DE3740873C2

DE3740873C2 - Verfahren zur Justierung eines thermischen Schalters

Info

Publication number: DE3740873C2
Application number: DE3740873A
Authority: DE
Inventors: Helmut Bayer
Original assignee: Electrovac AG
Current assignee: Electrovac AG
Priority date: 1986-12-18
Filing date: 1987-12-02
Publication date: 1999-10-07
Anticipated expiration: 2007-12-03
Also published as: DE3740873A1; IT1223482B; GB2200800A; GB8729439D0; GB2200800B; FR2608834A1; FR2608834B1; US4825186A; ATA337986A; IT8723027A0; AT387101B

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Justierung eines thermischen Schalters mit einem aus einem Thermo-Bimetallelement gebildeten Temperaturfühler, der über ein Übertragungsglied in Verbindung mit einem Kontaktsystem bringbar ist, wobei der Abstand zwischen Kontaktsystem und Thermo-Bimetallelement genau vermessen und die erforderliche Soll-Länge des Übertragungsgliedes für den festgestellten Abstand rechnerisch ermittelt wird.

Es ist - gemäß der AT-PS-284 245 - bereits ein Verfahren zur Justierung eines thermischen Schalters bekannt, bei dem nach Vorliegen des Schalters der Kontaktabstand durch mechanische Verformung des Schaltergehäuses eingestellt wird. Ein derartiges Verfahren erfordert die Verwendung eines Metallgehäuses, wobei der erforderliche Kontaktabstand insbesondere wegen des elastischen Verhaltens des Metallgehäuses nach der Quetschung nicht genau justierbar ist.

Es sind aber auch andere Justierverfahren bekannt, bei denen entweder Übertragungsglieder in verschiedenen, eng abgestuften Längen vorrätig gehalten, die Wölbungshöhe jedes einzelnen Thermo-Bimetallelementes sowie das korrespondierende Maß des jeweiligen Kontaktsystems gemessen und aus den Übertragungsgliedern jenes mit der richtigen Länge ausgewählt wird bzw. die Justierung durch Verbiegen des Trägers des Schaltkontaktes bzw. der Kontaktfeder durchgeführt wird.

Die US-4 581 509 offenbart einen Temperaturschalter, bei welchem ein aus einem Thermo-Bimetallelement gebildeter Temperaturfühler über ein zylindrisches Übertragungsglied mit einem Kontaktsystem in Verbindung steht, welches Übertragungsglied aus Glas oder Kunststoff besteht. Eine Möglichkeit der Justage des Schalters wird nicht angegeben.

Die DE-29 19 520 C2 befaßt sich mit einem Temperaturschalter der gattungsgemäßen Art und gibt ein Verfahren zur Justage des Schaltpunktes an. Die Justage erfolgt in der Weise, daß der Abstand zwischen Stellglied und Kontaktsystem vermessen wird und eine dementsprechend dicke Klebstoffschicht zwischen Kontaktsystem und Übertragungsglied eingebracht wird.

Ein anderes Verfahren zur Justage von Schaltern wurde z. B. durch die GB 2 179 282 A bekannt. Diese Veröffentlichung beschreibt einen Mikroschalter mit einem die Schalthandlung auslösenden Betätigungsstift. Um den Schaltpunkt einzustellen, wird der Betätigungsstift entweder abgeschnitten oder plastisch verformt sofern er aus einem relativ weichen, leicht verformbaren Metall hergestellt ist.

Die DE-30 12 354 C2 offenbart ein Relais mit einem feststehenden und einem beweglichen Kontakt. Der bewegliche Kontakt ist durch den Relais-Anker betätigbar, der feststehende Kontakt ist an einem festen Kontakträger gehalten. Um die Lage des feststehenden Kontaktes zu verändern, ist der Kontakt-Träger mit Einkerbungen versehen, die das Strecken, also das plastische Verlängern des Kontakt-Trägers erlauben.

Durch die DE-32 26 543 A1 wurde ein Verfahren zur Justierung von einseitig eingespannten Kontaktfedern bekannt. Die Justage erfolgt hier durch Verbiegen der Feder, was durch bereichsweise Laserstrahl-Erwärmung der Feder unter gleichzeitiger Einwirkung von Kräften in der gewünschten Verbiege-Richtung erfolgt.

