IT202100018770A1 - Dispositivo limitatore di temperatura - Google Patents

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Nicola Rodeghiero
Antonio Rodeghiero
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Miotti S R L
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Description

Descrizione
DISPOSITIVO LIMITATORE DI TEMPERATURA
Campo tecnico
La presente invenzione ha per oggetto un dispositivo limitatore di temperatura per la protezione di apparecchiature elettriche e simili, nonch? un metodo per la realizzazione di tale dispositivo.
Arte nota
? noto attualmente, nel settore tecnico concernente la produzione di limitatori di temperatura atti a garantire la protezione termica di dispositivi elettrici o componenti di apparecchiature quali motori elettrici e simili, l?impiego di limitatori di temperatura anti-surriscaldamento basati sull?impiego di un disco bimetallico atto a commutare la configurazione di un disco con scatto a molla che corrispondentemente chiude o apre un circuito elettrico del dispositivo da proteggere. Tali dispositivi limitatori di temperatura, nel settore specificato, sono denominati anche interruttori termici bimetallici.
In particolare, il disco bimetallico ? in grado di passare da una posizione a bassa temperatura a una posizione ad alta temperatura in cui agisce sul disco con scatto a molla per aprire il circuito elettrico e interrompere in tal modo il riscaldamento. Un dispositivo limitatore di temperatura di questo tipo ? illustrato ad esempio nel brevetto europeo EP 0678 891.
Tale limitatore di temperatura comprende un contenitore esterno definente un alloggiamento conformato a tazza, chiuso da un coperchio, all?interno del quale sono disposti in pila un disco bimetallico e un disco con scatto a molla. Il coperchio porta il contatto fisso del commutatore, mentre il disco con scatto a molla porta il contatto mobile. Nella normale condizione di funzionamento, cio? a bassa temperatura, il contatto mobile ? premuto dal disco con scatto a molla contro il contatto fisso e chiude in tal modo il circuito elettrico, consentendo il passaggio della corrente. Quando invece la temperatura supera un prefissato valore di soglia, il disco bimetallico inverte la propria posizione spostando conseguentemente il disco con scatto a molla. In tal modo il contatto mobile si distacca dal contatto fisso e si apre il circuito elettrico, interrompendo il passaggio di corrente e il riscaldamento.
Nell?uso, l?interruttore termico bimetallico viene usualmente inserito all?interno dell?avvolgimento di statore del motore elettrico, durante la fase di produzione del motore, in modo che l?interruttore termico sia in diretto accoppiamento termico con l?avvolgimento.
? tuttavia da osservare che la necessit? di garantire solidit? meccanica e fissaggio all?avvolgimento comporta sovente la necessit? di eseguire un?impregnazione dello statore del motore mediante prodotti chimici, ad esempio vernici a solvente, vernici all?acqua, resine e simili. Durante questa fase di produzione, si riscontra pertanto un elevato rischio di penetrazione all?interno dell?interruttore termico bimetallico dei prodotti chimici utilizzati per l?impregnazione dello statore, con conseguente malfunzionamento dell?interruttore stesso. Per prevenire questo rischio, gli interruttori termici bimetallici vengono usualmente protetti mediante una copertura di resina. Tale copertura di resina, una volta solidificata, riveste le parti dell?interruttore potenzialmente a rischio di infiltrazione e ne garantisce un sicuro utilizzo, anche nel caso di impregnazione con i citati prodotti chimici.
A tale scopo, attualmente per la finitura degli interruttori termici bimetallici si utilizzano resine che polimerizzano per effetto della temperatura, ad esempio resine epossidiche mono o bi-componenti, resine siliconiche e simili. Tali resine presentano tuttavia evidenti limitazioni sia sotto il profilo del processo produttivo, sia della qualit? del risultato finale.
Per quanto riguarda il processo produttivo, le resine utilizzate richiedono l?impiego di un forno per completare la polimerizzazione, oppure di lunghi tempi di maturazione a temperatura ambiente. Ci? comporta una pausa nel flusso produttivo, necessaria per il completamento del trattamento termico, sia esso a temperatura ambiente o ad alta temperatura. Il processo produttivo risente di questa pausa, in quanto non si raggiunge un flusso continuo di produzione.
