ПЕРЕНОСНЫЙ КОРПУСНЫЙ СОЕДИНИТЕЛЬНЫЙ ДЕРЖАТЕЛЬ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО УСТРОЙСТВА Российский патент 2004 года по МПК F21V21/00 H05B3/66 

Изобретение относится к электричеству, основным элементам электрооборудования, линейным соединителям, соединительным устройствам, в которых держатель предназначен для поддержания прибора, к которому крепятся встречные элемента, а именно к держателям со встроенными электрическими элементами.

Все больше появляется ручных инструментов различного назначения, основанных на использовании позисторов вместо металлических нагревательных резисторов, т.е. позисторных ручных инструментов [1...3]. Позистор - резистор с необычно большим положительным ТКС в очень узкой температурной области (температурной области фазового превращения), поэтому он имеет свойство самоподдержания своей температуры при питании напряжением различной формы и различных значений при достаточной мощности источника благодаря повышению сопротивления в 10³. ..10⁴ раз из-за фазового превращения материала позистора, а следовательно, резкого понижения тока до значения, способного только возмещать потери тепла на рассеяние, и наоборот, т.е. позистор работает так, будто он включен в автоматическую систему поддержания температуры, что является его преимуществом, ибо он снижает энергопотребление без дорогой аппаратуры.

Ручными инструментами работают с частыми межоперационными перерывами без выключения, поэтому энергия расходуется на нагрев воздуха, кроме того, инструмент кладут на подручные материалы, что приводит к случайному повреждению нетеплостойких предметов; при их производстве во время проверки годности также перерасходуется электроэнергия, либо на нагрев воздуха, либо на нагрев термостата. Поэтому была поставлена задача снизить эти потери путем теплоизоляции инструмента в держателе на производстве и при перерывах в эксплуатации.

Был проведен патентный поиск в ВПТБ по СССР, РФ, ФРГ, СК (Соединенному королевству), ФР (Французской республике), ЕПВ и ДПС (по-английски, РСТ) в рубриках МКИ: В 23 K 3/03, H 01 H 9/02, Н 01 R 13/46, 50, 52, H 01 R 33/94, 945, 965, H 05 B 3/06, 66; и по НКИ США: в классе 439 подклассы 76, 485, 487, 708, 709, 723; в кл. 248 подклассы 117.1,...7. Аналоги не были найдены, и это не случайно, ибо для ручных инструментов с обычными нагревательными резисторами попытка сокращения перерасхода энергии путем их теплоизоляции привела бы к перегреву инструмента почти без снижения расхода электроэнергии. Однако для соблюдения "Правил. .." следующие решения были приняты в качестве аналогов:
1-й аналог. Настольная электропечь, содержащая основу 3, стенку 34, крышку 35 из теплостойких материалов и электроцепь с металлической нагревательной спиралью 33 (рис.3 в [4]). Недостатки 1-го аналога:
1. Большой перерасход электроэнергии по следующим причинам.

1.1. С началом нагрева печь продувается потоком холодного воздуха, который вдавливается атмосферным давлением внизу в щель между основой 3 и стенкой 34 и выдавливает менее плотный нагретый воздух, охлаждая спираль 33 и стенку 34, сквозь щель вверху между стенкой 34 и крышкой 35, даже если весь нагреватель [3] лежит на основе 3; вставлять же под крышку 35 крупные инструменты, например сварник [1], вообще неразумно.

1.2. Нагревальник лежит на основе 3, нагревается потоком воздуха, который плохо передает тепло, к тому же он уже отдал большую часть тепла на нагрев печи: КПД очень мал.

1.3. Для работы поднимают крышку 35, вынимают инструмент в теплоизолирующей рукавице, печь охлаждается, закрывают крышку 35.

2. Низкая производительность, ибо инструмент охлаждается во время работы, не будучи подключен к источнику, как предусмотрено в [1...3], и скоро его опять надо нагревать в той же печи.

2-й аналог. Настольная электропечь, содержащая вместо стенки и крышки сплошной колпак 5 [4], что устранило продувку печи, но остальные недостатки 1-го аналога сохранены. В качестве прототипа принят переносный корпусный соединительный держатель электрического устройства, содержащий корпус из электротеплоизолирующего материала и электроцепь с выводными контактами [5]. Корпус 3 имеет полость и электроцепь в виде кабеля, заканчивающегося контактами 7.

