DE4143671C2 - Verfahren zur Fertigung eines Temperaturschalters - Google Patents

Abstract

Bei einem Verfahren zur Fertigung eines Temperaturschalters (1) mit einem Schaltwerk, das in einem dichten Gehäuse aufgenommen ist, an dem Anschlußkontakte (4) vorgesehen sind, wird ein Schenkel (43) einer Anschlußfahne (6) an das Gehäuse angenietet, bevor das Schaltwerk in das Gehäuse eingelegt und dieses verschlossen wird. Danach wird die Nietstelle mit Einkomponenten-Duroplast (9) umspritzt und ein freier Schenkel (42) der Anschlußfahne (6) über den angenieteten Schenkel (43) umgebogen (Fig. 3).

Description

Vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Fertigung ei­ nes Temperaturschalter, insbesondere eines Temperaturwächters, der die für die Anwendung erforderliche 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, ein Verfahren zur Fertigung ei­ nes abgedichteten Temperaturschalters zu schaffen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zur Fertigung eines Temperaturschalters mit einem in einem dichten Gehäuse aufgenommenen Schaltwerk, wobei an dem Gehäuse Anschlußkontakte vorgesehen sind, mit den Schritten:

• - Annieten eines Schenkels einer Anschlußfahne an das Gehäu­ se,
• - Einlegen des Schaltwerkes in das Gehäuse und Verschließen des Gehäuses,
• - Umspritzen der Nietstelle mit Einkomponenten-Duroplast, und
• - Umbiegen eines freien Schenkels der Anschlußfahne über den angenieteten Schenkel.

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.

Während grundsätzlich noch Forminnendrucke bis in einen Bereich von 60 bar möglich sind, sollte der Forminnendruck in der Aus­ gestelltschaltung der zur Durchführung des Verfahrens verwende­ ten Vorrichtung und dem eingesetzten Material vorzugsweise ge­ ring gewählt werden und im Bereich zwischen 40 bis 50 bar, mög­ lichst an der unteren Grenze dieses Bereichs, liegen. Die ver­ wendeten Arbeitstemperaturen, bis zu denen zunächst das Spritz­ werkzeug und das in diesem befindliche Werkstück aufgeheizt wird, sind im wesentlichen von dem verwendeten Material abhän­ gig 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 vollständi­ ge Umhüllung der zu überspritzenden Bereiche des Temperatur­ schalters und Ausfüllung der das Spritzgußmaterial aufnehmenden Nester des Werkzeugs sicherzustellen, sind Spritzzeiten von 20 bis 30 Sekunden vorteilhafterweise vorgesehen. Zum Aushärten des Materials werden vorteilhafterweise Haltezeiten des Druckes in der Größenordnung von 50 bis 70, insbesondere im Bereich von 60 Sekunden gewählt.

Während bei dem Stand der Technik die Anschlußlitzen, wie ge­ sagt, unmittelbar an den Kontaktpunkten des Temperaturschalters festgelötet wurden, sieht die Erfindung vor, daß die Anschluß­ kontakte zunächst mit Anschlußfahnen versehen werden, die vor­ zugsweise mit den Anschlußkontakten vernietet sind. 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 ge­ nannte Kunststoffmaterial werden an den freien Schenkeln der Anschlußfahnen Litzen befestigt, insbesondere angeschweißt. An­ schließend werden gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren die freien Schenkel mit den angeschweißten 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 reduzie­ ren. Um dies vollständig auszuschließen, sieht eine äußerst be­ vorzugte Ausgestaltung der Erfindung vor, daß die Anschlußfah­ nen derart ausgebildet werden, daß bei im wesentlichen senk­ recht zueinander stehenden Schenkeln von dem am Schalter fest­ genieteten Schenkel aus eine Umbiegung von mehr als 90 Grad und anschließend eine die gewünschte Ausrichtung des freien Schen­ kels der Anschlußfahnen schaffende Gegenbiegung gebildet wird, wobei weiterhin das Umspritzen mit einem Druck von 40 bis 50 bar erfolgt.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung sind die An­ schlußfahnen, wenn sie mit den Anschlußkontakten des Tempera­ turschalters verbunden sind, einstückig mit Metallstreifen ver­ bunden, die zur automatischen Förderung der mit den Anschluß­ fahnen verbundenen Temperaturschaltern dienen können. Vorzugsweise werden mehrere an einem solchen Streifen gehaltene Tempe­ raturschalter in ein mehrfaches Werkzeug zum Umspritzen einge­ bracht. Während grundsätzlich der gesamte Schalter umspritzt werden kann oder aber das Unterteil des Schalters in einem vor­ geformten Kunststoffgehäuse einsitzen und nur die Oberseite um­ spritzt werden kann, kann in weiterer Ausgestaltung vorgesehen sein, daß lediglich die Oberseite mit Spritzmasse versehen wird. Es ist selbstverständlich, daß zur Erzielung einer guten Haftung des aufgespritzten Kunststoffes mit dem Metall bzw. der Keramik des Deckteils des Temperaturschalters diese Teile sau­ ber und fettfrei sein sollten, so daß gemäß weiterer bevorzug­ ter Ausgestaltung vorgesehen ist, daß die mit den Anschlußfah­ nen versehenen Temperaturschalter erst unmittelbar vor dem Spritzen gereinigt und entfettet werden.

