DE2331568A1 - DEVICE FOR THE TEMPERATURE-DEPENDENT PRODUCTION OF A CONNECTION, IN PARTICULAR AN ELECTRICAL CONNECTION - Google Patents
DEVICE FOR THE TEMPERATURE-DEPENDENT PRODUCTION OF A CONNECTION, IN PARTICULAR AN ELECTRICAL CONNECTIONInfo
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Description
Die Erfindung betrifft Vorrichtungen zur Herstellung einer Verbindungt insbesondere elektrischer Verbindungen, bei der die durch ein elastisches Element erzeugte Kraft dazu verwendet wird, eine sichere und gute elektrische Verbindung herzustellen.The invention relates to devices for preparing a compound t in particular electrical connections, in which the force generated by an elastic member is used to establish a secure and good electrical connection.
Die Erfindung ist besonders zur Bildung einer elektrischen und mechanischen Verbindung zwischen einem Leiter und einer gedruckten Schaltung geeignet. Bisher wurden solche Verbindungen gewöhnlich durch eine Steckverbindung hergestellt, bei welcher die Leiterplatte in einen Schlitz paßt und ein leitendes elastisches Element mit einem leitenden Teil der Platte Kontakt er-The invention is particularly useful for forming an electrical and mechanical connection between one Conductor and a printed circuit suitable. So far, such connections were usually made by a plug connection made in which the circuit board fits into a slot and a conductive elastic Element with a conductive part of the plate
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hält. Solche Verbindungen haben mehrere Nachteile. Erstens wird die Platte nicht fest in ihrer Einsteckstellung gehalten. Zweitens besteht die Gefahr, daß sich die elektrische Verbindung verschlechtert, wenn der Kontakt nicht betätigt wird,holds. Such connections have several disadvantages. First, the panel does not get stuck in its inserted position held. Second, there is a risk that the electrical connection will deteriorate if the Contact is not activated,
Zur Verbindung eines Leiters mit einer gedruckten Schaltung bzw. Schaltungsplatte kann eine Lötverbindung verwendet werden. Eine solche Verbindung ist nicht "steckbar11 und erfordert jedesmal eine erneute Verlötung, wenn die Schaltungsplatte entfernt oder ausgewechselt werden muß. Wenn viele Verbindungen hergestellt werden sollen, ist dieser Nachteil besonders akut.A solder joint can be used to connect a conductor to a printed circuit board or circuit board. Such a connection is not "pluggable" 11 and requires re-soldering each time the circuit board has to be removed or replaced. This disadvantage is particularly acute when many connections are to be made.
Eine verbesserte Verbindungsvorrichtung ist in der belgischen Patentschrift 78 5 5 53 beschrieben. Bei dieser Vorrichtung wird ein wärmeerholbares metallisches Element verwendet, das um ein elastisches Element, beispielsweise um die Schenkel eines gegabelten Elements, herum angeordnet ist. Zwischen die Schenkel wird ein Leiter eingesetzt und das wärmeerholbare metallische Element wird zum Schrumpfen gebracht, wodurch die Schenkel nach innen und gegen den Leiter gepreßt werden. Eine' solche Vorrichtung ist hinsichtlich des Bewegungsbetrages etwas beschränkt und ferner in der Herstellung relativ teuer, so daß ein Bedarf für eine verbesserte Verbindungsvorrichtung besteht.An improved connection device is described in Belgian patent 7855553. At this Device becomes a heat-recoverable metallic element used around an elastic element, for example around the legs of a forked element is arranged. A conductor is inserted between the legs and the heat-recoverable metallic element is shrunk, thereby pressing the legs inward and against the conductor. Such a device is somewhat limited in terms of the amount of movement and also relatively expensive to manufacture, so there is a need for an improved connector.
Die Erfindung ist auf eine Vorrichtung zur Herstellung einer Verbindung, insbesondere einer elektrischen Verbindung, gerichtet und besitzt ein erstes Element, das eine relativ große Veränderung im Kraft-Weg-Verlauf mit der Temperatur aufweist, und ein elastisches Element, das zu diesem so angeordnet ist, daß infolge der Wechsel-The invention relates to a device for establishing a connection, in particular an electrical connection, directed and has a first element that has a relatively large change in the force-displacement curve the temperature, and an elastic element which is arranged to this so that as a result of the alternating
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wirkung zwischen dem elastischen Element und dem ersten Element die Vorrichtung eine Stellung bei einer ersten Temperatur und eine andere Stellung bei einer zweiten Temperatur einnimmt.effect between the elastic element and the first element, the device has a position at a first Temperature and occupies another position at a second temperature.
