DE4139091C2 - Temperaturschalter in einem dichten Gehäuse - Google Patents

Abstract

Vorliegende Erfindung betrifft Temperaturschalter, insbesondere eines Temperaturwächters, mit einer hohen Spannungsfestigeit, bei dem an die Anschlußkontakte eines Temperaturschalters Anschlußfahnen angenietet und zumindest die Nietstellen mit Einkomponenten-Duroplast umspritzt werden, um die Staubdichtigkeit und Waschdichtigkeit des Schalters zu erreichen.

Description

Vorliegende Erfindung betrifft einen Temperaturschalter, insbe­ sondere einen Temperaturwächter, der die für die Anwendung er­ forderliche Spannungsfestigkeit und damit einen ausreichenden Isolierwiderstand aufweist.

Darüber hinaus soll eine Staubdichtigkeit und Waschdichtigkeit des Schalters gegeben sein. Derartige Temperaturschalter weisen in einem dünnwandigen Gehäuse mit Wandstärken von nur 0,2 mm ein empfindliches mechanisches Schaltwerk auf. Geringste Ver­ formungen des Gehäuses der Temperaturschalter im Bereich von wenigen Hundertstel mm können zu dem völligen Versagen der Schalter führen. Aus diesem Grunde wurden bisher Temperatur­ schalter durch Vergießen mit einem Zweikomponentenharz iso­ liert.

Die Isolierung von derartigen Temperaturschaltern muß eine Tem­ peraturbeständigkeit von bis zu 200°C aufweisen, darf nur eine geringe Wärmeausdehnung haben, muß eine hohe Korrosions-, Druck- und Spannungsfestigkeit aufweisen, da sie in dieser Hin­ sicht in passender Umgebung eingesetzt werden kann. Weiterhin soll die Isolierung eine gegenüber dem Stand der Technik hohe Genauigkeit und Reproduzierbarkeit aufweisen. Die Qualität der Schalter soll nicht verschlechtert, möglichst verbessert wer­ den. Die Abdichtung der Schalter gegen Flüssigkeiten soll der­ art sein, daß sie bei derartigen, bei der Leiterplattenmontage auftretenden Flüssigkeiten gegeben ist. Darüber hinaus sollen die Fertigungs- und Durchlaufzeiten verkürzt werden.

Aus der DE 37 11 666 A1 ist ein Temperaturschalter bekannt, bei dem an einem Träger durch Nieten zwei Anschlußfahnen festgelegt sind. Zwischen den Nieten ist ein Schaltwerk angeordnet, das die Nieten und damit die Anschlußfahnen in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur elektrisch miteinander verbindet. An die Anschlußfahnen können Anschlußlitzen angelötet werden.

Der bekannte Temperaturschalter ist ein sogenannter offener Temperaturschalter, bei dem weder eine Staubdichtigkeit noch eine Waschdichtigkeit gegeben ist.

Aus der DE 35 18 569 A1 ist es bekannt, Bauteilkörper aus thermoplastischem Material herzustellen, aus denen bspw. ein Stift zum Anschluß herausragt. Dieser Stift wird in die Gieß­ form für den Bauteilkörper eingebracht und mit einer dünnen Schicht aus einem duroplastischen Material im Bereich des Ver­ ankerungsendes des Stiftes versehen. Bevor das duroplastische Material vollständig aushärtet, wird das thermoplastische Mate­ rial in die Gießform eingespritzt.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen abgedichteten Temperatur­ schalter zu schaffen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch einen Tempera­ turschalter mit einem in einem dichten Gehäuse aufgenommenen Schaltwerk, wobei das Gehäuse ein Gehäuseunterteil aus Metall und ein Gehäusedeckelteil aufweist, an dem gegenüber dem Gehäu­ seunterteil elektrisch isolierte Anschlußkontakte vorgesehen sind, an die Anschlußfahnen angenietet sind, und zumindest die Nietstellen mit Einkomponenten-Duroplast umspritzt sind.

