ES2205088T3 - Interruptor provisto de un elemento de seguridad. - Google Patents

Abstract

UN INTERRUPTOR (10) COMPRENDE UN MECANISMO DE CONMUTACION (12) QUE TRABAJA A UNA TEMPERATURA DE SOLICITACION PARA ABRIR Y CERRAR UN CIRCUITO INTEGRADO CONECTADO A LAS CONEXIONES DE SALIDA (13, 15) DEL INTERRUPTOR (10). EL MECANISMO DE CONMUTACION (12) COMPRENDE UN CONTACTO MOVIL (21) UNIDO ELECTRICAMENTE A UNA CONEXION EXTERIOR (15) Y QUE EN FUNCION DE LA TEMPERATURA DE UNA PIEZA BIMETALICA SE APOYA EN UN CONTACTO FIJO (26) QUE A SU VEZ SE ENCUENTRA EN CONTINUIDAD ELECTRICA CON EL OTRO CONTACTO EXTERIOR (14). EL MECANISMO DE CONMUTACION (12) COMPRENDE ADEMAS UN ELEMENTO DE SEGURIDAD (28) QUE VARIA SU FORMA, A OTRA FORMA DE ALTA TEMPERATURA (31), CUANDO SU TEMPERATURA ALCANZA LA DE TRANSFORMACION, QUE SE ENCUENTRA POR ENCIMA DE LA TEMPERATURA DE SOLICITACION. ASI PUES, EL CONTACTO MOVIL (21) DESCANSA EN EL CONTACTO FIJO (26) EN FUNCION DE LA TEMPERATURA DEL ELEMENTO DE SEGURIDAD (28).

Description

Interruptor provisto de un elemento de seguridad.

La presente invención se refiere a un interruptor provisto de un mecanismo de conmutación que conmuta a una temperatura de reacción para abrir y cerrar un circuito a conectar en una conexión exterior del interruptor, con una arandela elástica de resorte, que aproximadamente en el centro lleva un contacto móvil, que se apoya en el lado periférico de una parte de la caja, a través del cual éste está unido eléctricamente con una conexión exterior, estando el contacto móvil en función de la temperatura de una pieza bimetálica en contacto eléctrico con un contacto fijo con una conexión exterior, y con un elemento de seguridad, que modifica su forma en una forma de temperatura elevada, sin que su temperatura alcance una temperatura de transformación que se encuentra por encima de la temperatura de reacción.

Un interruptor de esta clase se conoce por el documento DE-A-25 11 214.

En principio se han de distinguir dos variantes de construcción distintas de interruptores designados como controladores de temperatura. En la primera forma constructiva, el contacto móvil se sujeta por un elemento elástico fijado por un lado, mientras que en la segunda, en este caso en la forma constructiva que en este caso es la forma constructiva que tiene prioridad el contacto móvil está dispuesto aproximadamente en el centro de una arandela de resorte elástico, que está colocada libremente en una caja y se apoya con su borde en una parte de la caja del interruptor.

Si un interruptor con elemento elástico se conecta con su conexión exterior a un circuito de conmutación, entonces fluye la corriente con el interruptor cerrado a través de una conexión exterior por el contacto fijo y móvil así como del elemento elástico a la otra conexión exterior. El elemento elástico puede ser bimetálico o de acero elástico.

Si el elemento elástico es bimetálico, resulta una forma constructiva muy simple, que, sin embargo, tiene la desventaja de que las características de conmutación del bimetal pueden modificarse por el calentamiento propio de la corriente. Esto se evita si se prevé una pieza bimetálica separada, que trabaja contra la fuerza del elemento elástico.

Tales interruptores se pueden diseñar tanto como contactos de apertura como también de cierre, presionando la pieza bimetálica por encima de su temperatura de reacción al contacto móvil alejándolo del contacto fijo o llevándolo a apoyarse con éste.

