具有溫度控制構件的開關裝置的製作方法
2023-10-07 06:13:49 1
專利名稱：具有溫度控制構件的開關裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種具有內裝溫度控制構件的機殼的開關裝置，機殼有一個第一機殼部件，在其內底上設有一個與第一外部接點相聯的第一電極，機殼還有個封閉第一機殼部件的第二機殼部件，它含有一個與第二外部接點相聯的第二電極，從而開關構件依從於其溫度在第一和第二電極之間形成電導通。
這樣的開關裝置可見於DE19609310AL。
已知開關中，第一機殼部件由絕緣材料製成，通過應力注塑包封或鑄型工藝嵌入第一電極成為整體組件，第一機殼部件被底部由導電金屬構成的第二機殼部件封閉起來，導電金屬底部的內表面起第二電極的作用。
兩個電極都是在一定程度上可以說是圓盤形的板金製片，在它們的上面製成一個起開關裝置的外部連接作用的和它們為一體的接點。第二機殼部件的底部在此處平放在第一機殼部件的一個凸臺上並在它的上面通過熱壓裝入一個熱壓環將其固定。
在如此構成的機殼中於兩個電極之間設有一個普通的雙金屬片開關構件，其彈簧片以邊緣部分支撐在底部上，而它將所支撐的可活動接點在切換溫度以下壓在一個向它隆起的另一個電極上的固定接點上。如一般情況一樣，在活動接點上套有一個雙金屬鎖定片，它在切換溫度之下沒有作用力，而當溫度高過切換點時，抵抗彈簧片的力使活動接點脫離固定接點，從而使兩個外部連接之間的電氣聯接斷路。
就所述已知開關裝置而言，它非常結實而且外形尺寸很小，因此不僅能普遍使用，而且特別適用於安裝空間很小的地方，例如用在變壓器或者電動馬達的繞組中。通過底部，該開關裝置與被監控的裝置之間有很好的熱耦聯，從而被監控裝置的溫度上升直接地傳入開關裝置的內部並在那裡相應地導致雙金屬鎖定片的溫度升高。這種開關裝置串接在受保護的裝置和供電電源之間，從而受保護裝置的驅動電流流經開關裝置，而溫度升高過允許值後導致電流被切斷。
常常還必須要求在監測受保護裝置的溫度的同時對工作電流進行監測，防止它超過一定的上限，從而在裝置的溫度還沒有升高前就能切斷電路。特別是電動馬達，往往由於外部作用的影響下了停止或者慢轉，這首先導致驅動電流升高，轉而又會使電機溫度升高。如果這時電流升高就能導致切斷電機的電流，就能夠完全避免溫度超過充許值，這當然是有優越性的。
具有溫度控制構件的開關裝置的這種保護作用稱作「電流控制開關」，這是通過在開關構件上串聯一個串聯電阻辦到的，也被保護的裝置的工作電流流過該電阻。通過選定串聯電阻的阻值以及其與開關裝置的熱耦聯，流過開關從而流過串聯電阻的一定量的電流導致產生一定量熱量，繼而確定地加熱開關裝置並以此加熱雙金屬鎖定片。通過電阻值就可以預設驅動電流的上限值。工作電流逾越上限值後，電在串聯電阻上產生的熱把雙金屬鎖定片加熱到其切換溫度之上，這樣在被保護的裝置發熱到限定值之前，開關裝置就已經斷路了。
這樣的開關已知的有DE4336564A1。該開關裝置首先含有一個封閉的雙金屬開關構件，它裝在一個由兩部分組成的機殼中，如由DE2121802A1技術所知的情況一樣。
該封閉式的開關裝置安裝在一個陶瓷支架上，在陶瓷支架上設有一個厚膜電阻器，電阻器經過線路與封閉的開關構件的導電底部連接。電阻器的另一端與一個焊點連接，焊點上焊著一個第一膠合軟線接頭。第二膠合軟線接頭焊在封閉的開關構件的導電頂部上。
儘管已知的開關裝置可以滿意地實現電控制開關的同時能夠監測溫度，還是具有一系列缺點。