Im allgemeinen werden das erste Element und das elastische Element aufeinander einwirkend so angeordnet, daß sie das Bestreben haben, gegeneinander zu wirken und das elastische Element vorzugsweise eine im wesentlichen vernachlässxgbare Änderung in der Festigkeit mit der Temperatur aufweist, obwohl dies im Prinzip nicht wesentlich ist. Es ist besonders zu bevorzugen, daß die erfxndungsgemässen Vorrichtungen eine "Schnapp"-Wirkung bei ihrer Bewegung zwischen den Stellungen bei der ersten Temperatur und der zweiten Temperatur zeigen. Es ist daher zu bevorzugen, daß eines der Elemente, vorteilhaft das erste Element, ein nicht proportionales Kraft-Weg-Verhalten haben, so daß die Vorrichtung zwischen den beiden Stellungen bei einer gegebenen Temperatur oder über einen gegebenen kleinen Temperaturbereich schnappt. In dieser Beziehung ist eine in der Längsrichtung belastete Blattfeder besonders geeignet und vorteilhaft als erstes Element. Es kann jedoch jede Kombination, die eine degressive Kennlinie (d.h. jede Kombination, bei welcher die zum Erzielen eines weiteren Federweges erforderliche Kraft geringer ist als diejenige, die für einen entsprechenden anfänglichen Federweg notwendig ist,) zeigt, verwendet werden, um diese "Schnapp"-Wirkung zu erzielen. Beispielsweise kann eine herkömmliche negative Feder, wie eine Tellerfeder, verwendet werden. Diese "Schnapp"-Wirkung ist ein sehr wichtiges Merkmal der erfxndungsgemässen Vorrichtungen, das beispielsweise auch zum öffnen und Schliessen von Ventilen verwendet werden kann«In general, the first element and the elastic Element interacting so arranged that they have the tendency to act against each other and that elastic element preferably exhibits a substantially negligible change in strength with the Temperature, although this is not essential in principle. It is particularly preferable that the invention Devices have a "snap" action in their movement between positions at the first Temperature and the second temperature show. It is therefore preferable that one of the elements is advantageous the first element to have a non-proportional force-displacement behavior, so that the device between the snaps to both positions at a given temperature or over a given small temperature range. In this regard, a leaf spring loaded in the longitudinal direction is particularly suitable and advantageous as the first element. However, any combination that has a degressive characteristic (i.e. any combination, in which the force required to achieve a further spring travel is less than that required for a corresponding initial spring travel is necessary,) shows, can be used to achieve this "snap" effect achieve. For example, a conventional negative spring such as a plate spring can be used. These "Snap" effect is a very important feature of the devices according to the invention which are also used, for example, to open and close valves can"
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Das erste Element, das verhältnismässig starke Veränderungen im Kraft-Weg-Verlauf mit der Temperatur aufweist, kann ein Eblymeres oder Elastomeres von der bekannten Art sein, die eine verhältnismässig starke Modulveränderung mit der Temperatur zeigt.The first element, the relatively strong change in the force-displacement curve with the temperature, an Eblymeres or an elastomer of the known Be of the type that shows a relatively large change in modulus with temperature.
Vorzugsweise wird jedoch das erste Element aus einem Metall, insbesondere aus einem manchmal als Metall mit "Erinnerungsvermögen" bezeichneten Metall hergestellt, das eine verhältnismässig grosse Veränderung in der Festigkeit mit der Temperatur zeigt. Geeignete Metalle sind beispielsweise angegeben in den US-Patentschriften 3 012 882 und 3 174 851 sowie in den belgischen Patentschriften 703 649, 755 271 und 769 468. Besonders geeignete Metalle sind Legierungen, die etwa gleiche Atomanteile an Titan und Nickel enthalten. Sie haben gewöhn-Preferably, however, the first element is made from a metal, in particular from a metal sometimes with "Memory" is made of the metal, which is a relatively large change in the Shows strength with temperature. Suitable metals are given, for example, in US patents 3,012,882 and 3,174,851 and in Belgian patents 703,649, 755,271 and 769,468. Particularly suitable Metals are alloys that contain approximately equal atomic proportions of titanium and nickel. You have used
2 lieh einen austenitBchen Sekantenmodul von etwa 8437 kp/mm (etwa 12 Millionen psi) bei einer Dehnung von 1/2 % und2 borrowed an austenitic secant modulus of about 8437 kgf / mm (about 12 million psi) at 1/2% elongation and
2 einem martensitischen Sekantenmodul von etwa 5 97,6 kp/mm (850 000 psi) bei einer Dehnung von 5 %. Dieser grosse Unterschied im Sekantenmodul zusammen mit der starken Veränderung in der Dehnung macht diese Legierungen besonders zur Verwendung für thermisch betätigbare Vorrichtungen der beschriebenen Art geeignet. Es sind mit ihnen verhältnismässig grosse Beträge für Kraft und Bewegung je Volumeneinheit des Materials erzielbar. Hierbei ist ferner zu erwähnen, daß Spannung und Dehnung so ausgeübt werden müssen, daß das Material bei wiederholtem Lastwechsel nicht in einem wesentlichen Grad eine bleibende Verformung erfährt. Eine anfängliche bleibende oder plastische Verformung ist zulässig, sie darf jedoch nicht beim Lastwechsel andauern, da, wenn dies der Fall ist, die Punkte, zwischen welchen sich die Elemente bewegen, sich bei jedem Lastwechsel verändern, was unerwünscht ist.2 a martensitic secant modulus of about 5 97.6 kp / mm (850,000 psi) at 5% elongation. This big difference in the secant module together with the strong one Change in elongation makes these alloys particularly useful for thermally actuable devices of the type described. With them there are comparatively large amounts for strength and movement each Unit of volume of the material achievable. It should also be mentioned here that tension and strain are exerted in this way must ensure that the material does not undergo permanent deformation to a significant degree when the load changes repeatedly. An initial permanent or plastic deformation is permissible, but must not occur when the load changes persist, since if this is the case the points between which the elements move each other Change load changes, which is undesirable.
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Es sind weitere Legierungen bekannt, die ein ähnliches Phänomen zeigen, und Beispiele solcher Legierungen sindOther alloys showing a similar phenomenon are known and are examples of such alloys
von A.Nagasawa, 31 J. Phys. Soc. Japan No. 1, July, 1971, Seiten 136 - m7 angegeben. Beispiele sind Cadmium-Gold, Kupfer-Alumin'ium-Nickel, Indium-Thallium, Uran-Molybdän und Uran-Niob, von welchen Legierungen einige in den vorerwähnten Patentschriften erwähnt sind.by A. Nagasawa, 31 J. Phys. Soc. Japan No. July 1, 1971, Pages 136 - m7 indicated. Examples are cadmium gold, Copper-aluminum-nickel, indium-thallium, uranium-molybdenum and uranium-niobium, some of which alloys are mentioned in the aforementioned patents.
