PL214813B1 - Wyłącznik termiczny - Google Patents

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Te niedomagania zostały usunięte w wyłączniku będącym przedmiotem wynalazku.

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.

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 ilości

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.

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.

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.

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”.

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'.

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”.

Pomiędzy sprężynką 5 a płytką stykową 2 znajduje się czujnik bimetalowy 8, ustalony centralnie na styku 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.

Opisany proces jest procesem odwracalnym, tzn. dostateczne ochłodzenie wyłącznika wywołuje wsteczne migowe przejście czujnika bimetalowego do jego stanu początkowego i zamknięcie styków.

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.

Płytka stykowa i płytka podstawy posiadają specjalnie ukształtowane końcówki, służące do przymocowania przewodów przyłączeniowych.

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.

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.

Claims (4)

1. Wyłącznik termiczny zawiera korpus izolacyjny (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), czujnika bimetalowego (8) umieszczonego pomiędzy stykami sprężynki (5) i płytki stykowej (2), ze sprężynką (5) połączoną poprzez zgrzewanie oporowe do płytki podstawy (4) w jednym punkcie (4“), znamienny tym, że punkt zgrzewania oporowego jest położony na linii prostopadłej do krawędzi nacięcia (5'), formującej zwoje sprężynki (5).

2. Wyłącznik termiczny według zastrz. 1, znamienny tym, że płytka podstawy (4) posiada ukształtowane żebra wzmacniające (4').

3. Wyłącznik termiczny według zastrz. 1, znamienny tym, że korpus (1) posiada dwa występy (9), tworzące wraz z krawędziami płytki podstawy (4) sprężyste połączenie zatrzaskowe.

4. Wyłącznik termiczny według zastrz. 1, znamienny tym, że przewody przyłączeniowe (10) są wyprowadzone naprzeciw siebie umożliwiając taśmowanie wyłączników.