Es también conocido asignar a tales interruptores resistencias en serie y/o en paralelo, para conseguir otras características de conmutación. Una resistencia conectada en paralelo proporciona a un interruptor que abre a una sobre temperatura una función de autorretención, la pieza bimetálica se mantiene, debido al calor generado por la resistencia, a una temperatura por encima de su temperatura de reacción y con ello se mantiene en el estado abierto.

Una resistencia en serie proporciona a un interruptor provisto de ella adicionalmente una sensibilidad a la corriente, que se calienta por la corriente que fluye a través del interruptor, concretamente la resistencia en serie, así como el calor óhmico generado en ésta lleva a un incremento de la temperatura de la pieza bimetálica más allá de la temperatura de reacción, y con ello a la abertura del interruptor, si la corriente que circula sobrepasa un valor límite determinado.

Tales interruptores se conectan, por ejemplo, en serie con un consumidor a proteger, para proteger a éste de sobre temperatura y/o sobre intensidad y encuentran aplicación especialmente para la protección de motores eléctricos, transformadores, aparatos electrodomésticos, etc.

Es conocido que el comportamiento de conmutación de la pieza bimetálica se modifica con el tiempo, como consecuencia del envejecimiento la temperatura de conmutación se desplaza hasta 30ºC hacia arriba, lo que puede provocar problemas de seguridad. Para evitar esta desventaja es conocido conectar en serie con un interruptor de esta clase un fusible especial, que abre por encima de la temperatura de reacción del interruptor, pero por debajo de la temperatura máxima admisible. Tales fusibles se emplean especialmente en el sector de los transformadores, donde el empleo de controladores de temperatura sin autorretención sólo se realiza conjuntamente con un fusible conectado en serie.

Si como consecuencia del envejecimiento de la pieza bimetálica o de otro efecto especial del interruptor no conecta a la temperatura de reacción deseada, entonces se incrementa la temperatura del aparato a controlar, que se encuentra unido térmicamente con el interruptor, mientras se alcanza la temperatura de fusión del fusible. El fusible abre entonces el circuito está irreversiblemente interrumpido, a través del cual se alimenta el consumidor eléctrico a proteger.

El empleo adicional de un fusible de esta clase comporta una serie de desventajas. Por una parte, se deben montar dos componentes separados en el aparato a proteger, lo que no sólo incrementa el tiempo de montaje sino que adicionalmente exige en el aparato también mayor espacio de montaje. Esto es especialmente desventajoso si los fusibles conocidos son muy voluminosos, de tal manera que se debe prever espacio suficiente en el aparato a proteger.

Por el documento DE-A-25 11 214 citado al principio se conoce un controlador de temperatura en el que se han conectado en serie, uno tras otro, dos mecanismos de conmutación con temperaturas de reacción diferentes. El mecanismo de conmutación con la temperatura de reacción más baja se utiliza para ello como regulador de temperatura, mientras que el mecanismo de conmutación con la temperatura de reacción más elevada se utiliza como interruptor de protección de sobre temperatura. Los dos mecanismos de conmutación construidas de igual forma presentan arandelas de resorte bimetálico, que actúan sobre arandelas de resorte elásticas, que lleva cada una un contacto móvil dispuesto en el centro. Preferentemente la arandela de resorte elástico del mecanismo de conmutación, que se utiliza como interruptor de protección de alta temperatura, sólo presenta una posición estable, que toma en la posición de desconexión. De esta manera se evita que después de una desconexión de seguridad y del enfriamiento subsiguiente, esta arandela de resorte elástico pase nuevamente a su posición original y cierre nuevamente el contacto.

Por el documento EP-A1-0 041 823 se conoce un controlador de temperatura, que se basa en otro principio de construcción, cuyo mecanismo de conmutación comprende un elemento elástico sujeto por un lado, en cuyo extremo libre se ha dispuesto un contacto móvil. Sobre el elemento elástico actúan a través de un bulón de transmisión dos arandelas bimetálicas de resorte de dimensiones idénticas. Las dos arandelas de resortes se alojan para ello de manera que se pueden desplazar libremente en una caja y pueden cambiar de posición independientemente una de la otra. La arandela de resorte que se encuentra más cerca del bulón de transmisión tiene una temperatura de reacción más elevada que la otra arandela de resorte, de tal manera que ésta se utiliza como elemento de seguridad de alta temperatura. Mediante la integración de esta arandela de resorte adicional con temperaturas de reacción más elevada se pueden renunciar a un fusible.