Im allgemeinen findet die wesentliche Änderung des Kraft-Weg-Verlaufs bei der sogenannten Umwandlungstemperatur zwischen dem martensitischen Zustand und dem austenitischen Zustand statt, wobei die genaue Temperatur von der genauen Zusammensetzung der Legierung abhängig ist. Ausserdem kann sich, da manchmal eine Hysterese stattfindet, die Umwandlungstemperatur in Abhängigkeit davon verändern, ob das Metall erhitzt oder abgekühlt wird„In general, the main change takes place in the force-displacement curve at the so-called transition temperature between the martensitic state and the austenitic one State takes place, the exact temperature depending on the exact composition of the alloy. In addition, since hysteresis sometimes occurs, the transition temperature may change depending on it change whether the metal is heated or cooled "
Die erfindungsgemässen Vorrichtungen sind besonders zur Herstellung fester elektrischer Verbindungen geeignet, wobei die wichtigsten Anwendungsformen die Herstellung solcher Verbindungen mit Schaltungsplatten sind. Aus diesem Grunde ist es u.a. besonders zu bevorzugen, daß die Umwandlungstemperatur des Metalls, das verwendet wird, um der Vorrichtung ein nicht proportionales Kraft'-Weg-Verhalten zu geben, niedriger als die Umgebungstemperatur ist. Dies hat mehrere positive Vorteile. Vor allem ist es dann nicht erforderlich, daß die erfindungsgemässen Vorrichtungen mit einem Heizelement ausgerüstet werden müssen, um die Umwandlung und damit die gewünschte Schnapp-Bewegung herbeizuführen. Dies vereinfacht die Vorrichtungen und ist ferner wirtschaftlich wünschenswert. Es ist lediglich ein besonderes Kühlungswerkzeug erforderlich, das dazu verwendet werden kann, einen grossen Bereich von Vorrichtungen vor der Inbetriebnahme in einen Zustand nie-The devices according to the invention are particularly suitable for making permanent electrical connections, the most important forms of application being the making of such connections to circuit boards. For this Among other things, it is particularly preferable that the transition temperature of the metal that is used around the device a non-proportional force-displacement behavior to give, lower than the ambient temperature. This has several positive advantages. Most of all is it is then not necessary for the devices according to the invention to be equipped with a heating element must in order to bring about the conversion and thus the desired snap movement. This simplifies the devices and is also economically desirable. All that is required is a special cooling tool which can be used to cover a wide range of Devices in a state before commissioning
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264 782264 782
driger Temperatur zu bringen. In manchen Fällen kann es vorteilhaft sein, ein Heizwerkzeug zu verwenden, um zur Vervollständigung der Umwandlung beizutragen, jedoch kann sogar in diesen Fällen ein gesondertes Heizwerkzeug über einen weiten Bereich von Vorrichtungen verwendet werden.bring a lower temperature. In some cases it can be beneficial to use a heating tool to To help complete the conversion, however, even in these cases a separate heating tool can be used can be used over a wide range of devices.
Zweitens wird durch die Wahl eines Werkstoffes mit einer niedrigen Umwandlungstemperatur die Notwendigkeit der Anwendung hoher Temperaturen vermieden. Abgesehen von den naheliegenden Vorteilen der Vermeidung hoher Temperaturen ist zu erwähnen, daß bei den erfindungsgemässen Vorrichtungen, bei denen die Festigkeit des ersten Elements bei der Umgebungstemperatur verwendet wird, die Neigung von Metallen, sich bei hohen Temperaturen zu entspannen, im wesentlichen vermieden wird. Daher können die Vorrichtungen hohe Grenzflächer.drücke auf die hergestellten Kontakte trotz des Unsfandes aufrechterhalten, daß durch die Herstellung des Kontakts automatisch eine hohe Spannung in das Material gebracht wird, das daran gehindert wird, seine Hoch temperaturform vollständig einzunehmen. Ganz überraschend können die erfindungsgemässen Vorrichtungen ohne weiteres verwendet und viele Male wiederverwendet werden, wenn der Temperaturzyklus beibehalten wirdj da das Material des ersten Elements nicht bleibend verformt oder "fixiert" wird, wenn der Kontakt hergestellt wird. Auch aus diesem Grunde können die erfindungsgemässen Vorrichtungen in einer Situation wiederverwendet werden, die von der verschieden ist, in welcher sie zuerst verwendet wurde. Mit anderen Worten, wenn sie zur Herstellung eines Kontakts mit beispielsweise einer dicken Schaltungsplatte verwendet wurde, kann sie ohne weiteres nachfolgend mit einer dünneren Schaltungsplatte wiederverwendet werden. Diese überraschende und wünschens-Second, choosing a material with a low transition temperature becomes a necessity the use of high temperatures is avoided. Aside from the obvious benefits of avoiding high temperatures it should be mentioned that in the devices according to the invention, in which the strength of the first element When used at ambient temperature, the tendency of metals to turn out to be at high temperatures relax, is essentially avoided. Therefore, the devices can have high interface pressures on the manufactured Maintaining contacts in spite of the fact that the establishment of contact automatically creates a high tension is brought into the material, which is prevented from fully assuming its high temperature form. Quite surprisingly, the devices according to the invention can be used easily and many times be reused if the temperature cycle is maintained because the material of the first element is not becomes permanently deformed or "fixed" when contact is made. For this reason, too, the inventive Devices are reused in a situation different from that in which it was used first. In other words, if they are to make contact with, for example, a thick circuit board was used, it can easily be followed by a thinner circuit board can be reused. This surprising and desirable
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werte Eigenschaft ist nicht zu erhiten, wenn die Umwandlungstemperatur hoch ist.worth property cannot be increased when the transition temperature is high.
