CN1132206C - 关于热应答致动器的改进 - Google Patents
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Abstract
自动锅炉用的蒸汽传感器开关采用一个按压作用的双金属致动器通过一个推杆来操作一个偏心构造，该偏心构造具有一个C形弹簧和一个操作杆设置在两个间隔开的支座之间。在这种型式的现有构造中，操作杆被安排与悬臂弹簧触点元件配合，后者在开关操作中依靠的是弹性变形。而在本发明的蒸汽传感器中，弹簧触点元件与C形弹簧被制成一个整体，因此当偏心构造在其两个稳定位置之间切换时，偏心构造的构件只是环绕各自的枢轴旋轴旋转，并无机械变形。这种构造比传统的悬臂构造，能在小尺寸的开关内使触点作较大的分离，从而可提高用电的安全性。
Description
发明领域
本发明涉及与热应答致动器，但并不专门，与那些含有双金属元件的致动器和那些例如包括在其内的控制装置、电开关有关的改进。虽然本发明在下面是结合采用热应答致动器的电开关来具体说明的，该电开关被这样设计，使其当水在设备内沸腾时能应答蒸汽的产生来关停锅炉和其他烧水设备，但本发明并不仅限于这样的用途。
本发明的背景
例如自动电锅炉这样一个设备在采用电控制时，由于电控制须在潮湿的环境下操作，一个基本问题是，赖以操作控制装置的蒸汽的凝结水能在电绝缘材料的表面上形成，并造成漏电路径和控制装置的灾难性失效。另外，自动锅炉的控制装置受到的尺寸限制使它难以获得大的爬电距离和间隙，而为了得到可接受的大的触点分离，弹簧需作较大的偏移，因此通常需要采用长悬臂的触点弹簧来保证弹簧在作大偏移时不致超过其材料的机械性能。如果目标触点分离，例如为3mm，那么所需悬臂弹簧的长度将太大，这样就不好配装在一个尺寸合理的控制器件内。
上述采用悬臂弹簧触点构造的蒸汽控制装置的范例曾在GB-A-2213646和GB-A-2221795中说明。另一范例为J型蒸汽控制装置，该装置由本申请人制造并在GB-A-2212664中结合图9A、9B和10予以说明。在所有这些控制装置中采取的措施都是将开关触点设置在一个隔间内，设法与暴露在蒸汽下的其他控制零件隔离，但尽管采用这些措施，开关隔间仍可能沾有潮气，需要有较大的开关间隙。
从例如US-A-2883488中可知具有偏心构造的触点弹簧的电开关，其中触点弹簧以按压动作在两个交替的稳定位置之间移动，而这两个稳定位置位于一个中间不稳定位置的相对两侧。
本发明的目的和概述
因此本发明的主要目的是要克服或至少显著减少上述问题。
按照本发明，提供了一个具有偏心构造的触点弹簧的电开关，其中该触点弹簧适于在两个交替的稳定位置之间以按压动作移动，而这两个稳定位置位于一个中间不稳定位置的相对两侧，其中，所述触点弹簧包括从一个横联件伸出的三个元件，所述三个元件分别在一端与所述横联件连接，而在其另一端是自由的，所述三个元件中的外部两个元件大体沿相同方向延伸，而这三个元件中的中间元件大体沿相同方向延伸或者沿相反方向延伸，所述三个元件中的中间元件构成所述偏心构造的弹簧件并且在两个相对的支点之间弹性运动，其中一个支点位于相应中间元件的自由端上，而另一个支点位于所述横联件的相对侧，所述三个元件中的外面两个元件在其自由端具有触点，并且当所述偏心构造在其两个稳定位置之间移动时，通过绕位于横联件相对侧的支点旋转来进行移动。
正如下文将要描述的，在本发明中，通过使用环绕一个支点旋转来进行移动的触点弹簧，而不是象现有技术中的悬臂弹簧那样通过弹性变形来移动，可以实现所要求的增大的触点分离。由于触点弹簧依靠的是旋转而不是现有技术配置中的弯曲，因此弹簧可基本上没有应力，增大的触点分离能立即做到，且不会损害弹簧材料的机械性能。
