ТЕРМОЧУВСТВИТЕЛЬНЫЙ ЭЛЕМЕНТ Российский патент 2000 года по МПК H01H37/40 H01H87/00 

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для автоматического управления, регулирования и контроля различных тепловых процессов путем включения - отключения электрической цепи при отклонении температуры контролируемой среды от заданного значения, например для пожарной сигнализации.

Известен термочувствительный переключатель, содержащий осесимметричный корпус с торцевыми электропроводными стенками, образующими электровыводы переключателя (см. патент РФ М 2087978, МКИ H 01 H 37/40). Внутри корпуса расположены контактная система из подвижного, неподвижного контактов, термочувствительный силовой элемент (ТЧСЭ), связанный с толкателем. Подвижный контакт выполнен в виде мембраны в форме профилированного диска. Неподвижным контактом является стержень, расположенный по оси корпуса. ТЧСЭ выполнен из материала с эффектом памяти формы в виде спирали, либо в виде двух симметричных пластин, одними концами закрепленных в корпусе, а другими опирающихся на толкатель. Этот переключатель, обладая рядом преимуществ перед традиционными, биметаллическими термопереключателями, не лишен недостатков. Основной из них - инерционность, так как ТЧСЭ расположен внутри закрытого диэлектрического корпуса, обладающего низкой теплопроводностью. Кроме того, переключатель имеет сложную технологию изготовления, требуется штамповочное оборудование для изготовления крышек и мембран. Большая инерционность делает такие термопереключатели малопригодными в системах пожарной сигнализации.

За прототип выбираем термопереключатель, частично лишенный этих недостатков (см. патент РФ N 2040816, МКИ H 01 H 37/46, 61/06). Переключатель представляет собой диэлектрическое основание, в котором закреплен неподвижный контакт в виде стержня и подвижный контакт, представляющий собой консольно закрепленную на основании упругую пластину, расположенную параллельно основанию. Основание закрыто металлическим корпусом в форме стакана. В этой конструкции подвижная контактная пластина выполняет функцию мембраны, т. е. под действием силы упругости замыкает контакт. Направление размыкания контакта параллельно оси корпуса термопереключателя. Прижимное усилие контактной пластины зависит от ее длины. Так как контактная пластина расположена поперек цилиндрического корпуса переключателя, то размеры корпуса в радиальном направлении значительно больше чем в аксиальном, то есть переключатель имеет форму таблетки. Между дном стакана и подвижной контактной пластиной расположен ТЧСЭ, изготовленный из фольговой ленты из материала с эффектом памяти формы в виде замкнутого витка с жестким соединением концов. Здесь ТЧСЭ имеет большую контактную поверхность с торцевой плоскостью металлического корпуса, что значительно снижает инерционность такого термопереключателя. Инерционность и чувствительность термопереключателей определяются размерами корпуса, толщиной его стенок и размерами ТЧСЭ. Однако уменьшение размеров в данной конструкции приводит к очень серьезному недостатку. Торцевая стенка штампованного корпуса при общих малых размерах переключателя имеет тонкие стенки, подверженные деформациям даже при складировании. Замкнутый фольговый виток ТЧСЭ очень чувствителен к деформациям торцевой поверхности корпуса, легко сминается и переключатель выходит из строя. Поэтому при транспортировке и складировании необходимо предпринимать специальные меры по штучной упаковке термопереключателей. Изготовление замкнутого витка ТЧСЭ требует применения оборудования точечной сварки, что еще более усложняет технологию изготовления.

Таким образом, задачей изобретения является разработка термопереключателя, обладающего низкой инерционностью и технологичного в изготовлении.

Техническим результатом, достигаемым изобретением, является повышение стойкости к деформациям корпуса без увеличения его толщины и размеров.

Для решения этой задачи, термопереключатель, как и прототип, содержит цилиндрический корпус с размещенными в нем контактной системой из подвижной и неподвижной контактных пластин и термочувствительным силовым элементом. ТЧСЭ изготовлен из ленты из материала с эффектом памяти формы и расположен между корпусом и подвижной контактной пластиной. Подвижная контактная пластина консольно закреплена в диэлектрической торцевой стенке корпуса.

В отличие от прототипа, контактные пластины расположены вдоль оси цилиндрического корпуса с поперечным к оси направлением размыкания контактов. ТЧСЭ выполнен в виде части витка, прилегающего к внутренней цилиндрической поверхности корпуса, одним концом закрепленного, а свободным концом установленного с возможностью воздействия на подвижный контакт.

Эта конструкция термопереключателя может быть реализована в двух модификациях. В первой модификации цилиндрический корпус выполнен в виде отрезка трубы, закрытого с обоих торцов диэлектриком, и контактные пластины имеют злектровыводы с противоположных торцов.

Корпус термопереключателя второй модификации выполнен в виде гильзы, и обе контактные пластины выведены с одной стороны корпуса. Второй вариант предпочтительнее, когда термопереключатель работает в составе устройств, в которых предъявляются повышенные требования к герметичности переключателя.