Ein dritter Vorteil der Verwendung von Materialien von hoher Festigkeit bei der Umgebungstemperatur besteht darin, daß diese Festigkeit dazu verwendet werden kann, die Kontaktkraft zu erzeugen. Mit anderen Worten, das Material wird nicht lediglich dazu verwendet, ein zweites Element zu betätigen, welches die Kraft erzeugt. Aus diesem Grunde sind die bei den erfindungsgemässen Vorrichtungen erzielten Kpntaktkräfte weit höher als diejenige, die bei herkömmlichen federnden Verbindungsvorrichtungen entstehen, trotz des Umstandes, daß Form und Abmessungen der erfindungsgemässen Vorrichtungen . notwendigerweise denjenigen herkömmlicher federnder Verbindungsvorrichtungen ähnlich sein müssen. Im besonderen ist es wichtig, daß der Bewegungsbetrag bei den beiden Arten von Verbindungsvorrichtungen annähernd der gleiche ist. Herkömmliche Federn werden so dick wie möglich und wie es mit dem erforderlichen Bewegungsbetrag vereinbar ist, hergestellt. Da die Steifigkeit mit der dritten Potenz der Dicke zunimmt, begrenzt die erforderliche Bewegung zusammen mit einer Elastizitätsgrenze von 1 % oder weniger bei herkömmlichen Metallen ernstlich die erzielbaren Kontaktkräfte. Bei den bevorzugten erfindungsgemässen Vorrichtungen wird die herkömmliche Feder jedoch lediglich dazu verwendet, eine relativ niedrige Vorspannungskraft zu erzeugen, die beim Erwärmen durch die Kraft des anderen Elements überwunden wird, das einen temperaturabhängigen Kraft-Weg-Verlauf zeigt. Die Kraft in dem letzteren Element ist im allgemeinen drei - fünfmal grosser als die Vorspannungskraft, was eine Gesamtkontaktkraft ergibt, die das zwei- bis Vierfache derjenigen beträgt, die eine entsprechende herkömmliche federnde Verbindungs-A third advantage of using materials of high strength at ambient temperature is that this strength can be used to create the contact force. In other words, the material is not only used to actuate a second element that generates the force. For this reason, the contact forces achieved with the devices according to the invention are far higher than those that arise with conventional resilient connecting devices, despite the fact that the shape and dimensions of the devices according to the invention. necessarily have to be similar to those of conventional resilient connecting devices. In particular, it is important that the amount of movement is approximately the same for the two types of connecting devices. Conventional springs are made as thick as possible and as compatible with the amount of movement required. Since stiffness increases with the cube of the thickness, the required movement, along with an elastic limit of 1% or less in conventional metals, seriously limits the contact forces that can be achieved. In the preferred devices according to the invention, however, the conventional spring is only used to generate a relatively low pretensioning force which, when heated, is overcome by the force of the other element, which shows a temperature-dependent force-displacement curve. The force in the latter element is generally three to five times greater than the biasing force, giving a total contact force that is two to four times that which a corresponding conventional resilient connection
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Vorrichtung zeigt.Device shows.
Hieraus ergibt sich, daß durch die Erfindung eine temperaturabhängige Vorrichtung geschaffen wurde, die einen ersten stabilen Zustand bei einer Temperatur und einen zweiten stabilen Zustand bei einer anderen Temperatur einnimmt und die wiederverwendbar ist, selbst wenn sie einen sicheren Kontakt bei verhältnismässig hohen Temperaturen aufrechterhalten kann. Die beiden Elemente, die aus Materialien· mit unterschiedlichen Festigkeit/Temperatur-Beziehungen hergestellt werden, sind in einander entgegenwirkender Weise angeordnet, so daß eine Biegung des zweiten Federelements eine Biegung des erstenElements hervorrufen kann. Wenn die Temperatur der Vorrichtung verändert wird, hat die Veränderung in der Federkennlinie zumindest des ersten Elements eine Gesamtbewegung zur Folge. Wenn das erste Element aus einem Metall mit "Erinnerungsvermögen" hergestellt wird, insbesondere aus einer Legierung aus Titan und Nickel, wird eine Verbindungsvorrichtung erhalten, die bei einer hohen Temperatur betrieben werden kann. Hierbei ist jedoch zu erwähnen, daß durch eine geeignete Wahl der jeweiligen Materialien und bei einer geeigneten Gestaltung die erfindungsgemässen Vorrichtungen in vielen verschiedenen Umgebungen verwendet werdenkönnen.It follows from this that the invention provides a temperature-dependent Device was created that has a first stable state at a temperature and a second assumes stable state at a different temperature and which is reusable even if it safe contact at relatively high temperatures can maintain. The two elements made up of materials · with different strength / temperature relationships are arranged in counteracting manner so that a bend of the second spring element can cause the first element to bend. When the temperature of the device is changed, the change in the spring characteristic of at least the first element has an overall movement result. If the first element is made of a "memory" metal, especially made of an alloy of titanium and nickel, a connecting device is obtained that operates at a high temperature can be operated. It should be mentioned here, however, that by a suitable choice of the respective materials and when appropriately designed, the devices of the present invention can be used in many different environments can be.