在按照本发明的、将在后面详细说明的蒸汽传感器的一个实施例中，采用一个一般为E形的弹簧，其中E的中央元件被制成一个C形的弹簧。弹簧的C形弹簧元件连同一个可绕枢旋转地安装在两个间隔开的支座之间的杠杆的自由端装在一起，成为一个偏心构造，这种构造本身已在上述J型蒸汽控制装置中见到过，而E形的两个外部(顶部和底部)元件分别在这个偏心构造的两个相对侧上延伸。在操作这个实施例时，当这个偏心构造由于在其两个相对的中央稳定位置之间的按压作用而移动时，由于整个E形弹簧都枢支在其立柱上(E形弹簧具有一个立柱，从该立柱上伸出三个水平元件)因此E形的两个外臂以绕枢旋转的方式移动，这样E形的顶部和底部元件就作出相当大的位移。将电触点设置在E形弹簧的顶部和底部元件的自由端上，并采用这些触点作为一个开关配置的移动触点，便可容易地得到相当大的触点分离。
上述偏心构造能容易地与一热应答致动器如双金属器件或形状记忆效应(SME)器件结合起来构成一个热应答开关。另外，E形弹簧本身可由双金属材料制成及/或可以设置一个第二热应答开关，目的是为了在万一发生事故、不能操作第一热应答致动器时确保器件的可操作性，这个第二次操作可安排得只有在经过一段延迟时间后才能操作，这样在正常操作时，二次保护就不会操作。
本发明的上述这些和其他一些特征已在所附的权利要求中列出，连同其优点，在阅读下面结合附图所作的详细说明后当可有清楚的了解。
附图说明
图1为按照本发明一个方案的示范的E形弹簧的透视图；
图2A和2B分别为图1中弹簧的放大的部分透视图和侧视图，用来说明其操作；
图3为一透视图，示出图1中的E形弹簧如何可在开关上使用；
图4为一装有图1所示E形弹簧的、示范的蒸汽传感器的部分剖开的侧视图；
图5A、5B和5C为图4中的蒸汽传感器的分解透视图，图5A以分解的视图示出传感器的内部构件，图5B示出图5A中的内部构件在组装后准备装入到外盖内的情况，图5C为一与图5B相似的分解视图，只是所示为其相对的一侧。
图6A、6B、6C和6D分别为图5A、5B和5C中的传感器的顶视图、侧视图、仰视图和端立视图。图6E和6F为从两个相对侧观看的透视图，而图6G和6H均为部分剖视图示出传感器的不同状态；
图7A和7B为与图6G和6H相似的放大视图。
实施例详述
参阅图1，其中示出一个大致为E形的例如由铍膏铜制成的弹簧1，它具有一个立柱或后横联件2，从该立柱伸出上、下元件3和4，及形成一个C形弹簧的中央元件5。弹簧元件3和4的自由(前)端被放大如图所示，例如由银或银合金制成的电触点6和7被用焊接或其他方法固定在其上。
图4示出一个示范的蒸汽传感器装置，其中E形弹簧1连同一个可绕枢旋转安装着的操作杆8被装在两个间隔开的支座9和10之间形成一个偏心构造，该构造可在不稳定的中央位置的两个相对侧上的稳定位置之间的按压作用下移动。支座9和10是在装置的体部11内制出的，为了使偏心构造能应答温度而起作用，在体部11上装有双金属12并设有推杆13以资将双金属的运动连结到偏心构造上。图4中的蒸汽传感器将在下面更详细地说明。
如图2A和2B所示，E形弹簧1有一个区域14，当操作杆8在其两个稳定位置之间移动时，所说区域14能在支座9内所形成的支点上旋转，这个区域14的运动跟随着E形弹簧1的中央C形弹簧元件5的运动。因此E形弹簧1的两个外部(上、下)元件3和4也随着旋转，它们两个自由端的运动只是与元件3和4的旋转角度和长度有关。对于如同图4所示的偏心构造立即可以达到的这样大小的旋转角度及能够宽裕地配装在小尺寸控制装置内的元件3和4的长度，要使E形弹簧元件3和4的自由端的活动相当大的超过3mm是一件最简单不过的事。值得注意的是，在E形弹簧1内的反时针向的旋转中，即相应于操作杆8环绕其支座10的顺时针向的旋转及图4中的蒸汽传感器内的开关从开动到关停状态的操作，E形弹簧1的元件3和4并没有任何变形(只要蒸汽传感器的布置能为这两个元件的运动提供足够的空隙即可)，因此不会受到任何应力。系统中唯一的应力发生在E形弹簧1的C形弹簧部分上，传统的弹簧设计实务可用来防止这个部分超应力。
图3示出一个示范的布置，其中设在E形弹簧1元件3和4自由端下侧上的触点6和7与设在图4中控制装置的供电终端17和18上的固定触点15和16配合。这两组触点的相互作用是有效的，因为固定触点15和16可限制E形弹簧外部元件3和4的端头的顺时针向运动，因此能产生一个接触力，可以保证良好的电流载运能力。而且当E形弹簧旋转时元件3和4的变形量要比它们的总运动量要小得多。由于外部元件3和4除了提供这个接触力外别无其他功能，它们可为这个任务进行优化设计。
