Изобретение относится к инструментам для пайки, а более конкретно к электропаяльникам со сменным наконечником, используемым при осуществлении радиомонтажных работ различного назначения, например, при ручном монтаже компонент, монтируемых на поверхности печатных плат, при "навесном" монтаже макетных плат, монтируемых микропроводом, микрокабелем, при установке выводов компонент в отверстия печатных плат и при выполнении иных монтажных операций, требующих высокой точности позиционирования монтажного инструмента, равно и как термографический карандаш.
Современные электронные блоки и устройства отличаются высокой функциональностью, которая достигается плотной упаковкой миниатюрных компонент с шагом выводов в доли миллиметра с числом выводов от двух до нескольких десятков. Выполняются такие устройства монтажом компонент на поверхности печатной платы в том числе с одновременным использованием обеих поверхностей платы.
Технология монтажа компонент на поверхности печатных плат, несмотря на высокий уровень автоматизации сборки электронных блоков при массовом производстве, оставляет значительное поле деятельности для ручного монтажа, используемого в мелкосерийном производстве, при ремонте аппаратуры и во время проведения работ по макетированию серийных образцов. Качество выполнения ручного монтажа во многом определяется параметрами используемого паяльника, поскольку речь идет о монтаже, выполняемом зачастую под микроскопом или по крайней мере под лупой с двух-четырехкратным увеличении. При этом, наряду с миниатюрным исполнением, паяльник должен обладать значительной мощностью для обеспечения возможности качественного монтажа-демонтажа компонент на многослойных печатных платах, характеризующихся высокой теплопроводностью, особенного для монтажа на шинах питания. Широко распространены паяльники, работающие в диапазоне температур от 150oC до 450 500oC, с мощностью в 30 50 Вт с традиционной компоновкой наконечника (как правило сменного) внутри нагревательного элемента. Эта компоновка создает значительные трудности при попытке приблизить местоположение пальцев монтажника к жалу наконечника для уменьшения дрожания жала, характерного для большой стрелы выноса жала. "Надевание" нагревателя на наконечник приводит к тому, что тепло, выделяемое подводимой мощностью, делится по существу на три примерно равные (или по меньшей мере соизмеримые) составляющие части:
1) тепло, подводимое к жалу паяльника;
2) тепло, излучаемое внешней поверхностью нагревателя;
3) тепло, отводящееся в сторону рукоятки паяльника через элементы его конструкции.
Из этих составляющих только первая является полезной, характеризуя собой тепло, непосредственно используемое для пайки. Вторая и третья составляющие представляют собой тепловые потери.
Очевидно, что приближение жала к руке монтажника и тем самым увеличение точности позиционирования инструмента наиболее эффективно достижимо за счет снижения указанных нерациональных потерь тепла, особенно в случае заранее предопределенного диапазона рабочих температур паяльника.
Известен паяльник, содержащий нагреватель, неразъемно установленный в полости наконечника, снабженный выступающими из этой полости жесткими выводами, используемыми для механического крепления наконечника к рукоятке паяльника [1]
При таком внутреннем расположении нагревателя тепло подводится большей своей частью непосредственно к наконечнику, а потери тепла обусловлены излучением с поверхности наконечника и конвекционным охлаждением наконечника окружающим воздухом, а также теплоотдачей по выводам нагревателя, конструкционная жесткость которых обеспечивается значительным их сечением, что приводит к значительной теплопроводности.
Механическая жесткость выводов неизбежно порождает основной недостаток указанного известного решения, состоящий в значительной утечке тепла по выводам. Другим его недостатком является то, что при необходимости замены наконечника на другие, специализированные под конкретные технологические приемы пайки, такая замена должна производиться совместно с вмонтированным в наконечник нагревателем. Наличие индивидуального нагревателя в каждой модели наконечника значительно повысит стоимость комплекса паяльника с наконечниками. Более того, замена наконечника со встроенным нагревателем достаточно трудоемка и требует определенной тщательности и аккуратности для предохранения выводов нагревателя от механического повреждения. К недостаткам известного паяльника можно отнести также трудности в осуществлении контроля температурного режима его работы, поскольку в конструкции паяльника не предусмотрены средства для размещения и крепления соответствующих средств контроля и регулирования температуры.
Известен паяльник, позволяющий существенно сократить расстояние от места удержания паяльника рукой монтажника до жала наконечника для уменьшения дрожания жала и повышения точности его позиционирования [2] Он содержит наконечник, закрепленный внутри цилиндрического теплозащитного экрана, установленного на крепежной теплоизолирующей площадке, которая ленточным бандажем крепится на указательном пальце монтажника.
К недостаткам данного известного паяльника следует отнести то, что используемые в нем средства защиты недостаточны для всего диапазона рабочих температур паяльника при сохранении минимального расстояния от жала паяльника до кончика пальца монтажника.
В данной конструкции не предусмотрен температурный контроль наконечника, а следовательно, отсутствует запас подводимой мощности на теплосъем с жала наконечника при пайке компонент с большой теплоемкостью (например, безвыводные керамические конденсаторы) или с большой теплопроводностью, как, например, шины питания многослойных печатных плат или металлические экраны радиоконтуров и т.п. Кроме того, паяльнику свойственны перечисленные выше недостатки, обусловленные конструктивным выполнением наконечника:
значительная утечка тепла от нагревателя по его выводам;
неразъемное сочленение наконечника с нагревателем, завышающее стоимость паяльника с комплектом наконечников различной конфигурации;
возможность механического повреждения нагревателя или его выводов;
значительная трудоемкость и сложность операции по замене наконечника;
конструкционная сложность введения температурного контроля наконечника.
Известен также паяльник, содержащий нагреватель, расположенный внутри трубки держателя нагревателя, передающей тепло сменному наконечнику, вставленному в держатель нагревателя с противоположного конца; трубка держателя нагревателя закреплена в рукоятке, в которой выполнена полость, открытая со стороны подвода электрических проводов и патрубком соединенная с дымоотводящей прямой трубкой, которая под острым углом установлена на держателе нагревателя и своим скошенным заборным соплом подходит к жалу наконечника для отвода дыма от места пайки [3]
В этой конструкции обеспечена достаточная защита нагревателя от механического повреждения при замене наконечника, стоимость которого невелика по сравнению и с наконечником [1] а операция по замене наконечника несколько проще.
К недостаткам этого паяльника следует отнести то, что расстояние от пальцев руки монтажника до кончика жала достаточно велико, что обусловлено традиционной конфигурацией, когда наконечник и нагреватель выстроены в одну линию. Крепление держателя нагревателя к рукоятке выполнено по одному из наиболее высокотемпературных элементов конструкции, вследствие чего возникает необходимость охлаждения рукоятки путем охлаждения нагревателя, что неизбежно снизит экономичность паяльника. Отвод воздуха шлангом, отделенным от шнура электрического питания, является неудобным в пользовании как при пайке, так и при откладывании паяльника на монтажный стол, и для подобного паяльника необходима специальная подставка.
Наиболее близким к изобретению по технической сущности является электропаяльник со сменным наконечником, содержащий наконечник с полостью, снабженный кольцевым выступом на своей цилиндрической части, прикрепленный за кольцевой выступ внешним экраном к рукоятке посредством накидной гайки, удерживающей внешний экран за кольцевой буртик, расположенный на торце внешнего экрана; на противоположном торце экрана выполнена завальцовка, удерживающая наконечник за его кольцевой выступ; расположенная над полостью наконечника юбка наконечника надета на нагреватель, укрепленный на торце керамического стержня, противоположным концом закрепленного в рукоятке, снабженной теплоизолирующей оболочкой и кольцевым защитным упором; соединительные провода проходят внутри рукоятки и выводятся с торца, противоположного наконечника [4]
К недостаткам ближайшего аналога следует отнести сравнительно большую протяженность внешнего экрана, за счет которой и создается тепловая защита рукоятки. Крепление к рукоятке несущего нагреватель керамического стержня, имеющего с учетом требуемой механической прочности значительное поперечное сечение, приведет к существенному отводу тепла от нагревателя к рукоятке по телу керамического стержня. Резьбовое крепление внешнего экрана к рукоятке также не является оптимальным, поскольку накидная гайка расположена в сравнительно высокотемпературной зоне и преодоление трения при смене наконечника потребует или значительных усилий или применения специальной высокотемпературной смазки для резьбового соединения.