Nachfolgend wird die Erfindung beispielsweise in Verbindung mit der beiliegenden Zeichnung näher beschrieben und zwar zeigen:The invention is described in more detail below, for example in connection with the accompanying drawing demonstrate:
Fig. 1 eine Seitenansicht, teilweise im Schnitt, einer erfindungsgemässen Vorrichtung;1 shows a side view, partly in section, of a device according to the invention;
Fig.IA eine graphische Darstellung mit einem typischenFig.IA is a graph showing a typical
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26H 78226H 782
«a«A
wünschenswerten Kraft-Weg-Verlauf für die Vorrichtung nach Fig. 1;desirable force-displacement curve for the device according to Fig. 1;
Fig. 2 eine Seitenansicht, teilweise im Schnitt, einer zweiten erfindungsgemässen Vorrichtung;2 shows a side view, partly in section, of a second device according to the invention;
Fig. 3 eine Seitenansicht, teilweise im Schnitt, einer dritten erfindungsgemässen Vorrichtung;3 shows a side view, partly in section, of a third device according to the invention;
Fig. 4 einen seitlichen Aufriß eines ersten Federelements, das in einer erfindungsgemässen Vorrichtung verwendet werden kann;4 shows a side elevation of a first spring element, which can be used in a device according to the invention;
Fig.5 einen seitlichen Aufriß eines zweiten Federelements, das in einer erfindungsgemässen Vorrichtung verwendet werden kann, und5 shows a side elevation of a second spring element, which can be used in a device according to the invention, and
Fig. 6 einen seitlichen Aufriß eines dritten Federelements, das in einer erfindungsgemässen Vorrichtung verwendet werden kann.6 shows a side elevation of a third spring element which is used in a device according to the invention can be.
Bei der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung ist eine freitragende Feder 20 mit einem gekrümmten Ende vorgesehen, die an einem in der Längsrichtung belasteten Blattfederelement 21 angebracht ist. Die Feder20 ist durch eine öffnung in einer Basis 22 eingesetzt. Das Federelement 21 wird in der Feder 20 durch einen Anschlag 25 und eine Eintiefung 26 gehalten. Der Anschlag 25 hält ferner die Feder 20 in der Basis 22.In the device shown in Fig. 1, a cantilever spring 20 is provided with a curved end which is attached to a leaf spring member 21 loaded in the longitudinal direction. The spring 20 is through an opening used in a base 22. The spring element 21 is in the spring 20 by a stop 25 and a recess 26 held. The stop 25 also holds the spring 20 in the base 22.
Das Element 21 ist aus einem Material hergestellt, das einen verhältnismässig niedrigen Modul bei niedrigen Temperaturen hat, jedoch einen höheren Modul bei einer hohen Temperatur,The element 21 is made of a material that has a relatively low modulus at low temperatures but has a higher modulus at a high temperature,
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z.B. bei der Umgebungstemperatur, und die Feder 20 ist aus einem Material hergestellt, das einen verhältnismässig hohen Modul bei niedrigen Temperaturen hat. Bei niedrigen Temperaturen versucht die Vorrichtung eine Stellung einzunehmen, wie sie beispielsweise durch die strichpunktiertenLinien angegeben ist. Wenn die Temperatur zunimmt, nimmt die durch das Element 21 ausgeübte längsgerichtete Kraft ebenfalls zu, so daß dieses sich in die mit voll ausgezogenen Linien gezeichnete Stellung erstreckt. Wenn eine Schaltungsplatte 2 3 zwischen der Vorrichtung und der Basis 22 angeordnet wird, wird ein fester Kontakt zwischen der Schaltungsplatte und der Kontaktstelle 24 der Feder 20 hergestellt, wenn das Element 21 eine Temperatur hat, bei welcher es eine relativ hohe Festigkeit hat.e.g. at ambient temperature, and the spring 20 is made of a material that is relatively has high modulus at low temperatures. At low temperatures, the device tries one Take up position, as it is indicated for example by the dash-dotted lines. When the temperature increases, the longitudinal force exerted by the element 21 also increases, so that this is extends into the position shown in full lines. If a circuit board 2 3 between the Device and the base 22 is placed, a firm contact between the circuit board and the Contact point 24 of the spring 20 made when the element 21 has a temperature at which it has a relatively high strength.
Die in Fig. 1 gezeigte Vorrichtung stellt eine besonders wirksame temperaturbetätigte Vorrichtung aus einem Grunde dar, der nicht ohne weiteres erkennbar ist. Dieser Grund betrifft die Federkennlinie des Elements 21. Obwohl das Element 21 im wesentlichen die Form einer Blattfeder hat, ist diese nicht in der Nähe ihres Mittelpunktes belastet, sondern stattdessen nur in der Längsrichtung. Dadurch, daß das Element 21 so belastet wird, übt es eine verhältnismässig grosse Kraft in einer Längsrichtung aus, wenn es nahezu gerade ist. Mit anderen Worten, es erfordert eine verhältnismässig grosse Kraft, das Element 21 aus seiner entspannten Stellung zu verformen, während, wenn es einmal teilweise verformt ist, eine geringere Kraft ausgeübt werden muß, um eine weitere Verformung herbeizuführen. Daher ist im Gegensatz zu den meistenFedern das Last/Wegverhältnis bzw. die Steifigkeit nicht konstant, sondern verändert sich je nach dem Betrag des Federweges. AndersThe device shown in Figure 1 provides a particularly effective temperature actuated device for one reason which is not easily recognizable. This reason concerns the spring characteristic of element 21. Although that Element 21 essentially has the shape of a leaf spring, if it is not loaded near its center point, but instead only in the longitudinal direction. The fact that the element 21 is so loaded, it exerts a relatively great force in a longitudinal direction when it is almost straight. In other words, it requires one relatively large force to deform the element 21 from its relaxed position, while once it is partially deformed, less force must be exerted to cause further deformation. Therefore, in contrast to most springs, the load / travel ratio or the stiffness is not constant, but rather changes depending on the amount of spring travel. Different
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ausgedrückt, es wird bei den meisten Federn, wenn die Kraft über dem Federweg aufgetragen wird, eine gerade Linie erhalten, während sich bei einer in der Längsrichtung belasteten Blattfeder,eine gekrümmte Linie ergibt.expressed, it will be with most feathers when the Force is applied over the spring deflection, a straight line Line obtained, while a curved line results in a leaf spring loaded in the longitudinal direction.