Вдоль оси переключателя термочувствительный элемент может располагаться как до места контакта контактных пластин, со стороны крепления подвижной пластины, так и после него.

Для создания большей поверхности теплового контакта ТЧСЭ с корпусом подвижную контактную пластину в месте расположения ТЧСЭ целесообразно выполнить с изгибом, сдвигающим ее от оси к цилиндрической стенке корпуса. Изгиб изменяет упругость подвижной контактной пластины.

Изобретение иллюстрируется графическими материалами. На фиг. 1 и 2 схематически изображены продольный разрез и поперечное сечение термопереключателя первой модификации, а на фиг. 3 и 4- второй модификации. Фиг. 5 и 6 показывают продольный разрез и поперечное сечение термопереключателя с повышенной площадью теплового контакта ТЧСЭ с корпусом. На фиг. 7, 8 представлен переключатель с пониженным рабочим усилием воздействия ТЧСЭ за счет увеличения плеча изгиба контактной пластины.

Переключатель содержит цилиндрический металлический корпус 1 с диэлектрической торцевой стенкой 2, которая переходит в диэлектрическую вставку, и в первой модификации выполнена как единая деталь, закрывающая оба торца корпуса 1. Цилиндрический корпус 1 выполнен из отрезка трубы. Во вставке 2 вдоль оси корпуса закреплены неподвижная 3 и подвижная 4 контактные пластины. Подвижная контактная пластина 4 консольно закреплена в торцевой части диэлектрической вставки 2. В конструкциях переключателей, изображенных на фиг. 1, 2, 5, 6, 7, 8 контактные пластины 3 и 4 имеют электровыводы с противоположных торцов корпуса. В конструкции на фиг. 3, 4 обе контактные пластины 3 и 4 имеют выводы с одной стороны корпуса 1, а сам корпус выполнен в виде гильзы. Односторонние выводы контактов упрощают герметизацию корпуса, т.к. герметичное уплотнение необходимо только с одной стороны.

Контактные пластины 3 и 4 в обеих модификациях расположены вдоль оси корпуса, а направление размыкания контакта 5 контактных пластин 3 и 4 перпендикулярно этой оси. Такое расположение контактных пластин 3 и 4 относительно корпуса 1 позволяет ТЧСЭ 6 - ленту из материала с эффектом /памяти формы выполнить в виде части витка и расположить его по внутренней цилиндрической поверхности корпуса 1. Одним концом ТЧСЭ 6 закреплен в прорези диэлектрической вставки 2, а другим, свободным концом упирается в подвижную контактную пластину 4. Термочувствительному элементу 6 задана память формы на изгиб с радиусом, большим радиуса корпуса, или на плоскость.

Цилиндрическая поверхность корпуса имеет большую жесткость и менее подвержена деформациям, чем плоская поверхность в прототипе при равной толщине стенок. Термопереключатель становится менее требователен к условиям транспортировки, хранения и эксплуатации. Возможно уменьшение толщины стенки и размеров корпуса, что повышает чувствительность и быстродействие переключателя. Упрощается технология изготовления, т.к. используются типовые заготовки (отрезки трубок или гильзы), отпадает необходимость в точечной сварке. Диэлектрическая вставка изготавливается заедино с контактными пластинами в пластавтомате. Во второй модификации переключателя (фиг. 3, 4) подвижная пластина 4 после изготовления изгибается на оправке для формования подвижной возвратной пружины.

В аксиальном направлении ТЧСЭ 6 может быть расположен как до места контакта 5 контактных пластин 3 и 4 со стороны крепления пластины 4, так и после него. В первом случае для надежного замыкания контакта требуется меньшее перемещение контактной пластины 4, но большее усилие воздействия на нее. Во втором случае, когда плечо изгиба подвижной контактной пластины увеличивается, нужны меньшие усилия, но больший рабочий ход термочувствительного элемента 6. Второй вариант расположения ТЧСЭ позволяет уменьшить размеры ТЧСЭ, что еще более уменьшает инерционность такой системы.

Поверхность теплового контакта ТЧСЭ 6 с корпусом 1 может быть легко увеличена за счет ширины витка, либо за счет увеличения его длины без изменения размеров корпуса. В последнем случае, подвижную контактную пластину 4 необходимо сместить в радиальном направлении от оси корпуса. Для того, чтобы сохранить осевое расположение электровыводов переключателя, подвижную контактную пластину 4 в месте расположения ТЧСЭ 6 выполняют с П-образным изгибом (см. фиг. 5, 6) для переключателей, у которых ТЧСЭ 6 расположен до места контакта 5. Для переключателей с расположением ТЧСЭ 6 после контакта 5 изгиб пластины 4 может быть выполнен Г-образным. Изгиб пластины изменяет ее упругие качества.