In einer Weiterbildung sind an die Anschlußfahnen Anschlußlit­ zen angeschweißt, wobei in einer weiteren Ausgestaltung freie Schenkel der Anschlußfahnen über an den Anschlußkontakten ange­ nietete Schenkel der Anschlußfahnen umgebogen sind.

Bei den einzusetzenden Kunststoffmaterialien handelt es sich vorteilhafterweise um duroplastische Niederdruckpreßmassen, wie insbesondere Epoxidharz/Aratronic der Firma Ciba-Geigy. Während auch Materialien Protovic MPE in unterschiedlicher Ausführung oder das Material Toshiba KE300TSA eingesetzt werden konnte, haben sich als besonders bevorzugt die Materialien Ciba-Geigy Aratronic 2180 und vor allem Ciba-Geigy Aratronic 2142-6 her­ ausgestellt.

Ein derartiger Temperaturschalter wird also hergestellt, indem zunächst an die Anschlußkontakte Anschlußfahnen angenietet und danach zumindest die Nietstellen anschließend mit Einkomponen­ ten-Duroplast umspritzt werden. Während dabei grundsätzlich noch Forminnendrücke bis zu einen Bereich von 60 bar möglich sind, sollte der Forminnendruck in der Ausgestelltschaltung der zur Herstellung des Temperaturschalters verwendeten Vorrichtung und dem eingesetzten Material vorzugsweise gering gewählt wer­ den und im Bereich zwischen 40 bis 50 bar liegen. Die verwende­ ten Arbeitstemperaturen, bis zu denen zunächst das Spritzwerk­ zeug und das in diesem befindliche Werkstück aufgeheizt wird, sind im wesentlichen von dem verwendeten Material abhängig und liegen vorzugsweise im Bereich von 150 bis 180°C, wobei für die bevorzugt genannten Materialien Temperaturen im Bereich von 150 bis 160°C vollauf ausreichend sind.

Um eine vollständige Umhüllung der zu überspritzenden Bereiche des Temperaturschalters und Ausfüllung der das Spritzgußmateri­ al aufnehmenden Nester des Werkzeugs sicherzustellen, sind Spritzzeiten von 20 bis 30 Sekunden vorgesehen. Zum Aushärten des Materials werden Haltezeiten des Druckes in der Größenord­ nung von 50 bis 70, insbesondere von 60 Sekunden gewählt.

Während beim Stand der Technik die Anschlußlitzen unmittelbar an den Kontaktpunkten des Temperaturschalters festgelötet sind, werden zur Herstellung des neuen Temperaturschalters zunächst Anschlußfahnen an die Anschlußkontakte angenietet. Die An­ schlußfahnen weisen einen Schenkel auf, der mit den Anschluß­ kontakten verbunden ist, während sie einen weiteren Schenkel aufweisen, der in der Regel zu dem erstgenannten Schenkel unter 90° frei absteht. Erst nach der Spritzumhüllung der Anschluß­ kontakte und der mit diesen verbundenen Schenkeln durch das genannte Kunst­ stoffmaterial werden an den freien Schenkeln der An­ schlußfahnen Litzen befestigt, insbesondere ange­ schweißt. Anschließend werden die freien Schenkel mit den ange­ schweißten Litzen über die an den Anschlußkontakten befestigten Schenkel und parallel zu diesen gebogen. Hierbei besteht die Gefahr, daß das Kunststoffmaterial durch die Biegung beschädigt wird, damit Haarrisse auftreten, die die Wasch- und Isolierfestigkeit der Umspritzung reduzieren. Um dies vollständig auszu­ schließen, sieht eine Ausgestal­ tung vor, daß die Anschlußfahnen der­ art ausgebildet werden, daß bei im wesentlichen senk­ recht zueinander stehenden Schenkeln von dem am Schal­ ter festgenieteten Schenkel aus einer Umbiegung von mehr als 90 Grad und anschließend eine die gewünsch­ te Ausrichtung des freien Schenkels der Anschlußfah­ nen schaffende Gegenbiegung gebildet wird, wobei wei­ terhin das Umspritzen mit einem Druck von 40 bis 50 bar erfolgt.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung sind die Anschlußfahnen, wenn sie mit den Anschlußkontakten des Temperaturschalters verbunden sind, einstückig mit Me­ tallstreifen verbunden, die zur automatischen Förderung der mit den Anschlußfahnen verbundenen Temperaturschal­ tern dienen können. Vorzugsweise werden mehrere an ei­ nem solchen Streifen gehaltene Temperaturschalter in ein mehrfaches Werkzeug zum Umspritzen eingebracht. Während grundsätzlich der gesamte Schalter umspritzt werden kann oder aber das Unterteil des Schalters in einem vorgeformten Kunststoffgehäuse einsitzen und nur die Oberseite umspritzt werden kann, kann in weiterer Ausgestaltung vorgesehen sein, daß lediglich die Ober­ seite mit Spritzmasse versehen wird. Es ist selbstver­ ständlich, daß zur Erzielung einer guten Haftung des aufgespritzten Kunststoffes der mit dem Metall bzw. der Keramik des Deckteils des Temperaturschalters die­ se Teile sauber und fettfrei sein sollten, so daß ge­ mäß weiterer Ausgestaltung vorgesehen ist, daß die mit den Anschlußfahnen versehenen Temperatur­ schalter erst unmittelbar vor dem Spritzen gereinigt und entfettet werden.