Por el documento EP-A2-0 451 678 se conoce un controlador de temperatura, que está construido según otro principio de construcción. Una arandela metálica lleva allí dos contactos móviles, que al sobrepasar simultáneamente una temperatura de reacción se separan de los contactos fijos y después de enfriarse vuelven a ponerse simultáneamente encima de ellos. En un ejemplo de realización, se sujeta la arandela metálica entre dos muelles helicoidales, de los cuales uno es de una aleación con memoria de forma. Si se sobrepasa una temperatura de transformación que se encuentra por encima de la temperatura de reacción, entonces se contrae el muelle helicoidal de la aleación con memoria de forma de manera irreversible, de tal manera que el otro muelle helicoidal levanta la arandela bimetálica de los contracontactos.

Partiendo de estos hechos, el objeto de la presente invención es perfeccionar el interruptor citado al principio hasta tal punto que de forma constructivamente simple elimine los problemas de seguridad y de montaje citados.

De acuerdo con la invención, este objeto se consigue con el interruptor citado al principio gracias a que el elemento de seguridad actúa sobre la arandela de resorte elástico, con lo cual el contacto móvil se apoya en el contacto fijo en función de la temperatura del elemento de seguridad, y porque el elemento de seguridad está fabricado de una aleación de memoria de forma, de tal manera que en su forma de temperatura elevada mantiene el contacto móvil en una posición de seguridad, incluso si la temperatura del elemento de seguridad baja por debajo de la temperatura de transformación.

El objeto básico de la invención se consigue enteramente de esta manera.

En este caso es ventajoso que las aleaciones del muelle de forma de esta clase, que se designan también como Memory Metall, presentan otro comportamiento de conmutación y de envejecimiento que las piezas bimetálicas. Sin embargo, las aleaciones del muelle de forma muestran un comportamiento de conmutación más lento que las piezas bimetálicas. De forma ventajosa se emplean en este ejemplo de realización la pieza bimetálica para la conmutación rápida y el elemento de seguridad de aleación de memoria de forma para una desconexión segura irreversible al sobrepasar una temperatura máxima, concretamente la temperatura de transformación del elemento de seguridad.

Tales aleaciones con memoria de forma, se conocen desde hace algunos años, distinguiéndose porque al sobrepasar la temperatura de transformación toma nuevamente su forma de temperatura elevada, independientemente de qué forman se ha llevado previamente al estado frío. Otras informaciones sobre tales aleaciones de memoria de forma se encuentran, por ejemplo, en la publicación "Legierungen mit Formgedächtnis", Kontakt und Studium, tomo 259, Expertverlg, Ehningen, 1988, o Spektrum der Wissenschaft, 1980, cuaderno 1, páginas 48-57, Donald Schetky: "Legierungen, die sich in Formen erinnern".

Además, se aprovecha el llamado efecto en un solo sentido, que se presenta si una aleación de memoria de forma en estado martensítico permanece deformado por debajo de un grado crítico de deformación. Durante el calentamiento a la temperatura ambiente, que puede encontrarse en la gama comprendida entre –150ºC y +150ºC, se ajusta nuevamente la forma original que también permanece durante el enfriamiento.

En este caso es ventajoso que el elemento de seguridad propiamente dicho, cuide de que la pieza de contacto móvil permanezca de forma duradera en su posicionan de seguridad. Con otras palabras, si el elemento de seguridad se calienta a una temperatura por encima de una temperatura de transformación, toma de forma irreversible su forma de temperatura elevada, en la que la pieza de contacto móvil se mantiene de forma permanente en contacto con la pieza de contacto fija o fuera de contacto con la pieza de contacto fija, según sea el interruptor de contacto de cierre o de apertura. La ventaja de esta aplicación se encuentra especialmente en la estructura constructiva simple, que presenta el nuevo interruptor por el empleo de una aleación del muelle de forma con efecto en un solo sentido como elemento de seguridad.