Inoltre resine di questo tipo sono spesso molto suscettibili alla temperatura ambiente, con variazioni di viscosit? elevate, dovute al variare della temperatura stessa. Questa peculiarit? comporta la necessit? di regolare la temperatura delle zone di lavoro, onde evitare che la stessa resina sia quasi liquida nei periodi caldi dell?anno e molto viscosa nei periodi freddi, con evidenti complicazioni in fase di dosatura e di processo.
Un altro problema lamentato nel settore specificato, in rapporto al tipo di prodotto e di processo realizzativo impiegato nell?arte nota, ? costituito dal fenomeno cosiddetto di ?capillarit??. Si ? infatti verificato che, una volta applicata al disopra dell?interruttore termico bimetallico, la resina liquida si infiltra tra le fessure presenti tra un componente e l?altro, in particolare tra il coperchio e il contenitore esterno, nella sua porzione ribattuta, oppure tra il coperchio e il rivetto che funge da contatto elettrico.
Questo fenomeno risulta tanto pi? marcato, quanto pi? liquida ? la resina e lungo il tempo di prima polimerizzazione, cosiddetto ?gel-time?. Se la resina penetra all?interno dell?interruttore termico bimetallico, ne pu? impedire il corretto funzionamento, con gravi conseguenze per la sicurezza delle apparecchiature in cui ? installato.
Presentazione dell?invenzione
Il compito della presente invenzione ? quello di risolvere i problemi citati, escogitando un dispositivo limitatore di temperatura che disponga di un rivestimento del contenitore esterno che realizzi una ottimale protezione dagli agenti esterni.
Nell?ambito di tale compito, ? ulteriore scopo dell?invenzione quello di fornire un dispositivo limitatore di temperatura dotato di un rivestimento che impedisca l?ingresso di prodotti chimici e altre sostanze liquide all?interno dell?alloggiamento contenente i componenti operativi dello stesso dispositivo.
Un ulteriore scopo dell?invenzione ? quello di fornire un dispositivo limitatore di temperatura di semplice concezione costruttiva e funzionale, dotato di funzionamento sicuramente affidabile, di impiego versatile, nonch? di costo relativamente economico.
Gli scopi citati vengono raggiunti, secondo la presente invenzione, dal dispositivo limitatore di temperatura secondo la rivendicazione 1.
Il dispositivo limitatore di temperatura comprende un contenitore esterno definente un alloggiamento conformato a tazza, chiuso da un coperchio, all?interno del quale sono disposti in pila un disco con scatto a molla e un disco bimetallico.
Preferibilmente detto contenitore esterno ? realizzato di materiale conduttivo. Preferibilmente detto coperchio ? realizzato di materiale isolante.
Alternativamente detto coperchio ? realizzato mediante una combinazione di materiali tale da risultare isolato rispetto al detto contenitore esterno.
Il disco bimetallico ? associato assialmente a detto disco con scatto a molla. Il dispositivo limitatore di temperatura comprende almeno un contatto fisso solidale al detto coperchio del contenitore esterno e sporgente per una sua porzione al di sopra dello stesso coperchio e almeno un contatto mobile solidale al detto disco con scatto a molla.
Secondo la presente invenzione, il dispositivo limitatore di temperatura comprende una copertura di protezione di materiale isolante che si estende a coprire detto coperchio, detta porzione del contatto fisso sporgente al di sopra dello stesso coperchio e un bordo ripiegato del detto contenitore esterno ed ? realizzata di resina atta a polimerizzare tramite l?esposizione a una fonte di raggi UV.
Vantaggiosamente detti raggi UV hanno una lunghezza d?onda compresa nel range 320-450 nm.
Preferibilmente detta fonte di raggi UV ? costituita da lampade UV con una intensit? compresa nel range 50-200 mW/cm2.
