PL164739B1

PL164739B1 - Thermal switch

Info

Publication number: PL164739B1
Application number: PL29058491A
Authority: PL
Inventors: Waldemar Skierkowski; Jan Blaszczak
Original assignee: Przed Urzadzen Elektromechanic
Priority date: 1991-06-07
Filing date: 1991-06-07
Publication date: 1994-10-31
Also published as: PL290584A1

Abstract

1. Wyłącznik termiczny ze swobodnym czujnikiem termobimetalowym i zestykiem elektrycznym umieszczonym we wnętrzu korpusu izolacyjnego zamkniętego z dwóch stron metalowymi płytkami, znamienny tym, że czujnik termobimetalowy (1) w postaci płytki odkształconej dwoma charakterystycznymi czaszami kulistymi (2 i 3) wzajemnie się przenikającymi ustalony jest nieodkształconymi narożami na czterech trójkątnych nakładkach (4) korpusu (7), przy czym znajdująca się nad czujnikiem (1) sprężyna (8) nie wchodzi w stanie załączenia styków (6 i 10) w kontakt siłowy z czujnikiem (1).1. Thermal switch with floating thermobimetallic sensor and contact electric located in inside the insulating body closed with two sides with metal plates, characterized by that the thermobimetallic sensor (1) in the form of a plate deformed by two characteristic spherical cups (2 i 3) mutually interpenetrating established is undeformed corners on four the triangular caps (4) of the body (7), with what the spring located above the sensor (1) (8) does not go into ON state contacts (6 and 10) come into force contact with the sensor (1).

Description

Przedmiotem wynalazku jest wyłącznik termiczny służący do ochrony termicznej przyrządów elektrycznych powszechnego użytku, takich jak silniki, prądnice, prostowniki, transformatory, suszarki, opiekacze itp.The subject of the invention is a thermal switch for thermal protection of electric devices of general use, such as motors, generators, rectifiers, transformers, dryers, toasters, etc.

Znane dotychczas wyłączniki termiczne, na przykład z polskiego opisu patentowego nr 148 575, charakteryzują się względnie dużą ilością części ruchomych biorących udział w sposób pośredni w przeniesieniu ruchów roboczych czujnika termobimetalowego na elementy łączeniowe obwodu elektrycznego. Jest to istotna wada, zwłaszcza w miniaturowych wykonaniach wyłączników. Aby skutek niewielkich odkształceń czujnika był wystarczający do prawidłowego przestawienia styków, elementy pośredniczące muszą być wykonane z wielką precyzją lub wyselekcjonowane wymiarowo. Dalsza ich wada polega na usytuowaniu czujnika na elementach ruchomych wyłącznika. Przez co uzyskuje się skomplikowany łańcuch powiązań mechanicznych i kinematycznych pomiędzy tymi elementami. W konsekwencji trudno i w sposób jednoznaczny wyznaczyć zależności pomiędzy skokiem użytecznym czujnika, a przestawieniem styków. Prawidłowość działania wyłącznika może być stwierdzona dopiero po zmontowaniu całego wyłącznika. Powoduje to określone koszty związane z dużą ilością braków gotowych wyrobów. Ponadto podwójne odizolowanie czujnika od otoczenia, obudową izolacyjną i polewą elektroizolacyjną, pogarsza przewodność cieplną. Czujnik reaguje ze znacznym opóźnieniem na zmiany temperatury otoczenia. Zwłoka ta może doprowadzić do uszkodzenia termicznego chronionego obiektu, zanim wyłącznik rozłączy obwód. Jest to istotnie ważne, bowiem warunki konieczne do zadziałania wyłącznika są powodowane przez skutki nienormalnej pracy przyrządu o gwałtownym przebiegu, na przykład przy zablokowaniu wirnika silnika elektrycznego.The previously known thermal switches, e.g. from Polish patent description No. 148 575, are characterized by a relatively large number of moving parts indirectly involved in transferring the working movements of the thermobimetallic sensor to the electrical circuit connection elements. This is a significant disadvantage, especially in miniature circuit breakers. In order for the result of slight deformation of the sensor to be sufficient for the correct switching of the contacts, the intermediate elements must be made with great precision or selected by dimensions. A further disadvantage is the location of the sensor on the moving parts of the switch. As a result, a complex chain of mechanical and kinematic connections between these elements is obtained. Consequently, it is difficult and unambiguous to determine the relationship between the useful travel of the sensor and the switching of the contacts. The correct operation of the circuit breaker can only be verified after the complete circuit breaker has been assembled. This results in certain costs related to a large number of shortages of finished products. In addition, double isolation of the sensor from the environment, with an insulating casing and an electrically insulating coating, deteriorates the thermal conductivity. The sensor reacts with a considerable delay to changes in the ambient temperature. This delay can lead to thermal damage to the protected object before the circuit breaker opens the circuit. This is important because the conditions necessary for the circuit breaker to trip are caused by the effects of abnormal operation of the device with a violent course, for example when the rotor of an electric motor is blocked.