La arandela de resortes elástica se coloca generalmente libre en la parte inferior de la caja, que es de metal o lleva en su fondo un inserto, sobre el que se apoya la arandela de resorte elástico y que está unido hacia fuera con la conexión exterior. Esta parte inferior de la caja está cerrada con una pieza de cubierta, que está fabricada de material conductor eléctrico o de material aislante. Si tanto la pieza de cubierta, como también la pieza inferior de la caja son conductoras eléctricas, éstas están aisladas entre sí por una lámina aislante. Si sólo una de las dos piezas de la caja es conductora eléctrica, tiene lugar el contactado en general por una parte, en esta pieza conductora eléctrica de la caja y, por otra parte, a través de la pared de la otra pieza de la caja. Es también posible fabricar ambas piezas de la caja de material aislante o conductor eléctrico.

En general, la arandela de resorte elástico es de acero para muelles. Con un controlador de temperatura configurado como contacto de apertura esta arandela de resorte elástico, por debajo de la temperatura de reacción presiona al contacto móvil contra el contacto fijo, conduciéndose la corriente que fluye a través del interruptor a través de la arandela elástica. Por encima del contacto está cubierta una arandela de resorte bimetálico, que por encima de la temperatura de reacción aparta el contacto móvil desde el contacto fijo, contra la fuerza de la arandela de resortes elástico con lo cual éste se apoya periféricamente en una parte de la caja.

Se entiende que las características anteriormente citadas y todavía a explicar, no sólo se pueden emplear en cada una de las combinaciones indicada, sino también en otras combinaciones o por sí solas, sin abandonar el marco de la presente invención.

La presente invención se representa en el dibujo y se explicará con mayor detalle en la siguiente descripción, en la que muestran:

La figura 1, un primer ejemplo de realización del interruptor, que no es objeto de la invención, encontrándose el mecanismo de conmutación por debajo de la temperatura de reacción;

La figura 2, el interruptor de la figura 1, en el que el mecanismo de conmutación ha alcanzado una temperatura por encima de la temperatura de reacción;

La figura 3, un interruptor como el de las figuras 1 y 2, en el que el mecanismo de conmutación ahora ha alcanzado una temperatura por encima de la temperatura de transformación; y

La figura 4, un ejemplo de realización del nuevo interruptor, presentando el mecanismo de conmutación una temperatura por debajo de la temperatura de reacción.

En la figura 1 se designa en general con 10 un interruptor, que allí está representado esquemáticamente en sección longitudinal. El interruptor 10 comprende una caja 11 de material aislante, en la que se ha dispuesto un mecanismo de conmutación 12 en función de la temperatura.

El interruptor 10 presenta dos conexiones exteriores 14, 15 mediante las cuales está conectado en serie con un consumidor eléctrico a proteger, así como con la tensión de suministro. En el interior del interruptor 10 se han dispuesto dos láminas de contacto 17, 18, que están unidas eléctricamente con las conexiones exteriores 15 y 14 respectivamente.

El mecanismo de conmutación 12 comprende un contacto móvil 21, que está dispuesto en un extremo libre 22 de un elemento elástico 24, fijado por su otro extremo 23 en las láminas de contacto 17. En el ejemplo de realización mostrado, el elemento elástico 24 es una lámina bimetálica 25, que en la posición mostrada en la figura 1 presiona al contacto móvil 21 contra un contacto fijo 26, que está fijado en la lámina de contacto superior 18.

En la posición mostrada en la figura 1, el interruptor 10 está cerrado, y entre las dos conexiones exteriores 14 y 15 existe una unión eléctrica conductora de baja resistencia óhmica a través de la lámina de contacto 18, el contacto fijo 26, el contacto móvil 21, el elemento elástico 24 y la lámina de contacto 17.