L?utilizzo di una resina che polimerizza tramite l?esposizione a una fonte di raggi UV permette di ridurre i tempi del processo produttivo in maniera considerevole, permettendo un?applicazione in linea con flusso continuo e senza pause dovute a lunghi cicli termici.
Preferibilmente detta copertura di protezione ? realizzata mediante una resina a base epossidica o epossi-poliestere con meccanismo di scatto e indurimento tramite detti raggi UV.
Preferibilmente detta copertura di protezione ha forma di cupola e ingloba almeno parzialmente i cavi di connessione del dispositivo limitatore di temperatura.
Preferibilmente detto bordo ripiegato ? rivolto verso l?interno del detto contenitore esterno in modo da trattenere detto coperchio.
Secondo una forma di realizzazione dell?invenzione, detto contatto mobile comprende un ponte mobile solidale, mediante mezzi di fissaggio assiali, al detto disco con scatto a molla e al detto disco bimetallico, serrati a pacco.
Preferibilmente detto ponte mobile ha forma circolare ed ? atto a essere portato a riscontro di una coppia di contatti fissi.
Preferibilmente detto disco bimetallico ? costituito da una lamina realizzata per accoppiamento di ferro e rame.
Preferibilmente detto disco bimetallico ha foggia arcuata, in modo da appoggiare perifericamente sul bordo del detto disco con scatto a molla.
La presente invenzione concerne anche un metodo per la realizzazione di un dispositivo limitatore di temperatura che prevede di rivestire almeno la parte superiore del contenitore esterno di materiale conduttivo dello stesso dispositivo con una copertura di protezione realizzata di resina atta a polimerizzare tramite l?esposizione a una fonte di raggi UV.
Vantaggiosamente detta copertura di protezione di materiale isolante si estende a coprire un coperchio del detto contenitore esterno di materiale conduttivo, una porzione di un contatto fisso solidale al detto coperchio del contenitore esterno e sporgente al di sopra dello stesso coperchio e un bordo ripiegato del detto contenitore esterno.
Breve descrizione dei disegni
I particolari dell?invenzione risulteranno maggiormente evidenti dalla descrizione dettagliata di forme di realizzazione preferite del dispositivo limitatore di temperatura, illustrato a titolo indicativo negli uniti disegni, in cui:
la figura 1 mostra una vista in sezione assiale del dispositivo limitatore di temperatura secondo la presente invenzione;
la figura 2 mostra la medesima vista in sezione assiale del dispositivo limitatore di temperatura in una diversa configurazione operativa;
la figura 3 mostra una analoga vista in sezione assiale di una diversa forma realizzativa del dispositivo limitatore di temperatura secondo la presente invenzione.
Forme di realizzazione dell?invenzione
Con particolare riferimento a tali figure, si ? indicato nell?insieme con 1 il dispositivo limitatore di temperatura secondo la presente invenzione.
Il dispositivo limitatore di temperatura comprende un contenitore esterno 2 definente un alloggiamento 3 conformato a tazza. L?alloggiamento 3 del contenitore esterno 2 ? chiuso alla sommit? da un coperchio 4, trattenuto da un bordo ripiegato 5 periferico del contenitore esterno 2. Il contenitore esterno 2 ? realizzato di materiale conduttivo, ad esempio ottone. Il coperchio 4 ? realizzato di materiale isolante, quale ad esempio materiale ceramico e simili, o alternativamente di una combinazione di materiali, anche metallici, ma tale da risultare isolato rispetto al contenitore esterno 2.
All?interno dell?alloggiamento 3 del contenitore esterno 2 sono disposti in pila un disco con scatto a molla 6 e un disco bimetallico 7. Nella normale condizione di funzionamento, il disco con scatto a molla 6, avente foggia leggermente arcuata, appoggia perifericamente sul fondo dell?alloggiamento 3 del contenitore esterno 2; il disco bimetallico 7, avente foggia maggiormente arcuata, appoggia perifericamente sul bordo dello stesso disco con scatto a molla 6.
Il disco con scatto a molla 6 ? realizzato preferibilmente di acciaio inossidabile rivestito di materiale prezioso, ad esempio di argento; il disco bimetallico 7 ? costituito preferibilmente da una lamina realizzata per accoppiamento di ferro e rame.
