15 zusammen, so daß der Kontaktpunkt oder die Kontaktpunkte 28 körperlich in elektrischem Kontakt miteinander sind. In dieser Lage werden die Enden 22 des leitenden Drahtes in ein durch Wärme schmelzbares Material eingetaucht, beispielsweise in ein organisches Material mit einer vorgegebenen Schmelz- oder Fließtemperatur. Das Eintauchen wird natürlich durchgeführt, während sich das organische Material in einem flüssigen Zustand befindet, gefolgt von einem Abkühlen auf Raumtemperatur im Anschluß an das Eintauchen, um eine erste Einkapselung 30 hervorzubringen, welche die Kontakte iider in Fig.4 gezeigten Stellung zusammenhält.

Auf den oberen Bereich der Vorform wird dann bei Lage der Vorform in der in Fig. 4 gezeigten Haltestellung eine seitlich gerichtete Nachfolgekraft F2 aufgebracht. Diese Kraft F2 ist von größerer Stärke als die einleitende Kraft und hat einen ausreichend großen Wert, um die Federbeaufschlagung der Federeinrichtung 28 zu überwinden und den oberen Abschnitt 16 mit dem unteren Abschnitt 18 in Flichtlage zu bringen.

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Bei Spannung der Feder in dieser Weise wird der Schalterabschnitt einem zweiten Eintauchvorgang in in der Wärme schmelzendes organisches Material ausgesetzt, um eine vollständige Abdeckung 32 des Federbereichs 26, des Kontaktpunktes 28, von Teilen des oberen Unterabschnitts 26, des gesamten unteren Unterabschnitts 18, sowie der anfänglichen Einkapselung 30 vorzusehen. Die beiden Tauchüberzüge aus schmelzbarem organischen Material können natürlich aus genau dem gleichen Material bestehen und können im wesentlichen homogen werden. Beim Kühlen des in der Wärme schmelzenden Materials im Anschluß an diesen zweiten Tauchvorgang wird der Stromkreis geschlossen und die Feder in dem in Fig. 5 gezeigten Teileinbau unter Spannung gesetzt.

Es wird nunmehr die Aufmerksamkeit auf die in Fig. 2 gezeigte Vorform gelenkt. Die einander gegenüberliegenden Anschlußdrahtabschnitte 14 sind an dem Bogenabschnitt zu trennen, um zwei Leitungen für den Einbauteil zu bilden. Der Bogenabschnitt wird vorzugsweise getrennt, bevor der zweite Tauchvorgang durchgeführt wird, um die Seherspannungen im Kontaktbereich herabzusetzen. Kerben 38, welche die Anschlußdrahtabschnitte 14 miteinander verbinden, erleichtern eine solche Trennung.

Im Anschluß an, den zweiten Tauchvorgang werden der Schalterabschnitt der Vorrichtung und die in der Wärme schmelzbare Einkapselung 32 vollständig und formentsprechend mit einer Schicht aus einem starren Isoliermaterial 34 überzogen.

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Dieser Überzug 34 kann auch in einem Tauchvorgang hergestellt werden, es können jedoch auch herkömmliche Einhüllverfahren benutzt werden, solange die Hülle das in der Wärme schmelzbare Material innig und formschlüssig" umgibt und eine Konstruktion zum Schutz des Schaltkreises gewährleistet, während es gleichzeitig die Leitungsdrähte 14 an ihrem Eingangspunkt in den Schaltabschnitt hinein elektrisch isoliert. Bestimmte Arten von Epoxymaterial sind in der Lage, als das starre Isolierhüllenmaterial zu wirken, solange das Material gegenüber Kaltfluß infolge der in den Federabschnitten gespeicherten Energie genügend widerstandsfähig ist. Es ist jedoch darauf hinzuweisen, daß, während die Erfindung hier bei Verwendung von Epoxy als Einhüllmaterial beschrieben ist, dieses Epoxy lediglich darstellend ist für ein geeignetes Material, und die Erfindung sollte nicht auf ein besonderes starres Isoliermaterial beschränkt werden.

Die in Fig. 6 gezeigte Vorrichtung ist somit darstellend für den Schalter in seinem endgültigen gespannten Zustand, in dem er in der Lage ist, Strom von einem Leitungsdraht 14 auf den anderen zu übertragen. Wenn die umgebende oder Raumtemperatur einen vorgegebenen Wert erreicht, dann fließt das in der Wärme schmelzende organische Material 30 und 32 oder verflüssigt sich und gestattet somit ein Freisetzen der in der Feder gespeicherten Energie, was zu der in Fig. 7 gezeigten offenen Schaltkreiskonstruktion führt.

