PL214813B1

PL214813B1 - Thermal switch

Info

Publication number: PL214813B1
Application number: PL393285A
Authority: PL
Inventors: Jan Blaszczak
Original assignee: Tomic Spolka Akcyjna
Priority date: 2010-12-15
Filing date: 2010-12-15
Publication date: 2013-09-30
Also published as: PL393285A1

Description

Przedmiotem wynalazku jest wyłącznik termiczny, będący czujnikowym regulatorem temperatury, który w warunkach nienormalnej pracy ogranicza temperaturę przyrządu lub jego części w wyniku samoczynnego otwarcia obwodu elektrycznego i jest tak skonstruowany, że użytkownik nie może zmienić jego nastawienia.The subject of the invention is a thermal switch, which is a sensor temperature controller which, in abnormal operating conditions, limits the temperature of the device or its part as a result of automatic opening of the electric circuit, and is constructed in such a way that the user cannot change its setting.

Wyłączniki termiczne stosowane są do ochrony termicznej przyrządów elektrycznych powszechnego użytku, takich jak: transformatory, silniki, prądnice, urządzenia grzewcze, urządzenia chłodnicze i klimatyzacyjne, układy elektroniczne dużej mocy itp., chroniąc je przed uszkodzeniem pod wpływem nadmiernej temperatury.Thermal switches are used for thermal protection of common electric devices, such as: transformers, motors, generators, heating devices, cooling and air-conditioning devices, high-power electronic systems, etc., protecting them against damage caused by excessive temperature.

Znane wyłączniki termiczne, np. z opisów patentowych PL 164739 i US 2005285711 A1, zasadniczo spełniają swoją podstawową funkcję, jaką jest ochrona urządzenia przed przegrzaniem, jednakże posiadają pewne ograniczenia jeśli chodzi o sposób ich produkcji i zastosowanie.Known thermal switches, e.g. from patents PL 164739 and US 2005285711 A1, basically fulfill their basic function, which is to protect the device against overheating, however, they have some limitations as regards their method of production and application.

Elementami wykonawczymi stosowanymi w wyłącznikach termicznych są czujniki bimetalowe o działaniu migowym, które odkształcają się w sposób nieciągły. Są one mechanicznie przetłoczone w kierunku przeciwnym do kierunku ich ugięcia. Podczas wstępnego ogrzewania występuje powolna zmiana krzywizny tzw. pełzanie i dopiero dalsze ogrzewanie wprowadza niestabilny stan naprężeń, który powoduje migowe przejście czujnika do stabilnego stanu mechanicznego poprzez zmianę kierunku krzywizny. Tylko pełne migowe odkształcenie czujnika, zachodzące w jak najkrótszym czasie, gwarantuje bezpieczne otwarcie styków elektrycznych w wyłączniku termicznym.The actuators used in thermal switches are bimetallic sensors with snap action, which deform in a discontinuous manner. They are mechanically pressed in the opposite direction to their deflection. During preheating, there is a slow change in curvature, the so-called creeping and only further heating introduces an unstable state of stress, which causes the sensor to rapidly transition to a stable mechanical state by changing the direction of curvature. Only the full snap deformation of the sensor, occurring in the shortest possible time, guarantees safe opening of the electrical contacts in the thermal switch.

Pełzanie, czyli powolne odkształcanie czujnika, jest bardzo niekorzystne ze względu na możliwość powolnego otwierania zestyków elektrycznych, co wiąże się z długotrwałym występowaniem szkodliwego łuku elektrycznego pomiędzy stykami.Creep, i.e. slow deformation of the sensor, is very disadvantageous due to the possibility of slow opening of electrical contacts, which is associated with the long-term occurrence of a harmful electric arc between the contacts.