Il coperchio 4 ? serrato contro un organo distanziale 8 di foggia anulare, che a sua volta appoggia perifericamente su uno spallamento anulare 9 conformato internamente dal contenitore esterno 2. In pratica il coperchio 4 e l?organo distanziale 8 sono serrati a pacco contro lo spallamento anulare 9 dal bordo ripiegato 5 del contenitore esterno 2, opportunamente ribattuto. L?organo distanziale 8 ? realizzato ad esempio di ottone o simili.
Il coperchio 4 porta inserito assialmente, in modo di per s? noto, un contatto fisso 10 dell?interruttore termico; il disco con scatto a molla 6 porta a sua volta inserito assialmente un contatto mobile 11 dell?interruttore termico. Il contatto fisso 10 ? sporgente al di sotto del coperchio 4; il contatto mobile 11 ? sporgente al di sopra del disco bimetallico 7, attraverso un foro assiale praticato nello stesso disco bimetallico 7.
I contatti 10, 11 sono realizzati preferibilmente di metallo prezioso, ad esempio argento, o una sua lega, oppure una composizione di un metallo prezioso con un metallo conduttore, ad esempio stelo di rame e testa di argento.
Nella normale condizione di funzionamento, cio? a bassa temperatura, il contatto mobile 11 ? spinto elasticamente dal disco con scatto a molla 6 contro il contatto fisso 10 e chiude in tal modo il circuito elettrico, consentendo il passaggio della corrente, come precisato nel seguito (si veda fig.1).
Il contenitore esterno 2 ? rivestito superiormente, al di sopra del coperchio 4, da una copertura di protezione 12 di materiale isolante a forma di cupola. La cupola di protezione 12 si estende a coprire interamente il coperchio 4, la porzione del contatto fisso 10 sporgente al di sopra del coperchio 4 e il bordo ripiegato 5 del contenitore esterno 2, o almeno la parte interna di tale bordo ripiegato 5.
La cupola di protezione 12 ingloba anche i cavi 13, 14 di connessione rispettivamente al contenitore esterno 2 e al contatto fisso 10. ? da osservare che non ? necessario che il cavo 13 di connessione al contenitore esterno 2 sia coperto dalla cupola di protezione 12 in quanto la funzione fondamentale di tale rivestimento ? la protezione dei componenti interni del dispositivo dalla penetrazione di liquidi e non la protezione delle saldature.
Secondo la presente invenzione, la cupola di protezione 12 ? realizzata di una resina atta a polimerizzare tramite l?esposizione a una fonte di raggi UV.
In particolare, tale resina atta a polimerizzare tramite l?esposizione a una fonte di raggi UV ? costituita da una resina a base epossidica o epossi-poliestere con meccanismo di scatto e indurimento tramite ultravioletto.
La fonte di raggi UV ? costituita preferibilmente da lampade UV con una lunghezza d?onda 320-450 nm, con intensit? compresa nel range 50-200 mW/cm2.
Il funzionamento del dispositivo limitatore di temperatura secondo la presente invenzione risulta facilmente comprensibile dalla descrizione che precede.
Nella normale condizione di funzionamento, il disco con scatto a molla 6 e il disco bimetallico 7 sono centrati e bloccati fra la base dell?alloggiamento 3 definito dal contenitore esterno 2 di materiale conduttivo e il coperchio 4 recante integrato il contatto fisso 10.
Il disco con scatto a molla 6 costituisce l?elemento per il quale passa la corrente elettrica e sostiene il contatto mobile 11 che ? mantenuto in pressione costante contro il contatto fisso 10 (fig.1).
Il disco bimetallico 7, sostenuto dal contatto mobile 11 che lo attraversa, ? in grado di reagire a eventuali variazioni della temperatura dell?apparecchiatura da proteggere. Quando si raggiunge una prefissata temperatura di commutazione, il disco bimetallico 7 scatta nella posizione inversa, con la concavit? rivolta verso il basso, e spinge il disco con scatto a molla 6 verso il basso (fig.2).