缺點之一是陶瓷支架機械承載性差，在運輸中成為出現裂紋的易碎物品，這樣裂紋在入廠驗收時只有用顯微鏡才能發現。在陶瓷支架上焊上膠合軟線時往往會使焊接線路脫落。由於存在這些問題，必然提高檢驗費用，從而提高了產品的價格構成。另一個缺點是該結構的壓力穩定性低下，因而不適於捲入到變壓器或者電動馬達的繞組中。
另一方面，該已知開關裝置有其它的應用，因為以一定的阻值安裝在陶瓷支架上的電阻是一種很好控制的技術，這裡採用了諸如厚膜電阻之類的電阻器。
在溫度控制開關裝置上希望得到的另一個功能是所謂的自鎖，這裡，並聯電阻在開關構件斷開時流過一個剩餘電流產生足夠的熱，以保持開關構件斷路。而在開關裝置接通電路時並聯電阻被開關旁路而沒有任何功能。因為不論是裝置溫度升高還是由於工作電流升高而導致串聯電阻溫度升高，都會使雙金屬鎖定片動作，如果當開關斷路時就會使並聯電阻上流過剩餘電流，從而產生足夠的熱以保持開關構件斷路。這樣就避免了開關裝置往復動作，在受保護的裝置冷卻以後，開關裝置不會重新閉合而可能造成受保護裝置再次升溫到限定值。
並聯電阻和串聯電阻的阻值的選取原則是，串聯電阻的阻值要很小以儘可能對電路電流影響小些，而並聯電阻有很大的阻值，以明顯地限制剩餘電流強度，也就是要保護裝置不流過過高的工作電流。
這樣的自鎖功能同樣也可以由DE4336564AL已知的開關裝置實現。在這種開關裝置的陶瓷支架上設有一個正溫度係數(PTC)組件，它的一端與第二膠合軟線接頭焊在一起，另一端與連接在封閉的開關構件底部的開關引線焊在一起。
這樣，PTC組件與分成兩部分的、封閉的機殼電氣並聯，從而安置在溫度控制開關構件上，當開關閉合接通時被開關構件旁路，開關斷路時它加熱開關構件。
已知開關裝置雖然也能滿意地實現自鎖功能，但是已知開關裝置在非專業人員安裝時也會出現工藝技術上的問題。眾所周知，在焊接PTC組件時會影響其溫度曲線，焊接不當也會對PTC元件造成機械損傷。
因而，不僅生產已知開關裝置的人工成本很高，而且利用輔助工時也會產生相應的廢品。
因此，本發明旨在改進本文開篇明義所述的開關裝置，使其結構簡化並至少具備一個改進的功能。
在本文開始所述的開關裝置通過從幾何形狀和電氣技術角度考慮在機殼內部，兩電極之間設置一個並聯電阻發明性地達到了目的。
根據本發明提出的任務以這種方式得到完全解決。
本申請的發明人認識到，並不需要將並聯電阻一定安裝在開關裝置的機殼外部一個專用的支架上，而是從幾何上、電氣技術上考慮可以安置在兩個電極之間。這樣，從外部就不再能接近並聯電阻，也就是保護它不受機械方面的影響。另一個好處是，按目前技術狀況用於並聯電阻上，不需要特殊的焊接措施就避免了PTC組件溫度曲線的漂移。
本申請的發明人還認識到，如果在並聯電阻和溫度控制開關構件間沒有分成兩部分的機殼，可以採用體積很小的PTC元件，PTC元件還可以組合到標準開關的機殼中。對於PTC組件只是應當注意，它至少要有2mm的高度，從而保持兩個電極之間電壓擊穿耐性所必須的距離。
改進的一個方面是，最好第一機殼部件由絕緣材料製成，第一電極永久性地保持在其中，最好在第一機殼中設一個從第一電極穿通到第二電極的通孔容納PTC組件，該組件作為並聯電阻與兩個電極聯連。
優點是，PTC組件的絕緣可以說是自動完成的，這裡，在生產新型開關裝置時只須把一個PTC陶瓷放進預設的通孔中就可以了，它的一端在組裝第一電極時就封死了。然後放入第二電極，這樣另一端的開口也被封死，同時可以與PTC組件接觸。總之新型開關裝置的安裝簡化了，對於標準開關裝置的現行製造工藝來說，只須要增加一個工序作為進一步改進的措施，也就是把PTC元件放入穿洞中。作為另一個改進就是生產絕緣材料的機殼時對工具加以改造，使之自動完成製造通孔。