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Die oberen Abschnitte 16 sind in dem Epoxy verriegelt, so daß der untere Abschnitt 18 und die Kontakte 28 relativ zu den gegenüberliegenden Drahtabschnitten seitwärts nach außen springen und eine im wesentlichen entspannte Stellung einnehmen, wenn die Energie in der Feder freigesetzt wird. Der Hohlraum innerhalb des Epoxyüberzugs 34 enthält im allgemeinen nur das in der Wärme schmelzbare Material, so daß beim Schmelzen des organischen Stoffes das verdrängte organische Material zwischen die Leitungsdrähte fließt urL die Durchschlagsfestigkeit zwischen den offenen Kontakten erhöht. Diese Konstruktion bewirkt auch den Ausschluß der Bildung einer Korona-Entladung, da keine Luft zum Ionisieren vorhanden ist.

Der Leitungsdraht in dem Schalterbereich 15 ist abgeflacht, um die Kontaktreaktionskraft und somit die Neigung der Energie, aufgrund des Kaltflusses des organischen Materials abgeleitet zu werden, zu verteilen. Der Schalterabschnitt ist außerdem von einem allgemein konstanten Querschnitt, und es besteht daher die Neigung, überhitzte Stellen in dem elektrischen Schaltkreis auszuschalten. Die Federabschnitte sind im allgemeinen sehr dünn und in Seitwärtsrichtung extrudiert mit einer allgemein konkaven Oberfläche in den nach außen gerichteten Abschnitten des Drahtes. Es wird in den Federabschnitten nicht mehr Wärme abgeleitet als in irgendeiner anderen Längeneinheit des Leitungsdrahtes. Da der Fe der ab schnitt eine größere Fläche

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je Längeneinheit hat als ein runder Draht, sind folglich die Federn kühler als der übrige Leiter, falls ein sehr hoher Dauerstrom gegeben ist. Ferner bewirkt die Wärmeschmelzung des organischen Materials eine Abkühlung der Leitungen, so daß die Leitungen sich annähernd auf dem Schmelzpunkt des organischen Materials halten und somit die Integrität der Feder bewahren.

Es wird nunmehr auf die Figuren 8 bis 12 Bezug genommen, die eine weitere Ausführungsform der Erfindung zeigen, bei welcher eine fortgesetzte Vorspannkraft an dem Kontaktbereich vorgesehen ist, um die Zuverlässigkeit der Vorrichtung weiter zu verbessern. Der Schalterabschnitt 15a der Ausführungsform unterscheidet sich von der oben in der bevorzugten Ausführungsform beschriebenen Einrichtung durch die Hinzufügung einer zweiten Feder in der Anordnung an dem Kbntaktpunkt. Einer der Schaltabschnitte des Leitungsdrahts enthält einen oberen Abschnitt I6a und einen primären Federbereich 26a zum Einbringen von Energie in die Anlage in ähnlicher ^feise wie bei der im Vorhergehenden mit Bezug auf die Figuren 1 bis 7 beschriebenen Einrichtung. Der Kontaktbereich 28a enthält eine weitere Feder aufgrund des Gelenks 27a in dem Kontaktbereich an der Verbindung des oberen Abschnittsi6a und des unteren Abschnitts 18a.

Beide gegenüberliegende Leiterdrahtabschnitte in dem Schalterabschnitt 15a sind bis zu einem im wesentlichen ununterbrochenen dünnen Querschnitt von den Spitzen 22a

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bis zum Überschneidungspunkt 17a mit den runden Leitungsdrähten I4a abgeflacht. Die unteren Abschnitte 18a sind von den verbleibenden oberen Abschnitten des Federteils nach außen gebogen. Die Biegelinien 27a bilden effektiv eine zweite Feder in der Anordnung. Die Kontaktvorsprünge 28a sind im wesentlichen an den Biegelinien 27a angeordnet und dienen dadurch als ein Schwenkpunkt, um den die Federn in der Anordnung gespannt werden.

