ТЕРМОПЕРЕКЛЮЧАТЕЛЬ Российский патент 1998 года по МПК H01H37/46 

Изобретение относится к термочувствительным устройствам, а именно к устройствам-датчикам максимальной температуры и предназначено для использования в средствах автоматической защиты или сигнализации от перегрева, а также в средствах пожарной или охранно-пожарной сигнализации.

Известен термоэлектрический выключатель (1), содержащий цилиндрический корпус, две соосные пружины, выполненные из материала с эффектом памяти формы и расположенные на изолированном штоке, контактную систему из неподвижного и подвижного контактов, причем подвижный контакт установлен на изолирующей втулке, размещенной подвижно на штоке между пружинами. Недостатком такого устройства является громоздкость термочувствительного элемента и, как следствие, большая инерционность срабатывания.

Наиболее близким аналогом предлагаемого устройства является термочувствительный выключатель (2), содержащий корпус, в котором расположены подвижный и неподвижный контакты и термочувствительный элемент, выполненный из материала с эффектом памяти формы, установленный с возможностью воздействия на подвижный контакт и изготовленный из фольговой ленты, концы которой жестко соединены между собой и образуют криволинейную фигуру, размещенную между подвижным контактом и корпусом с креплением на корпусе.

Недостатками такой конструкции являются: электрическое соединение одного из выводов с корпусом термовыключателя через термочувствительный элемент, что затрудняет использование такого термовыключателя в составе пожарных извещателей, поскольку к двухпроводным шлейфам охранно-пожарной сигнализации предъявляются высокие требования по утечке, и совершенно исключает использование его в качестве контактного датчика температуры; сложность конструкции термочувствительного элемента, связанная со сложностью и высокой стоимостью процесса изготовления фольговой ленты из материала с эффектом памяти формы, что приводит к существенному усложнению технологического процесса изготовления термовыключателя, удорожанию термочувствительного элемента и термовыключателя в целом; непосредственное механическое воздействие термочувствительного элемента на корпус термовыключателя, что заставляет выполнять его более толстостенным, увеличивая его теплоемкость и, соответственно, инерционность срабатывания.

Целью изобретения является упрощение конструкции термочувствительного устройства, улучшение технологичности его изготовления, надежности срабатывания, исключение контакта токонесущих выводов с корпусом термореле.

Указанная цель достигается тем, что в предлагаемом термопереключателе термочувствительный элемент выполняется из проволоки, изготовленной из металла с памятью формы в виде отрезка, оба конца которого жестко закреплены, которому задана память на длину при температурах, превышающих температуру восстановления формы, и который при более низких температурах растянут пружинящим усилием подвижного контакта, направленным перпендикулярно к прямой, соединяющей точки крепления концов отрезка, а перемещающее воздействие на подвижный контакт оказывается усилием восстановления длины отрезка при нагреве до температуры восстановления формы. Эта температура и является температурой срабатывания термопереключателя.

Проволока серийно изготавливается методом волочения, имеет существенно меньшую, по сравнению с лентой (примерно в 4 раза) стоимость и обладает свойством высокой эластичности, позволяющим вытягивать ее в диапазоне температур, меньших температуры восстановления формы, на 5 - 10% от длины, которую имеет отрезок при температуре восстановления формы и выше. Деформация отрезка путем вытягивания проволоки производится при помощи пружины, которая одновременно может являться, например, консольно закрепленной планкой подвижного контакта или каким-либо другим его составным элементом. При достижении температуры восстановления формы проволока сжимается, отрезок стремится восстановить свою запомненную длину, развивая при этом усилие, превышающее деформирующее (растягивающее) усилие пружины, и перемещает подвижный контакт относительно неподвижного(ых), размыкая, замыкая или переключая электрическую цепь. Концы отрезка проволоки при этом могут быть жестко закреплены внутри корпуса, не нарушая его герметичности и не имея электрического контакта с металлическим теплопроводящим корпусом, путем установки на изолированных стойках, а также на скобе или рамке, исключая таким образом жесткую механическую связь с корпусом и снимая с него механические воздействия термочувствительного элемента, что позволяет выполнить корпус очень тонкостенным и уменьшить его теплоемкость, а, следовательно, инерционность срабатывания.

