IT202100018779A1 - Dispositivo limitatore di temperatura - Google Patents
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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.
In sostanza, gli interruttori termici bimetallici funzionano grazie al comportamento di una lamina, tranciata in forma di ?snap-disc?, composta da due metalli che all?aumentare della temperatura si dilatano in maniera differente, producendo una tendenza alla flessione. La particolare configurazione del disco bimetallico ne limita le posizioni possibili d?uso, in quanto lo ?snap-disc? ammette solo due posizioni di equilibrio. Per tale motivo, la lamina bimetallica tranciata in forma di ?snap-disc? rimane nella posizione di equilibrio iniziale fino al raggiungimento di una data temperatura, identificata comunemente come temperatura superiore di scatto o TOS (obere Schnapptemperatur), per poi scattare in maniera repentina nella seconda posizione di equilibrio, passando dalla forma convessa a quella concava.
Il disco bimetallico rimane nella seconda posizione di equilibrio fino a che, raffreddandosi, non raggiunge la temperatura di reset, denominata comunemente temperatura inferiore di scatto o TUS (untere Schnapptemperatur), in corrispondenza della quale scatta nuovamente nella posizione di partenza, passando dalla forma concava a quella convessa.
Negli interruttori termici bimetallici il passaggio del disco bimetalllico dalla posizione convessa a quella concava viene utilizzato per separare i contatti e aprire il circuito al raggiungimento della TOS. Il raffreddamento fino alla TUS causa viceversa il passaggio dalla posizione concava a quella convessa, con conseguente richiusura dei contatti.
La distanza tra i contatti, una volta raggiunta l?apertura dell?interruttore termico, ? direttamente collegata alla curvatura del disco bimetallico, intesa come distanza tra la base e il punto pi? alto della cupola che costituisce il disco bimetallico stesso. Se tale distanza ? sufficiente a garantire un?elevata rigidit? dielettrica, si ottiene un?apertura completa dei contatti; in caso contrario, la tensione ai capi dei due contatti genera un arco elettrico tra di essi, impedendo la corretta apertura del circuito e danneggiando seriamente l?interruttore termico bimetallico.
In pratica, assumendo un modello fisso di lamina bimetallica e mantenendo invariato il suo spessore, pari ad esempio a 0,14 mm, si possono tranciare e formare dischi bimetallici con combinazioni di TOS e TUS differenti, mediante un opportuno processo produttivo. Si ? tuttavia riscontrato che la curvatura del disco bimetallico aumenta all?aumentare della TOS, partendo da un valore minimo per una TOS pari a 60?C fino a valori massimi per le TOS superiori a 180?C.
Ci? risulta problematico per i valori di TOS pi? bassi, ad esempio 60?C o 70?C, perch? la curvatura appena accennata del disco bimetallico non ? sufficiente a separare i contatti dell?interruttore termico di una distanza sufficiente a evitare la rottura della rigidit? dielettrica dell?aria e la conseguente generazione di un arco elettrico.
Per ovviare a tale inconveniente, attualmente ? previsto l?utilizzo di lamine bimetalliche diverse e di spessori diversi, in modo da ottenere curvature sufficienti anche per valori di TOS bassi. Questa soluzione tuttavia comporta una limitazione notevole, in quanto richiede la gestione di numerosi codici diversi e la costante modifica dei parametri delle macchine in funzione delle diverse lamine e dei diversi spessori.
Presentazione dell?invenzione
Il compito della presente invenzione ? quello di risolvere i problemi citati, escogitando un dispositivo limitatore di temperatura in grado di garantire l?apertura dei contatti elettrici anche ai valori pi? bassi della temperatura superiore di scatto o TOS.
Nell?ambito di tale compito, ? ulteriore scopo dell?invenzione quello di fornire un dispositivo limitatore di temperatura che consenta di utilizzare sempre lo stesso materiale e lo stesso spessore per la realizzazione del disco bimetallico.
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.
Secondo la presente invenzione, il dispositivo limitatore di temperatura comprende un anello di separazione di materiale metallico disposto al di sopra di detto disco bimetallico e atto a impegnare una porzione periferica del disco bimetallico stesso. Detto anello di separazione ? serrato fra detto disco bimetallico e detto coperchio del contenitore esterno o un organo distanziale di foggia anulare disposto all?interno di detto alloggiamento conformato a tazza.
