DE3740339C2 - Schalter und Verfahren zur Herstellung eines Schalters - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Schalter umfassend einen vorzugsweise aus Keramik gebildeten Isolationskörper, eine Stromzuführung, welche durch eine Öffnung durch den Isolationskörper hindurchgeführt ist und einen an ihr befestigten Kontakt aufweist sowie ein mit einem Schweißabschnitt der Stromzuführung verbundenes Kontaktteil, wobei die Stromzuführung mit einer Abstützschulter an der Unterseite des Isolationskörper und das Kontaktteil an der Oberseite des Isolationskörpers anliegt.

Es ist gemäß der DE-35 38 537 A1 bereits bekannt, stromführende Leiter von elektrischen Schalterbauteilen miteinander zu vernieten. Dazu wird ein als Niete vorgesehener Metallteil durch eine Bohrung eines Keramikkörpers geführt, unter Stromdurchgang erwärmt und im erwärmten Zustand unter Druck verformt. Derartige Verbindungen haben insbesondere bei Einsatz in hohen Umgebungstemperaturen den Nachteil, daß sie im Laufe der Zeit locker werden und damit den Stromübergang wesentlich verschlechtern. Außerdem sind derartige mechanische Verbindungen mit dem Nachteil von hohen Übergangswiderständen behaftet, die sich im Laufe des Betriebes noch durch Oxydbildung od. dgl. weiter erhöhen können. Darüberhinaus ist mit dieser bekannten Nietverbindung der Nachteil eines für das Einfädeln der Nieten zusätzlich erforderlichen Arbeitsschrittes verbunden.

In diesem Zusammenhang offenbart auch die US-3 470 517 ein ähnlich ausgebildetes Thermostat. Es sind hier Stromzuführteile durch das aus isolierendem Material gebildete Schaltergehäuse geführt, welche Stromzuführteile mit außerhalb des Gehäuses liegenden Kontaktteilen vernietet sind. Die Stromzuführteile sind mit einer Anlage-Schulter ausgebildet, mit welcher sie sich an der Innenseite des Schaltergehäuses abstützen.

Durch die DE-AS-12 19 579 wurde ein Thermoschutzschalter für Elektromotoren bekannt. Dieser ist gebildet aus zwei Heizbaugruppen und einer Schaltbaugruppe. Die Schaltbaugruppe, die als Thermoschalter ausgebildet ist, weist ein aus elektrisch isolierendem Material gebildetes Gehäuse auf, in dessen untere Wandung ein Schlitz eingelassen ist. In den Schlitz ist ein elektrisch leitendes Anschlußstück eingesetzt, das mit einem Kontakt verschweißt ist.

Durch die US-3 431 526 wurde ein in anderer Weise aufgebauter Thermoschalter bekannt. Hierbei ist der Kontaktträger selbst aus einem sich bei Erwärmung verformenden Bimetall gebildet die Verbindungen der einzelnen elektrisch leitenden Teile sind allerdings ebenso durch Verschweißungen hergestellt.

Durch die DE-PS-8 78 231 wurde eine Möglichkeit der Festlegung eines Kontaktteiles am Isolierkörper eines elektrischen Gerätes bekannt. Ein in etwa rechtwinkeliger Metallstreifen wird durch einen Schlitz im Isolationskörper hindurchgeführt und mit dem - am Isolationskörper anliegenden Kontaktteil - verschweißt.

Die DE-27 22 552 A1 beschreibt eine Vorrichtung zur Verschweißung zweier elektrisch leitender Teile und damit ganz allgemein die Möglichkeit, Leiterteile, wie z. B. Einzelleiter, Stecker, Buchsen usw. miteinander zu verschweißen.

Schließlich wurde durch die DE-AS-16 15 969 ein Schalter mit einem federnden Kontaktträger-Arm bekannt. Sein erstes Ende ist fest mit einer Leiterplatte, sein zweites Ende ist frei beweglich und wird über eine an ihr festgelegte Abtastspitze, die sich über die Oberfläche einer Nockenbahn bewegt, angehoben bzw. abgesenkt, wodurch ein elektrischer Kontakt geöffnet bzw. geschlossen wird. Das erste, festgelegte Ende des Kontaktträger- Armes ist U-förmig ausgebildet, wobei die beiden parallelen Schenkel der U-Form die Leiterplatte durchragen und an der Unterseite mit einer Leiterbahn verbunden sind.