Задачей изобретения является создание электропаяльника со сменным наконечником, обеспечивающего повышение эксплуатационных характеристик во всем диапазоне рабочих температур, в том числе обеспечивающего повышение точности позиционирования наконечника за счет уменьшения длины нагревательного элемента и приближения рукоятки к месту пайки, упрощение замены наконечника и исключение при этом возможности механического повреждения нагревателя, снижение уровня потребляемой мощности за счет применения комплекса мер по предотвращению потерь тепла и повышения точности установки и поддержания температурного режима, улучшение экологических характеристик и условий обеспечения охраны труда посредством отсоса дыма от флюса и паров припоя.
Указанный технический результат достигается тем, что электропаяльник со сменным наконечником, содержащим полую рукоятку, на одном конце которой закреплен внешний экран с размещенным в нем полым наконечником, снабженным юбкой и выполненным из материала с высокой теплопроводностью, при этом в полости наконечника размещен нагреватель, снабженный средством подключения к источнику питания, размещенным в полости рукоятки и снабженным средством крепления к рукоятке, согласно изобретению содержит средство для установки наконечника и нагревателя, выполненное в виде двух трубок, внутренней и внешней, размещенных коаксиально с зазором, которые со стороны рукоятки соединены друг с другом по меньшей мере в трех точках, установлены соосно в экраном с зазором и жестко с ним связаны; средство, обладающее низкой теплопроводностью, для закрепления экрана на рукоятке; при этом юбка полого наконечника размещена в зазоре между трубками, нагреватель размещен в полости внутренней трубки, а в полости между экраном и внешней трубкой размещен по меньшей мере один слой теплоизолирующего материала.
При этом жесткая связь между внешним экраном и внешней трубкой средства для установки наконечника и нагревателя в предпочтительном случае может быть осуществлена посредством по меньшей мере трех выступов на каждом торце внешнего экрана, жестко закрепленных с соответствущими выступами на торцах внешней трубки, либо посредством размещенного между ними теплоизолирующего слоя, снабженного на своих поверхностях покрытием с высокой степенью термостойкой адгезии к обращенным к нему поверхностям внешнего экрана и внешней трубки, либо посредством размещенного между упомянутыми экраном и трубкой теплоизолирующего слоя в виде проставки, плотно без проскальзывания прилегающего к обращенным к ней поверхностям упомянутых элементов.
Указанный технический результат достигается также тем, что электропаяльник со сменным наконечником, содержащий полую рукоятку, на одном конце которой закреплен внешний экран с размещенным в нем полым наконечником, снабженным юбкой и выполненным из материала с высокой теплопроводностью, при этом в полости наконечника размещен нагреватель, снабженный средством подключения к источнику питания, размещенным в полости рукоятки и снабженным средством крепления к рукоятке, согласно изобретению содержит средство для установки наконечника и нагревателя, выполненное в виде двух трубок, внутренней и внешней, которые размещены коаксиально с зазором, соединены одна с другой со стороны рукоятки по меньшей мере в трех точках, установлены соосно с экраном; средство, обладающее низкой теплопроводностью, для закрепления экрана на рукоятке; при этом юбка полого наконечника размещена в зазоре между трубками, а нагреватель размещен в полости внутренней трубки; и по меньшей мере один промежуточный экран, размещенный между внешним экраном и внешней трубкой средства для установки наконечника и нагревателя, отделенный от каждого из них по меньшей мере одним слоем теплоизолирующего материала и снабженный средством крепления к внешнему экрану и средством крепления к внешней трубке.
При этом средства для крепления промежуточного экрана к внешнему экрану и к внешней трубке средства для установки наконечника и нагревателя могут содержать по меньшей мере по три выступа на соответствующих торцах внешнего экрана и внешней трубки и выступы на промежуточном экране, жестко связанные с соответствующими выступами на внешнем экране и на внешней трубке.
Предпочтительным также является выполнение средства для крепления промежуточного экрана к внешней трубке средства для установки наконечника и нагревателя в виде теплоизолирующего слоя, снабженного на своих поверхностях покрытием с высокой степенью термостойкой адгезии к обращенным к нему поверхностям промежуточного экрана и внешней трубки либо посредством размещенного между упомянутыми экраном и трубкой теплоизолирующего слоя в виде проставки, плотно без проскальзывания прилегающей к обращенным к ней поверхностям упомянутых элементов.
Предпочтительным также является выполнение средства для крепления промежуточного экрана к внешнему экрану в виде теплоизолирующего слоя, снабженного на своих поверхностях покрытием с высокой степенью термостойкой адгезии к обращенным к нему поверхностям промежуточного экрана и внешнего экрана, либо посредством размещенного между упомянутыми экранами теплоизолирующего слоя в виде проставки, плотно без проскальзывания прилегающей к обращенным к ней поверхностям упомянутых элементов.
Указанный технический результат достигается также тем, что электропаяльник со сменным наконечником, содержащий полую рукоятку, на одном конце которой закреплен внешний экран с размещенным в нем полым наконечником, снабженным юбкой и выполненным из материала с высокой теплопроводностью, при этом в полости наконечника размещен нагреватель, снабженный средством подключения к источнику питания, размещенным в полости рукоятки и снабженным средством крепления к рукоятке, согласно изобретению содержит средство для установки наконечника и нагревателя, выполненное в виде двух трубок, внутренней и внешней, которые размещены коаксиально с зазором, соединены с другой стороны рукоятки по меньшей мере в трех точках, установлены соосно с экраном, при этом юбка полого наконечника размещена в зазоре между трубками, а нагреватель размещен в полости внутренней трубки; средство, обладающее низкой теплопроводностью низкой теплопроводностью, для закрепления экрана на рукоятке, и по меньшей мере одно средство вакуумированной теплозащиты, размещенное коаксиально между внешним экраном и внешней трубкой средства для установки наконечника и нагревателя, отделенное от внешнего экрана и внешней трубки по меньшей мере одним слоем теплоизолирующего материала и снабженное средством крепления к внешнему экрану и средством крепления к внешней трубке средства для установки наконечника и нагревателя.
При этом предпочтительным является выполнение средства вакуумированной теплозащиты в виде двух установленных с зазором коаксиальных цилиндров, полость зазора между которыми герметизирована с обоих торцов посредством материала с низкой теплопроводностью, а в полости вакуумированного зазора может быть размещены средство геттерного поглощения остаточных газов и средство экранирования теплового излучения по направлению от внутреннего цилиндра средства вакуумированной теплозащиты к его внешнему цилиндру.
При этом средства для крепления средства вакуумированной теплозащиты к внешнему экрану и к внешней трубке средства для установки наконечника и нагревателя могут содержать по меньшей мере по три выступа на соответствующих торцах внешнего экрана и внешней трубки и соответствующие им выступы на торцах средства вакуумированной теплозащиты, жестко связанные с выступами на внешнем экране и внешней трубке.
Предпочтительным также является выполнение средства для крепления средства вакуумированной теплозащиты к внешней трубке средств для установки наконечника и нагревателя в виде теплоизолирующего слоя, снабженного на своих поверхностях покрытием с высокой степенью термостойкой адгезии к обращенным к нему поверхностям средства вакуумированной теплозащиты и внешней трубки, либо посредством размещенного между упомянутыми элементами теплоизолирующего слоя в виде проставки, плотно без проскальзывания прилегающей к обращенным к ней поверхностям упомянутых элементов.
Предпочтительным также является выполнение средства для крепления средства вакуумированной теплозащиты к внешнему экрану в виде теплоизолирующего слоя, снабженного на своих поверхностях покрытием с высокой степенью термостойкой адгезии к обращенным к нему поверхностям средства вакуумированной теплозащиты и внешнего экрана, либо посредством размещенного между упомянутыми элементами теплоизолирующего слоя в виде проставки, плотно без проскальзывания прилегающей к обращенным к ней поверхностям упомянутых элементов.