Im Hinblick auf eine vollautomatisch durchführbare Justage und eine dafür notwendige automatisch arbeitende Bearbeitungs-Einrichtung wurde durch die CH 147 568 eine Einrichtung zur Herstellung von Quecksilberschaltern bekannt. Die Einrichtung ist durch eine kreisförmige Grundplatte gebildet, die um ihre Achse drehbar gelagert ist. Durch die Drehung der Platte wird der zu fertigende Schalter weiterbewegt und den einzelnen Bearbeitungsstationen zugeführt.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt nun in der Schaffung eines Justierverfahrens der eingangs beschriebenen Art, bei dem unter Vermeidung der bekannten Nachteile der Abstand zwischen Übertragungsglied und Kontaktsystem exakt auf das gewünschte Maß einstellbar ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Übertragungsglied zumindest bereichsweise erwärmt, bis auf die errechnete Soll-Länge plastisch verformt und abschließend in den thermischen Schalter eingesetzt wird.

Ein derartiges Verfahren zeichnet sich durch eine besonders einfache und wirtschaftliche Herstellung eines genau der Soll-Länge entsprechenden Übertragungsgliedes aus. Es erfolgt somit für jeden thermischen Schalter eine "Maßanfertigung" des Übertragungsgliedes mit der Folge, daß jeder Schalter exakt das gleiche Schaltverhalten aufweist. Von besonderem Vorteil ist auch noch die Tatsache, daß nach der Verformung keinerlei arbeitsintensive Nachbearbeitung des Übertragungsgliedes erforderlich ist. Für die genaue Maßhaltigkeit des Übertragungsgliedes ist es natürlich unumgänglich, den plastisch verformbaren Werkstoff für das Übertragungsglied so zu wählen, daß dessen Verformungsbereich oberhalb des für den Einsatz des Schalters vorgesehenen Temperaturbereiches liegt. Die Soll-Länge (l) des Übertragungsgliedes läßt sich aus folgender Gleichung errechnen:

1 = K - a + b

dabei entspricht K dem Abstand zwischen der Kontaktfeder und der durch den oberen Rand der Thermo-Bimetallscheibe gebildeten Ebene. a entspricht dem gewünschten Abstand zwischen Kontaktfeder und dem oberen Ende des Übertragungsgliedes unmittelbar vor der Schnappbewegung der Bimetallscheibe. b ist durch den Abstand der Bimetallscheibe unmittelbar vor deren Schnappbewegung zu der genannten, durch den oberen Rand führenden Ebene gebildet. Dieser Wert b ist eine von Werkstoff, Prägetiefe und weiteren Parametern abhängige Konstante.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung besteht darin, daß das Übertragungsglied zumindest bereichsweise mit Hilfe von Laserstrahlen erwärmt wird. Eine derartige Erwärmung zur Plastifizierung hat den besonderen Vorteil, daß die Zone der Erwärmung genau begrenzbar ist und hierdurch keine für die rasche und maßgenaue Aushärtung bzw. Abkühlung nachteilige Wärmespeicherung erfolgt.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß das Übertragungsglied vor der Erwärmung auf die Plastifiziertemperatur vorgewärmt wird. Eine derartige Vorwärmung des gesamten Übertragungsgliedes führt zu einer wesentlichen Spannungsreduktion zwischen der anschließenden bis zum Plastifizierungsbereich erwärmten, zur Betätigung der Kontaktfeder vorgesehenen Zone und den an diesen anschließenden Bereich des Übertragungsgliedes. Außerdem ist die Verformungstemperatur rascher erreichbar.

Eine weitere vorteilhafte Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß Übertragungsglieder hintereinander in einem tunnelförmigen Ofen vorgewärmt und anschließend Stück für Stück einem sich um eine Drehachse rotierenden Rundtisch zugeführt werden, worauf jedes auf den Rundtisch abgestellte Übertragungsglied jeweils unter entsprechender Drehung des Rundtisches einer Erwärmungs- bzw. Plastifizierungsstation, einer Quetschposition und gegebenenfalls einer Nacherwärmstation und einer Abkühlstation zugeführt wird, wonach das Übertragungsglied in den thermischen Schalter eingebaut wird. Auf diese Weise ist eine rasche, fließbandmäßige Abgleichung der Übertragungsglieder auf die gewünschte Soll-Länge durchführbar.

Im folgenden wird die Erfindung an Hand in der Zeichnung beispielhaft dargestellter Ausführungen näher beschrieben.

Es zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt durch einen vergrößert dargestellten thermischen Schalter,

Fig. 2 und Fig. 3 jeweils eine stark schematische Darstellung eines derartigen thermischen Schalters mit entsprechenden Maßangaben,

Fig. 4 eine Funktionsdarstellung des Verformweges der Thermo-Bimetallscheibe in Abhängigkeit von der Temperatur,

Fig. 5 eine schematische Draufsicht auf eine fließbandmäßige Bearbeitung wieder gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren,

Fig. 6 einen Querschnitt durch eine Fresse zur Ab gleichung des Übertragungsgliedes auf die gewünschte Soll-Länge und

Fig. 7 eine vergrößerte Ansicht eines Übertragungs gliedes.