Visuelle, metrische, Dichtheits- und elektrische -prü­ fungen nach Alterungen durch Temperaturwechsel, thermi­ scher Dauerbelastung ergaben eine hohe Isolier- und Waschfestigkeit der erfindungsgemäßen Schal­ ter.

Neben der Verbesserung der elektrischen Eigenschaften insbesondere im Hinblick auf den Isolationswiderstand und die Spannungsfestigkeit gegenüber dem Stand der Technik hat sich auch eine hohe Aufrechterhaltung der mechanischen Eigenschaften, da die bei dem erfindungs­ gemäßen Verfahren einsetzbaren Kunststoffe eine höhere Festigkeit aufweisen, als Gießharze, ergeben. Die Form und Abmessungen lassen sich in gewünschter Weise wählen und die Umspritzungsschichten mit hoher Genauigkeit re­ produzieren, so daß eine gleichmäßigere Fertigung er­ reicht wird, als dies mit Gießharzen der Fall ist.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und aus der nachfolgenden Beschrei­ bung, in der ein Ausführungsbeispiel der Erfindung un­ ter Bezugnahme auf die Zeichnung im einzelnen erläutert ist. Dabei zeigt:

Fig. 1 zwei mit Anschlußfahnen verse­ hene Temperaturschalter, wobei die Anschlußfahnen einstückig an einem Metallstreifen ausge­ bildet sind;

Fig. 2a-c Verfahrensschritte, die das Überspritzen des Deckelbereichs eines Temperaturschalters nach der Fig. 1 zeigen; und

Fig. 3 einen überspritzten Temperatur­ schalter vor Anschweißen der Anschlußlitzen an die Anschluß­ fahnen und Umbiegen derselben.

Die Erfindung befaßt sich mit einem Temperaturschalter 1, insbesondere in Form eines Temperaturwächters, bei dem ein Gehäuse ein metallisches Unterteil 2 und ein Deck­ teil 3 aufweist, das, wenn es aus Metall besteht und selbst einen Anschlußkontakt bildet, im Unterteil 2 un­ ter Zwischenlage von Isoliermaterial eingesetzt ist, wobei in der Regel das Unterteil einen weiteren An­ schlußkontakt bildet. Im dargestellten Ausführungsbei­ spiel besteht das Deckteil aus Isoliermaterial, wie beispielsweise Keramik, und trägt zwei Kontakte 4 ( Fig. 3), an denen Anschlußfahnen 6 mittels eines Niets angenietet sind. Im Inneren des durch Unterteil 2 und Deckteil 3 gebildeten Gehäuses befindet sich ein Schalt­ werk mit einem Bimetallelement als aktives Schaltteil. Das Schaltwerk weist bei dem dargestellten Ausführungs­ beispiel eine Schaltbrücke auf, durch welche die beiden Kontakte 4 miteinander elektrisch verbunden werden kön­ nen.