从图3可以看到，E形弹簧1的作用如同设在供电终端17和18上的固定触点15和16之间的一座移动触点桥。在关停的状态下，E形弹簧1的外部元件3和4按反时针向绕枢旋转。在触点6和15之间及在触点7和16之间有一巨大的触点间隙。如果其中每一个间隙都是3mm或更多，那么结合起来就是6mm或更多，大大超过安全所需设计要求。
E形弹簧1加入到图4构造中的另一个效果为，当操作杆8从其稳定的开动状态移向偏心构造的不稳定的中央位置时，E形弹簧的C形弹簧中央元件5受到压缩端的载荷，如图2A和2B所示，其中箭头F代表压缩力，该力使部分1 4按顺时针向旋转，从而增加移动触点6和7及固定触点15和16之间的接触力，这样就可保持良好的接触力一直到操作杆8移动通过其不稳定位置，随后触点被迅速打开为止。为了获得这个效果，E形弹簧的C形弹簧元件5必须按图中所示方向成形，即其内凹部系朝向E形弹簧上设有触点6和7的一侧，而触点必须这样安排使它们保持闭合一直到操作杆8移动通过其中央不稳定位置为止。在图2A中，E形弹簧1的区域14被示出是在C形弹簧部5之前的一段短距离就从弹簧的后横联件2开始延伸的。当操作杆开始使触点打开时，就是这些在C形弹簧5内区域14上的力产生的转矩导致接触力增加的。
在移动触点6和7及固定触点15和16之间产生的接触力还有另一个效果，即它作用在一个方向可以帮助双金属12将操作杆8从其开动位置移动到关停位置。这样可减少对双金属致动器的要求，例如可用一较小及/或较廉的双金属设计。或者，可用一个较硬的弹簧来在关停时产生一个较大的力和较可靠的作用，从而可少受外部的影响如身体的冲击或重物的掉落在连结到操作杆8的摇臂机构上。
下面结合图5A、5B和5C进一步说明图4中的蒸汽传感器装置的细节。如图5A所示，E形弹簧1、操作杆8、及终端17和18适宜与模塑件11组装在一起构成一个内部模塑组装件19如图5B所示。模塑件11具有间隔开的两个支座9和10，前者用来接纳设在E形弹簧1后边内的长方形缺口，后者用来接纳设在操作杆8上的枢轴的V形轴承21。E形弹簧1的C形弹簧部5的前边22被接纳在操作杆8的前边内制出的V形缺口内。模塑件11的两个支座9和10间隔开的距离小于E形弹簧在松驰状态下其两边20和22之间的距离及操作杆在V形缺口23和V形轴承21之间的长度之和，使E形弹簧1和操作杆8的组合弹出到支座9和10之内，从而形成一个偏心结构如前所述。在模塑件11上设有接纳槽24用来接纳终端17和18。
图5B示出将图5A所示这些零件组装后的内部模塑组装件19，还示出一个外盖模塑件25，组装件19适宜配装到其内。图5C从相对侧示出组装件19和外盖模塑件25，可以看到外盖模塑件25上设有浅槽以便将双金属片26安装在其上，双金属片26适宜用推入配合装在外盖25背面上的接纳槽27内。所示双金属片为圆盘形，有一中心割出部28，形成一个舌条29。薄片26被制成浅凹状使在按压作用下容易在相反曲线外形之间移动，并且这样制出的割出部28和舌条29比在平圆盘上制出的能给舌条的自由端提供较大的运动，这是人们所熟知的。
有一推杆30移动通过外盖25上的孔眼31并通过模塑件11上的对准孔32。推杆30的一端位在双金属26舌条29自由端的下面，另一端位在操作杆8的下面。在双金属片26的周边上制有一个小缺口33，用来与外盖25上制出的斜楔形(在侧立视图上)突出部34对准以资正确地使双金属片定位。突出部34的斜楔形允许双金属片嵌入到其接纳槽内并阻止其旋转。斜楔形突出部可较好地在图7A和7B上看到。
图6A到6H为上述蒸汽传感器装置的各种立视图、透视图和剖视图，它们被包括在本文内只是为了完整的原故，但不再另外说明。图7A和7B为与图6G和6H相似的放大视图，这些放大视图清楚地示出装置的开动和关停状态，图7A示出装置的触点闭合的开动状态，而图7B示出装置的关停状态，其中触点之间离开较远。