W wyłączniku znanym z opisu patentowego PL 164739 czujnik bimetalowy działa na sprężynkę w punkcie znajdującym się pomiędzy punktem utwierdzenia jednego jej końca a stykiem elektrycznym zamocowanym na drugim końcu. Sprężynka jest więc w tym przypadku dźwignią jednostronną, w której niewielkie przemieszczenie części środkowej - równe wielkości odkształcenia czujnika bimetalowego - powoduje znacznie większe przemieszczenie styku elektrycznego, proporcjonalnie do przekładni dźwigni. W efekcie - w fazie pełzania czujnika - występuje powolne i niejednoznaczne otwieranie styków na niewielką odległość, objawiające się powstaniem szkodliwego niegasnącego łuku elektrycznego. Jedynym sposobem uniknięcia niekorzystnego wpływu pełzania jest w tym przypadku zastosowanie bardzo skomplikowanej i kosztownej kalibracji w procesie produkcji. Samo zapewnienie bardzo małych tolerancji wymiarowych poszczególnych elementów składowych jest niewystarczające, ze względu na różne wielkości drogi pełzania czujników bimetalowych wykonanych na różne temperatury działania.In the switch known from the patent description PL 164739, the bimetallic sensor acts on the spring at the point between the fixing point of its one end and the electrical contact fixed at the other end. The spring is therefore a one-sided lever in this case, in which a slight displacement of the central part - equal to the amount of deformation of the bimetallic sensor - causes a much greater displacement of the electrical contact, in proportion to the lever gear. As a result - in the sensor's drift phase - there is a slow and ambiguous opening of the contacts to a short distance, which is manifested by the formation of a harmful non-extinguishing electric arc. The only way to avoid the adverse effects of creep in this case is to use a very complicated and costly calibration in the production process. The mere provision of very small dimensional tolerances of the individual components is insufficient due to the different values of the creep path of bimetallic sensors made for different operating temperatures.

W wyłączniku termicznym znanym z opisu zgłoszenia patentowego US 2005285711 A1 poszczególne elementy wiodące prąd nie są w sposób trwały ze sobą powiązane, co skutkuje stosunk owo dużą rezystancją przejścia i w efekcie ogranicza stosowanie tego typu wyłączników tylko do obw odów elektrycznych niskoprądowych. Czynnikiem ograniczającym zakres zastosowania jest tu dodatkowe ciepło wydzielające się na elementach wiodących prąd, którego ilość - zgodnie z prawem Joule'a - jest wprost proporcjonalna do rezystancji przejścia i do kwadratu natężenia prądu. Ciepło to powoduje zakłócenia w reakcji czujnika, który powinien prawidłowo reagować na zmiany temperatury otoczenia.In the thermal switch known from the patent application US 2005285711 A1, the individual current-conducting elements are not permanently connected with each other, which results in a relatively high transition resistance and, consequently, limits the use of this type of switches only to low-current electric circuits. The factor limiting the scope of application here is the additional heat emitted on the leading elements of the current, the amount of which - according to Joule's law - is directly proportional to the transition resistance and the square of the current intensity. This heat interferes with the sensor's response, which should properly respond to changes in ambient temperature.

Te niedomagania zostały usunięte w wyłączniku będącym przedmiotem wynalazku.These shortcomings have been eliminated in the circuit breaker object of the invention.