Fig. 9 zeigt, daß der erste Tauchüberzug aus dem in der Wärme schmelzbaren Material 30a angenommen wird, während die Einheit der ersten Druckkraft in einer Weise ähnlich der oben beschriebenen unterworfen.wurde. Eine anschließende Druckkraft führte zur Speicherung von Energie in dem oberen Bereich 16a aufgrund der Biegung des Bereichs 26a über den Kontaktpunkten, da der untere Bereich im wesentlichen von einer Trennung zurückgehalten wird, während die Leitungsdrähte I4a zusammengedrückt sind. Da die Kraft des gebogenen Federabschnitts 26a sowie der zweiten Feder 27a an dem Kontaktbereich 28a reagiert, wird dadurch ein anhaltender Vorspannungszustand errichtet. Fig. 10 zeigt .den zweiten Tauchvorgang zur Bildung des Überzugs 32a während der Spannung des Federbereichs 26a zur Speicherung von Energie. Fig. 11 zeigt den gespannten Schalter eingehüllt in Epoxy 34a zur Isolierung und Verriegelung der Leitungen in der im Vorhergehenden mit Bezug auf die bevorzugte Ausführungsform beschriebenen Weise.

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Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, einen äußeren überzug 32a mit einer etwas niedrigeren Schmelztemperatur als derjenigen des inneren Überzugs 30a vorzusehen. Hierdurch ist es möglich, die Kontakte langer zusammenzuhalten, was zu einem Aufschnappen beim Schmelzen des Überzugs 30a führt.

Fig. 12 zeigt die Beziehung des Schalterabschnitts 15a in einem offenen Zustand, nachdem der vorgegebene Wert der Umgebungstemperatur erreicht wurde. Da die Bereiche des leitenden Drahtes I4a in den Bereichen i6a verriegelt und in dem Epoxyüberzug 34a voneinander isoliert sind, nehmen die Bereiche I6a und 18a, nachdem einmal die Energie abgeleitet wurde, im wesentlichen die entspannte Lage wieder ein. Die entspannte Lage öffnet somit den elektrischen Kontakt zwischen dem Schwenkpunkt 28a und der gegenüberliegenden Drahtoberfläche.

Unter Bezugnahme auf die Figuren 13 bis 27 werden wahlweise mögliche Verfahren zur Herstellung von Schaltern der durch die Erfindung ins Auge gefaßten Art sowie wahlweise mögliche Formen derartiger Schalter aufgezeigt, und zwar unter Verwendung gleicher Bezugszeichen innerhalb der verschiedenen Figuren zur Bezeichnung ähnlicher Elemente oder Bestandteile,

Ein wahlweise mögliches Verfahren zur Herstellung eines solchen Schalters verwendet eine bestimmte Länge eines leitenden Drahtes, der zunächst in eine allgemeine Gußform gebogen wurde, wie in Fig. 13 gezeigt, mit einem offenen

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Abschnitt und einem geschlossenen Bogenabschnitt an den gegenüberliegenden Enden der Vorform. Der geschlossene Abschnitt liegt in dem Schaltteil 15 und ist so ausgelegt, daß die Drahtabschnitte in dem Schaltteil weniger voneinander auf Abstand gehalten sind als die Leitungsdrahtabschnitte 14 an dem offenen Ende der Vorform. Die Schaltteile 15 im Bereiche des Bogenabschnitts 24 der Vorform bestehen im allgemeinen aus zwei Unterabschnitten 16 und Der untere Unterabschnitt 18 enthält Abschnitte, die sich von dem oberen Unterabschnitt 16 seitwärts nach außen erstrecken, wie sie durch die Verformung im Winkel zueinander und Verbindung miteinander durch ein federartiges Gelenk 26 entstehen. An wenigstens einem der sich gegenüberliegenden leitenden Drähte in dem Schalterabschnitt ist ein örtlich begrenzter Kontaktbereich 28 vorgesehen, der zwischen dem Bogenabschnitt 24 des leitenden Drahtes und dem zugeordneten Federbereich 26 liegt. Der Querschnitt der Schalterteile 15 ist von der allgemein kreisförmigen Querschnittsform in den Leiter ab schnitten 14 in eine im wesentlichen flache Gestalt verformt, und zwar zu einem im weiteren Verlauf dieser Beschreibung zu erläuternden Zweck.