采用E形弹簧的另一个优点是，开关的两极即两组触点6.15和7.16能较好地互相离开。这个离开在所述蒸汽传感器装置中还得到增强，这是因为在内部模塑件11上设有肋条以致在实际上已部分将E形弹簧1的上、下元件3和4分别隔开在各自的小室内，因此电爬行距离大为增加，而控制装置的用电安全被凝结水损害的可能性大为减少。
虽然E形弹簧的两臂3和4能提供大的触点间隔，但只需其中一臂便可使电流接通和断开。这样便可允许在另一臂上采用较小、较廉的触点(或只是镀银)来减少触点的费用。而用来接通和断开电流的那个臂可被安排成最后接通和最先断开，这只要调节固定触点的相对高度及/或调节弹簧的形状便可做到。
上述实施例的E形弹簧还有另外一个优点。由于应答蒸汽的发生而将电路断开是由两组开关即两个触点组6.15和7.16的打开来完成的，当其中一个触点组因为其触点焊接在一起而不能工作时，另一个触点组可以不受影响，照常工作，只要E形弹簧的弹簧材料的特性经过适当的选择即可。通常在选择两臂3和4的相对于C形弹簧部5的尺寸时，要确保两个臂3和4不要坚硬到足以阻止C形弹簧部5的旋转。这样，不管两个臂3和4中有一个臂的状态如何，当该装置工作时C形弹簧部5总是能旋转，两个臂中总有一个臂能随同旋转好像没有发生问题那样。
控制装置中设计用来限制凝结水影响的其他一些特征也在图中示出。在图1及图7A和7B的剖开的视图中(在其他任何一个图中没有这样示出)，示出的推杆30具有一个扩大的头部，在头部的下侧为圆锥形，它被接合在内部模塑件11的具有相似圆锥形表面的孔32内，当双金属片26处在其操作状态时也就是大多数蒸汽出现时就形成一个密封。孔内的狭窄间隙可保证在其他时间出现的只有较少的体积通过有限的进口进入到控制装置的内部。控制装置的内部肋条进一步阻挡蒸汽，鼓励它们通过操作杆8下面的间隙离开控制装置。当开关处在“开动”位置上时，操作杆的下侧包围着推杆孔32，这样当开关处在“关停”位置上时便可补充推杆的带锥度的头部在这时发挥的功能。控制装置的顶表面，也就是操作杆8的顶部突起的地方被这样安排须保证分流越过控制装置的水被安全地导离任何电路构件。
应该知道，我们所说明的实施例都只是示范性的，对于本行业的行家来说，完全可以作出各种修改和变化而不越出本发明的精神和范围。例如如果需要切换开关的某种外形，E形弹簧1的外部元件3和4能够延伸到模联件2的另外一侧，形成一个一般为H形的弹簧，C形弹簧5可以H形的横联件上伸出。另一种可能是，如果空间没有限制，C形弹簧5也可延伸到横联件2的另外一侧。
其他一些在后面说明的修改也可采用，为的是克服或至少显著减少蒸汽控制装置不能操作的可能性，例如配装装置的容器的盖是否没有关上，或者开关摇臂的转动是否受到阻碍。在这些情况下锅炉大约15分钟就会烧干，会产生过多的凝结水并能损坏设备。为了解决或减少这个问题，可有利地启动备用的保安设施，或是在操作杆和蒸汽应答致动器外独自将触点打或是使操作杆延迟一段时间后操作。下面将说明达到这个目的的两种手段。
一种可能的手段是用双金属材料制成E形弹簧1，并在靠近一个臂或两个臂3.4的地方设置一个支座，使弹簧臂随着其温度的升高而弯成与支座接触，这样E形弹簧就可越过中心移动。或者可以不设支座，只是使弹簧的两臂随着其温度的升高而弯曲，一直到两个触点组6.15和7.16被打开，从而断开电路，发生一些弧光。E形弹簧可以通过电流来加热及/或随着蒸汽传感器装置的整体被蒸汽加热而作一般的升温。最好这种用来打开开关触点的机构被安排为只是在延迟大约5分钟后操作，借以避免锅炉在正常操作前的噪人操作。E形弹簧的加热能被调节，要达到这一点，可从蒸汽传感器控制装置的热区特别是双金属片26引入合适的导热体(或绝缘体)。
一个比较少受欢迎的选择是提供一个分开的热致动器，如双金属或SME(形状记忆效应)致动器，并使这个致动器作用在操作杆上。当设备内的水沸腾时，由于可用适当的屏蔽使这个第二致动器与所产生蒸汽的热隔开，因而能做到延迟操作。还有可能用电来加热第二热致动器，但必需的电气连接又会增加费用。