Podobne wady wykazują wyłączniki przedstawione na przykład w zgłoszeniu patentowym RFN nr 3 104 827. Mimo, że wyłączniki pozbawione zostały szeregu elementów pośredniczących w mechanizmie łączeniowym, to jednak w dalszym ciągu wpływ na rozłączenie styków ma wypadkowa zależność odkształcenia sprężynki z odkształceniem czujnika związanego na trwale ze sprężynką. Czujnik według podobnych rozwiązań wchodzi w stały kontakt mechaniczny, w co najmniej dwóch purdcatch sprężynki. W momencie rozłączenia styków czujnik uzyskuje dodatkowy trzeci punkt podparcia ze sprężynką w jej środkowej części, wywierając na nią nacisk w kierunku styku nieruchomego. Zostaje w ten sposób skłócone ramię działania sprężynki. Wada ta wymusza z kolei zwiększenie wymiarów długościowych sprężynki i czujnika, a tym samym wymiarów gabarytowych wyłączników. Dalszą wadą jest umieszczenie, w sposób niejednoznaczny, czujnika w obwodzie elektrycznym wyłącznika, co powoduje zakłócenia w reakcji czujnika na zmiany temperatury otoczenia, uzależnionej od stopnia nagrzania czujnika pod wpływem przepływającego prądu. Wyłączniki tego rodzaju mają więc ograniczone zastosowanie w obwodach elektrycznych, wysokoprądowych.Circuit breakers presented, for example, in the German patent application No. 3 104 827 show similar disadvantages. Although the circuit breakers are devoid of a number of intermediary elements in the switching mechanism, the resultant dependence of the spring deformation with the deformation of the sensor permanently connected with the switching mechanism still affects the disconnection of the contacts. a spring. A sensor according to similar solutions is in permanent mechanical contact in at least two purdcatch springs. When the contacts disconnect, the sensor obtains an additional third point of support with a spring in its central part, exerting pressure on it towards the stationary contact. This way the spring action arm is disrupted. This defect, in turn, necessitates an increase in the length dimensions of the spring and the sensor, and thus the overall dimensions of the switches. A further disadvantage is the ambiguous placement of the sensor in the electric circuit of the switch, which causes disturbances in the sensor's response to changes in ambient temperature, depending on the degree of sensor heating due to the flowing current. Circuit breakers of this type are therefore of limited use in high-current electrical circuits.