Кроме того, предпочтительным является размещение средства геттерного поглощения газов и средства экранирования теплового излучения в направлении от внутреннего цилиндра к внешнему в полости вакуумированного зазора.
Для всех трех вариантов выполнения электропаяльника предпочтительным является выполнение средства для крепления внешнего экрана к рукоятке посредством по меньшей мере трех выступов на торцевой поверхности внешнего экрана и соответствующих выступов, расположенных на рукоятке, причем выступы внешнего экрана жестко связаны с выступами на рукоятке.
Предпочтительным также является выполнение средства для крепления внешнего экрана к рукоятке посредством по меньшей мере трех дополнительных выступов на торце внешнего экрана, жестко связанных с внутренней, внешней или торцевой поверхностями рукоятки.
Предпочтительным также является выполнение средства крепления внешнего экрана к рукоятке в виде теплоизолирующей втулки, плотно без проскальзывания прилегающей к обращенным к ней поверхностям упомянутых элементов, либо в виде теплоизолирующей втулки, плотно без проскальзывания прилегающей к внешней поверхности внешнего экрана и жестко закрепленной на торце рукоятки.
Предпочтительным является выполнение в наконечнике дополнительной полости для размещения чувствительного элемента системы терморегулирования с отношением длины полости к ее диаметру в диапазоне от 5 до 10 и выполнение в наконечнике канала для заполнения дополнительной полости расплавленным припоем для обеспечения теплового контакта наконечника с упомянутым чувствительным элементом.
Торцевая поверхность внешней и внутренней трубок средства для установки наконечника и нагревателя может быть размещена как в плоскости примыкающего торца рукоятки, так и смещена от него в сторону наконечника, и, наиболее предпочтительно, размещена в полости рукоятки, внутренняя поверхность которой в этом случае отделена от внешней поверхности внутреннего экрана дополнительным слоем теплоизолирующего материала.
Кроме того, предпочтительным является то, что предусмотрено средство теплозащиты рукоятки, размещенное в ее полости вблизи торца средства для установки наконечника и нагревателя, содержащее по меньшей мере один торцевой экран и размещенный на нем со стороны противоположной наконечнику по меньшей мере один слой теплоизолирующего материала.
Также предпочтительным является выполнение внутренних и внешних боковых поверхностей внешнего и промежуточного экранов, внешней трубки средства крепления наконечника и нагревателя, внешнего и внутреннего цилиндров средства вакуумированной теплозащиты и поверхностей торцевого экрана отполированными.
Кроме того, предпочтительным является то, что при размещении внутреннего торца средства для установки наконечника и нагревателя в полости рукоятки предусмотрен кожух, расположенный коаксиально с рукояткой, торец которого, обращенный к наконечнику, закреплен на рукоятке посредством по меньшей мере одного центрирующего элемента, противоположный торец герметично прикреплен к рукоятке, а полость между кожухом и рукояткой сообщена с трубопроводом отсоса воздуха посредством соответствующего патрубка.
Кроме того, упомянутый кожух может быть герметично прикреплен к рукоятке на каждом из торцов и снабжен по меньшей мере одним трубчатым соплом, один торец которого расположен у жала паяльника, а другой герметизирован, причем трубчатое сопло сообщено с полостью между рукояткой и кожухом посредством отверстия на боковой поверхности последнего.
Предпочтительным также является то, что предусмотрено средство разъемной механической фиксации внешнего экрана в полости рукоятки, содержащее фиксирующий элемент, размещенный на рукоятке, и его ответную часть, размещенную на внешнем экране, а также средство разъемного соединения нагревателя со средством подключения к источнику питания, обеспечивающее возможность выдвижения внешнего экрана совместно с нагревателем, средством теплозащиты рукоятки и средством разъемного соединения из полости рукоятки, причем выступы на торцах внешнего экрана обеспечивают скольжение экрана по внутренней боковой поверхности рукоятки совместно с дополнительным теплоизолирующим слоем.
Кроме того, предпочтительным является то, что предусмотрена дополнительная рукоятка, разъемно соединенная с основной рукояткой, средство крепления паяльника на руке монтажника и средство крепления на руке и на пальце монтажника шланга отсоса дыма совместно со средством подключения нагревателя к источнику питания.
Кроме того, средство крепления к рукоятке средства подключения нагревателя к источнику питания может быть установлено на торце трубопровода отсоса воздуха, чем обеспечивается герметичность указанного торца одновременно с размещением средства подключения к источнику питания в полости указанного трубопровода и в полости отводящего воздух шланга.
Предпочтительно также то, что все или часть основных элементов электропаяльника имеют поперечное сечение в форме круга или многоугольника, а также то, что предусмотрено средство фиксации наконечника, содержащее фиксирующий элемент и его ответную часть, которая может быть выполнена на наконечнике, а фиксирующий элемент может быть установлен на внешней трубке средства установки наконечника и нагревателя, на промежуточном экране, на средстве вакуумной теплозащиты или на внешнем экране.
Достижение вышеуказанного технического результата обеспечивается всей совокупностью существенных признаков. При этом признаки, отличающие изобретение от прототипа, относятся к введению, размещению и конструктивному выполнению средства для установки наконечника и нагревателя, промежуточного и торцевого экранов, средств крепления вышеперечисленных элементов и внешнего экрана, кожуха со средством отсоса охлаждающего воздуха, особенности конструктивного выполнения наконечника, введение и размещение чувствительного элемента системы терморегулирования и средства фиксации наконечника, средств разъемного соединения нагревателя, разъемной фиксации внешнего экрана в рукоятке, средств крепления паяльника и его элементов на руке и пальце монтажника. Все эти признаки обеспечивают улучшение эксплуатационных характеристик в первую очередь за счет оптимизации теплового режима электропаяльника, снижения потерь тепла внесением эффективной тепловой изоляции высокотемпературных элементов электропаяльника от внешней среды и от руки оператора, что реализуется введением разнообразных средств теплоизоляции: экранов, вакуумированной теплозащиты, слоев теплоизолирующего материала, полировки поверхностей раздела сред распространения тепла, принудительного воздушного охлаждения. Кроме того, изобретение позволяет повысить точность терморегулирования и воспроизводимости (повторяемости) рабочих температурных режимов за счет повышения точности измерения истинной температуры нагрева наконечника, а также упростить сборку разборку инструмента и повысить удобство обращения с ним за счет конструктивного выполнения введенных средств разъемного механического и электрического соединений и механической фиксации элементов конструкции электропаяльника. При этом вышеуказанное осуществлено в изобретении одновременно с оптимизацией взаимного расположения высокотемпературных элементов и перечисленных средств теплозащиты и теплоизоляции, что позволило уменьшить как продольные, так и поперечные габариты инструмента и в конечном счете создать конструкцию, характеризуемую высокой эффективностью работы в заданном диапазоне рабочих температур при минимальной потребляемой мощности, и расширить функциональные возможности инструмента за счет обеспечиваемой высокой точности его позиционирования, принципиально необходимой для осуществления высокоточной пайки субминиатюрных компонент и схем.