Wenn die richtige Kombination für die Federkennlinien der Federn 20 und 21 gewählt wird, ist es möglich, eine Vorrichtung zu schaffen, die bei einer verhältnismässxg geringen Temperaturveränderung in die Offenstellung bzw. in die Schließstellung "schnappt".If the right combination for the spring characteristics of the Springs 20 and 21 is chosen, it is possible to create a device that is relatively small Temperature change in the open position or "snaps" into the closed position.
Ein Verfahren, diese "Schnapp"-Wirkung zu erzielen, besteht darin, ein Element mit einer Federkennlinie zu wählen, die einen Scheitel aufweist. Mit anderen Worten, die Federkennlinie soll ein Maximum erreichen, auf das zumindest ein gewisser Teil von abnehmender Steilheit folgt.One method of achieving this "snap" effect is in choosing an element with a spring characteristic, which has a vertex. In other words, the spring characteristic should reach a maximum, at least to that some part of decreasing steepness follows.
Eine typische Federkennlinie für das erste Element ist in Fig· IA gezeigt. Eine Vorrichtung mit einer Schnappwirkung wird erhalten, wenn das zweite Element mit dem ersten Element so verbunden wird, daß sich der Federweg des ersten Elements auf der linken Seite des Scheitels befindet, wenn sich die Vorrichtung in einem ersten stabilen Zustand befindet, und auf der rechten Seite des Scheitels, wenn sich die Vorrichtung in ihrer zweiten stabilen Stellung befindet. Mehrere Formen von Vorrichtungen zeigen einen Kraft-Weg-Verlauf mit einer etwas negativen Steilheit.A typical spring characteristic for the first element is shown in FIG. 1A. A device with a snap action is obtained when the second element is connected to the first element so that the spring deflection of the first Element is on the left side of the vertex when the device is in a first stable state, and on the right side of the apex when the device is in its second stable position. Several forms of devices show a force-displacement curve with a somewhat negative slope.
Obwohl eine in der Längsrichtung belastete Blattfeder ein besonders einfaches Verfahren zum Erzielen dieser "Schnapp"-Wirkung darstellt, können auch andere nichtlineare Federn verwendet werden. Beispielsweise kann eine Tellerfeder so gestaltet werden, daß sie eine stark nichtlineare Federkennlinie aufweist.. Ferner kann, wenn das Verhältnis derAlthough a leaf spring loaded in the longitudinal direction is a particularly simple method of achieving this "snap" effect other non-linear springs can also be used. For example, a disc spring can be designed so that it has a strongly non-linear spring characteristic. Furthermore, if the ratio of the
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Höhe zur Dicke (h/s-Verhältnis) der Tellerfeder richtig gewählt wird (ein Beispiel ist eine Tellerfeder mit einem Äussendurchmesser von 12,5 cm (5 "), einem Innendurchmesser von 6,2 5 cm (2 1/2 "), einer Dicke von einem Millimeter (0,040 ") und einem h/s-Verhältnis grosser als etwa 2,0^ die Federkennlinie einen Scheitel haben, der dazu verwendet werden kann, eine Schnapp-Wirkung hervorzurufen. Siehe beispielsweise Kachine Design von J.E. Shigley McGraw-Hill, 1956, welches auf Seite 237, Fig. 7-15, Federkennlinien für eine Reihe verschiedener Tellerfedern zeigt.Height to thickness (h / s ratio) of the disc spring is correct is chosen (an example is a disc spring with an outside diameter of 12.5 cm (5 "), an inside diameter 6.25 cm (2 1/2 "), a thickness of one millimeter (0.040") and an h / s ratio greater than about 2.0 ^ the spring characteristic have a vertex, the to can be used to produce a snap action. See, for example, Kachine Design by J.E. Shigley McGraw-Hill, 1956, which on page 237, Fig. 7-15, spring characteristics for a number of different disc springs shows.
Die in Fig. 2 gezeigte Vorrichtung weist eine gegabelte Feder 3 0 mit einem Schenkel 31 auf, der mit einer Kontaktstelle 32 versehen ist. Ein in söiner Längsrichtung belastetes Element 33 wird in Nuten 34 und 3 5 der Feder 30 gehalten. Die Feder 30 wird in einer Öffnung 36 in der Basis 37 gehalten.The device shown in Fig. 2 has a forked spring 30 with a leg 31 which is connected to a contact point 32 is provided. A longitudinally loaded element 33 is in grooves 34 and 35 of the spring 30 held. The spring 30 is held in an opening 36 in the base 37.