Beim Verschweißen zweier Metallteile entsteht Schmelzgut, welches während der Verschweißung aus der Schweißnaht gedrängt wird, neben dieser zu liegen kommt und dort erstarrt. Damit werden die Oberflächen der beiden verschweißten Bauteile in unmittelbarer Umgebung der Schweißnaht uneben, sodaß ein direktes, planes Aufliegen der Teile am Isolationskörper nicht mehr möglich ist.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Thermoschalter der eingangs erwähnten Art anzugeben, bei welchem trotz der Verschweißung von Kontaktteil und durch das Gehäuse hindurchführenden Stromzuführteil ein sattes Aufliegen beider Teile ermöglicht wird. Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß die Stromzuführung mit dem Schweißabschnitt in an sich bekannter Weise verschweißt ist und daß der Isolationskörper im Bereich des für die Verbindung mit dem Kontaktteil vorgesehenen Endes des Schweißabschnittes der Stromzuführung eine an die Öffnung anschließende Vertiefung aufweist, welche verdrängtes Schmelzgut aufnimmt.

Damit kann eine qualitativ gute, weil relativ breite Schweißnaht hergestellt werden, wobei gleichzeitig die oben erläuterten störenden Effekte des verdrängten Schmelzgutes vermieden werden.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung besteht darin, daß die Stromzuführung U- förmig ausgebildet ist und beide parallel zueinander verlaufende Schenkeln jeweils einen an den mittigen, senkrechten Schenkel anschließenden Trag-Abschnitt und einen Schweiß- Abschnitt aufweisen. Eine derartige U-förmige Ausbildung der Stromzuführung gewährleistet eine besonders feste Verbindung mit dem Kontaktteil, wobei durch die zweifachen Kontaktstellen praktisch keine Übergangswiderstände auftreten.

In diesem Zusammenhang kann vorgesehen sein, daß die Stromzuführung streifenförmig ausgebildet ist, wodurch die U-Form besonders einfach, nämlich durch dementsprechendes Abwinkeln des Streifens hergestellt werden kann.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung in Hinblick auf die Stromzuführung für einen bisher beschriebenen Schalter kann vorgesehen sein, daß ihr Schweißabschnitt vor der Schweißverbindung mit dem Kontaktteil einen kreisförmigen Querschnitt mit einer im Endbereich vorgesehenen kegelförmigen Spitze aufweist. Durch die spitze Ausbildung des Schweiß-Abschnittes ist eine besonders rasche und punktförmige Aufschmelzung durch eine hohe Stromdichte erzielbar, wodurch es zu einer sofortigen Fixierung des Kontaktteiles kommt.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann vorgesehen sein, daß das für die Verbindung mit dem Kontaktteil vorgesehene Ende des Schweiß-Abschnittes eine nochmalige, vorzugsweise keilförmige Abstufung aufweist. Eine derartige keilförmige Abstufung ermöglicht bei einer flachen Ausbildung des Stromzuführteiles die Bildung einer hohen Stromdichte für eine linienförmige und stabile Schweißverbindung.

Eine weitere bevorzugte Ausführungsvariante der Erfindung besteht darin, daß das für die Verbindung mit dem Kontaktteil vorgesehene Ende des Schweiß-Abschnittes unter Bildung zweier voneinander distanzierter Schweißstege eine mittige U-förmige Ausnehmung aufweist. Durch die Ausbildung von Schweißstegen kommt es zu einer Querschnittsreduzierung des Schweißabschnittes, sodaß eine rasche Aufschmelzung und stabile Zweipunktverbindung erzielbar ist.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Schalters anzugeben, welches eine besonders einfache Fertigung erlaubt. Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß das Stromzuführteil mit der Abstützschulter an die Unterseite des Isolationskörpers angedrückt wird, daß das die Oberseite des Isolationskörpers durchragende Ende des Schweiß-Abschnittes der Stromzuführung erschmolzen wird, daß der Kontaktteil mit Druck an das schmelzende Ende des Schweiß- Abschnittes angepreßt wird, daß die Bewegung des Kontaktteiles automatisch nach Beendigung des Verformungsweges durch Anlage an den Isolationskörpers gestoppt wird, wobei das bei der Aufschmelzung des Endes des Schweiß-Abschnittes seitlich verdrängte Schmelzgut in die an die Öffnung anschließende Vertiefung des Isolationskörpers fließt. Damit kann das Verschweißen von Stromzuführung und Kontaktteil sowie deren sattes Anliegen am Isolationskörper auf einfache Weise erreicht werden.

Im folgenden wird die Erfindung an Hand mehrerer in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher beschrieben.