На фиг. 1 изображен продольный разрез электропаяльника со сменным наконечником, выполненного согласно первому варианту осуществления изобретения, выступы осуществления жесткого крепления внешнего экрана к рукоятке и выступы крепления внешнего экрана к внешней трубке средства для установки наконечника и нагревателя условно показаны в плоскости разреза, хотя и технологически и теплотехнически оптимальным является их взаимное положение, показанное на фиг. 2; на фиг. 2 вид в разрезе по линии А-А на фиг 1 с точностью до взаимного расположения выступов крепления внешнего экрана к рукоятке и выступов крепления внешнего экрана к внешней трубке средства для установки наконечника и нагревателя, которые показаны в оптимальном варианте; на фиг. 3 продольный разрез электропаяльника со сменным наконечником, выполненного согласно первому варианту осуществления изобретения с дополнительной полостью в наконечнике; на фиг. 4 продольный разрез электропаяльника со сменным наконечником, выполненного согласно второму варианту осуществления изобретения, выступы осуществления жесткого крепления внешнего экрана к рукоятке, выступы крепления внешнего экрана к промежуточному экрану и выступы крепления промежуточного экрана к внешней трубке средства для установки наконечника и нагревателя условно показаны в плоскости разреза, хотя и технологически и теплотехнически оптимальным является их взаимное положение, показанное на фиг. 5; на фиг. 5 разрез В-В на фиг. 4; на фиг. 6 продольный разрез электропаяльника со сменным наконечником, выполненного согласно третьему варианту осуществления изобретения, выступы осуществления жесткого крепления внешнего экрана к рукоятке, выступы крепления внешнего экрана к средству вакуумированной теплозащиты и выступы крепления средства вакуумированной теплозащиты к внешней трубке средства для установки наконечника и нагревателя условно показаны в плоскости разреза, хотя и технологически и теплотехнически оптимальным является их взаимное положение, аналогичное приведенным на фиг. 2 и 5; на фиг. 7 продольный разрез электропаяльника со сменным наконечником, выполненного согласно второму варианту осуществления изобретения (фиг. 4) с дополнительно введенным средством теплозащиты рукоятки; на фиг. 8 продольный разрез электропаяльника со сменным наконечником, выполненного согласно второму варианту осуществления изобретения по примеру исполнения (фиг. 7) со смещением торца жесткого крепления внешней и внутренних трубок внутрь полости рукоятки с дополнительно введенным кожухом; на фиг. 9 разрез С-С на фиг 8; на фиг. 10 продольный разрез электропаяльника со сменным наконечником, выполненного согласно второму варианту осуществления изобретения по примеру исполнения (фиг. 8) с дополнительно введенным трубчатым соплом; на фиг. 11 разрез С-С на фиг. 8 для примера исполнения с поперечным сечением в форме квадрата; на фиг. 12 - продольный разрез электропаяльника со сменным наконечником, выполненного согласно третьему варианту осуществления изобретения по примеру исполнения (фиг. 8) со средством разъемного соединения нагревателя и средством разъемной механической фиксации внешнего экрана в рукоятке; на фиг. 13 продольный разрез электропаяльника со сменным наконечником, выполненного согласно второму варианту осуществления изобретения по примеру исполнения (фиг. 8) с дополнительно введенным средством крепления паяльника на руке монтажника; на фиг. 14 вид в разрезе по линии D D на фиг. 13; на фиг. 15 продольный разрез электропаяльника со сменным наконечником, выполненного согласно третьему варианту осуществления изобретения по примеру исполнения (фиг. 12) с закреплением средства крепления к рукоятке средства подключения нагревателя к источнику питания на торце трубопровода отсоса воздуха.
Как показано на фиг. 1, электропаяльник со сменным наконечником содержит полую рукоятку 1, полость 2 которой предназначена для размещения средства 3 подключения к источнику питания, например токоподводящего шнура.
Со стороны торца к рукоятке 1 прикреплен внешний экран 4. В варианте, приведенном на фиг. 1, средство для закрепления внешнего экрана 4 на рукоятке 1 выполнено в виде по меньшей мере трех тонкостенных выступов 5. Количество выступов может варьироваться при необходимости достижения большей жесткости конструкции. Выступы 5 изготовлены из материала с низкой теплопроводностью для предотвращения перетекания тепла с экрана 4 на рукоятку 1, которая изготовлена из теплопроводного материала для ускорения растекания тепла по всей поверхности рукоятки и, следовательно, увеличения теплоотдачи от рукоятки 1 в окружающий воздух.
В описываемом варианте выступы 5 выполнены за одно целое с экраном 4, который изготовлен из нержавеющей стали.
Выступы 5 могут быть выполнены из любого материала с низкой теплопроводностью и прикреплены к экрану 4 и рукоятке 1 любым известным способом, например приварены, припаяны, прикреплены или соединены резьбовым соединением. При этом экран 4 может быть выполнен из любого другого материала, например из латуни или бронзы.
Средство закрепления экрана 4 на рукоятке может быть выполнено в виде втулки плотно соединенной своей внутренней боковой поверхностью с внешней боковой поверхностью экрана, например, за счет напрессовки, приклеивания, резьбового или клепанного соединения (на фиг. 1 не показано), втулка выполняется из материала с низкой теплопроводностью и ее закрепление на рукоятке может быть выполнено посредством плотного соединения внешней боковой поверхностью втулки с внутренней боковой поверхностью экрана, например, за счет напрессовки, приклеивания, резьбового или клепанного соединения.
Внутри внешнего экрана 4 соосно размещено средство 6 для установки наконечника 7 и нагревателя 8.
Средство 6 для установки наконечника и нагревателя содержит внешнюю трубку 9 и внутреннюю трубку 10, на торцах которых, обращенных в сторону рукоятки 1, выполнены по меньшей мере по три выступа крепления 11, 12 соответственно. Выступы 11, 12 могут быть соединены между собой посредством сварки, пайки твердым припоем, клепки, обжатия хомутом, резьбовым соединением.
На обоих торцах трубки 9 выполнено по меньшей мере по три выступа 13, 14, которые попарно соединены с соответствующими выступами 15, 16 экрана 4. Выступы 13, 15 и 14, 16 выполнены из материала с низкой теплопроводностью и могут быть соединены между собой посредством сварки, пайки твердым припоем, клепки, обжатия хомутом, резьбовым соединением или зажимом в замок, когда каждый, например, принадлежащий трубке 9 выступ пары 13, 14 выполнен вдвое длиннее (с учетом толщины выступа) соответствующего выступа 15, 16 и загнут вокруг него.
Полость между внешним экраном 4 и внешней трубкой 9 заполнена слоем 17 теплоизолирующего материала, например шнуром из стеклоткани.
Внутренняя и внешняя боковые поверхности теплоизолирующего слоя 17, выполненного из механически прочного материала, могут быть снабжены адгезионным слоем (не показаны), обеспечивающим плотное закрепление внешней трубки 9 во внешнем экране 4. В этом случае наличие выступов 14, 16 и 13, 15 необязательно, а роль механически связующих звеньев выступов выполняет слой 17, служащий втулкой крепления. Слой 17 может быть также выполнен, например, в виде запрессованной фторопластовой втулки или плотной навивкой фторопластовой ленты или стеклоткани.
Юбка 18 наконечника 7 размещена в полости между трубками 9 и 10.
Нагреватель 8 с помощью средства подключения 3 к источнику питания подключается к источнику питания (на фиг. 1 не показан). Со стороны торца рукоятки, противоположного наконечнику, средство подключения 3 к источнику питания фиксируется в полости 2 средством крепления 19 к рукоятке 1.
На внешнем торце экрана 4 может быть установлен по меньшей мере один элемент фиксации 20 средства для закрепления наконечника 7 с ответной частью, например, в виде выемки 21, которые удерживают наконечник 7. В общем случае наконечник 7 может быть зафиксирован резьбовым креплением, байонетным зажимом, штифтом или защелкой.
Фиг. 2 иллюстрирует пример выполнения электропаяльника со сменным наконечником, в котором количество пар выступов 13, 15 и 14, 16 равно четырем с каждого торца. На фиг. 2 также показано, что выступы 11, 12 смещены относительно выступов 14, 16, которые, в свою очередь, смещены относительно выступов 5. Указанное смещение способствует снижению теплопередачи от нагревателя 8 к рукоятке 1.
Особенностью описанного первого варианта осуществления изобретения является размещение теплоизолированного экрана 4 над нагревателем 8, а не вслед за ним с последовательным выстраиванием элементов конструкции. Это позволяет уменьшить продольный размер паяльника, то есть приблизить место удержания паяльника к месту пайки.
Показанный на фиг. 3 пример выполнения электропаяльника со сменным наконечником отличается от приведенного на фиг. 1 использованием датчика температуры 22. Конец 23 датчика температуры 22 размещен в дополнительной полости 24 наконечника 7.
Отношения глубины дополнительной полости 24 к ее диаметру находится в пределах от пяти до десяти. В качестве датчика температуры 22 может быть использован термопарный кабель в тонкостенной металлической оболочке, заполненной порошковым изолятором.