In tal modo contatto fra i contatti 10, 11 fisso e mobile si apre istantaneamente e si interrompe pertanto l?aumento della temperatura nell?apparecchiatura da proteggere. Quando viceversa la temperatura scende e raggiunge il valore di normale di funzionamento prestabilito, il disco bimetallico 7 scatta nuovamente per tornare nella posizione iniziale e il contatto si richiude.
Nella fig. 3 ? illustrata una diversa forma realizzativa del dispositivo limitatore di temperatura in cui il coperchio 4 del contenitore esterno 2 porta una coppia di contatti fissi, per chiarezza indicati con 10a e 10b. I contatti fissi 10a e 10b attraversano il coperchio 4 in posizioni fra loro parallele e sono sporgenti per una loro porzione dal coperchio 4 stesso.
All?interno dell?alloggiamento 3 definito dal contenitore esterno 2 ? disposto un ponte mobile 15, di forma circolare, atto a essere portato a riscontro dei contatti fissi 10a e 10b. Il ponte mobile 15 ? reso solidale, mediante un rivetto 16 assiale, al disco con scatto a molla 6 e al disco bimetallico 7, serrati a pacco. In sostanza, il ponte mobile 15 svolge la medesima funzione svolta, nella soluzione precedente, dal contatto mobile 11.
Il ponte mobile 15 ? realizzato preferibilmente di ottone, bronzo o simili, accoppiato a un metallo prezioso o una sua lega come ad esempio argento o simili, con o senza rivestimento di metallo prezioso.
Il disco con scatto a molla 6 ? bloccato contro una sede circolare ricavata all?interno dell?alloggiamento 3 da un anello distanziale 17.
Come nel caso precedente, qualora si verifichi una variazione della temperatura dell?apparecchiatura da proteggere, tale da superare una prefissata temperatura di commutazione, il disco bimetallico 7 scatta nella posizione inversa, con la concavit? rivolta verso il basso, e spinge il disco con scatto a molla 6 verso il basso aprendo il contatto fra il ponte mobile 15 e i contatti fissi 10a e 10b.
Il dispositivo limitatore di temperatura secondo la presente invenzione raggiunge lo scopo di disporre di un rivestimento del contenitore esterno che realizzi una ottimale protezione dagli agenti esterni, tale in particolare da impedire l?ingresso di prodotti chimici e altre sostanze liquide all?interno dell?alloggiamento contenente i componenti operativi dello stesso dispositivo.
Questo risultato ? ottenuto mediante l?idea inventiva di realizzare il rivestimento del contenitore esterno del dispositivo mediante una resina atta a polimerizzare tramite l?esposizione a una fonte di raggi UV.
L?utilizzo di una resina che polimerizza tramite l?esposizione a una fonte di raggi UV permette di ridurre i tempi del processo produttivo in maniera considerevole, permettendo un?applicazione in linea con flusso continuo e senza pause dovute a lunghi cicli termici.
Si ? verificato, in pratica, che il procedimento di polimerizzazione in oggetto consente di passare da un tempo di 30-90 minuti normalmente richiesto nella tecnica nota a un tempo di pochi minuti.
Inoltre resine del tipo specificato consentono di raggiungere il cosiddetto ?geltime?, ovvero il tempo di prima polimerizzazione, in pochi secondi, arrestando rapidamente il fenomeno della capillarit? e riducendo notevolmente di conseguenza il rischio che la resina penetri all?interno dell?interruttore bimetallico, pregiudicandone il funzionamento.
? altres? da osservare che le resine in oggetto sono usualmente meno soggette a variazioni di viscosit? legate a variazioni della temperatura ambiente.
Secondo un ulteriore aspetto vantaggioso dell?invenzione, ? possibile utilizzare per la polimerizzazione idonee lampade UV, abbinate in particolare a circuiti realizzati con fibra ottica, per concentrare la luce esattamente nella porzione di resina da polimerizzare, ottenendo reazioni rapide, precise e con dispendio energetico ridotto.
