БИМЕТАЛЛИЧЕСКИЙ ПРЕДОХРАНИТЕЛЬ
BIMETAL FUSE

Изобретение относится к электротехнике, в частности - к предохранительным устройствам и может найти применение при проектировании и производстве устройств защиты электрических цепей на основе биметаллических предохранителей.
Известно устройство [1 - Патент Великобритании №1542253], представляющее собой изоляционное основание, электрические выводы в виде плоских металлических пластин, неподвижный контакт, установленный на одном из выводов, чувствительный элемент в виде выпуклой щелкающей лопасти с П-образным выступом и язычком, расположенным внутри контура лопасти, подвижный контакт, установленный на узком П-образном выступе чувствительного элемента. Чувствительный элемент выполнен грушевидной формы и имеет плавный внешний контур без острых углов, на сужающемся конце чувствительного элемента имеется выступ, предназначенный для ограничения хода элемента и установки подвижного контакта. При изготовлении чувствительного элемента его поверхности придается форма выпуклой мембраны с направлением выпуклости, противоположной направлению температурной деформации.
Чувствительный элемент приобретает способность при нагревании щелчком менять направление выпуклости, что объясняется потерей устойчивости мембраны, часть которой собственно и составляет чувствительный элемент. Последний снабжен расположенным вдоль оси симметрии язычком, который образован U-образным вырезом, при этом основание язычка находится со стороны широкой части чувствительного элемента.
Недостатком известного устройства [1] является его сложная геометрическая форма, которая требует большое количество (около сотни типоразмеров) формовочного инструмента, изготовленного с шагом изменения кривизны 0,2-0,3 мм. Формовочный инструмент обеспечивает требуемую точность щелчка элемента, компенсируя неточность изготовления биметалла, как по толщине, так и по твердости слоев.
Указанного недостатка лишено, как следует из описания, известное устройство [2 - Патент России №2042987, опубликовано 27.08.1995 года], наиболее близкое по технической сущности к предлагаемому устройству и принятое за прототип. Конструктивно оно выполнено аналогично известному устройству [1], имеет изоляционное основание, электрические выводы в виде плоских металлических пластин, неподвижный контакт, установленный на одном из выводов, чувствительный элемент, выполненный в виде щелкающей лопасти с язычком U-образной формы, расположенным внутри лопасти, подвижный контакт, установленный на П-образном выступе лопасти Выпуклая щелкающая лопасть устройства [2] представляет собой фигуру, описанную вокруг равнобедренного треугольника с основанием меньшим, чем его стороны, и вписанного в окружность. Стороны фигуры являются частями окружностей, описанных из вершин равнобедренного треугольника и пересекающихся между собой с образованием углов, а П-образный выступ лопасти расположен внутри окружности, описанной вокруг равнобедренного треугольника. Внешний контур чувствительного элемента данного устройства строится следующим образом. Проводится базовая окружность некоторым радиусом и в нее вписывается равнобедренный треугольник со сторонами больше его основания, а затем из вершин треугольника проводятся дуги окружностей радиусами, равным длинам сторон треугольника: Указанные окружности пересекаются между собой с образованием углов и образуют стороны фигуры лопасти. П-образный выступ расположен внутри базовой окружности, его ширина выбирается равной диаметру подвижного контакта, установленного в пределах этого выступа. Для получения заданных параметров срабатывания и возврата чувствительного элемента его подвергают формовке с придачей выпуклой формы с вершиной в центре базовой окружности, описанной вокруг вершин треугольника. После формовки элемент приобретает свойства выпуклой мембраны и при нагревании за счет протекания через его тело электрического тока либо от внешнего источника тепла биметалл деформируется так, что в некоторый момент скачкообразно теряет устойчивость и временно переходит в другое устойчивое состояние, приобретая выпуклость противоположного исходному направления. Закрепленный на лопасти подвижный контакт отходит от неподвижного контакта и электрическая цепь прерывается. При остывании до некоторой температуры чувствительный элемент, благодаря свойству биметалла, вновь теряет устойчивость и так же скачкообразно - щелчком - возвращается в первоначальное состояние с исходной выпуклостью. Указывается, что форма щелкающей лопасти известного устройства [2] позволяет упростить процесс ее изготовления за счет базирования в технологической оснастке по трем точкам, обеспечивающее получение необходимой кривизны выпуклой лопасти применением формовочного инструмента сферической формы.