Wyłącznik termiczny zawiera korpus izolacyjny z zaprasowaną w nim płytką stykową ze zgrzanym stykiem, na którego kołki nałożony jest zespół płytki podstawy składający się z połączonych ze sobą: płytki podstawy, sprężynki i styku specjalnego, czujnika bimetalowego umieszczonego pomiędzy stykami sprężynki i płytki stykowej charakteryzuje sie tym, że sprężynka zgrzana jest oporowo do płytki podstawy w jednym punkcie, który jest położony na linii prostopadłej do krawędzi nacięcia, formującej zwoje sprężynki, ponadto korzystnie płytka podstawy posiada specjalnie ukształtowane żebra wzmacniające gwarantujące wysoką odporność na naciski zewnętrzne. Korpus korzystnie posiada dwa występy tworzące wraz z krawędziami płytki podstawy sprężyste połączenia zatrzaskowe a przewody przyłączeniowe mogą być wyprowadzone naprzeciw siebie umożliwiając tamowanie wyłączników.The thermal switch contains an insulating body with a contact plate with a welded contact pressed into it, the pins of which are fitted with a base plate assembly consisting of interconnected: base plate, spring and special contact, a bimetallic sensor placed between the spring contacts and the contact plate, which is characterized by this that the spring is resistance-welded to the base plate at one point, which is located on a line perpendicular to the edge of the incision forming the coil of the spring, moreover, preferably the base plate has specially shaped reinforcing ribs guaranteeing high resistance to external pressures. The body preferably has two projections forming elastic snap-fit connections together with the edges of the base plate, and the connecting leads can be led out against each other, enabling the breakers to be blocked.

Istotą wynalazku jest to, że elementy wiodące prąd są w sposób trwały ze sobą powiązane, co gwarantuje małą rezystancję przejścia i skutecznie zmniejsza ilość niepożądanego ciepła wydzielan ego w wyłączniku na skutek przepływającego prądu, nawet o znacznej wartości. Ograniczenie ilościThe essence of the invention is that the current-conducting elements are permanently connected with each other, which guarantees a low transition resistance and effectively reduces the amount of undesirable heat generated in the circuit breaker due to the flowing current, even of a considerable value. Quantity limitation

PL 214 813 B1 tego ciepła powoduje zwiększenie powtarzalności temperatur działania wyłącznika, co jest bardzo istotne, ze względu na to, że wyłącznik termiczny spełnia funkcje bezpieczeństwa.This heat increases the repeatability of the operating temperatures of the switch, which is very important due to the fact that the thermal switch performs a safety function.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony na rysunkach, na których: fig. 1 przedstawia wyłącznik termiczny w widoku od strony płytki podstawy, fig. 2 - przekrój wzdłuż linii A-A, fig. 3 - wyłącznik wstępnie zmontowany w widoku od strony płytki podstawy, fig. 4 - przekrój wzdłuż linii B-B, fig. 5 - zespół płytki podstawy ze zgrzaną sprężynką, fig. 6 przedstawia wyłączniki połączone taśmą papierową.The subject of the invention is illustrated in the drawings, in which: Fig. 1 shows the thermal switch in the view from the base plate, Fig. 2 - section along the line AA, Fig. 3 - preassembled switch in the view from the base plate side, Fig. 4 - section along line BB, fig. 5 - base plate assembly with welded spring, fig. 6 shows switches connected by paper tape.

W wyłączniku termicznym według przedmiotu zgłoszenia sprężynka 5 osadzona jest w obudowie w sposób jednoznaczny (jest jednoznacznie zabazowana w korpusie), a jej zgrzanie do płytki podstawy 4 spełnia tylko funkcje elektryczne. Chodzi tu o zmniejszenie rezystancji, czyli o zwiększenie przewodności elektrycznej. Sprężynka 5 jest tak ukształtowana, że w stanie swobodnym (nie utwierdzonym) zawsze zapewnia powtarzalną siłę ugięcia i powtarzalną siłę docisku styków elektrycznych 3 i 6. Utwierdzenie takiej sprężynki poprzez zgrzewanie (dla celów elektrycznych) wprowadza zakłócenia w jej poprawnym działaniu. Dlatego też sposób jej zamocowania nie może być przypadkowy lecz korzystnie ściśle określony, tzn. sprężynka 5 jest połączona poprzez zgrzewanie oporowe do płytki podstawy 4 w jednym punkcie 4” korzystnie na średnicy 0 7,9 mm i punkt ten jest korzystnie położony na linii prostopadłej do krawędzi nacięcia 5', formującej zwoje sprężynki.In the thermal switch according to the subject of the application, the spring 5 is unequivocally embedded in the housing (it is clearly shown in the housing), and its welding to the base plate 4 performs only electrical functions. It is about reducing the resistance, that is, increasing the electrical conductivity. The spring 5 is shaped in such a way that in the free (unsettled) state it always provides a repeatable deflection force and a repeatable pressure force of the electric contacts 3 and 6. Fixing such a spring by welding (for electrical purposes) disturbs its correct operation. Therefore, the method of its attachment cannot be accidental but preferably strictly defined, i.e. the spring 5 is connected by resistance welding to the base plate 4 at one point 4 ", preferably at a diameter of 7.9 mm, and this point is preferably located on a line perpendicular to the base plate. the edge of the cut 5 'forming the spring coils.

