Verfahren zum Verbinden zweier Teile

Abstract

 

1. Verfahren zum Verbinden zweier Teile

2.1 Es sollte eine Verbindung zweier Teile untereinander ge­schaffen werden, von denen mindestens eines der beiden Teile aus einem harzhaltigen Material besteht, die wäh­rend des Betriebes weder an Versprödung noch an Ermüdungs­erscheinungen leidet.

2.2 Die Verbindung erfolgt mit einer Radialnietmaschine ohne Wärmeanwendung derart, daß das Material sowohl radial nach innen und außen als auch tangential verschoben wird.

2.3 Das Verfahren ist insbesondere bei Ankerplattenhalterun­gen für Auslöser bei Leistungsschaltern anzuwenden.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Verbinden zweier Teile, insbesondere die Verbindung einer Ankeranord­nung, einer elektromagnetischen Einheit eines gekapselten Leistungsschalters.

[0002] Gekapselte Leistungsschalter haben im allgemeinen eine Kapse­lung, die aus einem Unterteil und einem Deckteil besteht, das häufig aus harzhaltigem Material besteht. Die Verwendung von harzhaltigem Material erlaubt große Flexibilität beim Herstel­lungsprozeß im Vergleich zu Metallkapselungen. Da die harzahl­tigen Materialien auch Isoliereigenschaften aufweisen, können die stromführenden Teile des Leistungsschalters näher an die Wände der Kapselung herangeführt werden, so daß auch die Maße der Leistungsschalterkapselung kleiner werden können. Da die harzhaltigen Materialien relativ einfach zu verarbeiten sind, ist es wünschenswert, diese Materialien weiterhin in einem Leistungsschalter, wo eben möglich, zu benutzen, um Größe, Ge­wicht und Herstellungskosten zu reduzieren. Verständlicherwei­se müssen stromführende Teile eines Leistungsschalters aus leitenden Materialien und elektromagnetische Komponenten aus magnetisch leitendem Material hergestellt werden. Z.B. muß die Magnetauslöseeinheit eines thermischen, magnetisch aus­lösenden Leistungsschalters einen Elektromagneten aufweisen, um das Magnetfeld zu erzeugen, und einen Anker, der angezogen wird durch den Elektromagneten, um den Schalter auszulösen. Während der Elektromagnet und der Anker aus magnetischem Ma­terial hergestellt sein muß, ist es nicht notwendig, daß sie insgesamt aus magnetischem Material hergestellt werden. Ent­sprechend ist es wünschenswert, lediglich einen Magnetanker vorzusehen, der genügend magnetisches Material aufweist, um die Auslösefunktion des Schalters zu bewirken, wohingegen alle nicht wesentlichen Teile aus nichtmagnetischem Material hergestellt werden können.

[0003] Ein Weg ist hierbei, die Teile aus magnetischem Material in harzhaltiges Material einzubetten. Diese Vorgehensweise hat den offensichtlichen Nachteil, daß der Magnetanker eine Form aufweisen muß, die das Einbetten in Harz ermöglicht. Dies kann den Herstellungsaufwand und die hierbei anfallenden Kosten er­heblich erhöhen, so daß an einer derartigen Konstruktion kaum Interesse besteht. Würde man jedoch den Anker in einer ein­fachen, geometrischen Form ausführen und eine Verbindung mit dem harzhaltigen Teil vorsehen, ist es schwierig eine siche­re Verbindung zu erreichen, da diese Konstruktion eine Reihe von schweren Tests überstehen muß. Eine Schwierigkeit besteht z.B. darin, daß das harzhaltige Material, wenn es erhitzt wird, um die gewünschte Verbindung mit dem magnetischen Mate­rial herzustellen, in den Bereichen, in denen die Verbindung erfolgt, eine Kristallisierung erfährt, die es spröde macht und hiermit anfällig für Ermüdungserscheinungen und Ausfälle.

[0004] Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine einfache Verbindung zu schaffen, die den Anforderungen hinsichtlich Versprödung und Ermüdungserscheinungen gerecht wird. Dies wird bei einem Verfahren der obengenannten Art auf einfache Weise dadurch erreicht, daß mindestens eines der beiden Teile aus einem harzhaltigen Material hergestellt und mit An­satzbolzen versehen wird, die in angepaßte Öffnungen des ande­ren Teiles eingeführt werden, so daß diese über das andere Teil hinausragen und daß die überragenden Teile mit einer Ra­dialnietmaschine ohne Wärmeanwendung derart verformt werden, daß das Material sowohl radial nach innen und außen als auch tangential verschoben wird. Dieses Verfahren hat sich insbe­sondere dann bewährt, wenn das andere Teil eine Ankerplatte und das erste eine Ankerplattenhalterung ist. Die Verwendung einer Ankerplatte mit einer entsprechenden Ankerplattenhalte­ rung erfolgt mit Vorteil bei Leistungsschaltern. Als Werk­stoff hat sich als besonders vorteilhaft herausgestellt, wenn das erste Teil aus einem Polyetherimid-Harz besteht. Um eine sichere, unbewegliche Halterung der Ankerplatte an der Anker­plattenhalterung zu erreichen ist es weiterhin von Vorteil, wenn an die Ankerplattenhalterung ein Vorsprung angeformt ist, auf dem die Ankerplatte während des Nietvorganges aufgepreßt ist.