這裡在兩個極的一個上最好設置一人彈簧舌片把PTC組件壓在另一個電極上。
這個措施的優點是，PTC組件與兩個電極有牢靠的接觸，這裡通過彈簧舌片的彈力防止了對PTC元件造成過強的機械負荷。
通過新型開關現可以避免現有技術已知的焊接PTC組件造成的缺點，從電氣技術和幾何形狀上考慮將PTC組件安置在兩個電極之間，它既不受電氣的影響，也不受機械的影響。
另外，最好在生產機殼部件時通過澆濤或者應力注塑包封把第一電極永久性地保持在第一機殼部件中，使它成為該機殼部件的整體組成部分，這裡，最好第二機殼部件是一個導電的底部，其內底起第二電極的作用。
這些措施在本文開篇所述的開關裝置就已經實現了，它們使耐壓、體積很小而易於生產的機殼得以實現，在由絕緣材料製成的、嵌埋有第一電極的機殼部件中，現在只須裝入PTC元件然後安裝底部機殼部件即可，通過這種結構設計，PTC組件可自動兩端接電。以此方式，可以生產有自鎖功能的開關，也可以生產無自鎖功能的開關，在後一種情況下只要不安裝PTC組件就可以了。從而得到的優點是，可以在同樣的自動生產裝置上，通過簡單地取消或者加上一個組件生產具有完全不同功能和用途的不同產品。這是乞今不可能的，因為以前組裝自鎖電阻時必須要有特別的適配裝置以及結構。
另一個改進是，開關裝置最好包含一個陶瓷支架，它朝向開關構件並安裝在兩上電極之一上承載一個串聯電阻，其一端連接這個電極，另一端連接開關構件的一個固定接點，這裡，最好在第一電極上具有一個朝向開關構件的平面，在其上固定陶瓷支座並與串聯電阻電氣連接。
這一措施有結構上的優勢，可以採用很容易掌握的陶瓷技術形成串聯電阻和它的幾何構形，在陶瓷支座上可以安設一個很好調節的串聯電阻。由於現在不必要在陶瓷支架上焊接多股軟線，而且它還能另外受到機殼的機械防護，因此可以採用非常薄的支座，從而已知開關裝置的外形體積不必改變或者只需不明顯的改變。
取代在先技術的凸起的固定接點，現在第一電極可以採用一個平面，陶瓷支座安裝在這個平面上。因為這個平面的支承，陶瓷支座不怎麼受開關構件的機械負荷，所以包括安裝在它上邊的串聯電阻以及安排在它上邊的固定接點在內其厚度都不必大於現有技術開關裝置中的固定接點。這就意味著，開關裝置可以保持原來的大小，只要讓第一電極改變形狀，它其上設一個平面取代固定接點，在上邊固定這個陶瓷支座即可。從而，陶瓷支座可以和串聯電阻完全接觸並且貼在這個平面上，使之完全接觸同時與該電極電氣連通。
另一方面最好在陶瓷支座上優先採用雷射至少鑽通一個通孔，通過通孔把它焊牢在電極上並完成串聯電阻與電極的電連接。
這個措施具有結構上的優勢，因為只須要一個工序就可以完成機械的和電氣的連接。雷射鑽孔以陶瓷支架不會炸裂的安全方法進行，從而避免了現有陶瓷支座相關的技術中總是出現的高廢品率。另外，這種陶瓷支座可以裝盒而不是作為散料發運，以避免進一步損傷陶瓷支座。
另外，最好使開關構件包含一個導電的彈簧片，它支撐著一個活動的接點並與一個雙金屬鎖定片相拮抗，該雙金屬片幾乎中心地靠在活動的接點上，而彈簧片邊緣支撐在一個電極上，如果開關構件在其動作溫度之下活動接點就壓在另一個電極上。
這個措施也同樣是已知的，它實現了一個自行工作的雙金屬開關構件，其中，當雙金屬鎖定片低於切換溫度時沒有力，從而不會由於機械負荷而改變切換溫度。與陶瓷支架相關聯，這裡的又一個優點是串聯電阻的接觸簡單。如前文所述，串聯電阻一端與第一電極相連接而另一端連接固定接點，在固定接點上邊，彈簧片壓著活動接點，這樣串聯電阻串聯地接在第一電極和彈簧片之間，彈簧片轉而與第二電極相連接，從而在開關裝置的兩個外部連接之間只設有一個串聯電阻和雙金屬片開關構件的串聯電路。