Rozwiązanie według wynalazku, w którym swobodny czujnik termobimetalowy i zestyk elektryczny umieszczono we wnętrzu korpusu izolacyjnego zamkniętego z dwóch stron metalowymi płytkami charakteryzuje się tym, że czujnik termobimetalowy w postaci płytki został odkształcony dwoma charakterystycznymi czaszami kulistymi wzajemnie się przenikającymi. Nieodkształcone zaś naroża czujnika wykorzystano jako punkty podparcia do ustalenia na trójkątnych nakładkach korpusu. Znajdująca się nad czujnikiem sprężynka nie wchodzi w stanie załączenia styków w kontakt siłowy z czujnikiem. Ponadto sprężynka przymocowana od wewnątrz do płytki górnej, stanowi wraz z płytką dolną niezależny od czujnika jedyny obwód elektryczny wyłącznika zamykany przez dwa styki. Poprzez zaś, wypukłe ukształtowanie czaszy czujnika, skierowanej w stronę powierzchni sprężarki, uzyskano punktowy styk między tymi elementami.The solution according to the invention, in which a free thermobimetallic sensor and an electric contact are placed inside an insulating body closed on two sides with metal plates, is characterized in that the plate-shaped thermobimetal sensor has been deformed by two characteristic spherical cups that interpenetrate. The undeformed corners of the sensor were used as support points to fix on the triangular caps of the body. The spring located above the sensor does not come into force contact with the sensor when the contacts are switched on. Moreover, the spring attached from the inside to the upper plate, together with the lower plate, constitutes the only electric circuit of the switch, independent of the sensor, closed by two contacts. By the convex shape of the sensor bowl facing the compressor surface, a point contact is achieved between these elements.

Czujnik termobimetalowy w wyniku charakterystycznego odkształcenia według wynalazku uzyskał dwa stałe punkty temperaturowego przeskoku i nieodkształcone naroża, nie biorące czynnego udziału przy przeskoku. Ponadto w stanie załączenia styków czujnik posiada swobodę ruchów i nie jest wstępnie naprężony. Taki stan czujnika uniezależnia jego przeskok od niekorzystnego oddziaływania siły sprężynki, opóźniającej temperaturowy punkt przeskoku przy rozłączaniu styków.Due to the characteristic deformation according to the invention, the thermobimetallic sensor obtained two constant temperature jump points and undeformed corners, which do not take an active part in the jump. In addition, when the contacts are switched on, the sensor is free to move and is not pretensioned. Such a state of the sensor makes its jump independent of the unfavorable influence of the spring force, which delays the temperature jump point when the contacts are disconnected.

Wyeliminowanie z obwodu elektrycznego czujnika, przeważnie wykonanego z metalu o dużej rezystancji właściwej, nie powoduje nakładania się temperatury nagrzanego pod wpływem przepływu prądu czujnika na temperaturę otoczenia, w wyniku czego wyłącznik reaguje jedynie na zmiany temperatury otoczenia.Eliminating from the electric circuit of the sensor, usually made of metal with high specific resistance, does not cause the heated temperature to overlap with the flow of the sensor current on the ambient temperature, as a result of which the switch reacts only to changes in ambient temperature.

Wyłącznik według wynalazku charakteryzuje się ponadto dużą powierzchnią metalową obudowy, na którą składają się dwie płytki metalowe o dobrej przewodności elektrycznej i cieplnej oraz migowym i precyzyjnym działaniem. Czujnik wchodzi w bezpośredni i punktowy kontakt siłowy ze sprężynką, unosząc ją do góry dopiero po pokonaniu drogi wstępnego, płynnego ugięcia się czujnika. Pewność działania migowego uzyskano dzięki ustaleniu czujnika na stałych nakładkach korpusu i dzięki zachowaniu stałej szczeliny pomiędzy czujnikiem a sprężynką. Stałość położenia punktów podparcia naroży czujnika wyznacza wspólną bazę odniesienia do ustalenia położenia centralnego punktu czaszy czujnika względem sprężynki punktu styku jak też do kontroli wysokości przetłoczeń czujnika w trakcie jego formułowania. Zachowanie wspólnej bazy wykonawczej dla czujnika z bazą ustalającą położenie czujnika względem sprężynki pozwala na rozszerzenie tolerancji samej szczeliny, a w konsekwencji na zmniejszeniu rygorów dokładności wykonania pozostałych elementów składowych wyłącznika, co ma bezpośredni wpływ na koszty wykonania.The switch according to the invention is also characterized by a large metal housing surface, which consists of two metal plates with good electrical and thermal conductivity and a snap-action and precise operation. The sensor enters into direct and point force contact with the spring, lifting it up only after the initial, smooth deflection of the sensor has been covered. The certainty of the snap action was achieved thanks to the fixing of the sensor on the fixed covers of the body and thanks to the maintenance of a constant gap between the sensor and the spring. The constant location of the sensor corner support points determines a common reference base for determining the position of the central point of the sensor bowl in relation to the spring of the contact point as well as for controlling the height of the sensor embossing during its formulation. Maintaining a common execution base for the sensor with the base determining the position of the sensor in relation to the spring allows for the extension of the tolerance of the slot itself, and consequently reducing the rigors of the accuracy of the other components of the circuit breaker, which has a direct impact on the cost of execution.