Поскольку часть тела датчика температуры 22, проходящая внутри нагревателя 8, располагается в наиболее горячей зоне паяльника, то за счет теплопроводности тела датчика температуры 22 возможно завышение его показаний на величину перегрева, вызванного собственной теплопроводностью. При заглублении конца 23 датчика температуры 22 в наконечник 7 на глубину более 5-10 диаметров полости 24 датчика температуры 22 завышение показаний не превысит нескольких градусов.
Абсолютной точности измерения температуры наконечника 7 позволяет достичь выполнение на боковой поверхности наконечника 7 канала 25 теплового контакта. Канал 25 предназначен для заливки в полость 24 датчика температуры 22 соответствующей дозы расплавленного припоя, который обеспечивает надежный тепловой контакт между концом 23 датчика температуры 22 и наконечником 7 и удерживается вблизи зоны теплового контакта за счет поверхностного натяжения, для чего зона контакта и конец 23 датчика температуры 22 предварительно должны быть селективно обслужены. Некоторое ограничение, свойственное данному примеру выполнения электропаяльника, состоит в том, что замена наконечника 7 может осуществляться только в разогретом состоянии паяльника.
На фиг. 4 приведен вариант выполнения электропаяльника со сменным наконечником, содержащий по меньшей мере один промежуточный экран 26, установленный между внешней трубкой 9 и внешним экраном 4. Промежуточный экран 26 снабжен средствами крепления к внешней трубке 9 и к внешнему экрану 4. В варианте, показанном на фиг. 4, средства крепления промежуточного экрана содержит по меньшей мере по три выступа 27 и 28, соответственно соединенные с выступами 14 и 13 трубки 9, и по меньшей мере по три выступа 29, 30 соединенные соответственно с выступами 16, 15 внешнего экрана 4. Электропаяльник со сменным наконечником может содержать несколько промежуточных экранов для достижения более высоких температур наконечника.
В полости между трубкой 9 и промежуточным экраном 26, а также между промежуточным экраном 26 и внешним экраном 4 размещены слои 31 и 32 теплоизолирующего материала. Аналогичными слоями теплоизолирующего материала могут быть заполнены полости между промежуточными экранами 26, если их несколько.
Показанный на фиг. 5 пример взаимного расположения выступов позволяет минимизировать теплопередачу по выступам от нагревателя 8 к рукоятке 1. Выступы 11, 12, соединяющие трубки 9 и 10, смещены относительно выступов 14, 27, которые, в свою очередь, смещены относительно выступов 29, 16, а те смещены относительно выступов 5.
Средство для крепления промежуточного экрана 26 к внешнему экрану 4 и средство для крепления промежуточного экрана к внешней трубке 9 могут быть выполнены посредством нанесения на боковые поверхности теплоизолирующего слоя 31 и 32 термостойкого клеющего слоя, а теплоизолирующие слои выполнены из механически прочного материала.
Кроме того, средства для крепления промежуточного экрана 26 к внешнему экрану 4 и к внешней трубке 9 может быть выполнено посредством последовательно напрессования элементов конструкции друг на друга. В этом случае теплоизолирующий слой 31 напрессован на внешнюю трубку 9, на него напрессован промежуточный экран 26, на который напрессован слой 32, а на него, в свою очередь, напрессован внешний экран 4.
Возможет также вариант, когда при герметизации торцов между внешним экраном 4 и промежуточным экраном 26, вакуумирована полость слоя 32, когда, например, слой 32 содержит в качестве теплоизолирующего материала вакуумированную полость, или когда слой 31 выполнен в виде вакуумированной полости. Последнее, однако, менее предпочтительно, поскольку из возможных на выбор стенок вакуумированной термозащиты внешняя трубка 9 наиболее разогрета, что приводит к большему перетеканию тепла на вторую из стенок за счет теплопроводности материала внешней трубки 9 и промежуточного экрана 26.
На фиг. 6 приведен вариант электропаяльника со сменным наконечником, содержащий средство вакуумированной термозащиты 33, которое выполнено из двух соосных цилиндров 34 и 35, соединенных на торцах средствами герметизации 36 и 37, и снабжено средствами для крепления к внешнему экрану 4 и к внешней трубке 9. Средство герметизации выполнено из материала с низкой теплопроводностью. Средство герметизации 36 и 37 может представлять собой вакуумноплотный сварочный шов.
Средство крепления средства вакуумированной термозащиты 33, как показано на фиг. 6, образовано по меньшей мере тремя выступами 38 и 39, соответственно соединенными с выступами 14 и 13 трубки 9, и выступами 40, 41, соединенными соответственно с выступами 16, 15 внешнего экрана 4. Электропаяльник со сменным наконечником может содержать несколько средств вакуумированной термозащиты 33 для достижения более высоких температур наконечника 7.
Средства для крепления средства вакуумированной термозащиты 33, к внешнему экрану и к внешней трубке могут быть выполнены посредством нанесения на боковые поверхности теплоизолирующего слоя 31 и 32 термостойкого клеющего слоя, а теплоизолирующие слои выполнены из механически прочного материала.
Кроме того, средство для крепления средства вакуумированной термозащиты 33 к внешнему экрану 4 и к внешней трубке 9 могут быть выполнены посредством последовательного напрессовывания элементов конструкции друг на друга. При этом теплоизолирующий слой 31 напрессован на внешнюю трубку 9, на него напрессовано средство вакуумированной термозащиты 33, на который напрессован слой 33, на который напрессован слой 32, а на него, в свою очередь, напрессован внешний экран 4.
В полости средства вакуумированной теплозащиты также может быть размещено средство геттерного поглощения остаточных газов (не показано), что обеспечивает высокое качество вакуумной теплоизоляции. Поглощение газов некоторыми из известных геттерных составов (например титан, барий) тем эффективнее, чем выше температура, что позволяет компенсировать значительное газовыделение с внутренних поверхностей оболочек 34 и 35 при их прогреве в процессе работы паяльника.
В полости средства вакуумированной теплозащиты также может быть размещено средство экранирования теплового излучения по направлению от внутреннего цилиндра к внешнему цилиндру (не показано). Средство экранирования может быть выполнено в виде рулона металлизированной гофрированной полимерной ленты, порошкового заполнителя или их комбинации.
На фиг. 7 приведен пример выполнения электропаяльника со сменным наконечником, в котором около торца нагревателя 8, обращенного в сторону рукоятки 1, размещено средство теплозащиты 42 рукоятки 1, состоящее по меньшей мере из одного торцевого экрана 43, по меньшей мере одного слоя 44 теплоизолирующего материала и опорного элемента 45. Элементы средства теплозащиты скреплены с рукояткой 1 накладками 46, а между собой соединены элементами крепления 47. Назначение средства теплозащиты 42 рукоятки 1 состоит в снижении теплопередачи от торца нагревателя 8 и средства 6 для установки наконечника и нагревателя. Поверхность торцевого экрана 43 может быть выполнена вогнутой со стороны нагревателя 8. Накладки 46 и элементы крепления 47 выполнены из тонкостенного материала с низкой теплопроводностью, например из нержавеющей стали. Торцевой экран 43 и опорный элемент 45 также выполнены из низкотеплопроводного материала и имеют поверхность с высокой отражающей способностью. В описываемых примерах использована полированная фольга из нержавеющей стали.
На фиг. 8 приведен пример выполнения электропаяльника со сменным наконечником, который содержит кожух 48, соосно размещенный на рукоятке 1, закрепленный на ней посредством герметизирующей и центрирующей прокладки 49 и по меньшей мере одного центрирующего элемента 50. Соединение кожуха 48 с рукояткой 1 может быть выполнено посредством пайки, склейки, сварки, клепанного и резьбового соединения или прессовкой посадки.
Зазор между рукояткой 1 и кожухом 48 со стороны наконечника 7 образует щели 51 (фиг. 9) для отвода дыма от места пайки. На боковой поверхности кожуха 48 выполнен ряд отверстий 52, предназначенных для забора воздуха, охлаждающего рукоятку 1. Поступление воздуха только через щели 51 приводит к переохлаждению наконечника 7, что устранено размещением на кожухе отверстий 52.
Полость 53 между кожухом 48 и рукояткой 1 сообщена с насосом (не показан) через отверстие 54 в рукоятке 1, патрубок 55 и трубопровод отсоса воздуха 56 с заглушкой 57 на одном конце.