Si ahora la temperatura del elemento elástico 24 se incrementa por encima de la temperatura de reacción, entonces el elemento elástico 24, como consecuencia de la deformación del material bimetálico aparta el contacto móvil 21 del contacto fijo 26, de tal manera que el interruptor, toma la posición esbozada en la figura 2, en la que ya no existe ninguna unión eléctrica conductora entre las conexiones exteriores 14 y 15 a través del interruptor 10. Si se reduce nuevamente la temperatura del elemento elástico 24 por debajo de la temperatura de reacción, entonces cierra nuevamente el interruptor 10.

El interruptor 10 comprende, además, un elemento de seguridad 24, en forma de un muelle de compresión 28, hecho de una aleación con memoria de forma. El muelle de compresión 28 está fijado a través de una pieza aislante 29 en la lámina de contacto superior 18.

En las zonas de temperatura que corresponden a las posiciones del interruptor 10 de las figuras 1 y 2, el muelle de compresión 28 mantiene la forma helicoidal allí mostrada. Si se incrementa la temperatura del muelle de compresión a una temperatura de conversión, que se encuentra por encima de la temperatura de reacción, entonces se transforma su forma a la forma de temperatura elevada 31 mostrada en la figura 3, en la que éste presiona el elemento elástico 24 a la posición de seguridad indicada con 32.

El muelle de compresión 28 está fabricado de una aleación de memoria de forma, con efecto en un solo sentido, lo que significa que el muelle de compresión 28 mantiene la forma de temperatura elevada 31 incluso si la temperatura vuelve a bajar significativamente por debajo de la temperatura de transformación. Esto significa que el muelle de compresión 28 mantiene abierto permanentemente el interruptor 10 (incluso si la temperatura vuelve a bajar). Para ello es naturalmente necesario que la fuerza que ejerce el muelle de compresión 28, en su forma de temperatura elevada 31, sobre el elemento elástico 24 sea mayor que la fuerza de cierre con la que el elemento elástico 24 presiona al contacto móvil 21 sobre el contacto fijo 26.

El ajuste necesario para ello de las constantes del muelle del elemento elástico 24, así como el muelle de presión 28 se pueden ajustar por la elección de las aleaciones, así como de la deformación usual.

En la figura 4 se muestra un segundo ejemplo de realización de un interruptor 40, que comprende una parte inferior de la caja 41 así como una pieza de cubierta 42 que cierra a ésta. En la parte inferior de la caja 41 se ha dispuesto un mecanismo de conmutación, en función de la temperatura, indicado con 43.

El dispositivo de conmutación 43 comprende una arandela de resorte elástico 45, colocada libremente en la parte inferior a la caja 41, que lleva aproximadamente centrado un contacto móvil 46, contra un contacto fijo 51 previsto en el interior de la pieza de cubierta 42. El contacto fijo 51 se extiende también como un remache 52 a través de la pieza de cubierta 42 y pasa exteriormente a su primer contacto exterior 43. Con el interruptor 40 de la figura 1 forma la pieza inferior de la caja 41 una segunda conexión exterior 54, que está fabricado de un material eléctrico conductor, mientras que la pieza de cubierta 42 es de material eléctrico aislante.

El dispositivo de conmutación 43 presenta, además, un elemento de seguridad 55, en forma de una arandela 56 de una aleación con memoria de forma. La arandela 56 está colocada encima del contacto móvil 46 con su orificio central 57 y se apoya con su borde 58 sobre un reborde 59 de la pieza inferior de la caja 41. Sobre el borde 58 se apoya la pieza de cubierta 42 con un saliente anular circular 61. La pieza de cubierta 42 se sujeta de forma imperdible con la caja mediante un contorno rebordeado 62 de la parte inferior de la caja 41. Para que el borde 58 de la arandela 56 mantenga todavía una cierta movilidad con relación al reborde 59, se ha previsto en el saliente anular 61 un cuello periférico 63, que se apoya directamente sobre el reborde 59. El juego entre el saliente anular 61 y el borde 58 de la arandela 56 no se ve por razones de claridad en la figura 4.