Die Vorform kann in dem in Fig. 13 gezeigten Zustand einer Druckkraft F1 unterworfen werden, die vorzugsweise in dem oberen Bereich der Vorform auf die leitenden Drahtabschnitte

14 ausgeübt wird. Diese Kraft bringt die Schalterabschnitte

15 zusammen, so daß die sich gegenüberliegenden leitenden Drahtabschnitte in dem Kontaktpunktbereich körperlich in

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elektrischem Kontakt miteinander sind. Die Kraft F1. ist auch groß genug, um die Vorrichtung durch Überwindung der Federbeaufschlagung des Bereiches 26 zu spannen, indem sie den oberen Abschnitt 16 allgemein in eine Fluchtlage mit dem unteren Abschnitt 18 bringt. Da die Kontaktbereiche 28 von den Enden der Vorform nach oben auf Abstand gehalten sind, dient der Kontaktbereich als ein Schwenkpunkt für diese Kraftanwendung. Infolge der Kraft F1 und der Halterung der Enden der Leiterdrähte mit Abstand nach unten vom Schwenkpunkt 28 ist an den Kontaktbereichen 28 eine leichte Vorspannung gegeben. In der in Fig. 15 gezeigten Lage sind der Bogenabschnitt 24, der Unterabschnitt 18, die Federeinrichtung 26 sowie Teile des Unterabschnitts 16 in ein durch Wärme schmelzbares Material, beispielsweise in ein organisches Material eingetaucht, das eine vorgegebene Schmelz- oder Fließtemperatur hat. Der Tauchvorgang wird natürlich durchgeführt, während sich das organische Material in einem flüssigen Zustand befindet, gefolgt von einem Abkühlen auf Raumtemperatur im Anschluß an den Tauchvorgang, um eine erste Einkapselung 30 zu erzeugen, die die Kontakte in der in Fig. 15 gezeigten Stellung zusammenhalt.

Bei Anordnung der Vorform in der in Fig. 15 gezeigten Haltelage wird ein zweiter Fertigungsschritt darauf ausgeführt, um den Bogenabschnitt 24 zu trennen, so daß der

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einzig verbleibende Leitweg zwischen den gegenüberliegenden Drahtabschnitten an dem Kontaktbereich 28 ist. Das Trennen kann durch Abschleifen der Enden der Vorform bei Entfernung der untersten Abschnitte der Einkapselung 30 wie bei 31 durchgeführt werden, um den Bogenabschnitt 24 zu trennen. Die entstehende Gestalt der Vorform wird in Fig. 16 gezeigt.

Bei Spannung der Feder in der in Fig. 16 gezeigten Weise werden die freigelegten Enden des Schälterabschnitts einem zweiten Eintauchvorgang in durch Wärme schmelzbares organisches Material unterworfen, um eine vollständige isolierende Abdeckung 32 für diese freigelegten Enden zu bilden. Die beiden Tauchüberzüge aus schmelzbarem organischem Material können natürlich aus genau demselben Material bestehen und können im wesentlichen homogen werden. Beim Kühlen des durch Wärme schmelzbaren Materials im Anschluß an diesen zweiten Tauchvorgang wird der Stromkreis geschlossen und die Feder in einem vorgefertigten Einbau, wie in FIG. 17 gezeigt, gespannt.

Es ist darauf hinzuweisen, daß aufgrund des Abstands des Kontaktbereichs 28 von dem Anschlußende des Unterabschnitts 18 nach oben ein Hebelarm gegeben ist, wodurch die Krafteinheit, die zur Herstellung eines festen elektrischen Kontaktes an dem Kontaktbereich erforderlich ist, auf ein Minimum herabgesetzt wird. Diese Form reduziert zusätzlich

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zu der flachen Oberfläche des Drahtes in cem Schalterabschnitt 15 erheblich den Flächendruck auf das organische Material, der aufgrund der in den Federabschnitt eingebrachten Spannungsenergie entsteht. Dieses wird natürlich wichtig, da das Material, wie beispielsweise das durch Wärme schmelzbare Einkapselungsmaterial, dazu neigt, unter den fortgesetzt in dem Federabschnitt ausgeübten Kräften einem Kaltfluß zu unterliegen.

Im Anschluß an den zweiten Tauchvorgang werden der Schalterabschnitt der Vorrichtung und die in der Wärme schmelzbaren Einkapselungen 30 und 32 vollständig und formschlüssig mit einer Schicht aus einem starren Isoliermaterial 34 überzogen. Die in Fig. 18 gezeigte Vorrichtung ist darstellend für den Schalter in seinem endgültigen gespannten Zustand, in welchem er in der Lage ist, Strom von dem einen Leitungsdraht 14 auf den anderen zu übertragen, und Fig. 19 ist darstellend für den Schalter in der geöffneten Stellung.