Недостатки прототипа
1. Невозможно нагреть позисторный инструмент, ибо его невозможно соединить с контактами 7 без предварительно изготовленных разъемных соединителей.

2. После подсоединения инструмента не будет снижаться расход электроэнергии, ибо во время перерывов он будет так же охлаждаться потоком окружающего воздуха, как без соединителя [5].

Техническим результатом изобретения является снижение расхода электроэнергии при производстве и использовании позисторных инструментов и повышение технической культуры их использования. Указанный технический результат достигается тем, что в переносном корпусном соединительном держателе электрического устройства, содержащем корпус из электротеплоизолирующего материала и электроцепь с выводными контактами, согласно изобретению корпус выполнен в виде сплошного колпака с полостью, выполненной с возможностью удержания под ее потолком позисторного инструмента тепловодом вверх на нужное время, и с вырезом, верх края которого выполнен на высоте низа открытой поверхности тепловода, электроцепь снабжена шнуром для соединения с источником, контакты для подключения инструмента расположены на поверхности корпуса, а один из минусовых контактов в виде пластинки закреплен в полости с возможностью прижатия к нему тепловода; кроме того, корпус снабжен наружным теплорегулирующим движком с возможностью установки его нижнего края на нужной глубине ниже верха края выреза.

На чертеже показана принципиальная конструктивная схема предложенного энергосберегающего корпусного соединительного держателя позисторного инструмента (таково его полное точное название) с вставленным в него нагревателем [3] в качестве примера для наглядности (если в описании после названия позиции нет ее номера, значит, она понятна без обозначения ее на чертеже, где ее может не быть).

В корпусе 1 в виде цилиндрического колпака выполнена полость 2 и закреплена электроцепь с плюсовым 4 и минусовым 3 вводами (эти названия введены для наглядности, они условны в том смысле, что на них может быть подано напряжение иной полярности и знакопеременное). Минусовая линия 5 заканчивается внутренним минусовым контактом 6 в виде пластинки, закрепленной на поверхности полости 2 у потолка, напротив которой закреплена пружина 7 для прижатия к ней тепловода 1н нагревателя [3] (названия деталей нагревателя [3] взяты из его описания, для их отличия от держателя после номеров их позиций поставлена буква "н" как сокращение "нагревателя"), а плюсовая линия 8 заканчивается штыревым контактом 9.

В стенке корпуса 1 выполнен вырез 10, позволяющий ввести под пружину 7 тепловод 1н, верх 11 края выреза 10 расположен на высоте низа открытой поверхности тепловода 1н, т.е. для данного инструмента на уровне нижнего конца тепловода. Корпус 1 снабжен теплорегулирующим движком в виде кольца 12 из теплоизолятора, которое сдвигают вниз, когда в полость 2 вставлен инструмент с более длинным тепловодом, чтобы нижний край кольца 12 опустился ниже верха 11, перекрыв полость 2 на уровне низа открытой поверхности более длинного тепловода, например прижимного тепловода вулкасварника [2] (вулканизатора-сварника толстых термопластовых деталей, а также склеивателя теплоотверждаемыми клеями).

Некоторые добавления и изменения, не выходящие из пределов формулы изобретения
Корпус 1 цилиндрической или иной формы имеет массу, достаточную для его устойчивости. Полость 2 достаточна для вставления под пружину 7 тепловода инструмента. Вводы 3, 4 выполнены с возможностью соединения со встречными элементами источника, линии 5, 6 разветвлены и заканчиваются различными контактами с возможностью соединения с встречными элементами соответствующих позисторных инструментов без ошибочных соединений, например коротких замыканий. Контакт 6 продолжен в виде пружины 7, заменяя ее. Вырез 10 позволяет ввести в полость 2 инструмент кистью руки в электротеплоизолирующей перчатке.

Кольцо, выполненное вместо движка 12, плотно охватывает корпус 1, его сдвигают кистью до нужного положения, где оно удерживается трением или защелкой и т.п. средством. Для удержания инструмента под потолком выполнен крючок, магнит и т.д., из выреза 10 выступает пружинный зажим для рукоятки 6с сварника [1] ("с" - "сварник"). В полости 2 есть различные средства крепления инструмента, в т.ч. перечисленные, в корпусе выполнено несколько полостей 2 для одинаковых или различных инструментов. Под потолком полости 2 закреплен датчик температуры или баллон термометра. Корпус 1 имеет крюк для навешивания на штатив или стенку, если удобнее повесить а не ставить на стол.

