Способ электрически параллельного шинного соединения электроламп типа ИКЗ для инфракрасных нагревателей
METHOD OF ELECTRICALLY PARALLEL BUSSED LINK OF ELECTRIC LAMP OF IRR TYPE FOR INFRARED HEATERS

Предполагаемое изобретение относится к области теплотехники и электротехники. Оно может быть использовано при создании инфракрасных нагревателей на лампах типа ИКЗ для нагрева сушильных цилиндров изнутри и/или снаружи, для нагрева неподвижных емкостей сбоку и/или снизу со стороны днища, для нагрева тестовых заготовок в процессе выпечки, для нагрева при сушке сыпучих материалов и т.д.
1. Уровень техники
Известен способ электрически параллельного соединения инфракрасных зеркальных ламп типа ИКЗ в инфракрасном нагревателе [1], котором лампы вначале устанавливают (ввинчивают) в электрические патроны, которые неподвижно фиксируют в неподвижной оси внутри вращающегося тонкостенного сушильного цилиндра (барабана). Наружные контакты патронов электрически параллельно подключают к фазам «фаза - 0 (нейтраль)» электрическими проводами с диэлектрической изоляцией [1, фиг. 2-6, 9]. Неподвижную ось выполняют в виде вытянутого в длину тонкостенного кожуха, который в поперечном сечении круглый или многогранный. Электропроводку (провода), соединяющую наружные контакты патронов с электрическими фазами трехфазной промышленной сети, размещают внутри кожуха (неподвижной оси) и выводят для подключения к источнику питания через осевое отверстие в одном из концов неподвижной оси. Патроны с лампами закрепляют на неподвижной оси так, что лампы ИКЗ направлены колбами радиально к внутренней поверхности нагреваемого цилиндра. Ряды ламп на неподвижной оси пофазно (фазы А - 0 «N», В - 0 «N», С - 0 «N») подключают к силовому выходу авторегулятора «напряжение-температура» (АРНТ), силовой вход которого подключают к промышленной трехфазной сети. Управляющий вход АРНТ электрически соединяют с датчиком температуры, измеряющим температуру наружной поверхности нагреваемого сушильного цилиндра. При подаче электрического питания на вход АРНТ и после установки с помощью АРНТ заданной температуры цилиндра, электрическое напряжение подается в лампы ИКЗ, которые направляют инфракрасное излучение (ИКИ) на внутреннюю поверхность цилиндра и нагревают ее значительно эффективнее, чем паром.
Основным недостатком такого способа являются сложность и трудоемкость операций сборки-разборки и установки инфракрасного нагревателя (ИКН) в сушильный цилиндр и недостаточная надежность работы ИКН (неподвижная ось с патронами лампами и электропроводкой).
Трудоемкость операций обусловлена необходимостью вначале закреплять патроны на неподвижной оси, пропуская большое количество проводов внутри этой оси и выводя их через осевое отверстии оси, с последующее необходимостью вворачивать в патроны лампы и проверять соединения. Затем, необходимо вскрывать одно из днищ цилиндра, после чего нужно устанавливать ИКН внутрь цилиндра и закрывать днище.
В случаях выхода из строя ламп ИКЗ (например, перегорели) эти операции нужно повторять останавливая машину.
Недостаточная надежность работы обусловлена избыточным числом электрических точечных контактов в электрическом соединении (подключении) ламп с электрическим питанием. Кроме боковых и нижних внутренних контактов у колб ламп с патронами создается такое же количество точечных наружных контактов патронов с электропроводкой.
Недостаточная надежность работы обусловлена, также, недопустимо высокой температурой нагрева патронов и электропроводки внутри неподвижной оси. При облучении лампами внутренней поверхности цилиндра ИКИ - отраженное от этой поверхности ИКИ нагревает неподвижную ось и патроны. Патроны, выполненные из диэлектрических материалов, аккумулируют тепло, непрерывно нагреваясь, поскольку диэлектрические материалы не теплопроводны. Перегрев приводит к разрушению корпусов патронов и к разрушению изоляции проводов, поскольку из внутренней полости неподвижной оси тепло не отводится.