Die Kontaktfahnen 6 sind mit einem Metallstreifen 7 ein­ stückig ausgebildet, an dem über entsprechende Kontakt­ fahnen 6 weitere Temperaturschalter 1 befestigt sind. Der Metallstreifen 7 dient zur automatischen Förderung etc. der Temperaturschalter 1.

Der insofern beschriebene Schalter kann schon von vorne­ herein in ein vorgeformtes isolierendes Topfteil einge­ setzt werden. Er kann aber nach dem erfindungsgemäßen Verfahren auch vollständig, d. h. nicht nur im Deckteil­ bereich, sondern auch im Bereich seines Unterteils 2 um­ spritzt werden. Im dargestellten Ausführungsbeispiel wird gezeigt, wie der Schalter in seinem Deckteilbereich über­ spritzt wird. Der Schalter 1 wird in ein Spritzwerkzeug 11 eingebracht. Das Spritzwerkzeug 11 ist vorzugsweise ein Mehrfachwerkzeug, das gleichzeitig mehrere an dem Metallstreifen 7 gehaltene Schalter 1 in das Spritzwerk­ zeug 11 eingebracht und in diesem umspritzt werden kön­ nen. Das Spritzwerkzeug 11 besteht aus einem Unterteil 12 und einem Oberteil 13, in den Nester zur Aufnahme des Schalters 1 mit seinem Deckteilbereich 3 und den Anschlußfahnen 6 ausgebildet sind.

Das Werkzeug 11 wird oder ist schon auf Temperatur auf die gewünschte Bearbeitungstemperatur erwärmt. Die Schal­ ter werden in der in Fig. 2a ersichtlichen Weise zwi­ schen Oberteil 12 und Unterteil 13 eingebracht. Anschlie­ ßend wird das Werkzeug 11 durch Zusammenfahren von Un­ terteil 12 und Oberteil 13 geschlossen (Fig. 2b), wo­ bei der bzw. die Schalter 11 in den Nestern 14, 16 auf­ genommen werden. Nach Erreichen der gewünschten Tempe­ ratur wird duroplastisches Isoliermaterial ebenfalls im vorgewärmten Zustand in das Werkzeug eingespritzt bzw. eingedrückt, so daß es den durch den Schalter 1 freigelassenen Raum in dem Nest dann in den Spritznestern 14, 16 vollständig ausfüllt. Es wird dabei mit einem Form­ innendruck von 40 bis 50 bar gearbeitet, um das mecha­ nische Schaltwerk im Inneren des Gehäuse des Schalters 1 nicht zu beschädigen. Es kann in einem Temperaturbereich von 150 bis 180°C gearbeitet werden, je nach verwende­ tem Isoliermaterial. Die Einspritzzeit beträgt zwischen 20 und 30 Sekunden. Weiterhin wird bis zum Erhärten des duroplastischen Kunststoffes der Druck über 60 Sekunden aufrecht erhalten.

Anschließend wird das Werkzeug durch Auseinanderfahren von Unterteil 12 und Oberteil 13 (Fig. 2c) geöffnet. Die umspritzten Temperaturschalter 1 werden entformt und aus dem Werkzeug entnommen und verbliebene unnötige An­ güsse 21, 22 (Fig. 2c) erzeugt, so daß schließlich der überspritzte Temperaturschalter 1 die in der Fig. 3 dargestellte Ausgestaltung die Isolierabdeckung 9 auf­ weist.