В примере выполнения электропаяльника со сменным наконечником, приведенным на фиг. 8, внешний экран 4 размещен внутри рукоятки 1 и прикреплен к ней посредством выступов 5 и 58. При этом между экраном 4 и рукояткой 1 размещен слой 59 теплоизолирующего материала.
Потери тепла от наконечника 7 в сторону рукоятки 1 значительно снижает выполнение полировки поверхностей внешней трубки 9, промежуточного экрана 26, внешнего 34 и внутреннего 35 цилиндров средства вакуумирования теплозащиты 33 и внешнего экрана 4.
На фиг. 10 представлен пример выполнения электропаяльника со сменным наконечником, в котором кожух 48 герметично закреплен у каждого из торцов посредством герметизирующих и центрирующих прокладок 49 и 60, а для отсасывания дыма от места пайки на кожухе 48 закреплено по меньшей мере одно трубчатое сопло 61, заглушенное с одного торца и открытое со стороны наконечника 7. Трубчатое сопло 61 сообщено с полостью 53 зазора между кожухом 48 и рукояткой 1 посредством одного из отверстий для подсоса охлаждающего воздуха 52, а вместо стыковки сопла 61 и кожуха 48 герметично закреплено посредством пайки, сварки, склейки, клепанного или резьбового соединения.
Вариант отсоса дыма и газов посредством сопла 61 имеет то преимущество, что в отличие от варианта с торцевыми щелями 51, не создается стационарный поток воздуха вдоль наконечника 7, приводящий к его переохлаждению, что несколько ухудшает экономичность электропаяльника со сменным наконечником.
Функциональные возможности электропаяльника со сменным наконечником неизменны при изменении формы поперечного сечения в значительных пределах. На фиг. 11 приведен, например, вариант электропаяльника со сменным наконечником с квадратной формой поперечного сечения, что позволяет использовать для элементов конструкции листовые материалы. В качестве формы поперечного сечения служит любой многогранник с числом граней более трех. На фиг. 11 сохранена нумерация элементов конструкции с фиг. 8, поскольку фиг. 11 демонстрирует вариант реализации поперечного сечения VIII-VIII на фиг. 8. Возможен вариант, когда часть деталей, показанная на фиг. 11 с сечением в форме квадрата, выполнена с круглым сечением, например датчик температуры 22, нагреватель 8 и юбка наконечника 18.
На фиг. 12 представлен пример выполнения электропаяльника со сменным наконечником, который снабжен средством разъемной механической фиксации внешнего экрана 4 в полости 2 рукоятки 1. Средство механической фиксации может быть выполнено в виде эксцентрикового или клинового замка, защелки, задвижки, байонетного, резьбового соединения, шплинтового и винтового фиксатора или штифтового фиксатора. В показанном на фиг. 12 примере средство механической фиксации 62 имеет по меньшей мере один замковый выступ 63 на торце внешнего экрана со стороны наконечника 7, содержащий отверстие 64, в которое входит язычок Г-образной плоской пружины 65, фиксирующий положение экрана 4 в рукоятке 1. Плоская пружина 65 своим вторым концом может быть закреплена на рукоятке 1 посредством пайки, сварки, клепки, винтового, замкового или клеевого соединения. На торцах внешнего экрана 4 размещено по меньшей мере по три центрирующих выступа 66 и 67, которые определяют соосное размещение внешнего экрана 4 в полости 2 рукоятки 1. В пределах зазора между внешним экраном 4 и рукояткой 1, определяемого высотой центрирующих выступов 66, 67, размещен слой 59 теплоизоляционного материала. Внешний диаметр слоя 59 и высота выступов 66, 67 обеспечивают свободное перемещение внешнего экрана 4 в полости 2 рукоятки 1 при открытом положении элементов 64 и 65 средства механической фиксации 62.
Средство теплозащиты 42 рукоятки 1 может быть закреплено на внешнем экране 4 (пример исполнения не показан).
Как показано на фиг. 12, нагреватель 8 может быть разъемно соединен со средством подключения 3 нагревателя к источнику питания посредством изолированных разъемных контактных пар 68, 69 и 70, 71. На торце полости 2 рукоятки 1, противоположном наконечнику 7 средство подключения к источнику питания закрепляется средством крепления 19 к рукоятке 1, которое может быть выполнено из пружинного прижима, резьбового крепления, крепления шнуровым бандажем, эластичным хомутом (не показаны). Крепление средства подключения к источнику питания 3 выполнено так, что в полости 2 рукоятки 1 размещена петля 72, имеющая длину, достаточную для извлечения внешнего экрана с нагревателем без повреждения средства к источнику питания 3. После извлечения внешнего вида экрана 4 из полости 2 рукоятки 1 нагреватель 8 отсоединяется посредством разъединения контактных пар 68 и 69, 70 и 71 от рукоятки 1. После замены или ремонта нагревателя операция повторяется в обратном порядке, то есть: а) соединяются контактные пары 68 и 69, 70 и 71; б) укладывается на место петля 72; в) экран 4 задвигается в полость 2 рукоятки 1; г) в отверстие 64 вводится язычок Г-образной пружины 65, после чего паяльник готов к использованию.
На фиг. 13 приведен пример выполнения электропаяльника со сменным наконечником, содержащего дополнительную рукоятку 73, которая за пределами кожуха 48 с помощью средства стыковки 74 разъемно крепится к основной рукоятке 1 с торца, противоположному наконечнику 7 посредством резьбы, байонетного соединения, шплинта, зажима, фиксатора или замка (не показаны). Полость 2 на этом торце рукоятки 1 заглушена фланцем 75, который разъемно закреплен резьбовым соединением, соединением в замок, плотной посадкой или промежуточными элементами соединения (не показаны).
При традиционном захвате паяльника тремя пальцами руки дополнительная рукоятка 73 средством стыковки 74 закреплена на рукоятке 1 для создания упора в ложбине между большим и указательным пальцами. При отстыкованной дополнительной рукоятке 73 электропаяльник со сменным наконечником предназначен для установки на одном из пальцев руки монтажника.
В этом примере выполнения кожух 48 средством разъемного крепления 77 (фиг. 14) прикреплен к промежуточной площадке 78, имеющей средство крепления 79 промежуточной площадки к пальцу монтажника, которая бандажом 80 обеспечивает закрепление на указательном пальце (или любом ином) пальце 81 монтажника, так что наконечник 7 является продолжением ногтя 82. Дополнительная рукоятка 73, показанная на фиг. 13 пунктиром, в варианте установки электропаяльника на палец снята.
Электропаяльник со сменным наконечником, показанный на фиг. 13, содержит гибкий шланг 83 удаления дыма и охлаждающего воздуха из трубопровода отсоса воздуха 56 и гибкий жгут 84 соединительных проводов, содержащий средство подключения 3 к источнику питания нагревателя 8 и соединительные провода датчика температуры 22. Шланг 83 и жгут 84 манжетом закреплены на кисти руки (не показаны). Возможен вариант, когда для кожуха 48, шланга 83 и жгута 84 средством крепления на руке монтажника является перчатка, надетая на руку монтажника (на фиг. 13 не показаны), на которой размещены в соответствующих местах средства крепления кожуха 48, шланга 83 и жгута 84. Возможен также вариант, когда шланг 83 и жгут 84 прикреплены хомутом к кольцу, надетому на палец монтажника (на фиг. 13 кольцо и хомут не показаны).
Бандаж 80 может быть выполнен в виде эластичной ленты с регулировкой длины по месту установки паяльника на рабочий палец, в виде пружинного кольца или полукольца, в виде наперстка с индивидуальной формовкой (например акриловой пластмассой) по пальцу монтажника или эластичного напалечника, на котором закреплен кожух 48 паяльника.
