DE2331568A1

DE2331568A1 - Vorrichtung zur temperaturabhaengigen herstellung einer verbindung, insbesondere einer elektrischen verbindung

Info

Publication number: DE2331568A1
Application number: DE2331568A
Authority: DE
Inventors: Richard Frederick Otte
Original assignee: Raychem Corp
Current assignee: Raychem Corp
Priority date: 1972-06-21
Filing date: 1973-06-20
Publication date: 1974-01-31
Also published as: IL42511A; NL7308654A; JPS4962987A; FR2189852B1; DE2331568C2; AU5706573A; GB1439848A; US3783429A; CH598698A5; BE801277A; IT989293B; ZA734163B; JPS5749776B2; IL42511A0; FR2189852A1; CA991718A; SE392785B

Description

Die Erfindung betrifft Vorrichtungen zur Herstellung einer Verbindung_t insbesondere elektrischer Verbindungen, bei der die durch ein elastisches Element erzeugte Kraft dazu verwendet wird, eine sichere und gute elektrische Verbindung herzustellen.

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-

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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,

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.

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.

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-

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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.

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«

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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.

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-

2 lieh einen austenitBchen Sekantenmodul von etwa 8437 kp/mm (etwa 12 Millionen psi) bei einer Dehnung von 1/2 % und

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.

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Es sind weitere Legierungen bekannt, die ein ähnliches Phänomen zeigen, und Beispiele solcher Legierungen sind

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.

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„

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-

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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.

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-

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werte Eigenschaft ist nicht zu erhiten, wenn die Umwandlungstemperatur hoch ist.

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-

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Vorrichtung zeigt.

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.

Nachfolgend wird die Erfindung beispielsweise in Verbindung mit der beiliegenden Zeichnung näher beschrieben und zwar zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht, teilweise im Schnitt, einer erfindungsgemässen Vorrichtung;

Fig.IA eine graphische Darstellung mit einem typischen

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wünschenswerten Kraft-Weg-Verlauf für die Vorrichtung nach Fig. 1;

Fig. 2 eine Seitenansicht, teilweise im Schnitt, einer zweiten erfindungsgemässen Vorrichtung;

Fig. 3 eine Seitenansicht, teilweise im Schnitt, einer dritten erfindungsgemässen Vorrichtung;

Fig. 4 einen seitlichen Aufriß eines ersten Federelements, das in einer erfindungsgemässen Vorrichtung verwendet werden kann;

Fig.5 einen seitlichen Aufriß eines zweiten Federelements, das in einer erfindungsgemässen Vorrichtung verwendet werden kann, und

Fig. 6 einen seitlichen Aufriß eines dritten Federelements, das in einer erfindungsgemässen Vorrichtung verwendet werden kann.

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.

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,

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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.

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. Anders

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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.

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".

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.

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.

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 der

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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.

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.

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 Kühlflüssigkeiten

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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.

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.

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 voll

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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.

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.

Es ist wichtig, zu erwähnen, daß die in den erfindungsgemässen Vorrichtungen herbeigeführten Bewegungen nicht

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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 anTitan

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 sitischen Phase und einen Sekantenmodul von etwa 8 4 37 kp/mm

(12 Millionen psi) bei einer Dehnung von 1/2 % in der austenitischen 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.

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Claims

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Patentansprüche

Vorrichtung zur Herstellung einer Verbindung, insbesondere einer elektrischen Verbindung, gekennzeichnet durch ein erstes Element, das eine verhaltnismässig
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.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Element eine verhaltnismässig starke Veränderung im Kraft-Weg-Verlauf bei einer verhaltnismässig geringfügigen Temperaturveränderung zeigt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die verhaltnismässig starke Veränderung im Kraft-Weg-Verlauf bei einer Temperatur oder über einen
Temperaturbereich nicht höher als die Umgebungstemperatur stattfindet.

Vorrichtung nach den Ansprüchen 1-3, dadurch gekenn-"

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zeichnet, daß das elastische Element eine im wesentlichen vernachlässigbare Veränderung in der Festigkeit mit der Temperatur zeigt.

5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß die Federkennlinie des einen der Elemente nichtlinear ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Federkennlinie eines der Elemente zumindest über einen Teil derselben eine negative Steilheit hat.

7. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß die Federkennlinie durch eiinen Scheitel hindurchgeht.