[0005] Anhand der Zeichnung wird ein Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung beschrieben.

[0006] Es zeigen:

FIG 1 eine teilweise zusammengesetzte Ankerplatte mit einer Ankerplattenhalterung,

FIG 2 eine Draufsicht auf die Anordnung nach FIG 1,

FIG 3 ein der FIG 1 ähnliche Darstellung, bei der jedoch die Ankerplatte und die Ankerplattenhalterung bereits in zusammengefügter Lage dargestellt sind,

FIG 4 eine der FIG 2 entsprechende Darstellung, jedoch im voll zusammengefügten Zustand und

FIG 5 die rosettenförmige Radialschablone des Kopfes des Form­werkzeuges eines Radialnietmaschine.

[0007] In den FIG 1 und 2 ist die Ankerplatte 1 mit der zugeordneten Ankerplattenhalterung 2, die Ansatzbolzen 3 und 4 aufweist, dargestellt, denen Öffnungen 5, 6 in der Ankerplatte 1 zugeord­net sind. Die Ankerplatte 1 ist als flache Platte mit Öffnun­gen dargestellt. Es sind aber auch andere Ausführungen möglich. Die Ankerplatte 1 ist aus magnetischem Material, beispiels­weise Stahl, hergestellt. Die Ankerplattenhalterung 2 ist vor­zugsweise aus harzförmigem Material, beispielsweise Polyethe­rimidharz. Polyetherimidharz ist beispielsweise unter dem Wa­renzeichen ULTEM der Firma General Electric Company, One Plastics Avenue, Pittsville, Massachusetts 01201, bekannt. Die Ankerplattenhalterung hat eine der im Schalter notwendi­ gen Funktion entsprechende Gestalt. Die Ansatzbolzen 3 und 4 sind vorzugsweise an der Ankerplattenhalterung 2 bei ihrer Herstellung mitangeformt, was den Herstellungsaufwand redu­ziert. Die Ansatzbolzen 3 und 4 haben kreisförmigen Quer­schnitt, können aber auch entsprechend den Öffnungen 5, 6 andere Querschnittsformen aufweisen. Die Ankerplattenhalte­rung 2 hat vorteilhafterweise einen Vorsprung 7, der eben­falls angeformt ist und als Abstandshalter oder Anschlag dient, um die Vorspannung der Verbindung zwischen Ankerplatte 1 und Ankerplattenhalterung 2 zu steuern, wenn die Köpfe der Ansatz­bolzen geformt werden. Auf den Vorsprung 7 wird ein Druck aus­geübt, wenn die Radialnietmaschine angewandt wird. Der Druck läßt nach, wenn der Anpreßdruck entfernt ist. Hierdurch wird eine innige Verbindung zwischen der Ankerplatte 1 und der An­kerplattenhalterung 2 hergestellt.

[0008] In den FIG 3 und 4 sind die Ansatzbolzen 3 und 4 derart ver­formt, daß sich Köpfe bilden, die die Ankerplatte 1 zurückhal­ten und mit der Ankerplattenhalterung 2 verbinden. Wie die Zeichnung erkennen läßt, ist die Ankerplatte im Abstand zur Ankerplattenhalterung 2 gehalten, was durch den Spalt erkenn­bar ist, der zwischen der Ankerplatte 1 selbst und der Ober­fläche der Ankerplattenhalterung 2 besteht. Entsprechend der gewünschten Anwendung können die Köpfe der Ansatzbolzen 3, 4 so geformt werden, daß die Ankerplatte im Festsitz mit der An­kerplattenhalterung in Verbindung kommt. Die Ansatzbolzen 3 und 4 an der Ankerplattenhalterung 2 werden durch Öffnungen 5 und 6 in der Ankerplatte 1 hindurchgeführt, die für eine ge­naue Plazierung der Ankerplatte in bezug auf die Ankerplatten­halterung sorgen. Die Nietköpfe an den Ansatzbolzen 3 und 4 werden vorteilhafterweise mit einer Radialnietmaschine herge­stellt. Die Radialnietmaschine hat ein Kopfformwerkzeug 8, das mit den Ansatzbolzen 3 und 4 in Berührung kommt. Der Vorteil der Radialnietmaschinentechnologie liegt darin, daß das Ansatz­bolzenmaterial, das hiermit behandelt wird, in eine radiale Richtung und nicht allein in eine tangentiale Richtung ver­ quetscht wird. D.h. das Material wird in drei Richtungen, nämlich radial nach außen, radial nach innen und tangential überlappend zu Köpfen verformt. Das ist ein Kaltformprozeß, bei dem keine externe Wärme benutzt wird. Der Prozeß mit der Radialnietmaschine erzeugt ebenfalls keine interne Wärme im Material, so daß die geformten Köpfe der Ansatzbolzen nicht spröde oder brüchig werden und so einer Ermüdungsbeanspruchung ausgesetzt sind.