Selbstverständlich kann ein Schalter mit der fortdauernden Vorspannung , wie soeben beschrieben, durch zwei getrennte Federbereiche bei Anordnung des Kontaktbereichs in der Mitte zwischen ihnen erzielt werden. Die Figuren 20 bis zeigen eine derartige Ausführungsform, und das Einbauverfahren sowie die Funktionen jedes darin gezeigten Elementes sind identisch mit denjenigen der Figuren 2, 4 bis 7, und es ist daher eine ausführliche Beschreibung einer derartigen

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Ausführungsform nicht erforderlich. Es genügt zu sagen, daß der Schalterabschnitt 15 der Figuren 20 bis 24 aus drei Unterabschnitten besteht, nämlich 16, 18 und 20, wobei der obere Federabschnitt 26 als Federabschnitt in Fig. 2 wirkt und ein unterer Federabschnitt 27 die Kontaktbereiche 28 unter einer vorgegebenen Vorspannung zum Anstoß gegeneinander bringt.

Während die bevorzugte Ausführungsform den einleitenden Fertigungsschritt in Form des Tauchverfahrens beschreibt,

zeigt Fig. 25 eine wahlweise mögliche Ausführungsform zu diesem Merkmal der Erfindung. Es kann ein ringförmiges Plättchen 30a den unteren Unterabschnitt 20a in ähnlicher Weise wie der in Fig. 4 gezeigte Tauchüberzug 30 umgeben. Im Anschluß an das Instellungbringen der ringartigen Vorform in dieser Weise kann der Schalter in einer Weise ähnlich der mit Bezug auf die Hauptausführungsform beschriebenen vollendet v/erden, indem die Schalterabschnitte 16a, 18a und 20a entgegen der Beaufschlagung der Federbereiche 26a und 27a allgemein in Fluchtlage miteinander gebracht werden. Bei Ausübung einer äußeren Kraft auf die Vorform in der im Vorhergehenden beschriebenen Weise kann dann der Schalterbereich mit einem in der Wärme schmelzenden Material wie dem mit Bezug auf Fig. 5 der Hauptausführungsforra gezeigten und beschriebenen eingekapselt werden. Jedoch kann der Tauchüberzug aus dem organischen Material durch eine Kappe aus festem Kohlendioxyd oder Trockeneis oder irgendeinem anderen

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gleichwertigen Material, welches bei niedrigen Temperaturen fest ist, ersetzt werden. Diese zweite Umhüllung des in der Wärme schmelzenden Materials kann dann mit starrem Isoliermaterial wie Epoxid überzogen und abgebunden werden. Wenn das Epoxid abgebunden ist, kann sich die Vorrichtung der Raumtemperatur nähern und das innerhalb des Schaltabschnitts vorhandene Gas bei seiner Ausdehnung herausgelassen werden. Der Epoxi!überzug oder die Epoxidkappe wird dann mit einem Tropfen oder mehreren Tropfen Epoxid abgedichtet. In einer weiteren wahlweise möglichen Herstellungsweise der hier beschriebenen Vorrichtung wird eine Zylinderform aus in der Wärme schmelzendem organischen Material von einer Länge in Übereinstimmung mit der Länge des Schalterabschnitts 15a ins Auge gefaßt. Die oberen Bereiche einer derartigen Vorform können zur Umgebung der Unterabschnitte 20a angeordnet und die Spannkraft auf die oberen Bereiche der Vorform 14a aufgebracht werden. Nachdem die Spannkraft in dieser Weise aufgebracht wurde, kann die Vorform gleitend heraufgeschoben werden, so daß sie den Schalterabschnitt 15a vollständig umgibt und ihn in gespannten Zustand hält, in sehr ähnlicher Weise wie.bei da?als Fig. 5 beschriebenen Ausführungsform gezeigt.

Die Erfindung schafft somit einen federbelasteten Schalter, welcher zwei Leitungsdrähte in einer ersten Kontaktstellung einkapselt, und zwar unter einer Federspannung, die an wenigstens einem der Leitungsdrähte vorhanden ist. Die Leitungsdrähte werden entgegen der Beaufschlagung eines

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gelenkartigen Federbereichs in Kontakt miteinander gehalten, bis die Einkapselung aus dem in der Wärme schmelzbaren Material einer vorgegebenen Temperaturhöhe unterworfen wird. Bei einem solchen Temperaturwert bewegen sich die Leitungsdrähte in eine zweite, entspannte Stellung hinein, in der sie nicht miteinander in Berührung sind und somit den Stromkreis öffnen.

