ITUA20163851A1 - Termostato a struttura semplificata - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

La presente invenzione si riferisce ad un termostato a struttura semplificata

Come noto, attualmente, sono presenti sul mercato diverse tipologie di termostati a bulbo aventi un funzionamento che si basa sull’aumento proporzionale di volume di un liquido diatermico all’aumentare della temperatura.

La variazione proporzionale di volume del liquido, trasportato tramite un tubo capillare, dal bulbo che controlla la temperatura, alla basetta contenente due membrane elastiche in grado di espandersi, causa in queste ultime, uno spostamento lineare.

Il movimento delle membrane determina la traslazione di uno spintore, ad esse collegato, che a sua volta agisce su di un contatto a lamina aprendo o chiudendo un circuito elettrico.

Se il circuito elettrico si aprisse lentamente, con tensioni di rete di 230 Volts, il fenomeno innescherebbe un arco elettrico che in poco tempo distruggerebbe la coppia di contatti e innalzerebbe la temperatura dell’ambiente circostante oltre i limiti di sicurezza. Per evitare il fenomeno dell’innesco dell’arco elettrico, l’interruzione del carico elettrico avviene con sistemi a scatto in cui la velocità di apertura o chiusura dei contatti è determinante per evitare il fenomeno descritto.

Di norma, nei sistemi di controllo delle temperature di tipo noto, presentanti una sonda diatermica con bulbo, capillare e un gruppo membrane ad espansione lineare oppure un sistema con elemento sensibile bimetallico anch’esso con flessione lineare, vengono utilizzati circuiti elettrici in cui è inserita una lamina elastica con un archetto o con una molla a spirale precaricate in modo che, ad una temperatura prestabilita, avvenga lo scatto della lamina che apre o chiude istantaneamente il circuito elettrico.

Questa tipologia di circuiti elettrici è normalmente di struttura complessa e di difficile messa a punto.

Inoltre, questi circuiti elettrici necessitano di una ulteriore operazione di taratura, oltre a quella dei singoli elementi, del circuito elettrico per permettere al termostato di essere preciso nell’intervento.

Sono inoltre noti circuiti elettrici per termostati che integrano in un unico elemento sensibile (ad esempio membrana deformabile o disco bimetallico) sia la proporzionalità tra la temperatura raggiunta e apertura del contatto, sia la funzione di una velocità di scatto dell’apertura o chiusura del circuito elettrico.

Tuttavia questi termostati presentano il grave inconveniente di non poter regolare un campo di temperatura definito da una temperatura minima e da una temperatura massima ma di poter essere pretarati solo su una singola temperatura di esercizio.

Il compito tecnico che si propone il presente trovato è quello di eliminare gli inconvenienti sopra descritti della tecnica nota.

Nell’ambito di questo compito tecnico è uno scopo del trovato realizzare un termostato a struttura semplificata che possa regolare un campo di temperature in funzione delle esigenze e, contemporaneamente, utilizzare allo scopo un circuito elettrico miniaturizzato semplice ed economico.

È ancora uno scopo del trovato realizzare un termostato a struttura semplificata in cui il circuito elettrico presenti solo una lamina di contatto elettrico priva del sistema di precarica per effettuare lo scatto veloce di apertura e chiusura del circuito elettrico.

È ancora uno scopo del trovato realizzare un termostato a struttura semplificata in cui la taratura possa essere eseguita a termostato montato.

È ancora uno scopo del trovato realizzare un termostato a struttura semplificata che consenta l’apertura a scatto del circuito elettrico evitando l’innesco dell’arco elettrico pur avendo un circuito elettrico con lamina semplice ed economica priva del sistema di precarica.

Questo compito nonché questi ed altri scopi vengono raggiunti da un termostato a struttura semplificata comprendente un corpo presentante una sonda a bulbo remoto e, al suo interno, almeno una membrana elastica ad espansione lineare atta ad aprire e chiudere, tramite uno spintore, un circuito elettrico, caratterizzato dal fatto di comprendere primi mezzi elastici cooperanti con secondi mezzi elastici attivati da detta membrana ad espansione lineare, detti secondi mezzi elastici presentando un movimento a scatto per aprire e chiudere velocemente i contatti elettrici di detto circuito elettrico per evitare l’innesco di un arco elettrico tra detti contatti elettrici.

Le rivendicazioni subordinate precisano meglio ulteriori caratteristiche del termostato a struttura semplificata che comprende mezzi di regolazione di un campo di temperature comprese tra una temperatura minima e massima per la taratura di detto termostato.

I secondi mezzi elastici comprendono un disco monostabile coniato a scatto agente sullo spintore per aprire e chiudere i contatti.

I primi mezzi elastici comprendono una molla precaricata a spirale interposta tra la membrana e il disco.