Przedmiot wynalazku jest przedstawiony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia widok wyłącznika z góry w rzucie na płaszczyznę poziomą, przy czym górna połowa widoku przedstawia płytkę górną, a dolna sprężynkę i część czujnika, fig. 2 przedstawia przekrój pionowy wzdłuż osi podłużnej wyłącznika, fig. 3 - czujnik termobimetalowy, fig. 4 przekrój przez czujnik wzdłuż większej przekątnej, fig. 5 - widok płytki górnej od strony wewnętrznej wraz ze sprężynką, fig. 6 - widok płytki górnej ze sprężynką w rzucie na płaszczyznę pionową, a fig. 7 - widok korpusu w rzucie poziomym.The subject of the invention is presented in the embodiment in the drawing, in which Fig. 1 shows a top view of the circuit-breaker in a projection on a horizontal plane, the upper half of the view showing the upper plate, and the lower spring and the sensor part, Fig. 2 shows a vertical section along the axis longitudinal section of the switch, fig. 3 - thermobimetallic sensor, fig. 4 - cross-section of the sensor along the larger diagonal, fig. 5 - view of the upper plate from the inside with a spring, fig. 6 - view of the upper plate with a spring in a vertical plane, and Fig. 7 is a plan view of the body.

Czujnik termobimetalowy 1 wykonany w postaci płytki kwadratowej, odkształconej od strony czynnej czaszą kulistą 2 o średnicy koła wpisanego w zarys płytki i od biernej czaszą kulistą 3 o mniejszej średnicy ustalony jest nieodkształconymi narożami na czterech, trójkątnych nakładkach 4 korpusu 7 wypukłością czaszy 3 skierowanej w kierunku sprężynki 8. Korpus 7 z tworzywa epoksydowego zamknięty jest od góry mosiężną płytką 9 zaś od dołu, też mosiężną, płytką 5. Sprężynka 8 ma na swobodnym końcu przymocowany styk 10, a drugim końcem przymocowana jest za pomocą zgrzewania 11 do płytki górnej 9. Styk nieruchomy 6 przymocowany do płytki dolnej 5 stanowi punkt podparcia dla styku ruchomego 10, położony poniżej powierzchni 4' występów izolacyjnych korpusu 7. Kształt sprężynki 8 ma zarys prostokąta 12 z trapezem 13 po stronie styku 10. Po stronie zgrzewania 11 bok prostopadły do osi podłużnej, ścięty jest w kształcie odcinka 14 koła, a boki równoległe do osi podłużnej wycięte półkolami 15 i 15’. Sprężyna 8 może też posiadać pośrodku przetłoczenie 8’ skierowane w stronę czujnikaThe thermobimetallic sensor 1 is made in the form of a square plate, deformed from the active side by a spherical cup 2 with the diameter of a circle inscribed in the contour of the plate and from the passive spherical cup 3 with a smaller diameter, fixed with undistorted corners on four, triangular caps 4 of the body 7 with the convexity of the dish 3 facing towards the springs 8. The body 7 made of epoxy material is closed at the top with a brass plate 9 and at the bottom with a brass plate 5. The spring 8 has a contact 10 attached at its free end, and the other end is fixed by welding 11 to the upper plate 9. Contact the fixed 6 attached to the bottom plate 5 constitutes a support point for the movable contact 10, located below the surface 4 'of the insulating projections of the body 7. The shape of the spring 8 has the outline of a rectangle 12 with a trapezoid 13 on the contact side 10. On the welding side 11, a side perpendicular to the longitudinal axis, It is cut in the shape of a segment 14 of a circle, and the sides parallel to the longitudinal axis are cut with semicircles 15 and 15 '. The spring 8 may also have an indentation 8 'in the center towards the sensor