因此，按本發明，一方面如此構成的開關裝置設有一個裝在絕緣材料的通孔中，其兩端與兩電極接觸的並聯電阻，另一方面可以再通過陶瓷片設一個串聯電阻，完成電流控制開關。從而使如此構成的開關裝置以驚人的簡單方式得到改進，以致不必對其工藝過程作大規模改動就可以設計出具有自鎖功能，並且還可以具有電流控制作用的開關裝置。
其它特點和優點可見對附圖的說明。
不言而諭，前文所述的特點以及下文的說明不僅僅限於每個給定的組合中，而且可以用於其它的組合，以至於單獨採用，卻不偏離本發明的範圍。
本發明的一個實施例示於附圖，並在下文作簡要說明
圖1是新型開關裝置沿圖2中Ⅰ-Ⅰ線所作的剖面示意圖；而圖2為圖1所示開關裝置的俯視圖。
圖1所示為一個新型開關裝置10的側視示意圖，該開關裝置含有一個裝在機殼12中的溫度控制開關構件11。
機殼12有一個導電的底部14以及一個絕緣材料製成的罩狀頂部15，頂部15含有一個環形空腔16，其中裝有溫度控制開關構件11。
開關構件11有一個活動接點17，它由彈簧片18支承著並在其上邊安放有一個雙金屬鎖定片19。
導電的底部14以其內側構成電極20，彈簧片18用邊緣21支撐在電極20上。圓片狀底部14整體地過渡成一個第一外部接點22，它與彈簧片18並從而與活動接點17連接通電。
開關裝置10的第二外部接點23與注塑包封的進去的電極24連接成為一體，電極24安裝在頂部15的內底面15a上。頂部15包封著同樣為圓片形的電極24，使之永久性地嵌埋在頂部15中。這裡如此布局，使電極24有一個朝向開關構件11的平面25，上面裝有陶瓷片26，陶瓷片26支承著與活動接點17相對的固定接點27。
陶瓷片26上有一雷射打通的通孔28，通過它靠焊點29固定在電極24上。還要說的是在焊點29和固定接點27之間設有一個串聯電阻。
通過此安排，在兩個外部接點22、23之間接有一個開關構件和串聯電阻構成的串聯電路。在圖1所示情況下、雙金屬鎖定片19處於其切換溫度之下，從而彈簧片18把活動接點17壓在固定接點27上，這樣，流過開關構件10的受保護電器的工作電流就流過並加熱串接電阻。取決於串接電阻的阻值以及流過的電流強度，如果在串接電阻上產生的歐姆熱能把圖1中不帶有力的雙金屬鎖定片19加熱到一定程度，它就對抗彈簧18的彈力使活動接點17脫離固定接點27，使電流中斷。
還須闡明的是，電極24以其平面25朝向環形空腔30內，在電極24應力注塑包封進頂部15後，陶瓷片26安放在空腔30中，然後通過焊點29完成與電極24的機械連接和電連接。然後在環形空腔16中安放開關構件11，接著安放底部14並通過頂部15的邊緣31固定在頂部15上。
在開關構件11旁，罩狀的頂部15中設有一個並聯電阻33，它在幾何上及電氣上都安排在兩個電極20和24之間，起自鎖功能，如前文開始所述。
在頂部15上設有一個通孔34貫通於兩電極20、24之間，容納一個PTC組件35，它在兩端與電極20、24電氣連接。為此在電極20上設有一個彈簧舌片36，卡入通孔34中並把PTC組件35壓向上邊的電極24。彈簧舌片36的彈力要確定得一方面使PTC組件與兩個電極20、25牢靠接觸安全通電，另一方面又不對PTC元件造成過大的機械負荷。
圖2為圖1所示開關裝置的俯視圖，圖中還示意出串接電阻38，它經線路39與固定接點27連接，經線路40及41與焊點29電氣連接。串接電阻38為普通厚膜電阻，用已知並且很好掌握的工藝安排在陶瓷片26上，其阻值可按照需要非常準確的設定，從而能夠準確地選定切換開關裝置10的工作電流。
再有示意地畫出了置於兩個電極20、24之間的PTC組件35，兩個電極在圖2中以虛線表示作為外部接點22和23的延長部分。