Работает термопереключатель следующим образом. В исходном положении подвижная контактная пластина 4 под действием силы упругости замыкает контакт 5. При нормальной температуре ТЧСЭ 6 имеет форму части витка с радиусом изгиба, равным внутреннему радиусу корпуса 1, а при повышении температуры выше температуры формовосстановления стремится развернуться в виток с большим радиусом изгиба либо в пластину, отжимая контактную пластину 4 и размыкая контакт 5. Для этого параметры элемента 6 и контактной пластины 4 должны быть подобраны так, чтобы усилие, развиваемое ТЧСЭ 6 в рабочем диапазоне температур, превышало усилие сопротивления контактной пластины 4. Так, например, для пожарной сигнализации температура срабатывания термопереключателя зависит от контролируемого объекта и изменяется от 56 до 93 градусов Цельсия. Температура срабатывания переключателя определяется в первую очередь составом сплава ТЧСЭ. При заданном материале и размерах ТЧСЭ дополнительную регулировку температуры срабатывания термопереключателя осуществляют, изменяя прижимное усилие контактной пластины 4 путем изменения толщины пластины или регулировкой длины рычага, т.е. длины пластины 4. Возможна также температурная регулировка за счет изменения плеча усилия, развиваемого элементом 6, путем изменения его места расположения в аксиальном направлении. При охлаждении переключателя ТЧСЭ 6 вновь принимает форму части витка с меньшим радиусом изгиба, и контактная пластина 4 под действием силы упругости замыкает контакт 5.

Выше описана конструкция и работа термопереключателя, работающего на размыкании контакта, замкнутого при нормальных условиях. При смене места расположения неподвижного контакта относительно подвижного переключатель будет работать на замыкании контакта.

Термочувствительный переключатель относится к области электротехники и предназначен для автоматического управления, регулирования и контроля различных тепловых процессов путем включения - отключения электрической цепи при отклонении температуры контролируемой среды от заданного значения, например, для пожарной сигнализации. Термопереключатель, как и прототпп, содержит цилиндрический корпус с размещенными в нем контактной системой из подвижной и неподвижной контактных пластин и термочувствительным силовым элементом (ТЧСЭ). ТЧСЭ изготовлен из ленты из материала с эффектом памяти формы и расположен между корпусом и подвижной контактной пластиной. Подвижная контактная пластина консольно закреплена в диэлектрической торцевой стенке корпуса. В отличие от прототипа, контактные пластины расположены вдоль оси цилиндрического корпуса с поперечным к оси направлением размыкания контактов. ТЧСЭ выполнен в виде части витка, прилегающего к внутренней цилиндрической поверхности корпуса, одним концом закрепленного, а свободным концом установленного с возможностью воздействия на подвижный контакт. Конструкция термопереключателя может быть реализована в двух модификациях. В первой модификации цилиндрический корпус выполнен в виде отрезка трубы, а контактные пластины имеют электровыводы с противоположных сторон. Корпус термопереключателя второй модификации выполнен в виде гильзы и обе контактные пластины выведены с одной стороны корпуса. Второй вариант предпочтительнее, когда термопереключатель работает в составе устройств, в которых предъявляются повышенные требования к герметичности переключателя. Вдоль оси переключателя термочувствительный элемент может располагаться как до места контакта контактных пластин со стороны крепления подвижной пластины, так и после него. Техническим результатом является обеспечение низкой инерционности и технологичности. 5 з.п.ф-лы, 8 ил.

1. Термочувствительный переключатель, содержащий цилиндрический металлический корпус с контактной системой из подвижной и неподвижной пластин, закрытый диэлектрической торцевой стенкой, в которой консольно закреплена подвижная контактная пластина, а также термочувствительный силовой элемент (ТЧСЭ), выполненный из материала с эффектом памяти формы и расположенный между корпусом и подвижной контактной пластиной, отличающийся тем, что контактные пластины расположены вдоль оси цилиндрического корпуса с поперечным к оси направлением размыкания контактов, а ТЧСЭ выполнен в виде части витка, прилегающего к внутренней цилиндрической поверхности корпуса, один концом закрепленного, а свободным концом установленного с возможностью воздействия на подвижную контактную пластину. 2. Термочувствительный переключатель по п.1, отличающийся тем, что корпус выполнен из отрезка трубы, закрытого с обоих торцов диэлектриком, а контактные пластины имеют электровыводы с противоположных торцов корпуса. 3. Термочувствительный переключатель по п.1, отличающийся тем, что корпус выполнен в виде гильзы и контактные пластины выведены с одной стороны корпуса. 4. Термочувствительный переключатель по любому из пп.1 - 3, отличающийся тем, что ТЧСЭ в аксиальном направлении расположен до места контакта контактных пластин со стороны крепления подвижной контактной пластины. 5. Термочувствительный переключатель по любому из пп.1 - 3, отличающийся тем, что ТЧСЭ в аксиальном направлении расположен после места контакта контактных пластин. 6. Термочувствительный переключатель по любому из пп.1 - 5, отличающийся тем, что подвижная контактная пластина в месте расположения ТЧСЭ выполнена с изгибом, сдвигающим ее от оси к цилиндрической стенке корпуса.