[0009] In der FIG 5 ist die Bewegungsschablone des Kopfformwerkzeuges 8 dargestellt. Im Gegensatz zur kreisförmigen Bewegung des Taumel- oder Flatterwerkzeuges geht der Kopf des Kopfformwerk­zeuges 8 des Radialnietmaschine entlang der rosettenförmigen Schablone R, wobei jeder Rosettenpfad oder jede Rosettenschlei­fe durch das Zentrum Z geht, wird die Längsachse des Kopfform­werkzeuges 8 immer überlappt mit dem Zentrum des Nietpunktes N. Die Nietschablone sorgt dafür, daß das Harz radial und weni­ger tangential verformt wird. In Wirklichkeit ist das Harz in drei Richtungen radial auswärts, radial innwärts und tangen­tial überlappend verdrückt. In einer Anordnung hat eine Tem­peraturmeßeinrichtung eine Kopftemperatur von 26° zwischen der Ankerplatte 1 und der Ankerplattenhalterung 2 registriert, Nachdem der Kopf an dem Ansatzbolzen angeformt war, wurde eine Temperatur von 31°, also lediglich eine Temperaturerhöhung von 5°, gemessen. Die Meßtemperatur von 31° liegt gut unter dem Schmelzpunkt des Werkstoffes ULTEM, der über 170° C liegt. So ist der Kopf ohne Anwendung von Wärme geformt worden, was die oben erwähnten Versprödungen vermeidet. Die Radialnietma­schine ist mit Erfolg bei einem Druck von 30 psig benutzt wor­den. Dieser Druck hat die beste Maschinensteuerung in der vor­liegenden Configuration ermöglicht. Der so geformte Kopf hat einem Zugversuch mit einer Kraft von ungefährt 200 Pfund über­standen. Diese Kraft liegt weit höher als Kräfte, die bei normalen Schalteroperationen auftreten. Es hat sich als vor­teilhaft herausgestellt, den Durchmesser des Kopfformwerkzeu­ges größer zu machen als den Durchmesser der Ansatzbolzen. In einem Beispiel hat der Werkzeugkopfdurchmesser 0,375 inch und der Ansatzbolzendurchmesser ungefähr 0,250 inch. Die Kopfgröße wurde als angenehm beim Kopfformprozeß empfunden. Durch die vorliegende Erfindung ist eine einfache Methode zur Befesti­gung der Ankerplatte mit Ankerplattenhalterung aufgezeigt, wobei die Ankerplatte aus magnetischem Material und die Anker­plattenhalterung aus nichtmagnetischem Harzmaterial besteht.

Ansprüche

1. Verfahren zum Verbinden zweier Teile (1, 2), da­durch gekennzeichnet, daß mindestens eines der beiden Teile (2) aus einem harzhaltigen Material hergestellt und mit Ansatzbolzen (3, 4) versehen wird, die in angepaßte Öffnungen (5, 6) des anderen Teiles (1) eingeführt werden, so daß diese über das andere Teil (1) hinausragen und daß die überragenden Teile mit einer Radialnietmaschine (8) ohne Wärmeanwendung derart verformt werden, daß das Material sowohl radial nach innen und außen als auch tangential ver­schoben wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­zeichnet, daß das andere Teil eine Ankerplatte (1) und das erste eine Ankerplattenhalterung (2) ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 1, dadurch ge­kennzeichnet, daß das erste Teil aus einem Polyetherimide-Harz besteht.

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch ge­kennzeichnet, daß an die Ankerplattenhalterung (2) ein Vorsprung (7) angeformt ist, auf dem die Ankerplatte (1) während des Nietvorganges aufgepreßt ist.

Zeichnung