Visuelle, metrische, Dichtheits- und elektrische -prüfungen nach Alterungen durch Temperaturwechsel, thermischer Dauerbela­ stung ergaben eine hohe Isolier- und Waschfestigkeit der erfin­ dungsgemäß hergestellten Schalter.

Neben der Verbesserung der elektrischen Eigenschaften, insbe­ sondere im Hinblick auf den Isolationswiderstand und die Span­ nungsfestigkeit gegenüber dem Stand der Technik hat sich auch eine hohe Aufrechterhaltung der mechanischen Eigenschaften, da die bei dem erfindungsgemäßen Verfahren einsetzbaren Kunststof­ fe eine höhere Festigkeit aufweisen, als Gießharze, ergeben. Die Form und Abmessungen lassen sich in gewünschter Weise wäh­ len und die Umspritzungsschichten mit hoher Genauigkeit repro­ duzieren, so daß eine gleichmäßigere Fertigung erreicht wird, als dies mit Gießharzen der Fall ist. Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und aus der nachfolgenden Beschreibung, in der ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung im einzelnen erläutert ist. Dabei zeigt:

Fig. 1 zwei mit Anschlußfahnen versehene Temperatur­ schalter, wobei die Anschlußfahnen einstückig an einem Metallstreifen ausgebildet sind;

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

Fig. 3 einen überspritzten Temperaturschalter vor An­ schweißen der Anschlußlitzen an die Anschluß­ fahnen und Umbiegen derselben.

Die Erfindung befaßt sich mit einem Temperaturschalter 1, ins­ besondere in Form eines Temperaturwächters, bei dem ein Gehäuse ein metallisches Unterteil 2 und ein Deckteil 3 aufweist, das, wenn es aus Metall besteht und selbst einen Anschlußkontakt bildet, im Unterteil 2 unter Zwischenlage von Isoliermaterial eingesetzt ist, wobei in der Regel das Unterteil einen weiteren Anschlußkontakt bildet. Im dargestellten Ausführungsbeispiel besteht das Deckteil aus Isoliermaterial, wie beispielsweise Keramik, und trägt zwei Kontakte 4 (Fig. 3), an denen Anschluß­ fahnen 6 mittels eines Niets angenietet sind. Im Inneren des durch Unterteil 2 und Deckteil 3 gebildeten Gehäuses befindet sich ein Schaltwerk mit einem Bimetallelement als aktives Schaltteil. Das Schaltwerk weist bei dem dargestellten Ausfüh­ rungsbeispiel eine Schaltbrücke auf, durch welche die beiden Kontakte 4 miteinander elektrisch verbunden werden können.

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

Der insofern beschriebene Schalter kann schon von vorneherein in ein vorgeformtes isolierendes Topfteil eingesetzt werden. Er kann aber nach dem erfindungsgemäßen Verfahren auch vollstän­ dig, d. h. nicht nur im Deckteilbereich, sondern auch im Bereich seines Unterteils 2 umspritzt werden. Im dargestellten Ausfüh­ rungsbeispiel wird gezeigt, wie der Schalter in seinem Deck­ teilbereich überspritzt wird. Der Schalter 1 wird in ein Spritzwerkzeug 11 eingebracht. Das Spritzwerkzeug 11 ist vor­ zugsweise ein Mehrfachwerkzeug, so daß gleichzeitig mehrere an dem Metallstreifen 7 gehaltene Schalter 1 in das Spritzwerkzeug 11 eingebracht und in diesem umspritzt werden können. Das Spritzwerkzeug 11 besteht aus einem Unterteil 12 und einem Oberteil 13, in dem Nester zur Aufnahme des Schalters 1 mit seinem Deckteilbereich 3 und den Anschlußfahnen 6 ausgebildet sind.

Das Werkzeug 11 wird oder ist schonauf die gewünschte Bearbei­ tungstemperatur erwärmt. Die Schalter werden in der in Fig. 2a ersichtlichen Weise zwischen Oberteil 12 und Unterteil 13 ein­ gebracht. Anschließend wird das Werkzeug 11 durch Zusammenfah­ ren von Unterteil 12 und Oberteil 13 geschlossen (Fig. 2b), wo­ bei der bzw. die Schalter 11 in den Nestern 14, 16 aufgenommen werden. Nach Erreichen der gewünschten Temperatur wird duropla­ stisches 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 Forminnendruck von 40 bis 50 bar gearbeitet, um das me­ chanische 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 verwendetem Isolierma­ terial. Die Einspritzzeit beträgt zwischen 20 und 30 Sekunden. Weiterhin wird bis zum Erhärten des duroplastischen Kunststof­ fes der Druck über 60 Sekunden aufrecht erhalten.