1. Płytka górna 9 ma kształt prostokąta 16, zakończonego od strony zgrzewania 11 odcinkiem 17 koła wygiętego ku górze. Cały środek 9’ wygięty jest do góry, wklęsłością do sprężynki 8. Zarys wklęsłości 19 ma kształt prostokąta zakończonego półkolem 20 od strony swobodnego końca sprężynki 8. Przewód 21 połączony jest z płytką dolną 5 za pomocą zgrzewania 22, a drugi przewód 23 za pomocą zgrzewania 24 z płytką górną 9 w miejscu występu 18.1. The upper plate 9 has the shape of a rectangle 16, ending on the welding side 11 with a segment 17 of an upwardly bent circle. The entire center 9 'is bent upwards, with a concave to the spring 8. The contour of the concavity 19 has the shape of a rectangle ending in a semicircle 20 from the side of the free end of the spring 8. The conductor 21 is connected to the bottom plate 5 by welding 22, and the other conductor 23 by welding 24 with the top plate 9 in place of the protrusion 18.

Zmontowany wyłącznik jest zaizolowany pokrywą epoksydową, nie wykazaną na rysunku. W temperaturach otoczenia niższych od temperatury zadziałania wyłącznika czujnik termobimetalowy 1 nie pracuje. Sprężynka dociskowa 8 wymusza stan zamknięcia styków 6 iThe assembled switch is insulated with an epoxy cover, not shown. At ambient temperatures lower than the switch-on temperature, the thermobimetallic sensor 1 does not work. The pressure spring 8 forces the contacts 6 and to close

10. Przy podwyższeniu temperatury do określonej wartości temperatury rozłączenia czujnik 1 zmienia w sposób skokowy kierunek swojego pierwotnego odkształcenia na przeciwny. Nieodkształcone naroża czujnika 1 wspierają się na nakładkach 4 korpusu 7 zaś środek czaszy 3 odgina sprężynkę 8 powodując otwarcie zestyku. Kiedy otoczenie wyłącznika ulegnie dostatecznemu ochłodzeniu, odkształcenie czujnika 1 samoczynnie powraca do stanu wyjściowego, powodując zwolnienie sprężynki 8 i ponowne skokowe zamknięcie zestyku.10. When the temperature is increased to a certain value of the disconnection temperature, the sensor 1 changes the direction of its original deformation abruptly to the opposite. The undeformed corners of the sensor 1 rest on the caps 4 of the body 7, and the center of the dish 3 bends the spring 8, opening the contact. When the vicinity of the switch is sufficiently cooled, the deformation of the sensor 1 automatically returns to its original state, causing the spring 8 to release and the contact to be closed abruptly again.

9 18 24 239 18 24 23

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz. Cena 10 000 złPublishing Department of the UP RP. Circulation of 90 copies. Price: PLN 10,000

Claims

Patent claims

1. Thermal switch with a free thermobimetallic sensor and an electric contact placed inside an insulating body closed on two sides with metal plates, characterized in that the thermobimetallic sensor (1) in the form of a plate deformed by two characteristic spherical cups (2 and 3) which penetrate each other is fixed with undistorted corners on four triangular caps (4) of the body (7), while the spring (8) located above the sensor (1) does not come into force contact with the sensor (1) when the contacts (6 and 10) are on.

2. Thermal switch according to claim A device as claimed in claim 1, characterized in that the spring (8) fixed internally to the upper plate (9), together with the lower plate (5), forms the only electric circuit independent of the sensor (1) closed by the contacts (6 and 10).

3. Thermal switch according to claim A device according to claim 1, characterized in that the sensor (1) is directed with the convexity of the bowl (3) towards the spring (8), the contact between the spring (8) and the sensor (1) being point-like due to the convex shape of the bowl (3).