Um eine Bewegung der Vorrichtung herbeizuführen, wird die Temperatur der Vorrichtung nach Fig. 2 zuerst so herabgesetzt, daß das Element 3 3 nur eine geringe Kraft erfordert, um einen Federweg herbeizuführen. Wenn die Feder 33 beispielsweise aus einer Legierung mit grösseren Anteilen anTitan und Nickel hergestellt ist, muß die Temperatur herabgesetzt werden, um die Titan-Nickel-Legierung in ihre martensitifsehe Phase zu bringen. Hierdurch wird die von ihr ausgeübte Kraft verringert, wodurch sie mit Bezug auf die Feder 30 geschwächt wird, welche dann das Element 3 3 in eine Stellung verformen kann, wie sie durch strichpunktierte Linien dargestellt ist. Das Abkühlen kann beispielsweise durch Absprühen mit einer niedrigsiedenden Flüssigkeit, die unter Druck gesetzt worden ist, erfolgen, wobei geeignete KühlflüssigkeitenIn order to bring about a movement of the device, the temperature of the device according to FIG. 2 is first reduced in such a way that that the element 3 3 requires only a small force in order to bring about a spring deflection. If the Spring 33 is made, for example, from an alloy with larger proportions of titanium and nickel, the Temperature can be reduced in order to bring the titanium-nickel alloy into its martensitifsehe phase. Through this the force exerted by it is reduced, thereby weakening it with respect to the spring 30, which then the element 3 can deform 3 into a position as shown by dash-dotted lines. The cooling down can for example by spraying with a low-boiling liquid that is pressurized has been done, using suitable cooling liquids
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Te traf luormethan, Chlortri fluorine than und Trifluormethan sind. Gegebenenfalls kann das Abkühlen durch Kontakt mit Eis, flüssigem Stickstoff od. dgl. geschehen. Te met luoromethane, chlorotrifluorine than and trifluoromethane are. If necessary, the cooling can be done by contact with ice, liquid nitrogen or the like.
Sodann wird eine Schaltungsplatte 38 gegen einen Teil der Basis 37 eingesetzt und die Temperatur der Vorrichtung wird dann erhöht, um die durch das Element 33 ausgeübte Kraft zu erhöhen, wodurch dann die Feder 30 und die Kontaktstelle 32 in die durch die voll ausgezogenen Linien gezeigten Stellungen gebracht werden. In dieser Stellung kann sie eine verhältnismässig grosse Kraft gegen die Schaltungsplatte 38 ausüben, da die Feder 33 eine nahezu gerade Stellung einnimmt.A circuit board 38 is then placed against part of the base 37 and the temperature of the device is then increased to increase the force exerted by element 33, which then causes spring 30 and the contact point 32 can be brought into the positions shown by the solid lines. In this Position it can exert a relatively large force against the circuit board 38, since the spring 33 occupies an almost straight position.
Im Gegensatz zu den in Fig. 1 und 2 gezeigten Vorrichtungen schließt die Vorrichtung nach Fig. 3 gegen einen Gegenstand, wenn das blattfederförmige Element sich in seiner Stellung geringer' Festigkeit befindet. Freitragende Federn 40 und 41 sind durch eine Basis 42 hindurchgeführt und ein Element 43 wird in Nuten 44 und 4 5 der Federn 40 und 41 gehalten. Die Federn 40 und 41 sind aus einem Material hergestellt, das eine verhältnismässig starke Veränderung in der Federkennlinie mit der Temperatur zeigt, während das Element 43 aus einem herkömmlichen Werkstoff, beispielsweise aus Federstahl, hergestellt ist. Wenn die Temperatur der Vorrichtung nach Fig. 3 derart ist, daß sich das Element 4 3 in seinem Zustand hoher Festigkeit befindet, drückt das Element 43 die Federn 40 und 41 auseinander in die in Fig. 3 strichpunktiert gezeichnete Stellung. Wenn die Temperatur so verändert wird, daß die Kennlinien der Federn 40 und verhältnismässig hoch mit Bezug auf den Modul des Elements 43 ist, schließt die Vorrichtung in die mit vollIn contrast to the devices shown in FIGS. 1 and 2, the device according to FIG. 3 closes against one Object when the leaf spring-shaped element is in its position of low 'strength. Cantilever Tongues 40 and 41 are passed through a base 42 and an element 43 is inserted into grooves 44 and 4 5 of the Springs 40 and 41 held. The springs 40 and 41 are made of a material that is relatively shows strong change in the spring characteristic with temperature, while the element 43 from a conventional Material, for example spring steel, is made. When the temperature of the device after Fig. 3 is such that the element 4 3 is in its state high strength is located, the element 43 pushes the springs 40 and 41 apart in the dash-dotted lines in FIG drawn position. When the temperature is changed so that the characteristics of the springs 40 and is relatively high with respect to the module of the element 43, the device includes in the with full
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ausgezogenen Linien gezeichnete Stellung. Daher wird, wenn ein Gegenstand 46 zwischen den Kontaktstellen 47 und 48 der Federn 40 und 41 eingesetzt wird, dieser in der gezeigten Weise gehalten.solid lines drawn position. Therefore, if an object 46 is between the contact points 47 and 48 the springs 40 and 41 is used, this is held in the manner shown.