Es ist somit ersichtlich, daß gemäß der Erfindung ein Temperatursehalter geschaffen worden ist, der bei Verwirklichung der oben erwähnten Vorteile die Erfindungsaufgabe voll erfüllt. Während die Erfindung in Verbindung mit besonderen Ausführungsformen derselben beschrieben worden ist, liegt doch auf der Hand, daß Fachleuten auf diesem Gebiet in Kenntnis der obigen Beschreibung zahlreiche Alternativen, Abwandlungen und Veränderungen möglich erscheinen. Es ist demgemäß beabsichtigt, alle derartigen Alternativen, Abwandlungen und Veränderungen, die in den Gedanken und weiten Bereich der beigefügten Ansprüche fallen, mit zu umfassen.

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Claims

ANSPRÜCHE

Temperstursclialtereinrichtung gekennzeichnet durch ein Paar elektrisch leitender Drahtkörper, die Seite an Seite aneinander angeordnet sind, und deren sich allgemein in derselben Richtung erstreckende freie Enden Schalterabschnitte und Leitungsdrahtabschnitte bilden, wobei der Schalterbereich einen örtlich begrenzten Kontaktbereich einschließt, der einen elektrischen Leitungsweg zwischen den Drahtkörpern bildet, wenigstens einer der leitenden Drahtkörper in dem Schalterabschnitt eine Federeinrichtung enthält, v/elche die Kontaktbereiche und angrenzenden Bereiche des Paares leitender Drahtkörper voneinander fort beaufschlagt, während die freien Enden, der Kontaktbereich und wenigstens ein Teil der Federeinrichtung : mit einem nichtleitenden, in der Wärme schmelzenden Material eingekapselt sind und die leitenden Drähte entgegen der Federspannung durch das Einkapseiungsmaterial in elektrischem Kontakt miteinander gehalten werden und das nichtleitende in der Wärme schmelzende Material sowie Teile des leitenden Drahtes angrenzend an die Federeinrichtung, die sich aus dem Einkapselungsmaterial heraus erstrecken, formschlüssig mit einem starren Isoliermaterial überzogen sind, um das in der Wärme schmelzende Material vollständig einzukapseln und die sich forterstreckenden Leitungsdrähte voneinander auf Abstand zu bringen und elektrisch zu isolieren,

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ORIGINAL INSPECTED

wobei die Leitungsdrähte aas eingekapselten Schalterab-Schnitts in der Lage sind, in dem Kontaktbereich voneinander fort uTid aus ihrem Eontakt miteinander herauszuspringen j wenn das in der· Wärme schmelzende Material einer Temperatur von einem i^orgegebenen Wert unterworfen wird, die es zum Fließen bringt und veranlaßt, die in den Federeinrichtungen gespeicherte Energie freizusetzen.
2. Temperaturschaltereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Teil des Schalterabschnitts des leitenden Drahts angrenzend an den Kontaktbereich abgeflacht ist, um so den Einwirkungsbereich der Federkraft auf das in der Wärme schmelzende Material zu verteilen und den Kaltfluß der Leiter innerhalb des in der Wärme schmelzenden Materials, der ein vorzeitiges Öffnen des elektrischen Kontakts verursachen würde, zu reduzieren.
3. Temperaturschaltereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beide Leitungsdrahtkörper eine Federeinrichtung einschließen*
4. Temperaturschaltereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder einrichtung auf einem der beiden leitenden Drahtkörper vorgesehen ist.
5. Temperaturschaltereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kontak'tbereich ein Vorsprung ist, der sich von der Vorderseite des einen der Mtenden Draht-

■ körper fort erstreckt.

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6. Temperaturschaltereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Leitungsdraht, welcher die Federeinrichtung einschließt, mit einem sekundären Federabschnitt versehen ist, welcher zwischen dem freien Ende und der Federgelenkeinrichtung von dem freien Ende des leitenden Drahtkörpers nach oben auf Abstand gehalten ist und sich im wesentlichen an dem örtlich begrenzten Kontaktbereich befindet, so daß dieser Kontaktbereich als ein Schwenkpunkt für die sekundäre Feder dient, um eine Vorspannung an dem Kontaktbereich zu schaffen, welche die Zuverlässigkeit des elektrischen Kontaktes erhöht.
7. TemperaturSchaltereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das in der Wärme schmelzende Material eine organische Substanz ist.
8. Temperaturschaltereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Federeinrichtung ein Gelenkbereich von verminderter Dicke und erhöhter Breite auf dem leitenden Draht ist.
9.· Temperatur Schaltereinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der nach vorn gewendete Bereich des Federgelenks eine konkave Oberfläche ist.
10. Temperaturschaltereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die leitenden Drahtabschnitt^ welche eingekapselt sind, im wesentlichen flach sind und sich