Ein in Fig. 1 ersichtlicher thermischer Schalter (1) besteht im wesentlichen aus einem in den meisten Fällen zylindrischen Gehäuse (2) aus Keramik, einer im Bodenbe reich angeordneten, tellerförmigen Thermo-Bimetallscheibe (3), und Stromzuführungen (4), die über Vernietungen mit einem Kontakt (5) bzw. mit einer Kontaktfeder (6) und einem an deren Ende befestigten Kontakt (7) in Verbindung stehen. Etwa im mittigen Bereich der Kontaktfeder (6) bzw. der Thermo-Bimetallscheibe (3) ist ein scheiben förmiges Übertragungsglied (8) verschiebbar geführt. Bei der Herstellung derartiger bekannter thermischer Schalter (1) tritt das Problem auf, daß zufolge der schlechten Maßhaltigkeit der keramischen Gehäusebauteile relativ große Toleranzen auftreten, sodaß unter Summierung mit weiteren Ungenauigkeiten hinsichtlich der Bügelkontakte und dergleichen der Abstand zwischen dem Boden der Thermo-Bimetallscheibe (3) und der Kontaktfeder nicht immer gleich ist. Derartige Ungenauigkeiten müssen jedoch zur Erzielung thermischer Schalter (1) mit exakt gleichem Schaltverhalten genau berücksichtigt werden, indem die Länge des Übertragungsgliedes (8) an die beim fertigen Schalter (1) festgestellten Maße angepaßt wird.

Bei dem in Fig. 2 schematisch dargestellten thermischen Schalter (1) handelt es sich um einen Öffner, d. h., daß normalerweise bei Raumtemperatur geschlossene Kontakte vorliegen, die mit steigender Temperatur schließlich geöffnet werden. Die mit (l) bezeichnete Länge des Über tragungsgliedes (8) entspricht der gewünschten Soll- Länge, die sich aus folgender Gleichung errechnen läßt:

1 = K - a + b

Dabei entspricht K dem nach Fertigstellung des thermi schen Schalters (1) festgestellten Abstand zwischen der Kontaktfeder (6) und dem oberen Rand der in normaler Umgebungstemperatur befindlichen Thermo-Bimetallscheibe (3). a entspricht dem Abstand zwischen dem oberen Ende des Übertragungsgliedes (8) und der Kontaktfeder (6) unmittelbar vor der Schnappbewegung der Thermo-Bimetall scheibe (3). Diese Schnappbewegung setzt nach Beendigung des Vorschleichweges V ein. b entspricht der um den Vor schleichweg reduzierten Prägetiefe der Thermo-Bimetall scheibe (3) und ist eine vom Werkstoff, Scheibendicke und weiteren Parametern abhängige Konstante. Die strichlierte Darstellung der Thermo-Bime tallscheibe (3) entspricht deren Lage bei normaler Umge bungstemperatur. Sobald diese ansteigt, erfolgt eine in Fig. 4 in einem Diagramm dargestellte Verformung in Abhän gigkeit vom Temperaturanstieg, bis es plötzlich bei einer bestimmten Temperatur - nach Beendigung des Vorschleich weges V - zu der Schnappbewegung kommt.

Der in Fig. 3 schematisch dargestellte thermische Schalter (1) ist ein sogenannter Schließer, der mit steigender Temperatur die Kontakte schließt, die bei normaler Raum temperatur geöffnet sind.

Das in Fig. 4 ersichtliche Diagramm zeigt den Verformungs weg der Thermo-Bimetallscheibe (3) in Abhängigkeit von der Temperatur, wobei nach Beendigung des Vorschleich weges V ein großer Sprung (Schnappbewegung) mit dem Vor schaltweg V₁ erfolgt. Bei Abkühlung der Thermo-Bimetall scheibe (3) erfolgt die Bewegung in umgekehrter Richtung, wobei es nach Beendigung des Rückschleichweges Rs zu der Schnappbewegung mit dem Rückschaltweg R kommt.