Кожух 48 может быть подвижно закреплен на площадке 78 посредством хомута 85 (фиг. 14), соединенного с площадкой 78 элементами фиксации 86, которые представляют собой резьбовое крепление или эксцентриковый замок. Возможен вариант крепления пружинящим хомутом с элементами фиксации 86 в виде ряда штифтов, запрессованных в торцы площадки. Поперечное смещение кожуха 48 паяльника относительно площадки 78 ограничивается подставками 87. Возможно подвижное крепление кожуха 48 посредством ласточкиного хвоста или другого фиксируемого соединения в плоскопараллельных направляющих (на фиг. 13 и 14 не показаны) с возможностью перемещения на 10-30 мм вдоль пальца 81 для индивидуальной подгонки места установки паяльника на пальце 81. После выбора удобной позиции паяльника на площадке 78 положение кожуха 48 на ней фиксировано.
Средство 79 крепления промежуточной площадки к пальцу монтажника, содержащее, например, бандаж 80, показанный на фиг. 14, регулируемым образом прикрепляется к площадке 78 элементами фиксации 88 так, чтобы выемка 89 площадки 78 прилегала к пальцу (на фиг. 14 не показан). Регулируемость натяжения бандажа 80 может быть обеспечена, например, набором отверстий в ленте бандажа 80 (на фиг. 14 не показаны). Возможен вариант, когда регулируемость обеспечена посредством миниатюрной пряжки с самозажимом ленты или с фиксацией ограничителем, введенным в отверстие, как это выполнено, например, в случае ремешка наручных часов.
На фиг. 15 показан пример исполнения электропаяльника со сменным наконечником, в котором средство крепления 42 к рукоятке 1 средства подключения к источнику питания 3 закреплено на торце трубопровода отсоса воздуха 56, так что обеспечивается герметизация торца и возможность вывести средство подключения к источнику питания из полости рукоятки 1 в полость трубопровода отсоса воздуха 56 и в полость шланга для отсоса воздуха 83.
В вариантах электропаяльника со сменным наконечником (фиг. 8, 10, 12, 13) реализуется минимальное (равное длине выступающей из нагревателя 8 части наконечника 7) расстояние от точки удержания паяльника до места пайки, которое лежит в пределах 5-25 мм. Удобство пользования паяльником зависит от внешнего диаметра кожуха 48, который в описанном варианте был в пределах 12-16 мм, что сравнимо с диаметром авторучки, а длина выступающей части наконечника соизмерима с длиной пера авторучки.
Работа паяльника происходит следующим образом.
Тепло, излучаемое нагревателем 8, практически полностью (за исключением его малой доли, излучаемой внутрь рукоятки 1) передается на юбку наконечника 18, с которой оно большей частью попадает на жало наконечника 7. Частично за счет механического контакта, частично за счет теплопроводности воздуха значительная доля тепла передается на внешнюю трубку 9. Для создания повышенного теплового сопротивления между внутренней трубкой 10 и внешней трубкой 9 их механическое соединение выполнено тонкостенными выступами 11, 12 с низкой теплопроводностью. Снижению теплопередачи от внешней трубки 9 в направлении внешнего экрана 4 препятствует слой 17 теплоизолирующего материала. Тепло, проходящее на внешний экран 4, изолируется от рукоятки 1 тонкостенными выступами крепления внешнего экрана 5. Приведенные выше меры тепловой защиты рукоятки 1 (фиг. 1) позволяют реализовать паяльник с расстоянием от жала наконечника 7 до торца рукоятки 1 в пределах от 35 мм до 50 мм при внешнем диаметре юбки наконечника 18 от 3 мм до 4,5 мм и при длине жала от 12 мм до 18 мм. При внешнем диаметре рукоятки 1 от 16 мм до 25 мм максимальная температура жала наконечника 7 может достигать 300oC при подводимой к нагревателю 8 мощности в пределах 10-15 Вт. Температура рукоятки 1 длиной 150-250 мм оказывается при этом на 15-20oC выше температуры окружающего воздуха.
Тепловой режим наконечника 7 отслеживается посредством датчика температуры 22 (фиг. 3), чувствительный элемент которого находится на его конце 23 и расположен в дополнительной полости 24 наконечника 7. По цепи обратной связи устройства управления паяльником (не показано) происходит стабилизация температуры наконечника 7 на уровне, определяемом оператором на панели устройства управления. Точность выдерживания температуры может составлять единицы и даже доли градуса, ввиду чего актуальной становится достоверность показания датчика температуры 22. Поскольку он расположен в наиболее высокотемпературной зоне паяльника, которая совпадает с центром нагревателя, то вдоль корпуса датчика температуры 22 происходит распространение тепла, в том числе и в сторону чувствительного элемента на конце 23, и, следовательно, возможен его перегрев по отношению к наконечнику 7. Для снижения погрешности измерения температуры за счет возможного перегрева дополнительная полость 24 выполнена достаточно протяженной, для чего достаточно, чтобы отношение ее длины к ее диаметру было бы в пределах от 5 до 10. Для практически полного исключения указанной погрешности измерения температуры наконечника 7 в его конструкции предусмотрен канал 25, сообщенный с дополнительной полостью 24, поверхность которого, равно как и поверхности конца 23 датчика температуры 22 и дополнительной полости 24, селективно облужены. При заливке в канал 25 и дополнительную полость 24 разогретого до рабочей температуры паяльника соответствующей дозы припоя происходит выравнивание температуры конца 23 и наконечника 7 за счет малого теплового сопротивления расплавленного металла, что обеспечивает высокую достоверность измерения температуры наконечника 7.
Средством подключения к источнику питания 3 электрический ток подводится к нагревателю 8, выделяя в нем мощность, необходимую для достижения температуры, заданной в блоке управления (не показан) паяльником. По мере достижения показаний датчика температуры 22 значения, соответствующего заданной температуре, блок управления регулирует (снижает) уровень подводимой мощности в пропорции, необходимой для поддержания нужной температуры. Если после достижения теплового равновесия начинается процесс пайки и с наконечника 7 происходит теплоотбор, то уровень подводимой мощности увеличивается для поддержания уровня заданной температуры.
Введение промежуточного экрана 26 (фиг. 4) или средства вакуумированной теплозащиты 33 (фиг. 6), располагаемых между внешней трубкой 9 и внешним экраном 4, приводит к качественному изменению конструкции электропаяльника со сменным наконечником. Введение промежуточного экрана 26 или средства вакуумирования теплозащиты 33 позволяет снизить значение максимальной мощности, подводимой к нагревателю 8, на 2-4 Вт при сохранении максимальной достижимой температуры жала для приведенного выше диапазона конструкционных размеров деталей паяльника. Естественно, что при этом на несколько градусов снижается перегрев рукоятки 1 относительно окружающего воздуха. Наличие торцевой теплозащиты 42 (фиг. 7) рукоятки 1, состоящей из торцевого экрана 43, слоя 44 тепловой защиты и опорного элемента 45 служит той же цели снижению перегрева рукоятки 1 относительно окружающего воздуха и уменьшает его 2-5oC. В этом варианте электропаяльника со сменным наконечником при использовании промежуточного экрана 26 достигалась температура жала до 500oC при перегреве рукоятки 1 не более 10-20oC и при расстоянии от кончика жала до торца рукоятки 1 не более 35 мм.
За вычетом тепла, излучаемого нагревателем 8 в сторону полости 2 рукоятки 1, вся тепловая энергия изначально прикладывается к наконечнику 7, распределяясь по нему практически равномерно за счет высокой теплопроводности. Часть энергии теряется на нагрев воздуха вокруг наконечника 7, а часть ее передается на внешнюю трубку 9.
Механическая защита нагревателя 8 от повреждений при смене наконечника 7 обеспечивается внутренней трубкой 10, которая одновременно с этим привносит и некоторое тепловое сопротивление между нагревателем 8 и наконечником 7. Следствием этого сопротивления является динамически возникающий перегрев нагревателя 8 по отношению к наконечнику 7 при необходимости ступенчатого увеличения температуры. Температура нагревателя 8 может достигать в этом случае довольно высоких значений в 600-800oC, при которых становится существенным тепловое излучение с его торца в сторону полости 2 рукоятки 1. Введение средства теплозащиты 42 рукоятки 1 (фиг. 7) снижает передачу тепла в сторону рукоятки 1, причем часть его отражается торцевым экраном 43 обратно на нагреватель 8. Более эффективное отражение с фокусировкой тепла на нагревателе 8 обеспечивает вогнутый торцевой экран 43 (не показан).