本行业的行家当可知道，上述修改能给蒸汽控制装置提供第二保护，从而能提高用户的使用安全。
Claims (16)
1.一种电开关，包括一个偏心构造的触点弹簧(1)，其中该触点弹簧(1)适于在两个交替的稳定位置之间以按压动作移动，而这两个稳定位置位于一个中间不稳定位置的相对两侧，其特征在于，所述触点弹簧(1)包括从一个横联件(2)伸出的三个元件(3，4，5)，所述三个元件(3，4，5)分别在一端与所述横联件(2)连接，而在其另一端是自由的，所述三个元件(3，4，5)中的外部两个元件(3，4)大体沿相同方向延伸，而这三个元件中的中间元件(5)大体沿相同方向延伸或者沿相反方向延伸，所述三个元件(3，4，5)中的中间元件(5)构成所述偏心构造的弹簧件并且在两个相对的支点(9，23)之间弹性运动，其中一个支点(2 3)位于相应中间元件(5)的自由端上，而另一个支点(9)位于所述横联件(2)的相对侧，所述三个元件(3，4，5)中的外部两个元件(3，4)在其自由端具有触点(15，16)，并且当所述偏心构造在其两个稳定位置之间移动时，通过绕位于横联件(2)相对侧的支点(9)旋转来进行移动。
2.按照权利要求1所述的电开关，其特征在于，所述触点弹簧(1)大体为E形。
3.按照权利要求1或2所述的电开关，其特征在于，所述横联件(2)和所述三个元件(3，4，5)中的两个外部元件(3，4)为大体共面的。
4.按照权利要求1或2所述的电开关，其特征在于，所述三个元件(3，4，5)的中间元件(5)具有一个第一部分和一个第二部分，该第一部分从所述横联件(2)大体沿与所述两个外部元件(3，4)相同的方向伸出，该第二部分从所述第一部分伸出并且构成所述偏心构造的弹簧件(5)。
5.按照权利要求1或2所述的电开关，其特征在于，所述偏心构造的弹簧件(5)包括一个C形弹簧，该C形弹簧的内凹部位于触点弹簧(1)的与处在两个外部弹簧件自由端的触点(15，16)相同的一侧。
6.按照权利要求1或2所述的电开关，其特征在于，所述触点弹簧(1)由双金属材料构成。
7.按照权利要求1或2所述的电开关，其特征在于，所述中间弹簧件(5)以偏心构造设有所述开关的一个操作杆(8)。
8.按照权利要求7所述的电开关，其特征在于，包括一个主体部分(11)，该主体部分限定了间隔开的支座(9，10)，在该支座之间设置有所述中间弹簧件(5)和所述操作杆(8)，所述中间弹簧件(5)和所述操作杆(8)分别以其相应的第一端在一个相应的支座内枢轴转动，而以其相应的第二端彼此枢转连接。
9.按照权利要求7所述的电开关，其特征在于，包括一个连接于所述偏心构造的用于确定其状态的热应答致动器(12)。
10.按照权利要求9所述的电开关，其特征在于，所述热应答致动器(12)包括一个通过推杆(13)连接于所述偏心构造的双金属件。
11.按照权利要求9所述的电开关，其特征在于，通过将开关的电气构件(17，18)封装在一个开关壳体(25)内并且将所述热应答致动器(12)设置在该壳体的外部，使得所述热应答致动器(12)与该开关的电气构件(17，18)基本上隔离开。
12.按照权利要求9所述的电开关，其特征在于，还包括一个连接于所述偏心构造上独立于如上所述的第一热应答致动器用以确定其状态的第二热应答致动器。
13.按照权利要求12所述的电开关，其特征在于，所述第二热应答致动器被设置成在正常操作中只有在经过一段时间延迟后才操作，以便通过如上所述的第一热应答致动器进行开关操作。
14.按权利要求1或2所述的电开关，其特征在于，所述构造被设置成在所述触点弹簧(1)的开关操作中，所述两个外部元件(3，4)中的一个元件在另一个元件之前先断开接触并且在该另一个元件之后形成接触。
15.上述权利要求中任一项所述的电开关用作电加热煮水器的蒸汽传感器，当容器内的水沸腾时，所述蒸汽传感器适于对产生的蒸汽作出响应而切断煮水器加热元件的电源。
16.一种具有如权利要求15中所述的蒸汽传感器的电加热煮水器。
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