返回圖1還有要注意的是，安排在陶瓷片26上的串接電阻38以及並聯電阻33，不論是在電極24和開關構件之間的，還是與兩個電極20、24之間的電氣連接和機械聯接全都是在機殼12的內部安排的。
權利要求
1．具有一個容納溫度控制開關構件(11)的機殼(12)的開關裝置，機殼有一個第一機殼部(15)，在其內底部(15a)上有一個與第一外部接點(23)相接的第一電極(24)，機殼還有一個封閉第一機殼部(15)的第二機殼部(14)，它含有一個與第二外部接點(22)相連的第二電極(20)，從而，取決於其溫度的開關構件(11)在第一和第二電極(24、20)之間產生電氣連通，其特徵為，在機殼(12)中，從幾何形狀和電氣技術上考慮在兩電極(24、20)之間布置一個並聯電阻(33)。
2．根據權利要求1的開關裝置，其特徵為，第一機殼部(15)由絕緣材料製成，在其中永久性地持有第一電極(24)，並在第一機殼部(15)上設一個通孔(34)，它由第一電極貫穿到第二電極(24,20)，並容納一個PTL組件(35)充任並聯電阻(33)與兩個電極(24、20)相連。
3．根據權利要求2的開關裝置，其特徵為，在兩個電極(24、20)之一(20)上設一個彈簧舌片(36)，它把PTC組件(35)壓在另一個電極(24)上。
4．根據權利要求1至3之一的開關裝置，其特徵為，第一電極(24)通過澆鑄或者應力注塑包封在生產機殼部件(15)時永久地保持在第一機殼部(15)中，使之成為該機殼部件(15)的整體組成部份。
5．根據權利要求4的開關裝置，其特徵為，第二極殼部件(14)為一個導電的底部(14)，其內底起第二電極(20)的作用。
6．根據權利要求1至5之一的開關裝置，其特徵為開關構件(11)含有一個導電的彈簧片(18)，它託著一個活動接點(17)並朝著大約位於活動接著中間位置的雙金屬鎖定片(19)動作，這裡，彈簧片(18)以其邊緣(21)支撐在一個電極(20)上並在開關構件(11)處於動作溫度以下時把活動接點(17)壓在另一個電極上。
7．根據權利要求1至6之一的開關裝置，其特徵為，它含有一個陶瓷支架(26)，陶瓷支架朝向開關構件(11)安設在兩個電極(24、20)其中一個上並支撐著一個一端與電極(24)相連另一端與開關構件(11)的固定接點相連的串接電阻(38)。
8．根據權利要求7的開關裝置，其特徵為，第一電極(24)有一個朝向開關構件(11)的平面(25)，陶瓷支架(26)固定在該平面上，該平面與串聯電阻(38)電氣相連。
9．根據權利要求7或者8的開關裝置，其特徵為，陶瓷支架(26)最好有至少一個雷射打孔的通孔(28,29)，通過該通孔陶瓷支架(26)釺焊在電極(24)上並使串聯電阻(34)與電極(24)電氣連接。
全文摘要
本文述及一個具有容納溫度控制開關構件(11)的機殼(12)的開關裝置(10),機殼有一個內底(25)上裝有與第一外部接點(24)相連的第一電極(24)的第一機殼部件(15),還有一個封閉第一機殼部件(15)的第二機殼部件(14),後者含有一個與第二外部接點(22)相連的第二電極。取決於其溫度、開關構件(11)在第一和第二電極(24、20)之間構成導電連接。在機殼(12)中,從幾何形狀和電氣技術角度考慮在兩電極(20、24)之間安排一個並聯電阻(33)。
文檔編號H01H37/14GK1218970SQ98123559
公開日1999年6月9日 申請日期1998年10月29日 優先權日1997年11月27日
發明者馬歇爾·赫夫澤斯 申請人:馬歇爾·赫夫澤斯