Еще одним важным достоинством электропаяльника со сменным наконечником, выполненного в соответствии с изобретением, в частности, если он предназначается для работ по монтажу на поверхности (т.е. для объектов малого физического размера), является малая масса паяльника (30-100 г) и, как следствие, малая теплоемкость рабочих органов электропаяльника со сменным наконечником, в результате чего оказывается невелика постоянная времени реакции на изменение условий работы, которая составляет несколько секунд. Иными словами, соответствующие изобретению электропаяльники имеют сведенное к минимуму время возврата в стационарный режим после компенсации внешнего возмущения, такого, например, как начало пайки очередного паянного соединения или переход к работе при новой температурной установке.
В конструкции электропаяльника со сменным наконечником предусмотрена многоуровневая теплозащита рукоятки 1 от выделяемой нагревателем 8 теплоты. Первичное снижение уровня теплоты, проникающей сквозь защиту, производится внешней трубкой 9, действующей как экран. Дальнейшее движение уровня проникающего тепла происходит за счет высокого теплового сопротивления слоя 31 теплоизолирующего материала, отражения тепла промежуточным экраном 26, последующего снижения уровня теплопередачи за счет высокого сопротивления слоя 32, отражения от внешнего экрана 4 и, наконец, дополнительной теплоизоляции слоем 59 с высоким тепловым сопротивлением (фиг. 8). Та часть тепла, которая все же достигает рукоятки 1, передается практически полностью воздуху, проходящему по полости 53 в направлении от отверстий 52 для подсоса воздуха в сторону трубопровода отсоса воздуха 56, в результате чего на рукоятке1 создается комфортная для работы температура, превышающая температуру окружающего воздуха на 3-5oC. Таким образом, в конструкции электропаяльника со сменным наконечником, выполненного в соответствии с изобретением, закрыты, насколько это возможно, практически все серьезные пути излучения тепла от нагревателя 8, причем наиболее тщательно перекрыты пути передачи тепла к рукоятке 1, а то тепло, которое несмотря на принятые меры теплозащиты достигает рукоятки 1, эффективно устраняется обдувом воздухом полости 53 между рукояткой 1 и кожухом 48. Важно, что воздушный поток, используемый для охлаждения рукоятки 1, одновременно с этим удаляет из зоны пайки вредные для дыхания монтажника дым от флюса и испарения припоя. В примерах исполнения, показанных на фиг. 8 и 10, отбор дыма из зоны пайки осуществлен потоком воздуха вдоль наконечника 7 (фиг. 8) или под прямым углом к нему (фиг. 10).
Поскольку электропаяльник со сменным наконечником в комплекте с устройством управления и с набором наконечников различного функционального назначения относится к предметам длительного пользования, то его ремонтопригодность является одной из определяющих характеристик. Электропаяльник со сменным наконечником, выполненный в соответствии с изобретением, в примере исполнения, показанным на фиг. 12, отличается высокой ремонтопригодностью, поскольку в нем облегчено извлечение нагревателя 8 для замены или для ремонта. Для проведения этих операций достаточно освободить фиксирующий элемент 65 и вынуть из полости 2 рукоятки 1 внешний экран 4 с дополнительным слоем теплоизоляции 59, средством теплозащиты 42 рукоятки 1 (пример исполнения с креплением теплозащиты 42 рукоятки 1 к внешнему экрану 4 на чертеже не показан) и нагревателем 8, размещенным во внутренней трубке 10.
Комплекс мер по теплозащите рукоятки 1 позволил создать конструкцию электропаяльника, выполненного в соответствии с изобретением, настолько миниатюрного, что размеры его исполнительной части (без скидок на требования к диапазону рабочих температур) могут быть соизмеримы с размерами фаланги пальца. Показанный на фиг. 13 пример исполнения паяльника со сменным наконечником может использоваться в традиционной манере удержания паяльника тремя пальцами руки, равно как и в варианте крепления паяльника на пальце монтажника. Эффективная теплозащита рукоятки 1 в совокупности с воздушным охлаждением кожуха 48 и рукоятки 1 гарантирует комфортные условия работы. Для подобного использования не требуется дополнительных мер теплозащиты. Дополнительная рукоятка 73 отсоединяется от рукоятки 1 с помощью средства стыковки 78, и на палец 81 монтажника надевается исполнительная часть паяльника весом в несколько десятков грамм. Режим воздушного охлаждения таков, что обеспечивается шлангом с внешним диаметром 6-8 мм, внутри которого расположены провода подключения датчика температуры 22 и нагревателя 8, как это показано на фиг. 15, где приведен пример исполнения с закреплением средства крепления 19 к рукоятке 1 средства подключения к источнику питания 3 на торце трубопровода отсоса воздуха 56, чем достигается очередное повышение показателей качества электропаяльника, выполненного в соответствии с изобретением, который в этом примере исполнения соединяется с источником питания единственным шлангом, содержащим средство подключения к источнику питания 3, и через который происходит воздушное охлаждение рукоятки 1.
Литература, принятая при экспертизе
1. Патент США N 3,899,654, НКИ 219/229, 1975.
2. Патент США N 5,163,600, МПК В 23 К 3/03, 1992.
3. Патент США N 5,182,435, МПК В 23 К 3/00; Н 05 В 3/00, 1993.
Патент США N 5,059,769, МПК 3/02; H 05 B 1/02, 1991.
| название | год | авторы | номер документа |
|---|---|---|---|
| Электропаяльник | 1975 |
|
SU537771A1 |
| Электропаяльник демонтажный | 1990 |
|
SU1712086A1 |
| ЭЛЕКТРОПАЯЛЬНИК | 1992 |
|
RU2043886C1 |
| Электрический паяльник | 1977 |
|
SU645787A1 |
| Электрический паяльник | 1986 |
|
SU1412894A1 |
| ВАКУУМНОЕ ТЕЛО | 2018 |
|
RU2776884C2 |
| ВАКУУМНОЕ АДИАБАТИЧЕСКОЕ ТЕЛО | 2018 |
|
RU2739948C1 |
| БЫТОВОЙ НАГРЕВАТЕЛЬНЫЙ ПРИБОР | 1991 |
|
RU2030127C1 |
| Электрический паяльник | 1976 |
|
SU584993A1 |
| Электрический паяльник | 1978 |
|
SU837651A1 |
Использование. Изобретение относится к электропаяльникам со сменным наконечником, используемым при осуществлении радиомонтажных работ, преимущественно требующих высокой точности позиционирования монтажного инструмента. Сущность изобретения. В первом варианте исполнения электропаяльник содержит рукоятку 1 с полостью 2, в которой размещено средство 3 подключения к источнику питания. К рукоятке прикреплен внешний экран 4 посредством тонкостенных выступов 5. Внутри внешнего экрана 4 размещено средство 6 для установки наконечника 7 и нагревателя 8, содержащее внешнюю и 9 внутреннюю 10 трубки, соединенные на внутреннем по отношению к наконечнику торце выступами 11, 12. Внешняя трубка 9 на каждом из торцов соединена с внешним экраном посредством выступов 13, 14 и 15, 16, попарно жестко связанных между собой. Между внешним экраном 4 и внешней трубкой 9 размещен слой теплоизолирующего материала 17. Юбка 18 наконечника 7 размещена между трубками 9 и 10. Во втором варианте исполнения электропаяльника со сменным наконечником между внешней трубкой и внешним экраном размещен дополнительный экран, отделенный от них слоями теплоизолирующего материала. В третьем варианте исполнения электропаяльника со сменным наконечником между внешним экраном размещено средство вакуумированной теплозащиты, отделенное от них слоями теплоизолирующего материала. Среди ряда других приведены примеры исполнения электропаяльника с размещением внешнего экрана в полости рукоятки с кожухом воздушного охлаждения рукоятки и с отсосом дыма из зоны пайки, а также с габаритами паяльника, соразмерными с фалангой пальца, так что паяльник может быть закреплен на пальце монтажника. 3 с. и 108 з. п. ф-лы, 15 ил.
| US, патент, 5059769, кл | |||
| Прибор для равномерного смешения зерна и одновременного отбирания нескольких одинаковых по объему проб | 1921 |
|
SU23A1 |