Wyłącznik termiczny według wynalazku zbudowany jest z korpusu izolacyjnego 1 z zaprasowaną w nim płytką stykową 2 ze zgrzanym stykiem 3, na którego kołki 1' nałożony jest zespół płytki podstawy składający się z połączonych ze sobą: płytki podstawy 4, sprężynki 5 i styku specjalnego 6. Sprężynka 5 jest zgrzana oporowo do płytki podstawy 4 w jednym punkcie oznaczonym przetłoczeniem 4”.The thermal switch according to the invention consists of an insulating body 1 with a contact plate 2 pressed in it with a welded contact 3, on which pins 1 'are placed a base plate assembly consisting of interconnected base plate 4, spring 5 and special contact 6. The spring 5 is resistance-welded to the base plate 4 at one point marked with a crease 4 ".

W celu ułatwienia orientacji sprężynki i zapewnienia korzystnego położenia punktu zgrzewania 7 płytka podstawy posiada przetłoczenie 4”, a sprężynka - bazujące ścięcie krawędzi równoległe do krawędzi 5'.In order to facilitate the orientation of the spring and to ensure a favorable position of the welding point 7, the base plate has a recess 4 ", and the spring has a base edge chamfer parallel to the edge 5 '.

Zespół korpusu i zespół płytki stykowej są połączone w nierozłączną całość p oprzez roznitowanie kołków 1' w czterech otworach płytki podstawy 4. Kołki roznitowane są na gorąco lub za pomocą ultradźwięków, dzięki czemu praktycznie unika się w nich naprężeń własnych i uzyskuje się całkowite wypełnienie otworów płytki podstawy materiałem kołków, co sprawia, że połączenie jest bardzo odporne na podwyższone temperatury użytkowania. Oprócz tego dla zwiększenia wytrzymałości tego połączenia i zwiększenia szczelności wyłącznika - zewnętrzna krawędź korpusu jest na gorąco obciśnięta na płytce podstawy, tworząc krawędź 1”.The body assembly and the contact plate assembly are integrated into an inseparable whole by riveting the pins 1 'in the four holes in the base plate 4. The pins are hot-riveted or ultrasonic, which virtually avoids their own stresses and completely fills the plate holes. the base with the material of the pins, which makes the connection very resistant to elevated temperatures of use. In addition, to increase the strength of this connection and increase the tightness of the switch - the outer edge of the body is hot crimped on the base plate, creating a 1 ”edge.

Pomiędzy sprężynką 5 a płytką stykową 2 znajduje się czujnik bimetalowy 8, ustalony centralnie na styku 6.Between the spring 5 and the contact plate 2 there is a bimetallic sensor 8, located centrally on the contact 6.

Elementem wykonawczym wyłącznika jest czujnik bimetalowy 8. W temperaturze otoczenia niższej od temperatury działania wyłącznika czujnik bimetalowy nie pracuje, a sprężynka 5 wymusza stan zamknięcia styków 3 i 6, zapewniając ciągłość obwodu elektrycznego. Po podwyższeniu temperatury otoczenia do wartości równej lub wyższej od temperatury działania wyłącznika - następuje skokowa zmiana odkształcenia czujnika na przeciwny, który opierając się na specjalnie ukształtowanych występach korpusu 1''' powoduje otwarcie styków i przerwanie obwodu elektrycznego.The actuator of the switch is a bimetallic sensor 8. In the ambient temperature lower than the operating temperature of the switch, the bimetallic sensor does not work, and the spring 5 forces the contacts 3 and 6 to close, ensuring the continuity of the electric circuit. After increasing the ambient temperature to a value equal to or higher than the operating temperature of the switch, the sensor deformation changes abruptly to the opposite one, which, based on the specially shaped protrusions of the body 1 '', causes the contacts to open and the electric circuit to be broken.