In einem weiteren Verfahrensschritt werden im Bereich der freien Enden 41 der Anschlußlaschen 6 abisolierte Anschlußenden von Anschlußlitzen festgeschweißt und schließlich freie Schenkel 42 der Anschlußlasche 6 pa­ rallel zu den am Kontakt festgenieteten Schenkel 43 um­ gebogen.

Damit hierbei die Umspritzung nicht beschädigt wird und die erzielte Dichtigkeit und damit Spannungsfestigkeit beibehalten wird, ist es wichtig, daß bei zum Umspritzen im wesentlichen senkrecht von der Oberfläche des Schal­ ters 1 und damit zum Schenkel 43 abstehenden freien Schenkel 42 im Übergangsbereich 44 zwischen beiden Schenkeln 43, 42 zunächst ein Umbiegungsbereich 46 über einen Winkel von mehr als 90° mit einem endlichen Radi­ us gebildet ist, an den sich dann der freie Schenkel 42 über eine Gegenbiegung 47 derart anschließt, daß er sich im wesentlichen senkrecht, d. h. insgesamt unter einem Winkel von 90° zum Schenkel 43 erstreckt.

Hierdurch wird erreicht, daß beim Umbiegen des Schenkels 42 parallel zum Schenkel 43 nach Anbringen der Anschluß­ litzen nicht die am Schenkel 43 anschließende Umbiegung 46 beeinträchtigt wird und über diese Kräfte auf den Schenkel 43 ausgeübt werden können, die zur Beschädigung des überspritzten Kunststoffmaterials führen können, sondern daß im wesentlichen die Gegenbiegung 47 beim Ab­ biegen des Schenkels 43 wieder entfernt wird, wodurch eine Beschädigung der Kunststoffabdeckung 9 praktisch ausgeschlossen wird.

In einem praktischen Ausführungsbeispiel wurde ein Epoxid- Harz Aratronic 2142-6 der Firma Ciba-Geigy unter einem Forminnendruck von 40 bar bei Temperaturen von 152 bzw. 160°C eine Spritzzeit von 26 Sekunden und eine Haltezeit von 60 Sekunden in das Werkzeug und über den Temperatur­ schalter 1 eingespritzt. Es ergab sich eine hundertpro­ zentige Dichtigkeit und keinerlei Beschädigung des Deckels des Temperaturschalters. Es ergab sich ein Isolationswider­ stand zwischen den beiden Anschlüssen des Schalters von immer über 100 Megaohm. Der Durchgangswiderstand der um­ spritzten Schalter liegt in einem Bereich von 5 bis 10 Milliohm und verschlechterte sich bei Temperaturwechsel­ prüfungen auf im Durchschnitt 14 Milliohm und bei ther­ mischer Dauerbelastung von 180°C über 100 Stunden auf einen Bereich von 40 Milliohm, wobei der Isolationswi­ derstand den oben genannten Wert beibehielt. Sämtliche Werte beeinträchtigten die Funktion des Temeperaturschal­ ters nicht. Bei den vorgenommenen Belastungen und Alte­ rungen wurde die Dichtigkeit des Schalters beibehalten.

Claims (3)

1. Temperaturschalter mit einem in einem dichten Gehäuse auf­ genommenen Schaltwerk, wobei das Gehäuse ein Gehäuseunter­ teil (2) aus Metall und ein Gehäusedeckelteil (3) auf­ weist, an dem gegenüber dem Gehäuseunterteil (2) elek­ trisch isolierte Anschlußkontakte (4) vorgesehen sind, an die Anschlußfahnen (6) angenietet sind, und zumindest die Nietstellen mit Einkomponenten-Duroplast (9) umspritzt sind.

2. Temperaturschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß an die Anschlußfahnen (6) Anschlußlitzen ange­ schweißt sind.

3. Temperaturschalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß freie Schenkel (42) der Anschlußfahnen (6) über an den Anschlußkontakten (4) angenietete Schenkel (43) der An­ schlußfahnen (6) umgebogen sind.