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nach dem Einkapseln in im wesentlichen parallelen Ebenen erstrecken.
11. Verfahren zur Herstellung einer Temperaturschaltereinrichtung mit einem Paar leitender Drahtkörper, die Seite an Seite angeordnet sind und deren freie Enden sich allgemein in derselben Richtung erstrecken und geeignet sind, auseinander und aus dem elektrischen Kontakt miteinander herauszuspringen, wenn ein vorgegebener Temperaturwert erreicht worden ist, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte: Bilden eines elektrisch-leitenden Drahtkörpers mit wenigstens einem ersten Bereich, in welchem ein Teil des Drahtes aus der Linie mit dem angrenzenden Abschnitt heraus federbeaufschlagt ist, wobei dieser erste Bereich außerdem einen örtlich begrenzten Kontaktbereich enthält, Biegen des leitenden Drahtkörpers zwischen den Enden zur Bildung einer allgemein U-förmigen Vorform, bei der sich die freien Enden allgemein in derselben Richtung erstrecken und einen offenen Abschnitt an einem Ende der Vorform bilden, während ein Bogenabschnitt an dem anderen Ende der Vorform liegt und der seitliche Abstand zwischen den sich gegenüberliegenden Drahtabschnitten an einem ersten Ende der Vorform größer ist als der seitliche Abstand zwischen den gegenüberliegenden Drahtabschnitten an einem zweiten Ende der Vorform, Aufbringen einer ersten seitlich gerichteten Druckkraft auf die Vorform, um den

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örtlich begrenzten Kontaktbereich mit einem gegenüberliegenden Abschnitt in elektrischen Kontakt zu bringen, Umgeben des zweiten Endes der Vorform mit einem in der Wärme schmelzenden Material zur Beibehaltung der diesen elektrischen Kontakt bildenden Gestalt, Aufbringen einer zweiten seitlich gerichteten Druckkraft auf die Vorform zum Einbringen von Energie in den ersten Bereich durch Bewegung eines Teils des Drahtes entgegen der Federbeaufschlagung nach innen, Umgeben des in der Wärme schmelzenden Materials an den angrenzenden Abschnitten des zweiten Endes der Vorform mit einer zusätzlichen Menge eines in der Wärme schmelzenden Materials zum Zurückhalten des zweiten Endes in der federbelasteten Gestalt, Überziehen des in der Wärme schmelzenden Materials mit einem nichtleitenden starren Isoliermaterial, so daß die gegenüberliegenden Drahtabschnitte ausgenommen an den Kontaktbereichen elektrisch isoliert sind, wobei das erste Ende der Vorform Anschlußdrähte und das zweite Ende einen federbelasteten Temperaturschalter bildet, der in in der Wärme schmelzendes Material und starres Isoliermaterial eingeschlossen ist.
12. Verfahren zur Bildung einer Temperaturschaltereinrichtung gemäß Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das erste, weiter auf Abstand gehaltene Ende der Vorform den Bogenabschnitt enthält.

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13. Verfahren zur Bildung einer Temperaturschaltereinrichtuiig gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Bogenabschnitt in vorgegebenen Stellen geschwächt und die Vorform an den Stellen getrennt wird, um ein Paar sich aus dem starren Isoliermaterial herauserstreckender Anschlußdrähte zu bilden.
14. Verfahren zur Bildung einer Temperaturschaltereinrichtung gemäß Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorform nach dem ersten, jedoch vor dem zweiten Aufbringen von in der Wärme schmelzendem Material auf das zweite Ende der Vorform getrennt wird.
15. Verfahren zur Bildung einer Temperaturschaltereinrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Druck-kräfte im Bereiche des ersten Endes der Vorform von dem den Federabschnitt und den Kontaktbereich einschließenden ersten Bereich entfernt aufgebracht v/erden.
16. Verfahren zur Bildung einer Temperaturschaltereinrichtung gemäß Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das in der Wärme schmelzende Material durch Eintauchen des zweiten Endes der Vorform in ein in der Wärme schmelzendes Material in flüssiger Form und Abbindenlassen der Flüssigkeit als ein Festkörper aufgebracht wird.
17. Verfahren zur Bildung einer Temperaturschaltereinrichtung mit einem Paar leitender Drahtkörper, die Seite an Seite