Opisany proces jest procesem odwracalnym, tzn. dostateczne ochłodzenie wyłącznika wywołuje wsteczne migowe przejście czujnika bimetalowego do jego stanu początkowego i zamknięcie styków.The described process is a reversible process, i.e. a sufficient cooling of the switch causes the bimetallic flashing switch to reverse into its initial state and the contacts to close.

W płytce stykowej wykonano przetłoczenia walcowe. Elementy te służą znacznemu zwiększeniu wytrzymałości mechanicznej wymienionych części, a tym samym umożliwią zwiększenie dopuszczalnych nacisków powierzchniowych, jakimi wyłącznik może być obciążony, np. w procesie wysokociśnieniowej hermetyzacji uzwojeń z wyłącznikiem termicznym metodą obtrysku tworzywem sztucznym.The contact plate has cylindrical embossing. These elements are used to significantly increase the mechanical strength of the above-mentioned parts, and thus make it possible to increase the permissible surface pressures with which the switch may be loaded, e.g. in the process of high-pressure hermetization of windings with a thermal switch by plastic overmoulding.

Płytka stykowa i płytka podstawy posiadają specjalnie ukształtowane końcówki, służące do przymocowania przewodów przyłączeniowych.The contact plate and the base plate have specially shaped terminals for attaching the connection cables.

Konstrukcja wyłącznika umożliwia - poprzez prostą wymianę wstawek w formie wtryskowej - korzystne wyprowadzenie przewodów przyłączeniowych z dwóch stron wyłącznika naprzeciw siebie lub równolegle z jednej strony wyłącznika.The design of the switch allows - by simple replacement of the inserts in the injection mold - the favorable lead out of the connection cables from two sides of the switch opposite each other or parallel on one side of the switch.

Przedstawiony wyłącznik może być produkowany bez izolacji zewnętrznej (tak jak przedstawi ono na fig. 1 i fig. 2) lub z zewnętrzną izolacją w postaci powłoki z żywicy epoksydowej, koszulki izolacyjnej lub też może być wsunięty do kapsułki wykonanej z tworzywa sztucznego i zabezpieczony uszczelniającą zalewą epoksydową.The switch shown can be manufactured without external insulation (as shown in Fig. 1 and Fig. 2) or with external insulation in the form of an epoxy resin coating, an insulating jacket, or it can be inserted into a plastic capsule and secured with a sealing compound. epoxy.

Claims

1. The thermal switch includes an insulating body (1) with a contact plate (2) pressed in it with a welded contact (3), on which pins (1 ') are placed a base plate assembly consisting of interconnected: base plates (4) , spring (5) and special contact (6), bimetallic sensor (8) located between the contacts of the spring (5) and the contact plate (2), with the spring (5) connected by resistance welding to the base plate (4) at one point ( 4 "), characterized in that the resistance welding point is located on a line perpendicular to the edge of the cut (5 ') forming the coil of the spring (5).

2. Thermal switch according to claim A device as claimed in claim 1, characterized in that the base plate (4) has shaped reinforcement ribs (4 ').

3. Thermal switch according to claim A device according to claim 1, characterized in that the body (1) has two protrusions (9) which together with the edges of the base plate (4) form an elastic snap-fit connection.

4. Thermal switch according to claim The device as claimed in claim 1, characterized in that the connection conductors (10) are led facing each other, enabling the strapping of the switches.