Аналогичным, по сути, является способ электрически параллельного соединения инфракрасных зеркальных ламп типа ИКЗ в инфракрасном нагревателе [2]. В отличие от предыдущего аналога [1], в данном техническом решении между рядами ламп ИКЗ к неподвижной трехгранной оси жестко присоединены отражатели ИКИ от внутренней поверхности сушильного тонкостенного цилиндра [2, фиг. 2-4]. В число недостатков данного технического решения не входит недостаточная надежность работы из-за температурного разрушения корпусов патронов и изоляции проводов внутри неподвижной оси, поскольку отражатели НИКИ препятствуют попаданию отраженного от внутренней поверхности цилиндра ИКИ на неподвижную ось и на патроны.
В тоже время существенно возрастает сложность и трудоемкость операций сборки-разборки и установки по сравнению с первым аналогом, поскольку дополнительной операцией является монтаж отражателей на неподвижной оси. Сохраняется и недостаточная надежность работы, обусловленная избыточным числом электрических точечных контактов в электрическом соединении (подключении) ламп с электрическим питанием. Кроме боковых и нижних внутренних контактов у колб ламп с патронами создается такое же количество точечных наружных контактов патронов с электропроводкой.
Известен способ электрически параллельного соединения инфракрасных зеркальных ламп типа ИКЗ в инфракрасном нагревателе, который известен из устройства [3]. В этом способе лампы вначале устанавливают (ввинчивают) в электрические патроны, которые неподвижно фиксируют на диэлектрических планках, которые размещают неподвижно на наружной поверхности неподвижной оси, вдоль нее в продольных направляющих, с возможностью продольных перемещений каждой планки в направляющей вдоль неподвижной оси. Электрические провода, соединяющие патроны электрически параллельно размещают на планках снаружи, а патроны с лампами на планке - равномерными рядами [3, фиг. 5-9].
Поскольку между рядами ламп отражатели не устанавливают, то недостатки этого технического решения те же, что и в первом аналоге с одним отличием. Трудоемкость операций сборки-разборки и установки инфракрасного нагревателя (ИКН) в сушильный цилиндр в данном техническом решении существенно выше из-за большей конструктивной сложности.
Известно, также, устройство для параллельного шинного соединения инфракрасных зеркальных ламп типа ИКЗ в инфракрасном нагревателе [4].
В данном техническом решении лампы ИКЗ устанавливают неподвижно, с зазором или без зазоров относительно друг друга в ряду, в неподвижные параллельные друг другу электропроводные шины, разделенные диэлектрическими перегородками. Шины выполняют в форме металлических полос, толщина которых существенно меньше ширины, а ширина существенно меньше длины, причем лампы располагают между диэлектрическими перегородками.
В одной из пары шин выполняют сквозное отверстие, в котором нарезают резьбу под резьбу на цоколе (на боковом контакте) лампы, а на другой выполняют углубление, коаксиальное резьбе - в противоположной шине под нижний контакт лампы. Сквозные отверстия в одной шине и коаксиальные им углубления в другой шине располагают между диэлектрическими перегородками [4, фиг. 5, 6]. Установка ламп в шины заключается во вворачивание ламп в резьбовые отверстия шины до упора нижним контактом в углубление другой шины.
Поскольку шины и спирали ламп электропроводны установка ламп создает разомкнутую электрическую цепь «одна шина - спираль лампы - другая шина», а все лампы, установленные таким образом, соединены электрически параллельно без электрических проводов. Достаточно подать фазное напряжение на одну из шин, например 220 B, а другую подключить к нейтрали и в этой цепи образуется электрический ток, раскаляя спирали ламп, которые излучают ИКИ перпендикулярно плоской поверхности шин.
В данном техническом решении [4, фиг. 4] шины с углублением устанавливают в неподвижных электропроводных направляющих на плоских гранях неподвижной оси ИКН, вдоль нее, а ИКН монтируют внутри нагреваемого цилиндра аналогично предыдущим аналогам. Но, нейтральный провод подключают к электропроводному корпусу неподвижной оси ИКН, а каждый фазный провод из трех подключают к каждой шине (из трех пар), которые имеют резьбовые отверстия. В этом случае, нижние контакты ламп, поджатые в углублениях шин, электрически соединены с общей нейтралью посредством этой шины с углублениями, посредством направляющих и корпуса ИКН. В тоже время, противоположные шины электрически соединены с фазными проводами и, при подаче напряжения, ток от каждого фазного провода протекает к нейтрали через спирали ламп.