8. Vorrichtung nach den Ansprüchen 5-7, dadurch gekennzeichnet, daß das erwähnte Element das erste Element ist.

9. Temperaturaktivierte Vorrichtung, die eine relativ wesentliche Bewegung bei einer relativ geringfügigen Veränderung in der Temperatur über einen kritischen Temperaturbereich ausführen kann, gekennzeichnet durch

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ein erstes Element mit einer nichtlinearen Kennlinie, von der ein Teil eine negative Steigung über mindestens einen Teil des nutzbaren Wegbereiches der Vorrichtung zeigt; und

ein zweites Federelement, das zu dem ersten Element so angeordnet ist, daß eine Biegebewegung des zweiten Federelements eine Biegebewegung des ersten Elements auf der einen Seite des Scheitels der Federkennlinie zur anderen Seite des Scheitels bewirkt, wobei zumindest eine-s der Elemente aus einem Material hergestellt ist, das eine relativ grosse Veränderung in der Federkennlinie bei einer relativ geringfügigen Veränderung in der Temperatur erfahren kann.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Element aus einem Material hergestellt ist, das eine relativ grosse Veränderung in der Federkennlinie bei einer relativ geringfügigen Temperaturänderung erfahren kann.

11. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Element aus einem Material hergestellt ist, das eine relativ grosse Änderung in der Federkennlinie bei einer relativ geringfügigen Temperaturänderung erfahren kann.

12. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1-11, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Element aus einem Metall hergestellt ist.

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13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Metall eine Legierung mit grösseren Anteilen an Titan und Nickel ist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch^kennzeichnet, daß die Legierung etwa gleiche Atomanteile an Titan und Nickel enthält.

15. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1-11, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Element aus einem Polymeren oder aus einem nichtmetallischen Elastomeren hergestellt ist.

16. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1-15, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Element eine in der Längsrichtung belastete Blattfeder ist.

17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Blattfeder nahezu eine Säulenform annehmen kann,

18. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1-15, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Element eine Tellerfeder ist.

19. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1-18, dadurch gekennzeichnet, daß das elastische Element zumindest zwei Schenkel aufweist.

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20. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Element zwischen den erwähnten Schenkeln angeordnet ist.

21. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß das elastische Element eine freitragende Feder mit einem gekrümmten Ende ist und das erste Element quer zu dem gekrümmten Ende angeordnet ist.

22. Für eine kryogene temperaturempfindliche Vorrichtung zur Herstellung eines guten elektrischen Kontakts bei normalen Betriebstemperaturen, die jedoch eine Bewegung ausführen kann, um die Unterbrechung des elektrischen Kontakts zu ermöglichen, wenn eine Abkühlung unter eine kritische Temperatur erfolgt, gekennzeichnet durch

ein erstes Element, das aus einem Metall hergestellt ist, welches eine wesentliche Änderung im Kraft-Weg-Verlauf in der Nähe der erwähnten kritischen Tempe> ratur erfahren kann, welches erste Element eine in ihrer Längsrichtung belastete Blattfeder ist; ein zweites Element, das aus einem Material hergestellt ist, welches einen relativ gleichmässigen Kraft-Weg-Verlauf im Bewegungsbereich der Vorrichtung hat, welches zweite Element zumindest einen beweglichen Schenkel besitzt und mit dem ersten Element so verbunden ist, daß eine Biegebewegung des zweiten Elements eine Biegebewegung des ersten Elements zur Folge hat.

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23. Vorrichtung nach denAnSprüchen 1-22, dadurch gekennzeichnet, daß das Element mit einem temperaturveränderliehen Kraftwegverlauf eine höhere Festigkeit in seinea höheren Temperaturzustand zeigt.

Vorrichtung nach den Ansprüchen 1-23, dadurch ge-

kennzeichnet, daß zumindest eines der Elemente einen Vorsprung od« dgl. aufweist, der einen guten elektrischen Kontakt herstellen kann.

25. In ihrer Längsrichtung belastete Blattfeder, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einem Metall hergestellt ist, das eine relativ starke Veränderung in der Festigkeit bei einer relativ geringfügigen Temperaturveränderung erfährt.

26. Verfahren zur Herstellung einer Verbindung, insbesondere einer elektrischen Verbindung, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gegenstand oder Gegenstände • in Kontakt sait einer Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 - 2H gebracht wird bzw. werden und dann die Temperaturveraiiderung herbeigeführt wird, die erforderlich ist, um eine Bewegung der Vorrichtung herbeizuführen.

27. Verfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß die Tejnperaturveränderung ein Temperaturanstieg ist.

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28. Verfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Element der Vorrichtung eine höhere Festigkeit bei hohen Temperaturen zeigt.

29. Verfahren nach den Ansprüchen 26 und 27, dadurch gekennzeichnet, daß der Gegenstand eine Schaltungsplatte ist.

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