Использование держателя на примере нагревателя [3]
1. Проверка инструмента после изготовления, держатель закреплен на проверочном стенде. Вставляют тепловод 1н под пружину 7 до упора (тепловод 1н удерживает нагревальник за счет трения и соединил позистор 3н с минусовой линией 5 контактом 6, который также предотвращает истирание стенки полости 2). Крокодильчатый зажим линии 6н соединяют с контактом 9. Вводят термометр под потолок полости 2. Подают напряжение на держатель. По позистору 3н идет наибольший ток, который нагревает позистор 3н, а он - тепловод 1н, воздух вокруг него нагревается и вытесняется вверх атмосферным давлением, нагретый воздух растекается по потолку, нагревая его, под потолком образуется слой нагретого воздуха, потерь тепла почти нет, температура слоя растет до температуры фазового превращения, а толщина - низа открытой поверхности тепловода 1н.

В 1-м приближении (тепло не теряется) тока почти нет, начинается экономия электроэнергии, при этом проверяется достигнутая температура, качество сборки (если ток понизился слишком рано, следовательно, между позистором 3н и тепловодом 1н большое тепловое сопротивление из-за, например, воздушных прослоек, и т.д.). Ток продолжает нагревать, хотя немного, воздух, поэтому рассмотрим 2-е приближение: тепло рассеивается на нагрев потолка, уходит через контакт 6 в линию 5, излучается и наступает равновесие: сколько тепла возникает, столько же уходит, Если же эти потери малы, воздух около тепловода 1н перегревается, выпуклость изобарической поверхности, как и изотермической, на уровне верха 11, поднимается и "выплескивает" часть нагретого воздуха из слоя на верхом 2 из полости 2, поэтому опять наступает динамическое температурное равновесие при несколько большей температуре.

Если проверяется инструмент с более низким расположением низа открытой поверхности тепловода, например прижимной тепловод 9вс вулкасварника [2] ("вс" - "вулкасварник"), то опускают движок 12, например в виде кольца, в такое положение, которое обеспечивает динамическое температурное равновесие благодаря выплескиванию нагретого подпотолочного воздуха под нижний край кольца 12 при комнатной температуре, и отмечают это положение риской на корпусе 1; по желанию покупателя продают этот держатель вместе с вулкасварником [2]. Если держатель предназначен для различных инструментов, наносят соответствующие риски для каждого инструмента. По окончании напряжение отключают, отсоединяют цепь держателя от стенда, переворачивают держатель для более быстрого охлаждения.

2. Работа инструментом (на примере сварника [2]). Устанавливают держатель на рабочий стол, вставляют полоз 1с под пружину 7, вставляют вилку держателя в розетку источника, включают источник, ждут, пока нагреется полоз 1п по инструкции, вынимают сварник, сваривают, что нужно, вставляют сварник опять в держатель, полоз 1с быстро возмещает потерю температуры во время работы, входит в режим температурного динамического равновесия при наименьшем токе питания, т. е. в режим экономии электроэнергии. По окончании работы отключают в обратном порядке. Если держатель с движком 12, то его устанавливают на соответствующую риску перед соединением держателя с источником. При работе повышается культура работы, ибо работающий не ищет подручный предмет, чтобы положить на него сварник во время перерыва, не портит случайно другие нетеплостойкие предметы сварником. Инструмент охлаждается дольше, чем нагревается, приходится ждать до охлаждения, а инструмент в держателе можно сразу после работы положить в сумку и унести.

3. Проверка работоспособности и поиск причин неисправности (на примере сварника [1] ). Если полоз 1с не нагрелся за время, указанное в инструкции, будучи подвешенным хвостовиком 7с на крюке под потолком без касания с контактом 6, надо вставить полоз 1с под пружину 7, если полоз 1с нагреется быстро, значит, в минусовой линии питания сварника повышенное сопротивление. В других инструментах соответствующим образом также можно найти неисправности.