In Fig. 4-6 sind verschiedene Federgestaltungen gezeigt. Diese Federn können in den Vorrichtungen nach Fig. 1-3 verwendet werden. Obwohl es vorteilhaft ist, daß das Element, das dem Element 21 von Fig. 1 analog ist, eine nichtlineare Federkennlinie hat, ist dies nicht wesentlich, da die Vorrichtung trotzdem arbeitsfähig ist, wenn das Element eine konstante Federkennlinie hat. Obwohl bei der Beschreibung der Vorrichtungen nach Fig. 1 und 2 angegeben wurde, daß das längliche blattfederförmige Element aus einem Material besteht, dessen Modul sich mit der Temperatur wesentlich verändert, kann die Vorrichtung auch hergestellt werden, wenn das Element, welches dem Element von Fig. 1 entspricht y aus einem Material ist, das eine mit der Temperatur verhältnismässig konstante Federkennlinie hat. Die andere Feder sollte dann aus einem Material hergestellt werden, dessen Modul sich mit der Temperatur wesentlich verändert. Beispielsweise würde, wenn die Vorrichtung nach' Fig. 1 so hergestellt ist, daß die Feder 20 aus einer Titan-Nickel-Legierung besteht, die Vorrichtung die in Fig. 1 mit voll ausgezogenen Linien gezeigte Stellung suchen, wenn sich die Feder 20 in ihrem Zustand mit geringem Modul befindet. In ähnlicher Weise würde die Vorrichtung nach Fig. 1 bestrebt sein, die in Fig. 1 mit strxchpunktierten Linien gezeichnete Stellung zu suchen, wenn sich die Feder 20 in einem Zustand mit einem verhältnismässig hohen Modul befindet.Various spring configurations are shown in FIGS. 4-6. These springs can be used in the devices of Figs. 1-3. Although it is advantageous that the element analogous to element 21 of Figure 1 have a non-linear spring characteristic, this is not essential since the device will still be operable if the element has a constant spring characteristic. Although in the description of the devices according to FIGS. 1 and 2 it was indicated that the elongate leaf spring-shaped element consists of a material whose modulus changes significantly with temperature, the device can also be manufactured if the element which corresponds to the element of FIG 1 corresponds to y is made of a material that has a spring characteristic that is relatively constant with temperature. The other spring should then be made of a material whose modulus changes significantly with temperature. For example, if the device of 'Fig. 1 is made so that the spring 20 is made of a titanium-nickel alloy, the device would seek the position shown in solid lines in Fig. 1 when the spring 20 is in its Low modulus condition. In a similar manner, the device according to FIG. 1 would strive to seek the position shown in FIG. 1 with dash-dotted lines when the spring 20 is in a state with a relatively high module.
Es ist wichtig, zu erwähnen, daß die in den erfindungsgemässen Vorrichtungen herbeigeführten Bewegungen nichtIt is important to note that the movements brought about in the devices according to the invention are not
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erfordern, daß bei einem der Federelemente eine Maßoder Längenänderung stattfindet. Es ist eine Änderung in der Federkennlinie, die eine Bewegung anstelle einer Maßänderung herbeiführt. In dieser Weise unterscheiden sich die erf in dungs gemäs sen Vorrichtungen in der Art von Bimetallelementen, deren Wirkungsweise von der unterschiedlichen Ausdehnung oder Zusammenziehung mit der Temperatur abhängt. Veränderungen in den Eigenschaften, beispielsweise des Sekantenmoduls, bringen eine Veränderung in der Kennlinie einer Feder mit sich. Beispielsweise haben die Legierungen mit etwa gleichen Atomanteilen anTitanrequire that a change in size or length takes place in one of the spring elements. It's a change in the spring characteristic, which brings about a movement instead of a change in dimension. Distinguish in this way the inventions according to sen devices in the form of bimetallic elements, the mode of action of the different Expansion or contraction with the Temperature depends. Changes in the properties, for example the secant module, bring about a change in the characteristic of a spring with itself. For example, the alloys have approximately equal atomic proportions of titanium
2 und Nickel gewöhnlich einen Sekantenmodul von etwa 5 97,6 kp/nun (etwa 850 000 psi) bei einer Dehnung von 5 % in der marten-2 and nickel usually have a secant modulus of about 597.6 kgf / n (about 850,000 psi) at 5% elongation in the mart
2 sitischen Phase und einen Sekantenmodul von etwa 8 4 37 kp/mm2 sitic phase and a secant module of about 8 4 37 kp / mm
(12 Millionen psi) bei einer Dehnung von 1/2 % in der austenitischen Phase.(12 million psi) at 1/2% elongation in the austenitic Phase.
Die erfindungsgemässen Vorrichtungen haben den potentiellen Vorteil, daß sie ganz aus Metallen hergestellt sind, sodaß sie so hergestellt werden können,daß sie grossen Temperaturextremen standhalten. Die Titan-Nickel-Legierung bleibt bei hohen Temperaturen fest. Beispielsweise beträgt der Elastizitätsmodul der Titan-Nickel-Legierung bei 6000C etwa 14 Millionen und die Festigkeit vieler" Federstähle bleibt bei 6000C hoch.The devices of the present invention have the potential advantage that they are made entirely of metals so that they can be made to withstand great temperature extremes. The titanium-nickel alloy remains solid at high temperatures. For example, the modulus of elasticity of the titanium-nickel alloy at 600 ° C. is about 14 million and the strength of many spring steels remains high at 600 ° C.
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Claims (1)
starke Veränderung im Kraft-Weg-Verlauf mit der Temperatur zeigt und ein elastisches Element, das zu
dem ersteren so angeordnet ist, daß durch die Wechselwirkung zwischen dem elastischen Element und dem ersten Element die Vorrichtung bei einer ersten Temperatur eine Stellung einnimmt und bei einer zweiten
Temperatur eine andere Stellung.Device for establishing a connection, in particular an electrical connection, characterized by a first element which has a relative
shows strong change in the force-displacement curve with temperature and an elastic element that increases
the former is arranged so that by the interaction between the elastic element and the first element, the device assumes one position at a first temperature and at a second
Temperature a different position.
Temperaturbereich nicht höher als die Umgebungstemperatur stattfindet.3. Apparatus according to claim 2, characterized in that the relatively strong change in the force-displacement curve at a temperature or over a
Temperature range does not take place higher than the ambient temperature.
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