La molla a spirale viene caricata progressivamente dal movimento lento della membrana che si espande, accumulando progressivamente una forza elastica agente sul disco avente una forza resistente determinata da una coniatura a conformazione concava, quando la forza elastica della molla supera la forza resistente del disco quest’ultimo passa di scatto dalla conformazione concava ad una conformazione convessa spostando istantaneamente i contatti elettrici e aprendo il circuito elettrico. Al contrario quando il circuito elettrico è aperto la molla a spirale viene scaricata progressivamente dal movimento lento di ritorno della membrana diminuendo progressivamente la forza elastica agente sul disco che, quando la forza resistente del disco supera la forza elastica della molla, passa di scatto dalla conformazione convessa alla conformazione concava e i contatti elettrici si spostano di conseguenza chiudendo il circuito elettrico.

Quando il disco passa di scatto dalla conformazione convessa alla conformazione concava la molla a spirale si carica con una forza elastica inferiore alla forza resistente del disco.

I contatti elettrici comprendono una semplice lamina di contatto priva del sistema di precarica per lo scatto veloce di apertura e chiusura del circuito elettrico.

I mezzi di regolazione comprendono, un perno girevole su una scala di temperatura tra il minimo ed il massimo, un grano di taratura, avvitato all’interno del perno girevole, montato con lo scopo di aumentare o diminuire la precarica elastica della molla, che è mantenuta tra detta membrana e detto disco da una sede cilindrica connessa alla membrana e di lunghezza massima inferiore alla distanza massima tra la membrana e il disco con conformazione concava quando i contatti sono chiusi.

Ulteriori caratteristiche e vantaggi dell’invenzione risulteranno maggiormente evidenti dalla descrizione di una forma di esecuzione preferita ma non esclusiva di un termostato a struttura semplificata illustrato a titolo indicativo e non limitativo nei disegni allegati, in cui:

La figura 1 è una vista in alzato laterale del termostato secondo il trovato.

La fig. 2 è una vista sezionata in alzato laterale del termostato secondo il trovato.

La fig. 3 è una vista sezionata ingrandita del termostato secondo il trovato in posizione di riposo con circuito elettrico chiuso.

La fig. 4 è una vista sezionata ingrandita del termostato secondo il trovato in posizione attivata con circuito elettrico aperto.

La fig. 5 mostra la curva caratteristica di scatto del disco coniato secondo il trovato.

Con particolare riferimento alle figure sopra indicate il termostato a struttura semplificata secondo il trovato viene indicato nel suo complesso con il n. 1.

Il termostato 1 comprende un corpo 2 presentante una sonda 3 diatermica a bulbo remoto e, al suo interno, almeno una membrana elastica 4 ad espansione lineare, collegata al bulbo tramite un tubo capillare, atta ad aprire e chiudere, tramite uno spintore 5, un circuito elettrico, genericamente indicato con 6, avente terminali di uscita.

Vantaggiosamente il termostato comprende primi mezzi elastici 7 cooperanti con secondi mezzi elastici 8 che vengono attivati dalla membrana ad espansione lineare 4.

In particolare, l’espansione nella sonda 3 del liquido diatermico sottoposto a riscaldamento, dilata il sistema a membrane elastiche e più precisamente fa espandere la membrana 4 che attiva i primi mezzi elastici a loro volta agenti sui secondi mezzi elastici che, presentando un movimento a scatto, aprono e chiudono velocemente i contatti elettrici 9 del circuito elettrico 6 per evitare l’innesco di un arco elettrico tra gli stessi.

Opportunamente, i secondi mezzi elastici comprendono un disco 8 monostabile coniato concavo per cambiare stato di scatto e agente sullo spintore 5 per aprire e chiudere a scatto i contatti 9 mentre i primi mezzi elastici comprendono una molla 7 a spirale pretarata interposta tra la membrana 4 e il disco 8.

Il termostato, inoltre, comprende dei mezzi di regolazione di un campo di temperature, comprese tra una temperatura minima e massima per la taratura del termostato, ed in particolare un perno di regolazione 11 mobile girevolmente nel corpo 2 per aumentare o diminuire la precarica elastica della molla e da un grano 15 avvitato all’interno del perno di regolazione, agente anch’esso sulla precarica della molla a spirale, per un taratura fine della temperatura di scatto.

La molla a spirale 7 viene caricata progressivamente dal movimento lento della membrana accumulando progressivamente una forza elastica agente sul disco.

Il disco a sua volta presenta una forza elastica resistente determinata dalla sua coniatura a conformazione concava che contrasta la forza elastica della molla.