La posición del interruptor 40 en la figura 4 corresponde a la posición del interruptor 10 en la figura 1, la arandela de resortes metálico 57 se encuentra por debajo de su temperatura de reacción. Si se aumenta la temperatura de la arandela de resorte metálico 47 por encima de la temperatura de reacción, entonces ésta empuja con su borde 64 desde abajo contra la arandela 56 y aparta el contacto móvil 46 del contacto fijo 51 contra la fuerza de la arandela de resortes elástico de muelle 45. La posición que, entonces toma el interruptor 40 corresponde al interruptor 10 mostrado en la figura 2.

Si la temperatura de la arandela de resorte metálico 47 baja nuevamente, vuelve el interruptor 40 nuevamente a la posición mostrada en la figura 4.

Debido al procesos de envejecimiento, puede ocurrir ahora que la temperatura de reacción de la arandela de resorte bimetálico 47 aumente hasta 30ºC, de tal manera que ésta se encuentre por encima de una temperatura de reacción de la arandela 56. Si ahora alcanza la temperatura de la arandela de resorte bimetálico 47 así como de la arandela 56 la temperatura de transformación, entonces todavía no reacciona la arandela de resorte bimetálico 47, pero la arandela 56, sin embargo, pasa a la forma de temperatura elevada, en la que presenta una forma cóncava y empuja el contacto móvil 46 contra la fuerza de la arandela de resortes elástico 45, así como la arandela de resortes bimetálico 47 del contacto fijo 51. Esta forma de temperatura elevada de la arandela 56 es irreversible, y permanece incluso si la temperatura vuelve a bajar claramente, de tal manera que el interruptor 40 permanece abierto de forma duradera, si éste se ha calentado una vez a una temperatura por encima de la temperatura de transformación de la arandela 56.

Claims (5)

1. Interruptor provisto de un mecanismo de conmutación (43) que conmuta a una temperatura de reacción para abrir y cerrar un circuito a conectar en una conexión exterior (53, 54) del interruptor (40), con una arandela elástica de resorte (45), que aproximadamente en el centro lleva un contacto móvil (46), que se apoya en el lado periférico de una parte de la caja (41), a través del cual éste está unido eléctricamente con una conexión exterior (54), estando el contacto móvil en función de la temperatura de una pieza bimetálica (47) en contacto eléctrico con un contacto fijo (51) con una conexión exterior (53), y con un elemento de seguridad (55), que modifica su forma en una forma de temperatura elevada, sin que su temperatura alcance una temperatura de transformación que se encuentra por encima de la temperatura de reacción, caracterizado porque el elemento de seguridad (55) actúa sobre la arandela de resorte elástica (45), con lo cual el contacto móvil (46) se apoya en el contacto fijo (51) en función de la temperatura del elemento de seguridad, y porque el elemento de seguridad (55) está fabricado de una aleación de memoria de forma, de tal manera que en su forma de temperatura elevada mantiene el contacto móvil (46) en una posición de seguridad, incluso si la temperatura del elemento de seguridad (55) baja por debajo de la temperatura de transformación.

2. Interruptor según la reivindicación 1, caracterizado porque la arandela de resorte elástico (45) corresponde a una arandela de resortes bimetálico (47), que está acoplado con el contacto móvil (46) y que se apoya en el lado periférico en una parte de la caja (41), por encima de la temperatura de reacción.

3. Interruptor según la reivindicación 2, caracterizado porque el elemento de seguridad (55) es una arandela (56), que se encuentra por encima del contacto móvil (46) y que se apoya por lo menos en una parte de la caja (61) en su forma de temperatura elevada.

4. Interruptor según la reivindicación 3, caracterizado porque la arandela (56) está fijada en el lado periférico en una pieza de la caja (61, 59)

5. Interruptor según la reivindicación 4, caracterizado porque la arandela (56) se sujeta en el lado periférico sobre un reborde (59) entre una parte inferior de la caja (41) y una parte de la tapa (42).