Die in Fig. 5 schematisch dargestellte Vorrichtung zur fließbandmäßigen Soll-Längenabgleichung der Übertragungs glieder (8) setzt sich aus einem eine Vielzahl von Über tragungsglieder (8) aufweisenden Schwingtopf (9), einem tunnelförmigen Vorwärmofen (10) und einem um eine verti kale Achse drehbaren Rundtisch (11) zusammen. Nach Über führung der Übertragungsglieder (8) in den Vorwärmofen (10) werden diese vorgewärmt (bestehen die Übertragungs glieder (8) aus Corning-Glas, so beträgt diese Vorwärm temperatur etwa 500°C). Nach Beendigung dieses Vorwärm prozesses erfolgt eine Aufstellung auf dem Rundtisch (11), wo die Übertragungsglieder (8) nach Drehung des Rundtisches (11) einzelnen Arbeitsstationen zugeführt werden. Die erste Arbeitsposition ist aus einer um eine vertikale Achse verschwenkbaren Heizquelle (12) gebildet, die entweder aus einer offenen Flamme oder einem Laser strahl gebildet sein kann. Nächstfolgend ist eine Quetschposition (13) vorgesehen, in der die Übertragungs glieder auf die gewünschte Soll-Länge reduziert bzw. ver formt werden. In einem Nachbrenner (14) werden die auf die Soll-Länge abgeglichenen Übertragungsglieder nachge wärmt, um die Bildung von Spannungen im Verformungs bereich zu reduzieren. Als nächstes folgt eine Abkühl position (15) in der die erwärmten Übertragungsglieder (8) abgekühlt werden. In einer weiteren Station (16) erfolgt die Entnahme der Übertragungsglieder (8) vom Rundtisch (11), um sie dem jeweiligen thermischen Schalter (1) zuzuführen.

Eine in Fig. 6 dargestellte Presse (17) für die Quetsch position (13) besteht aus einem Preßrahmen (18) und einem oberen Stempel (19), der mit einem Hydraulikzylinder (20) in Verbindung steht. Ein unterer Stempel (21) steht über eins Schraubenspindel (22) mit einem Schrittmotor (23) in Verbindung. Sobald die erforderliche Soll-Länge (l) nach Vermessung des entsprechenden thermischen Schalters (1) errechnet wurde, erfolgt die entsprechende Verstellung des unteren Stempels (21) über den Schrittmotor, sodaß das obere Ende des unteren Stempels (21) vom oberen Rahmenende genau in der errechneten Soll-Länge entfernt liegt. Sobald das Übertragungsglied (8) in die Presse (17) eingeführt ist, kann der obere Stempel (19) mit Hilfe des Hydraulikzylinders (20) abgesenkt werden, wo durch es zu einer entsprechenden Verformung des überlan gen Übertragungsgliedes (8) kommt. Eine derartige Presse (17) hat den Vorteil einer schnellen Verformungsmöglich keit mit einem großen Öffnungsweg und einer Anschlagskon trolle.

Das in Fig. 7 vergrößert dargestellte Übertragungsglied (8) weist bombierte Seitenflächen (24) und einen mittigen Fortsatz (25) auf. Eine derartige Ausbildung hat den Vor teil, daß lediglich dieser Fortsatz mit einer relativ geringen Masse auf Verformungstemperatur erwärmt und ver formt werden muß. Der restliche größere Teil des Übertra gungsgliedes (8) bleibt von diesem Vorgang völlig unbe einflußt.

Die Erfindung ist nicht auf die dargestellt und beschrie bene Ausführungsform einer rechteckigen Scheibe beschränkt. Das thermisch verformbare Übertragungsglied kann auch in Form eines zylindrischen, im Gehäuse geführ ten Stiftes ausgeführt sein, der an einem seiner Enden unter Wärmeeinwirkung zum Zwecke der erfindungsgemäßen Justierung angestaucht wird.

Claims

1. Verfahren zur Justierung eines thermischen Schalters mit einem aus einem Thermo- Bimetallelement gebildeten Temperaturfühler, der über ein Übertragungsglied in Verbindung mit einem Kontaktsystem bringbar ist, wobei der Abstand zwischen Kontaktsystem und Thermo-Bimetallelement genau vermessen und die erforderliche Soll-Länge des Übertragungsgliedes für den festgestellten Abstand rechnerisch ermittelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Übertragungsglied zumindest bereichsweise erwärmt, bis auf die errechnete Soll-Länge plastisch verformt und abschließend in den thermischen Schalter eingesetzt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Übertragungsglied zumindest bereichsweise mit Hilfe von Laserstrahlen erwärmt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Übertragungsglied vor der Erwärmung auf die Plastifiziertemperatur vorgewärmt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß Übertragungsglieder hintereinander in einem tunnelförmigen Ofen vorgewärmt und anschließend Stück für Stück einem sich um eine Drehachse rotierenden Rundtisch zugeführt werden, worauf jedes auf den Rundtisch abgestellte Übertragungsglied jeweils unter entsprechender Drehung des Rundtisches einer Erwärmungs- bzw. Plastifizierungsstation, einer Quetschposition und gegebenenfalls einer Nacherwärmstation und einer Abkühlstation zugeführt wird, wonach das Übertragungsglied in den thermischen Schalter eingebaut wird.