Es zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt durch einen erfindungsge­ mäß ausgebildeten Schalter,

Fig. 2 eine Draufsicht auf den Schalter nach Fig. 1, wobei die Kontaktteile teilweise abgebrochen dargestellt sind,

Fig. 3 bis 8 vergrößerte Ausführungsbeispiele erfindungsgemäß ausgebildeter Stromzuführungen und

Fig. 9 einen stark vergrößerten Querschnitt durch eine weitere Ausführungsform eines Schal­ ter gemäß der Erfindung.

Ein in Fig. 1 ersichtlicher Schalter (1) besteht im wesentlichen aus einen zylinderförmigen Isolationskörper (2) aus Keramik, einem Bimetallelement (3), zwei Bügel- bzw. U-förmigen Stromzuführungen (4) und an der Oberseite des Isolationskörpers (2) angeordneten Kontakt­ teilen (5). Jede Stromzuführung (4) weist einen zur Aufnahme einer Kontaktanordnung (6) vorgesehenen, breiten Trag-Abschnitt (7) und einen schmäleren, durch eine ent­ sprechende rechteckige Öffnung (9) des Isolationskörpers (2) hindurchgeführten Schweiß-Abschnitt (8) auf. Dieser Schweiß-Abschnitt (8) der Stromzuführung (4) wird mit seinem freien, über die Ebene (11) des Isolationskörpers (2) abstehenden Ende mit dem Kontakt­ teil verschweißt. Die genannte Kontaktanordnung (6) besteht im wesentlichen aus einer stromleitenden, die beiden Stromzuführungen (4) miteinander verbindenden Brücke (12) mit einem endseitigen Kontakt (13) und einer mit der Brücke (12) verbundenen Feder (14). Zwischen dem Bimetallelement (3) und der Brücke (12) ist ein Übertra­ gungsglied (15) aus elektrisch isolierendem Material, z. B. Keramik, geführt.

Die Fertigung des Schalter (1) erfolgt auf die Weise, daß nach Einschieben der Brücke (12) mit der Feder (4) in den Isolationskörper (2), die beiden Stromzuführungen (4) mit ihren vier Schweißabschnitten (8) in die Öffnungen (9) des Isolationskörpers (2) eingeführt werden, bis die zwischen dem Trag- und dem Schweiß- Abschnitt (7) bzw. (8) befindlichen Abstützschultern (16) an der Unterseite (17) des Isolationskörpers (2) anlie­ gen. Die Anpressung der Trag- bzw. Zuführteile (4) an die Unterseite (17) des Isolationskörpers (2) erfolgt durch ein gleichzeitig als Elektrode einer Schweißvorrichtung ausgebildetes Werkzeug. Als nächstes werden die beiden Kontaktteile (5) ebenfalls mit Hilfe eines als Elektrode ausgebildeten Werkzeuges gegen die über die Oberfläche 11 hin­ ausragenden Enden der Schweiß-Abschnitte (8) gepreßt, wobei über beide Elektroden Strom hoher Stromdichte fließt. Dabei kommt es zu einer Aufschmelzung der Schweiß-Abschnittsenden und zu einer festen Verbindung mit den Kontaktteilen (5). Das bei der Aufschmelzung seitlich verdrängte Schmelzgut fließt in eine an die Öffnung (9) anschließende Vertiefung (18) des Isolations­ körpers (2).

Die Funktionsweise des Schalters (1) ist nun fol­ gende. Sobald es im Bereich des Bimetallelementes (3) zur einer hohen Erwärmung kommt, wird dieses in Richtung zur Kontaktanordnung (6) hochgewölbt, wobei das Übertragungsglied (15) zu einem gegen die Wirkung der Feder (14) gerichte­ ten Hochheben der Brücke (12) führt. Dabei wird der Kon­ takt (13) vom entsprechenden Trag- bzw. Zuführteil (4) abgehoben, wodurch der Kontakt zwischen den beiden Stromzuführungen (4) und den zugeordneten Kontaktteilen (5), die jeweils mit einem stromführenden Leiter verbun­ den sind, unterbrochen wird. Sobald sich das Bimetall­ element (3) nach erfolgter Abkühlung wiederum in die in Fig. 1 dargestellte Ausgangslage zurückbiegt, erfolgt durch die Wirkung der Feder (14) ein Anschlag des Kontak­ tes (13) an der zugeordneten Stromzuführung (4), wodurch der Kontakt zwischen den beiden Kontaktteilen (5) wiederum hergestellt ist und damit Strom fließen kann.

