DE3740873A1 - Verfahren zur justierung eines thermischen schalters - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahen zur Justierung eines thermischen Schalters mit einem aus einem Thermo- Bimetallelement mit Schnappwirkung gebildeten Temperatur­ fühler, der über ein Übertragungsglied mit einem Kontakt­ system in Verbindung steht, sowie einem thermischen Schalter.

Es ist - gemäß AT-PS 2 84 245 - 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 Kontakt­ abstand 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-Bimetallelements 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 Kon­ taktfeder durchgeführt wird.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt nun in der Schaffung eines Justierverfahrens der eingangs beschrie­ benen Art, bei dem unter Vermeidung der bekannten Nach­ teile der Abstand zwischen Übertragungsglied und Kontakt­ system exakt auf das gewünschte Maß einstellbar ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß nach Vorliegen eines Schalters mit dem Thermo-Bimetall­ element und dem Kontaktsystem der Abstand zwischen diesen beiden Teilen genau vermessen wird, worauf nach rechneri­ scher Ermittlung der für den festgestellten Abstand erforderlichen Soll-Länge des Übertragungsgliedes dieses wenigstens teilweise erwärmt und bis auf die errechnete Soll-Länge plastisch verformt wird. Ein derartiges Ver­ fahren 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 beson­ derem 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 Verfor­ mungsbereich oberhalb des für den Einsatz des Schalters vorgesehenen Temperaturbereich liegt. Die Soll-Länge (l) des Übertragungsgliedes läßt sich aus folgender Gleichung errechnen:

l = 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 Übertra­ gungsgliedes unmittelbar vor der Schnappbewegung der Bimetallscheibe. b ist durch den Abstand der Bimetall­ scheibe unmittelbar vor deren Schnappbewegung zu der genannten, durch den oberen Rand führenden Ebene gebil­ det. Diese beiden Werte a und b sind von Werkstoff, Prä­ getiefe und weiteren Parametern abhängige Konstanten.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung besteht darin, daß das Übertragungsglied wenigstens teil­ weise mit Hilfe von Laserstrahlen erwärmt wird. Eine der­ artige Erwärmung zur Plastifizierung hat den besonderen Vorteil, daß zum einen die Zone der Erwärmung genau begrenzbar ist und zum anderen keine für die rasche und maßgenaue Aushärtung bzw. Abkühlung nachteilige Wärme­ speicherung erfolgt.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß das Übertragungsglied auf etwa 500°C 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 diese anschließenden Bereich des Übertragungsgliedes. Außerdem ist die Verformungstemperatur rascher erreichbar.

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

Die Erfindung bezieht sich auch noch auf einen thermi­ schen Schalter mit einem aus einem Thermo-Bimetallelement gebildeten Temperaturfühler, der über ein zwischen dem Thermo-Bimetallelement und einem Kontaktsystem angeordne­ tes Übertragungsglied mit dem Kontaktsystem in Verbindung steht und ist dadurch gekennzeichnet, daß das Übertra­ gungsglied aus einem unter Temperatureinwirkung plastisch verformbaren elektrischen Isolierstoff, wie z. B. Kunst­ stoff oder Glas besteht. Ein derartiger thermischer Schalter weist die bekannten vorteilhaften Eigenschaften auf, wobei aber das Übertragungsglied durch seine plasti­ sche Verformbarkeit vor dem Einbau in den Schalter auf die erforderliche Soll-Länge abstimmbar ist.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schalters weist das als etwa rechtec­ kige Scheibe mit bombierten Seitenflächen ausgebildete Übertragungsglied einen mittig angeordneten Fortsatz auf, dessen Breite höchstens einem Drittel der Breite des Übertragungsgliedes entspricht. Durch diese Ausbildung des Übertragungsgliedes mit einem schmäleren Fortsatz ist dieser besonders rasch und einfach plastisch verformbar, während der übrige breitere Teil nicht auf die Verfor­ mungstemperatur erwärmt werden muß und nach wie vor seine Führungsaufgaben für eine blockierfreie und reibungsarme Höhenverschiebung erfüllt.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung besteht darin, daß das Übertragungsglied aus Glas, z. B. Corning-Glas, mit einem plastischen Verformungsbereich von ca. 650-1150°C gebildet ist. Dieser Werkstoff weist den Vorteil einer in einem relativ hohen Temperatur­ bereich gelegenen plastischen Verformbarkeit auf, wodurch das Übertragungsglied mit dem thermischen Schalter auch in Geräte mit höherer Umgebungstemperatur einsetzbar ist.