Известному решению [2] присущи существенный недостаток - форма его чувствительного элемента ограничивает вариацию параметров срабатывания и возврата при неизменном комплекте инструмента, формующего выпуклость, и практическую сложность реализации описанной формы.
Техническая цель изобретения - расширение диапазона вариации рабочих параметров.
Поставленная цель достигается за счет того, что боковые стороны фигуры образованы частями окружностей, описанных из точек пересечения медиан боковых сторон равнобедренного треугольника с базовой окружностью, основанием фигуры может быть часть базовой окружности, заключенная между боковыми сторонами фигуры.
Техническая сущность предлагаемого устройства поясняется чертежами, представленными на фигурах 1, 2, 3 и 4. На фиг. 1 представлен общий вид предлагаемого устройства; на фиг. 2 изображен чувствительный элемент; на фиг. 3 и фиг. 4 представлены основная схема и ее вариант построения внешнего контура чувствительного элемента.
Предлагаемое устройство содержит (см. фиг. 1) изоляционное основание 1, электрические выводы 2 и 3, чувствительный элемент 4, неподвижный контакт 5, подвижный контакт 6. Основание 1 представляет собой элемент из электроизоляционного материала, например из термопластичной либо термореактивной пластмассы, в зависимости от предъявляемых требований к условиям работы устройства, или из иного аналогичного изоляционного материала. Электрические выводы 2 и 3 выполнены в виде плоских металлических элементов, зафиксированных в основании 1. На выводе 2 установлен неподвижный контакт 5; на выводе 3 закреплен, например контактной либо конденсаторной сваркой, чувствительный элемент 4 с подвижным контактом 6. Чувствительный элемент 4 (см. фиг. 2) представляет собой выпуклую щелкающую лопасть с П-образным выступом 7, расположенным на вершине треугольника, противоположной его основанию. На выступе 7 установлен контакт 6. Центральная часть чувствительного элемента 4 снабжена язычком 8, образованным U-образной прорезью 9, контур которой может быть образован как отрезками лекальных линий, так и отрезками прямых, либо их комбинацией.
Внешний контур чувствительного элемента 4 строится следующим образом. Проводят базовую окружность радиусом R (см. фиг. 3) и в нее вписывают равнобедренный треугольник ABC, при этом его основание АС меньше каждой из сторон АВ и ВС. Затем из середин сторон АВ и ВС (соответственно из точек K и L на фиг. 3) треугольника проводят медианы до их пересечения с базовой окружностью в точках М и N соответственно: Далее из точек М и N радиусами, которые равны длинам отрезков МС и NA, строят части окружностей и соединяют ими вершины В и С, А и В треугольника соответственно. Из вершины В радиусом, равным длине стороны АВ, так же строят часть окружности и соединяют ею вершины А и С треугольника, формируя третью сторону фигуры чувствительного элемента. В некоторых случаях, например при малых габаритных размерах чувствительного элемента, в качестве третьей стороны фигуры, формирующей контур чувствительного элемента 4, возможно использование непосредственно части базовой окружности, заключенной между боковыми сторонами (см. фиг. 4).
Чувствительный элемент 4 подвергают формовке, после чего он приобретает свойство при нагревании либо от протекающего через него электрического тока либо от подводимого извне тепла, либо от сочетания указанных факторов до заданного значения температуры скачкообразно изменять свое состояние, что приводит к размыканию контактов 5 и 6. После остывания ниже некоторой температуры чувствительный элемент 4 вновь скачкообразно принимает первоначальное состояние и замыкает контакты 5 и 6. Изменяя длину основания АС равнобедренного треугольника ABC при неизменном радиусе R базовой окружности можно формировать достаточно большое семейство форм внешнего контура чувствительного элемента 4, что при сочетании с неизменным набором формующего инструмента позволяет изготавливать большое количество номиналов по температуре срабатывания биметаллического предохранителя.
Источники информации
1. Патент Великобритании №1542253.
2. Патент России №2042987.