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angeordnet sind und deren freie Enden sich allgemein in derselben Richtung erstrecken und in der Lage sind, auseinander und aus dem elektrischen Kontakt miteinander herauszuspringen, wenn eine vorgegebene Temperaturhöhe erreicht wird, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte: Bilden eines elektrisch-leitenden Drahtkörpers mit wenigstens einem ersten Abschnitt, in welchem ein Teil des Drahtes aus der Linie mit dem angrenzenden Abschnitt heraus federbeaufschlagt ist, wobei der erste Abschnitt auch einen örtlich begrenzten Kontaktbereich enthält, Biegen des leitenden Drahtkörpers zwischen den Enden und angrenzend an den ersten Bereich zur Bildung einer allgemein U-förmigen Vorform, bei der sich die freien Enden allgemein in derselben Richtung erstrecken und einen offenen Endabschnitt der Vorform bilden, wo- . bei der Seitenabstand zwischen den sich gegenüberliegenden Drahtabschnitten an dem offenen Ende größer ist als der Seitenabstand zwischen den gegenüberliegenden Drahtabschnitten an dem. ersten Bereich, Aufbringen einer seitlichen Druckkraft auf das offene Ende der Vorform, um den örtlich begrenzten Kontaktbereich in elektrischen Kontakt mit einem Bereich auf dem gegenüberliegenden Drahtabschnitt zu bringen, wobei ein Bogenabschnitt die gegenüberliegenden Kontaktbereiche miteinander verbindet, und um durch Bewegen der oberen Abschnitte des Drahtes entgegen der Federbeaufschlagung nach innen in den ersten Bereich Energie einzubringen, Umgeben des ersten Bereiches der Vorform mit einem in der Wärme schmelzenden

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Material zur Beibehaltung der den elektrischen Kontakt bildenden federbelasteten Gestalt, Trennen des Bogenabschnitts, Überziehen der freigelegten Enden des getrennten Bogenabsdmitts mit in der Wärme schmelzendem Material, Überziehen des in der ¥ärme schmelzenden Materials mit einem nicht leitenden Epoxid-Material, so daß die sich gegenüberliegenden Drahtab schnitte außer an den Kontaktbereichen elektrisch isoliert sind und so der erste Abschnitt eingekapselt wird, um dadurch einen federbelasteten Temperaturschalter zu bilden.
18. TemperaturSchaltereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die freien Enden der leitenden Drahtkörper mit Abstand nach unten an den Kontaktbereich angrenzen und der Kontaktbereich in der Mitte zwischen den Federeinrichtungen liegt, während die freien Enden einen Schwenkpunkt für einen Hebelarm bilden und somit dazu dienen₅ die zur Errichtung eines festen elektrischen Kontaktes an dem Kontaktbereich erforderliche Krafteinheit auf ein Minimum herabzusetzen.
19· Temperaturschaltereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Drahtkörper einen ersten, oberen Bereich, einen zweiten, mittleren Bereich und einen dritten, die freien Enden des Drahtes einschließenden unteren Bereich enthält, wobei zwischen dem ersten und dem zweiten Bereich erste Federeinrichtungen vorgesehen sind,

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welche den zweiten Bereich relativ zu dem ersten Bereich nach außen beaufschlagen, und zwischen dem zweiten und dem dritten Bereich zweite Federeinrichtungen vorgesehen sind, die den dritten Bereich relativ zu dem zweiten Bereich nach außen beaufschlagen, wobei der Kontaktbereich zwischen der ersten Federeinrichtung und den dritten Bereichen liegt und eine zweite Feder in dem System erzeugt, welche sicherstellt, daß die Kontakte unter der Last einer bestimmten Federkraft stehen.
20. TemperaturSchaltereinrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Teil der in der Wärme schmelzenden Einrichtung in der Form eines vorgeformten Ringplättchens mit einer dort hindurchführenden Öffnung vorliegt, welche in der Lage ist, die freien Enden und benachbarten Abschnitte des dritten Bereichs jedes Drahtkörpers aufzunehmen und dadurch die Kontaktbereiche in einen festen elektrischen Kontakt hinein zu beaufschlagen und vorzuspannen.

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