На фиг. 1 представлены две проекции варианта конструктивного исполнения термопереключателя с поперечным размещением термочувствительной проволоки относительно подвижного контакта и жестким креплением ее на стойках; на фиг. 2 - по две проекции вариантов с креплением проволоки в скобе (А) и в кольцевой рамке (Б), а на фиг. 3 - вариант с продольным размещением проволоки относительно оси пружинящей планки контакта.

Термопереключатель содержит теплопроводящий, например, металлический корпус 1, подвижный 2 и неподвижный 3 контакты и термочувствительный элемент 4, выполненный из проволоки, изготовленной из металла с эффектом памяти формы. Проволока выбирается достаточно тонкой (например, в диапазоне 0,1 - 0,15 мм), с тем чтобы усилие ее растяжения при нормальной температуре было минимальным. Уменьшение усилия позволяет уменьшить габариты пружины, а следовательно, и общие габариты термопереключателя в целом. Чтобы еще больше уменьшить это усилие, растяжение проволоки производится путем деформации отрезка от его первоначальной формы, усилием пружинящих свойств контакта 2, направленным перпендикулярно к линии, соединяющей концы проволоки. Температура срабатывания термопереключателя соответствует температуре восстановления формы. При этой температуре и выше отрезок проволоки, например, прямолинеен и его длина - AB. В точках A и B производится жесткое закрепление концов отрезка. При температурах ниже температуры срабатывания проволока обладает высокой эластичностью и под воздействием усилия деформации приобретает форму ломаной линии ACB со средой прогиба 0C, где 0 - точка приложения усилия деформации. Стрела прогиба 0C определяет рабочий ход контакта 2. Простой расчет треугольника AC0 показывает, что стрела прогиба 0C значительно больше линейного удлинения проволоки ΔAB

Т.о. при приложении деформирующего усилия по центру отрезка AB = 10 мм и при удлинении проволоки, например, на 5%, ΔAB = 0,5 мм, а 0C = 1,67 мм. Если AB = 5 мм, ΔAB и 0C равны соответственно 0,25 и 0,84 мм.

Кроме того, в соответствии с параллелограммом сил, поперечное усилие деформации в раз, т.е. при вышеуказанных условиях в 3,28 раза меньше, чем продольное усилие.

Следовательно, во-первых, при восстановлении прямолинейной формы, т.е. исходной длины, подвижный контакт в точке соприкосновения с термочувствительным элементом перемещается на расстояние OC > ΔAB, а это означает, что использование поперечной деформации значительно увеличивает рабочий ход подвижного контакта 2, а следовательно, и надежность, например, размыкания контактов, поскольку исключает их дребезг при переключении без увеличения габаритов конструкции; во-вторых, уменьшение деформирующего усилия позволяет использовать более простые, малогабаритные пружины для необходимой деформации, что также повышает надежность работы и уменьшает общие габариты.

При продольном размещении (фиг. 3) термочувствительной проволоки 4 и оси подвижного контакта 2 оба конца проволоки крепятся на его пружинящей планке, и деформация отрезка AB может быть получена путем размещения между проволокой и пружинящей планкой контакта 2 деформирующего элемента 7. Этот элемент может быть выполнен в виде вставки различной формы или выпуклости на поверхности пружинящей планки подвижного контакта и предназначен для создания стрелы прогиба 0C и опорной точки для перемещения контакта 2 при достижении температуры срабатывания и восстановлении первоначальной длины отрезка AB. При этом, если 0A = 0B, перемещение точки B будет примерно в 2 раза превосходить 0C. При выполнении элемента 7 в виде вставки его перемещение вдоль контакта 2 позволит регулировать место приложения усилия деформации, а следовательно изменять продольное растягивающее усилие и температуру срабатывания.

Аналогично, регулировка температуры срабатывания в вариантах конструктивного исполнения фиг. 2 может производиться путем изменения угла между осью контакта 2 и проволокой термочувствительного элемента 4, поскольку при повороте скобы 5 (фиг. 2A) или рамки 6 (фиг. 2B) увеличивается длина соприкосновения проволоки с консолью контакта 2 и изменяется место приложения усилия деформации, а следовательно, усилие растяжения и температура срабатывания.