In Fig. 3 ist die Stromzuführung (4) etwas ver­ kleinert in Seitenansicht dargestellt.

In Fig. 4 ist das Ende eines Schweiß-Abschnittes (8), der eine keilförmige Verjüngung (19) aufweist, vergrößert dargestellt. Der dadurch gebildete schmale Längssteg (20) tritt beim Schweißvorgang mit dem Kontaktteil (5) in Ver­ bindung und wird durch die beim Schweißvorgang auftre­ tende hohe Stromdichte aufgeschmolzen.

In Fig. 5 ist das Ende des Schweiß-Abschnittes, wie mit (19) bezeichnet, ebenfalls keilförmig ausgebildet.

In Fig. 6 ist das Ende des Schweißabschnittes gegabelt ausgebildet.

Der in Fig. 9 dargestellte, in seiner Wirkungsweise jenem in Fig. 1 entsprechenden Schalter weist eine U- förmige Stromzuführung (4) und eine stabförmig ausgebildete Stromzuführung (4) auf, die in Fig. 7 in Seitenansicht ersichtlich ist.

Der Schweiß-Abschnitt (8) einer in Fig. 8 dargestellten Stromzuführung (4) besteht aus zwei zylindri­ schen Körpern unterschiedlichen Durchmessers, wobei das Ende als kegelförmige Spitze (21) ausgebildet ist.

Die Ausführung des Schweißabschnittes ist nicht auf die angeführten Beispiele beschränkt.

Claims (7)

1. Schalter (1) umfassend einen vorzugsweise aus Keramik gebildeten Isolationskörper (2), eine Stromzuführung (4), welche durch eine Öffnung (9) durch den Isolationskörper (2) hindurchgeführt ist und einen an ihr befestigten Kontakt (13) aufweist, sowie ein mit einem Schweißabschnitt (8) der Stromzuführung (4) verbundenes Kontaktteil (5), wobei die Stromzuführung (4) mit einer Abstützschulter (16) an der Unterseite (17) des Isolationskörper (2) und das Kontaktteil (5) an der Oberseite (11) des Isolationskörpers (2) anliegt, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromzuführung (4) mit dem Schweißabschnitt (8) in an sich bekannter Weise verschweißt ist und daß der Isolationskörper (2) im Bereich des für die Verbindung mit dem Kontaktteil (5) vorgesehenen Endes des Schweißabschnittes (8) der Stromzuführung (4) eine an die Öffnung (9) anschließende Vertiefung (18) aufweist, welche verdrängtes Schmelzgut aufnimmt.

2. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromzuführung (4) U- förmig ausgebildet ist und beide parallel zueinander verlaufende Schenkeln jeweils einen an den mittigen, senkrechten Schenkel anschließenden Trag-Abschnitt (7) und einen Schweiß- Abschnitt (8) aufweisen.

3. Schalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromzuführung (4) streifenförmig ausgebildet ist.

4. Stromzuführung für einen Schalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ihr Schweißabschnitt (8) vor der Schweißverbindung mit dem Kontaktteil (5) einen kreisförmigen Querschnitt mit einer im Endbereich vorgesehenen kegelförmigen Spitze aufweist.

5. Stromzuführung für einen Schalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das für die Verbindung mit dem Kontaktteil (5) vorgesehene Ende des Schweiß- Abschnittes (8) eine nochmalige, vorzugsweise keilförmige Abstufung (19) aufweist.

6. Stromzuführung für einen Schalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das für die Verbindung mit dem Kontaktteil (5) vorgesehene Ende des Schweiß- Abschnittes (8) unter Bildung zweier voneinander distanzierter Schweißstege eine mittige U- förmige Ausnehmung (22) aufweist.

7. Verfahren zur Herstellung eines Schalters nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Stromzuführteil (4) mit der Abstützschulter (16) an die Unterseite des Isolationskörpers (2) angedrückt wird, daß das die Oberseite (11) des Isolationskörpers (2) durchragende Ende des Schweiß-Abschnittes (8) der Stromzuführung (4) erschmolzen wird, daß der Kontaktteil (5) mit Druck an das schmelzende Ende des Schweiß-Abschnittes (8) angepreßt wird, daß die Bewegung des Kontaktteiles (5) automatisch nach Beendigung des Verformungsweges durch Anlage an den Isolationskörpers (2) gestoppt wird, wobei das bei der Aufschmelzung des Endes des Schweiß-Abschnittes (8) seitlich verdrängte Schmelzgut in die an die Öffnung (9) anschließende Vertiefung (18) des Isolationskörpers (2) fließt.