Schließlich besteht noch eine weitere bevorzugte Ausfüh­ rungsvariante der Erfindung darin, daß das Übertragungs­ glied aus Kunststoff, z. B. aus Polyamid bzw. aus Polycar­ bonat mit einem plastischen Verformungsbereich von etwa 180-250°C, gebildet ist. Ein derartiger Werkstoff für ein Übertragungsglied zeichnet sich durch eine relativ einfa­ che Verformbarkeit im niederen Temperaturbereich mit einer genauen Maßhaltigkeit aus.

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

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 Presse 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, so daß 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:

l = 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 ebenso wie a 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 einer 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 V ₁ 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 eine 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, so daß 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 dargestellte 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 (8)

1. Verfahren zur Justierung eines thermischen Schalters mit einem aus einem Thermo-Bimetallelement mit Schnappwirkung gebildeten Temperaturfühler, der über ein Übertragungs­ glied mit einem Kontaktsystem in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, daß nach Vorliegen eines Schalters mit einem Thermo-Bimetallelement und dem Kon­ taktsystem der Abstand zwischen diesen beiden Teilen ge­ nau vermessen wird, worauf nach rechnerischer Ermittlung der für den festgestellten Abstand erforderlichen Soll- Länge des Übertragungsgliedes dieses wenigstens teilweise erwärmt und bis auf die errechnete Soll-Länge plastisch verformt wird.

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

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Übertragungsglied vorgewärmt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Anzahl hintereinander angeordneter Übertra­ gungsglieder in einem tunnelförmigen Ofen vorgewärmt und anschließend Stück für Stück einem sich um eine Drehachse rotierenden Rundtisch zugeführt wird, wo­ rauf das auf den Rundtisch abgestellte Übertragungs­ glied jeweils unter entsprechender Drehung des Rund­ tisches einer Erwärmungs- bzw. Plastifizierstation, einer Quetschposition und gegebenenfalls einer Nach­ erwärmungsstation und einer Abkühlstation zugeführt wird, wonach das auf die Sollänge reduzierte Übertra­ gungsglied in den thermischen Schalter eingebaut wird.

5. Thermischer Schalter mit einem aus einem Thermo- Bimetallelement gebildeten Temperaturfühler, der über ein zwischen dem Thermo-Bimetallelement und einem Kontaktsystem angeordneten Übertragungsglied mit dem Kontaktsystem in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, daß das Übertragungsglied (8) aus einem unter Tempe­ ratureinwirkung plastisch verformbaren Isolierstoff, wie z. B. Kunststoff oder Glas besteht.

6. Schalter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das als etwa rechteckige Scheibe mit bombierter Seitenfläche (24) ausgebildete Übertragungsglied (8) einen mittig angeordneten Fortsatz (25) aufweist, wo­ bei dessen Breite vorzugsweise höchstens einem Drit­ tel der Breite des Übertragungsgliedes (8) ent­ spricht.

7. Schalter nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Übertragungsglied aus Glas, z. B. Corning- Glas, mit einem plastischen Verformungsbereich von 650-1150°C gebildet ist.

8. Schalter nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Übertragungsglied aus Kunststoff, z. B. Polya­ mid bzw. Polycarbonat mit einem plastischen Verfor­ mungsbereich von etwa 180-250°C, gebildet ist.