Предлагаемый термопереключатель работает следующим образом. В дежурном режиме при температурах ниже температуры срабатывания контакты 2 и 3, например, замкнуты, а отрезок проволоки деформирован в виде ломаной линии путем воздействия усилия пружинящей консоли контакта 2 в вариантах фиг. 1 и фиг. 2 или элемента 7 в варианте фиг. 3. При достижении температуры срабатывания проволока термочувствительного элемента 4 теряет свою эластичность и стремится восстановить свою запомненную длину. Поскольку усилие восстановления длины выбирается больше, чем усилие деформации, проволока перемещает подвижный контакт 2 и размыкает его соединение с контактом 3, как это показано пунктиром на фиг. 1 и фиг. 3. При последующем уменьшении температуры ниже температуры срабатывания проволока опять приобретает эластичность, деформируется под воздействием усилия пружинящей консоли контакта 2 и перемещает его в обратном направлении, доводя до соприкосновения с контактом 3, что и обеспечивает его возврат к исходному состоянию дежурного режима.

Использование в предлагаемом термопереключателе проволоки с памятью длины, растягиваемой поперечным усилием, позволяет упростить технологию изготовления термопереключателя, легко добиться изоляции выводов от корпуса, обеспечить высокую надежность срабатывания и регулировку температуры срабатывания в малогабаритной конструкции.

Источники информации
1. Авторское свидетельство СССР N 675473, кл. H 01 H 61/06, 1978.

2. Патент РФ N 2040819, кл. H 01 H 37/46, 61/06, 1993.

Предлагается термопереключатель, относящийся к датчикам максимальной температуры, например к обнаружителям перегрева или пожарным датчикам, и содержащий теплопроводящий корпус, изолированную от корпуса контактную группу, состоящую из подвижного контакта, выполненного в виде пружинящей планки и неподвижного контакта, а также термочувствительный элемент, выполненный из материала с памятью формы и механически воздействующий на подвижной контакт, отличающийся тем, что, с целью упрощения конструкции, электроизоляции выводов от корпуса, уменьшения инерционности термочувствительный элемент выполнен из проволоки, изготовленной из металла с памятью формы в виде отрезка, оба конца которого жестко закреплены. Отрезку проволоки задана память на длину при температурах, превышающих температуру восстановления формы, и при температурах ниже температуры восстановления формы он растянут пружиняющим усилием подвижного контакта, направленным перпендикулярно к прямой, соединяющей точки крепления концов отрезка, причем перемещающее воздействие на подвижный контакт оказывается усилием проволоки, возникающим при восстановлении запомненной длины отрезка. Крепление отрезка проволоки предлагается производить как непосредственно на пружиняющей консольной планке подвижного контакта, так и на специально введенных для этого скобе или рамке. Техническим результатом является улучшение технологичности изготовления устройства и надежности его срабатывания. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Термопереключатель, содержащий теплопроводящий корпус, изолированную от корпуса контактную группу, состоящую из подвижного контакта, выполненного в виде пружинящей планки, и неподвижного(ых) контакта(ов), а также термочувствительные элемент, выполненный из материалов с эффектом памяти формы и механически воздействующий на подвижный контакт, отличающийся тем, что термочувствительный элемент выполнен в виде отрезка проволоки, изготовленной из металла с эффектом памяти формы, оба конца отрезка проволоки жестко закреплены внутри корпуса, отрезку проволоки задана память на длину при температурах, превышающих температуру восстановления формы, причем отрезок проволоки при температурах ниже температуры восстановления формы растянут пружинящим усилием подвижного контакта, направленным перпендикулярно к прямой, соединяющей точки крепления концов отрезка проволоки, а перемещающее воздействие на подвижный контакт оказывается усилием отрезка проволоки, возникающим при восстановлении его запомненной длины. 2. Термопереключатель по п.1, отличающийся тем, что дополнительно введен элемент крепления концов отрезка проволоки, выполненный в виде скобы или рамки и установленный в корпусе с возможностью изменения угла между прямой, соединяющей концы отрезка проволоки, и осью пружинящей планки. 3. Термопереключатель по п. 1, отличающийся тем, что крепление концов отрезка проволоки выполнено на пружинящей планке, а для растягивания отрезка проволоки между ним и пружинящей планкой дополнительно введен деформирующий элемент, размещенный с возможностью перемещения вдоль оси пружинящей планки.