Quando detta forza elastica della molla 7 supera la forza resistente del disco 8 quest’ultimo passa a scatto, quindi in modo immediato, dalla conformazione concava ad una conformazione convessa spostando, di conseguenza, di scatto i contatti elettrici 9 ed aprendo il circuito elettrico 6.

Diversamente quando il circuito elettrico 6 è aperto, ossia quando di norma viene tolta l’ alimentazione alla resistenza elettrica che scalda l’elettrodomestico, quale ad esempio può essere un forno, una friggitrice, un bollitore eccetera, la temperatura diminuisce e la membrana 4 incomincia a ritornare nella sua posizione iniziale di partenza.

In questa situazione la molla a spirale 7 viene scaricata progressivamente dal movimento lento di ritorno della membrana 4 diminuendo progressivamente la forza elastica agente sul disco 8 fino a quando la forza resistente di quest’ultimo supera la forza elastica della molla e il disco passa a scatto dalla conformazione convessa alla conformazione concava e i contatti elettrici si spostano di scatto chiudendo nuovamente il circuito elettrico.

In questa fase, la molla a spirale si carica con una forza elastica inferiore alla forza resistente del disco.

Vantaggiosamente, grazie alla soluzione tecnica sopra descritta, i contatti elettrici possono essere realizzati con una lamina di contatto 12 estremamente semplice e funzionale in quanto priva del sistema di precarica per lo scatto veloce di apertura e chiusura del circuito elettrico.

Oltre ad essere semplice ed economica la lamina di contatto 12 risulta molto compatta consentendo di ridurre gli ingombri del termostato.

La semplicità costruttiva del termostato risiede anche per il fatto che la molla 7 è mantenuta tra la membrana ed il disco da una sede cilindrica 14 connessa alla membrana stessa.

La lunghezza massima della sede 14 risulta inferiore alla distanza massima tra la membrana ed il disco quando quest’ultimo ha conformazione concava, ossia quando i contatti elettrici sono chiusi.

Si precisa, inoltre, che il disco può essere coniato in modo bistabile per ottenere un funzionamento irreversibile dopo il raggiungimento di una temperatura limite di sicurezza.

La reversibilità di questo circuito elettrico è ottenuta mediante un tasto di riarmo spinto manualmente da un operatore in direzione contraria al movimento delle membrane, che ripristina l’equilibrio tra le parti mobili del termostato limitatore, quando la temperatura è diminuita a livelli di sicurezza e le membrane elastiche si sono ricontratte .

In una variante costruttiva il disco è coniato monostabile e può essere realizzato sia in metallo, ad esempio in acciaio inox, per un funzionamento puramente meccanico come sopra descritto.

In una ulteriore variante costruttiva il disco è in bimetallo ed in questo caso il funzionamento diventa termo-meccanico perché la forza resistente allo scatto è influenzata dalla temperatura che il disco subisce dall’ambiente circostante.

In questo caso il termostato potrebbe essere utilizzato come un termostato regolatore con funzioni di sicurezza nel caso la temperatura dell’ambiente remoto al bulbo superi un limite di pericolo.

La soluzione tecnica proposta è in grado di controllare non solo la temperatura di un ambiente con funzione di termostato ma, anche, un fluido in pressione con funzione di pressostato, utilizzando lo stesso gruppo membrane ad espansione lineare, collegato direttamente al circuito in pressione.

Il funzionamento del termostato secondo il trovato appare chiaro da quanto detto e rappresentato.

In particolare, quando la forza della molla a spirale 7, compressa dallo spostamento della membrana 4, supera la forza resistente del disco 8, quest’ultimo cambia repentinamente il suo stato da concavo a convesso muovendo velocemente la lamina 12 del circuito elettrico che si apre.

Aprendo il circuito elettrico, di norma, si toglie alimentazione alla resistenza elettrica e, di conseguenza, la temperatura diminuisce come diminuisce l’espansione del liquido che aveva deformato la membrana.

La membrana incomincia a ritornare nella sua posizione iniziale e la forza della molla a spirale sul disco decresce.

Quando la forza resistente del disco, sommata a quella relativamente piccola della lamella 12 dei contatti, supera quella della molla 7, il disco riscatta dalla posizione convessa alla posizione concava di partenza sfruttando lo spazio che la molla a spirale, comprimendosi, gli concede anche se la membrana è ancora in fase di ritorno nella posizione iniziale.

Tale funzionamento è rappresentato in fig. 5 ove è rappresentato il passaggio dalla conformazione concava a quella convessa in cui la deformazione del disco scatta e si stabilizza per ritornare, alla diminuzione della forza operata dalla molla, alla conformazione concava iniziale.

Il termostato così concepito è suscettibile di numerose modifiche e varianti, tutte rientranti nell’ambito del concetto inventivo; inoltre tutti i dettagli sono sostituibili da elementi tecnicamente equivalenti.