Il processo produttivo non richiede pertanto l?utilizzo di forno per completare la polimerizzazione ad alta temperatura, oppure di lunghi tempi di maturazione a temperatura ambiente.
Il dispositivo limitatore di temperatura descritto a titolo esemplificativo ? suscettibile di numerose modifiche e varianti a seconda delle diverse esigenze. Nella pratica attuazione dell?invenzione, i materiali impiegati, nonch? la forma e le dimensioni, possono essere qualsiasi a seconda delle esigenze.
Laddove le caratteristiche tecniche menzionate in ogni rivendicazione siano seguite da segni di riferimento, tali segni di riferimento sono stati inclusi al solo scopo di aumentare la comprensione delle rivendicazioni e di conseguenza essi non hanno alcun valore limitativo sullo scopo di ogni elemento identificato a titolo d?esempio da tali segni di riferimento.

Claims (10)

Rivendicazioni
1) Dispositivo limitatore di temperatura, comprendente
un contenitore esterno (2) di materiale conduttivo, definente un alloggiamento (3) conformato a tazza chiuso da un coperchio (4), all?interno del quale sono disposti in pila
un disco con scatto a molla (6);
un disco bimetallico (7) associato a detto disco con scatto a molla (6);
almeno un contatto fisso (10) solidale al detto coperchio (4) del contenitore esterno (2) e sporgente per una sua porzione al di sopra dello stesso coperchio (4);
almeno un contatto mobile (11, 15) solidale al detto disco con scatto a molla (6);
una copertura di protezione (12) di materiale isolante che si estende a coprire detto coperchio (4), detta porzione del contatto fisso (10) sporgente al di sopra dello stesso coperchio (4) e un bordo ripiegato (5) del detto contenitore esterno (2);
caratterizzato dal fatto che
detta copertura di protezione (12) ? realizzata di resina atta a polimerizzare tramite l?esposizione a una fonte di raggi UV.
2) Dispositivo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detta fonte di raggi UV comprende lampade UV aventi una lunghezza d?onda compresa nel range 320-450 nm.
3) Dispositivo secondo la rivendicazione 1 o 2, caratterizzato dal fatto che detta copertura di protezione (12) ? realizzata mediante una resina a base epossidica o epossi-poliestere con meccanismo di scatto e indurimento tramite detti raggi UV.
4) Dispositivo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detta copertura di protezione (12) ha forma di cupola e ingloba almeno parzialmente i cavi (13, 14) di connessione del dispositivo limitatore di temperatura.
5) Dispositivo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detto bordo ripiegato (5) ? rivolto verso l?interno del detto contenitore esterno (2) in modo da trattenere detto coperchio (4).
6) Dispositivo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detto contatto mobile (15) comprende un ponte mobile (15) solidale, mediante mezzi di fissaggio (16) assiali, al detto disco con scatto a molla (6) e al detto disco bimetallico (7), serrati a pacco.
7) Dispositivo secondo la rivendicazione 6, caratterizzato dal fatto che detto ponte mobile (15) ha forma circolare ed ? atto a essere portato a riscontro di una coppia di contatti fissi (10a, 10b).
8) Dispositivo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detto disco bimetallico (7) ? costituito da una lamina realizzata per accoppiamento di ferro e rame.
9) Dispositivo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detto disco bimetallico (7) ha foggia arcuata, in modo da appoggiare perifericamente sul bordo del detto disco con scatto a molla (6).
10) Metodo per la realizzazione di un dispositivo limitatore di temperatura secondo una o pi? delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che prevede di rivestire almeno la parte superiore del detto contenitore esterno (2) di materiale conduttivo con una copertura di protezione (12) di materiale isolante che si estende a coprire detto coperchio (4), detta porzione del contatto fisso (10) sporgente al di sopra dello stesso coperchio (4) e detto bordo ripiegato (5) del detto contenitore esterno (2), detta copertura di protezione (12) di materiale isolante essendo realizzata di resina atta a polimerizzare tramite l?esposizione a una fonte di raggi UV.
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Citations (6)

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