L?inserimento dell?anello di separazione all?interno del dispositivo limitatore di temperatura ? in grado di determinare una sufficiente separazione dei contatti in qualsiasi condizione operativa, anche in presenza di un disco bimetallico presentante una limitata curvatura. Tale anello di separazione, nella posizione di apertura dei contatti, determina uno spessore aggiuntivo che incrementa la distanza tra i contatti stessi.
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.
Preferibilmente il dispositivo limitatore di temperatura comprende una copertura di protezione di materiale isolante che si estende a coprire almeno detto coperchio, detta porzione del contatto fisso sporgente al di sopra dello stesso coperchio e un bordo ripiegato del detto contenitore esterno.
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.
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.
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.
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, il dispositivo limitatore di temperatura comprende un anello di separazione 15 di materiale metallico disposto al di sopra del disco bimetallico 7 e atto a impegnare una porzione periferica del disco bimetallico 7 stesso.
L?anello di separazione 15 ? serrato fra il disco bimetallico 7 e il coperchio 4 del contenitore esterno 2.
In particolare, nel caso illustrato, l?anello di separazione 15 ? serrato fra il disco bimetallico 7 e l?organo distanziale 8 di foggia anulare. Qualora viceversa tale organo distanziale 8 non sia presente, l?anello di separazione 15 ? serrato direttamente fra il disco bimetallico 7 e il coperchio 4.
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.
L?inserimento dell?anello di separazione 15 materiale metallico all?interno dell?alloggiamento 3 dell?interruttore termico, in posizione compresa tra il disco bimetallico 7 e l?organo distanziale 8, o direttamente tra il disco bimetallico 7 e il coperchio 4, non pregiudica il corretto funzionamento del dispositivo quando l?interruttore termico ? chiuso (fig.1), ma aumenta la separazione tra i contatti 10, 11 nella configurazione aperta (fig.2).
Il dispositivo limitatore di temperatura secondo la presente invenzione raggiunge lo scopo di disporre di un dispositivo limitatore di temperatura in grado di garantire l?apertura dei contatti elettrici anche ai valori pi? bassi della temperatura superiore di scatto o TOS.
Questo risultato ? ottenuto mediante l?idea inventiva di dotare il dispositivo limitatore di temperatura di un anello di separazione ausiliario in grado di determinare una sufficiente separazione dei contatti in qualsiasi condizione operativa.
Ci? consente di utilizzare un unico materiale e un unico spessore per la realizzazione del disco bimetallico, indipendentemente dalla TOS richiesta, in quanto l?aggiunta dell?anello di separazione nei modelli di interruttore con bassa TOS permette di garantire comunque una sufficiente separazione dei contatti, anche in presenza di un disco bimetallico presentante una limitata curvatura. ? da osservare che l?anello di separazione non interferisce con il funzionamento dell?interruttore nella posizione di chiusura, ma risulta fondamentale nella posizione di apertura perch? determina uno spessore aggiuntivo che incrementa la distanza tra i contatti.
Inoltre la possibilit? di utilizzare sempre lo stesso materiale e lo stesso spessore rende molto pi? semplici sia gli approvvigionamenti di materiale, sia i settaggi dei macchinari di produzione.
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 (8)
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) solidale al detto disco con scatto a molla (6); caratterizzato dal fatto che comprende un anello di separazione (15) di materiale metallico disposto al di sopra di detto disco bimetallico (7) e atto a impegnare una porzione periferica del disco bimetallico (7) stesso.
2) Dispositivo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detto anello di separazione (15) ? serrato fra detto disco bimetallico (7) e detto coperchio (4) del contenitore esterno (2).
3) Dispositivo secondo la rivendicazione 1 o 2, caratterizzato dal fatto che detto disco bimetallico (7) ? costituito da una lamina realizzata per accoppiamento di ferro e rame.
4) Dispositivo secondo la rivendicazione 3, 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).
5) Dispositivo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che comprende 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).
6) Dispositivo secondo la rivendicazione 5, caratterizzato dal fatto che detto bordo ripiegato (5) ? rivolto verso l?interno del detto contenitore esterno (2) in modo da trattenere detto coperchio (4).
7) Dispositivo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detto coperchio (4) ? isolato rispetto al detto contenitore esterno (2) di materiale conduttivo.
8) Dispositivo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detto coperchio (4) ? serrato contro un organo distanziale (8) di foggia anulare che ? in appoggio perifericamente su uno spallamento anulare (9) conformato internamente dal detto contenitore esterno (2) ed ? atto a serrare detto anello di separazione (15) contro detto disco bimetallico (7).
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