Anschließend wird das Werkzeug durch Auseinanderfahren von Un­ terteil 12 und Oberteil 13 (Fig. 2c) geöffnet. Die umspritzten Temperaturschalter 1 werden entformt und aus dem Werkzeug ent­ nommen und verbliebene unnötige Angüsse 21, 22 (Fig. 2c) ent­ fernt, so daß schließlich der überspritzte Temperaturschalter 1 die in der Fig. 3 dargestellte Ausgestaltung der Isolierabdec­ kung 9 aufweist.

In einem weiteren Verfahrensschritt werden im Bereich der frei­ en Enden 41 der Anschlußlaschen 6 abisolierte Anschlußenden von Anschlußlitzen festgeschweißt und schließlich freie Schenkel 42 der Anschlußlasche 6 parallel zu den am Kontakt festgenieteten Schenkel 43 umgebogen.

Damit hierbei die Umspritzung nicht beschädigt wird und die er­ zielte Dichtigkeit und damit Spannungsfestigkeit beibehalten wird, ist es wichtig, daß bei zum Umspritzen im wesentlichen senkrecht von der Oberfläche des Schalters 1 und damit zum Schenkel 43 abstehende freie 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 wesent­ lichen 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 Anschlußlitzen nicht die am Schenkel 43 anschließende Umbiegung 46 beeinträch­ tigt wird und über diese Kräfte auf den Schenkel 43 ausgeübt werden können, die zur Beschädigung des überspritzten Kunst­ stoffmaterials führen können, sondern daß im wesentlichen die Gegenbiegung 47 beim Abbiegen des Schenkels 43 wieder entfernt wird, wodurch eine Beschädigung der Kunststoffabdeckung 9 prak­ tisch ausgeschlossen wird.

In einem praktischen Ausführungsbeispiel wurde ein Epoxidharz Aratronic 2142-6 der Firma Ciba-Geigy unter einem Forminnen­ druck 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 Temperaturschalter 1 eingespritzt. Es ergab sich eine hundertprozentige Dichtigkeit und keinerlei Beschädigung des Deckels des Temperaturschalters. Es ergab sich ein Isolationswiderstand zwischen den beiden Anschlüssen des Schalters von immer über 100 Megaohm. Der Durchgangswiderstand der umspritzten Schalter liegt in einem Bereich von 5 bis 10 Milliohm und verschlechterte sich bei Temperaturwechselprüfun­ gen auf im Durchschnitt 14 Milliohm und bei thermischer Dauer­ belastung von 180°C über 100 Stunden auf einen Bereich von 40 Milliohm, wobei der Isolationswiderstand den oben genannten Wert beibehielt. Sämtliche Werte beeinträchtigten die Funktion des Temperaturschalters nicht. Bei den vorgenommenen Belastungen und Alterungen wurde die Dichtigkeit des Schalters beibe­ halten.

Claims (7)

1. Verfahren zur Fertigung eines Temperaturschalters (1) mit einem in einem dichten Gehäuse aufgenommenen Schaltwerk, wobei an dem Gehäuse Anschlußkontakte (4) vorgesehen sind, mit den Schritten:

• - Annieten eines Schenkels (43) einer Anschlußfahne (6) an das Gehäuse,
• - Einlegen des Schaltwerkes in das Gehäuse und Ver­ schließen des Gehäuses,
• - Umspritzen der Nietstelle mit Einkomponenten-Duro­ plast (9), und
• - Umbiegen eines freien Schenkels (42) der Anschluß­ fahne (6) über den angenieteten Schenkel (43).

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nach Aushärten des Duroplasts (9) die Anschlußfahnen (6) mit Anschlußlitzen versehen werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußfahnen (6) derart ausgebildet werden, daß bei im wesentlichen senkrecht zueinander stehenden Schen­ keln (42, 43) von dem am Schalter (1) festgenieteten Schenkel (43) aus eine Umbiegung von mehr als 90° und an­ schließend eine die gewünschte Ausrichtung des freien Schenkels (42) der Anschlußfahnen (6) schaffende Gegenbie­ gung gebildet wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Umspritzen bei einem Forminnen­ druck von 40 bis 50 bar erfolgt.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Umspritzen bei einer Werkzeugtem­ peratur von 150 bis 180°C erfolgt.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Umspritzen des Duroplasts über 20 bis 30 Sekunden hin erfolgt.

7. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß für den Forminnendruck eine Haltezeit von 60 Sekunden vorgese­ hen ist.