In pratica i materiali utilizzati, nonché le dimensioni, potranno essere qualsiasi a secondo delle esigenze e dello stato della tecnica.

Claims (17)

1. RIVENDICAZIONI 1. Termostato (1) a struttura semplificata comprendente un corpo (2) presentante una sonda (3) a bulbo remoto e, al suo interno, almeno una membrana elastica (4) ad espansione lineare atta ad aprire e chiudere, tramite uno spintore (5), un circuito elettrico (6), caratterizzato dal fatto di comprendere primi mezzi elastici (7) cooperanti con secondi mezzi elastici (8) attivati da detta membrana ad espansione lineare (4), detti secondi mezzi elastici (8) presentando un movimento a scatto per aprire e chiudere velocemente i contatti elettrici (9) di detto circuito elettrico (6) per evitare l’innesco di un arco elettrico tra detti contatti elettrici.
2. 2. Termostato secondo la rivendicazione 1 caratterizzato dal fatto di comprendere mezzi di regolazione (11) e (15) di un campo di temperature comprese tra una temperatura minima e massima per la taratura di detto termostato.
3. 3. Termostato secondo la rivendicazione 1 caratterizzato dal fatto che detti secondi mezzi elastici comprendono un disco (8) coniato a scatto agente su detto spintore (5) per aprire e chiudere a scatto detti contatti.
4. 4. Termostato secondo la rivendicazione 1 caratterizzato dal fatto che detto disco è monostabile.
5. 5. Termostato secondo la rivendicazione 1 caratterizzato dal fatto che detti primi mezzi elastici comprendono una molla a spirale (7) interposta tra detta membrana (4) e detto disco (8).
6. 6. Termostato secondo la rivendicazione 5 caratterizzato dal fatto che detta molla a spirale è precaricata.
7. 7. Termostato secondo una o più delle rivendicazioni precedenti caratterizzato dal fatto che detta molla a spirale (7) viene caricata progressivamente dal movimento lento di detta membrana (4) accumulando progressivamente una forza elastica agente su detto disco (8) avente una forza resistente determinata da una coniatura a conformazione concava.
8. 8. Termostato secondo la rivendicazione 7 caratterizzato dal fatto che quando detta forza elastica di detta molla (7) supera detta forza resistente di detto disco (8) quest’ultimo passa a scatto da detta conformazione concava ad una conformazione convessa spostando di scatto detti contatti elettrici (9) e aprendo detto circuito elettrico (6).
9. 9. Termostato secondo la rivendicazione 8 caratterizzato dal fatto che quando detto circuito elettrico è aperto detta molla a spirale (7) viene scaricata progressivamente dal movimento lento di ritorno di detta membrana (4) diminuendo progressivamente detta forza elastica agente su detto disco (8).
10. 10. Termostato secondo le rivendicazioni da 7 a 9 caratterizzato dal fatto che quando detta forza resistente di detto disco (8) supera detta forza elastica di detta molla (7) detto disco passa a scatto da detta conformazione convessa a detta conformazione concava e detti contatti elettrici si spostano a scatto chiudendo detto circuito elettrico.
11. 11. Termostato secondo la rivendicazione 1 caratterizzato dal fatto che quando detto disco passa a scatto da detta conformazione convessa a detta conformazione concava detta molla a spirale si comprime caricandosi con una forza elastica inferiore alla forza resistente di detto disco.
12. 12. Termostato secondo la rivendicazione 1 caratterizzato dal fatto che detti contatti elettrici (9) comprendono una semplice lamina di contatto (12) priva del sistema di precarica per lo scatto veloce di apertura e chiusura di detto circuito elettrico.
13. 13. Termostato secondo la rivendicazione 1 caratterizzato dal fatto che detti mezzi di regolazione comprendono un perno di regolazione (11) mobile girevolmente in detto corpo (2) per aumentare o diminuire la precarica elastica di detta molla.
14. 14. Termostato secondo la rivendicazione 1 caratterizzato dal fatto che detta molla è mantenuta tra detta membrana e detto disco da una sede cilindrica (14) connessa a detta membrana (4) e di lunghezza massima inferiore alla distanza massima tra detta membrana e detto disco avente conformazione concava quando detti contatti sono chiusi.
15. 15. Termostato secondo la rivendicazione 3, caratterizzato dal fatto che detto disco è coniato in modo bistabile per un posizionamento irreversibile dopo il raggiungimento di una temperatura limite di sicurezza.
16. 16. Termostato secondo la rivendicazione 3, caratterizzato dal fatto che detto disco è coniato monostabile in metallo per un funzionamento puramente meccanico
17. 17. Termostato secondo la rivendicazione 1 caratterizzato dal fatto che detto disco è in bimetallo per un funzionamento termo-meccanico.