Преимущества держателя
1. Сбережение электроэнергии, ибо тепловод, будучи нагретым до рабочей температуры в держателе, не теряет (почти) тепла благодаря изоляции от окружающего воздуха как при проверках после изготовления, так и в эксплуатации позисторных инструментов. повышение культуры работы с позисторными инструментами, ибо для инструмента всегда есть безопасное для окружающих предметов место для нагретого инструмента, а именно - в держателе.

2. Поскольку держатель появился, его следует использовать для тех же целей для обычных нагревательных ручных инструментов, особенно тех, которые выключаются на время перерывов, ибо в держателе они сохранят дольше рабочую температуру и потребуется меньше тока для возмещения потерь тепла во время перерыва. При работе с постоянно включенными инструментами, например паяльниками, есть опасность их перегрева при слишком длительном нахождении в держателе, что не исключает возможность такого применения.

Список пронумерованных позиций чертежа
1 - корпус держателя в виде колпака,
2 - полость корпуса 1 для размещения нагревальника позисторного инструмента,
3 - ввод электроцепи держателя минусовый /условно/,
4 - ввод электроцепи держателя плюсовой /условно/,
5 - линия электроцепи минусовая /условно/,
6 - внутренний контакт минусовой линии 5,
7 - пружина для прижатия тепловода 1н нагревателя карбюратора [3] к внутреннему контакту 6,
8 - линия электроцепи плюсовая /условно/,
9 - штыревой плюсовой контакт для крокодильчатого зажима плюсовой линии питания 6н нагревателя карбюратора [3],
10 - вырез в корпусе 1 для вставления тепловода 1н под пружину 7,
11 - верх края выреза 10, выполненный на высоте низа открытой поверхности тепловода 1н,
12 - терморегулирующий движок в виде кольца, устанавливаемый нижним краем на высоте низа открытой поверхности любого тепловода любого инструмента,
1н - тепловод нагревателя карбюратора [3],
3н - позистор нагревателя карбюратора [3],
6н - линия питания плюсовая нагревателя карбюратора [3].

Источники информации
1. Николаев Ю.Д. и др. Способ сварки термопластов... и ручной сварочный инструмент, пат. РФ 2046985, МКИ 6 B 29 С 65/18, 1994.

2. Николаев Ю.Д. и др. Ручной вулканизатор, пат. РФ 2047492, МКИ 6 В 29 С 35/02, 1994.

3. Николаев Ю. Д. и др. Позисторный нагреватель карбюратора двигателя внутреннего сгорания, пат. РФ 2020254, F 02 М 31/12, 1992.

4. Рот Ю. , Хоффманн И. Настольная плавильная электропечь для изготовления искусственных зубов, заявка ФРГ 1974672, Н 05 В 8/66, 1997.

5. Ванцек К. Разъемный соединитель с прямоугольным корпусом, пат. ФРГ 3935456, МКИ Н 01 R 13/46, 1989.

Использование: для уменьшения расхода электроэнергии при проверке изготовленных позисторных ручных инструментов и их эксплуатации. Сущность: при проверке, например, позисторный нагреватель вставляют в корпус держателя тепловодом под пружину, соединяют плюсовую линию питания с контактом, включают напряжение питания, выдерживают в нагретом состоянии при наименьшем токе благодаря теплоизоляции в полости от окружающего воздуха, что обеспечивает сокращение расхода электроэнергии в эксплуатации, например, позисторный сварник термопластовых пленок, включенный в выходные контакты держателя, во время межоперационных перерывов во время сваривания вставляют также в корпус держателя, где сварник почти не охлаждается, что обеспечивает сокращение расхода электроэнергии. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Переносный корпусный соединительный держатель электрического устройства, содержащий корпус из электротеплоизолирующего материала и электроцепь с выводными контактами, отличающийся тем, что корпус выполнен в виде сплошного колпака с полостью, выполненной с возможностью удержания под ее потолком позисторного инструмента тепловодом вверх на нужное время, и с вырезом, верх края которого выполнен на высоте низа открытой поверхности тепловода, электроцепь снабжена шнуром для соединения с источником, контакты для подключения инструмента расположены на поверхности корпуса, а один из минусовых контактов в виде пластинки закреплен в полости с возможностью прижатия к нему тепловода.2. Соединительный держатель по п.1, отличающийся тем, что корпус снабжен наружным теплорегулирующим движком с возможностью установки его нижнего края на нужной глубине ниже верха края выреза.