Электрические провода (фазные и нейтральный) с диэлектрической изоляцией присоединяют, соответственно к шинам с резьбой и к корпусу неподвижной оси ИКН каждый в одной точке (в одном электрическом контакте). Эти контакты размещают на краю, вблизи торца неподвижной оси, а провода - в зазоре между неподвижной осью и внутренней плоской поверхностью днища. В этом случае, ИКИ отраженное от внутренней поверхности нагреваемого цилиндра не достигает области размещения электрических контактов и проводов и не нагреваются. Это существенно увеличивает их надежность и долговечность. Окна 1Е в днище цилиндра [4, фиг. 1, 2] позволяют свободно выдвигать сквозь них шины с лампами и задвигать обратно внутрь цилиндра. Это существенно упрощает операции замены ламп ИКЗ в случаях их порчи.
Важно, что все преимущества этого технического решения по сравнению с аналогами обеспечиваются способом электрически параллельного шинного соединения инфракрасных зеркальных ламп типа ИКЗ, в котором плоские электропроводные шины прочно соединяют между собой параллельно диэлектрическими перегородками, которые размещают неподвижно между шинами с зазорами относительно друг друга, выполняя в одной из шин сквозные отверстия с резьбой аналогичной резьбе бокового контакта лампы, а в другой шине углубления, коаксиальные резьбе, для нижнего контакта лампы, при этом резьбовые отверстия и углубления размещают между диэлектрическими перегородками, а шину с резьбовыми отверстиями подключают к фазному проводу и делают фазной шиной, а шину с углублениями подключают к нейтральному проводу и делают нейтральной шиной, при этом фазную шину делают толще нейтральной [4, фиг. 4, 5, 6]. Предварительно, лампы вворачивают боковым контактом лампы в фазную шину до упора нижним контактом в углубление нейтральной шины.
Известно, также, что такие шины создают, по форме, в виде узких прямоугольных полос [4], в виде широких прямоугольников (или квадратов) [5] для инфракрасного нагревателя днища прямоугольной емкости или круглыми [6] для инфракрасного нагревателя круглого днища цилиндрической емкости.
Уменьшить материалоемкость фазной шины и упростить изготовление электрически параллельного шинного соединения электроламп типа ИКЗ в инфракрасном нагревателе является основной задачей.
Наиболее существенным недостатком такого соединения является невозможность обеспечить надежность соединения боковых контактов ламп с фазной шиной. Для того, чтобы этот контакт стал бы плотным (надежным, долговечным и электропроводным) резьба цоколя лампы должна иметь контакт, по меньшей мере, в трех полных витках витков шины. А, увеличение числа витков резьбы в шине (у ламп ИК3-эта резьба может быть Е27 для ИКЗ-250 или Е40 для ламп ИКЗ-500) приводит к увеличению толщины шины и к увеличению материалоемкости [4].
2. Наиболее близким техническим решением (прототипом), является способ электрически параллельного шинного соединения инфракрасных зеркальных ламп типа ИКЗ для инфракрасного нагревателя [7] в котором плоские электропроводные шины прочно соединяют между собой параллельно диэлектрическими перегородками. Перегородки размещают неподвижно между шинами с зазорами относительно друг друга. Эти зазоры идентичны расстояниям между колбами ламп. В одной из шин выполняют сквозные цилиндрические отверстия, а в другой - углубления, коаксиальные резьбе и отверстию, для нижнего контакта лампы. В отверстиях прочно, плотно и без зазоров закрепляют коаксиально отверстиям электропроводные цилиндрические втулки с внутренней резьбой Е27 или Е40. Плоскости торцев втулок сверху выполнены заподлицо с поверхностью (с плоскостью) шины, в которой они неподвижно установлены. Углубления размещают между диэлектрическими перегородками, а шину с отверстиями подключают к фазному электрическому проводу и делают фазной шиной. Другую (противоположную фазной) шину подключают к нейтральному проводу и делают нейтральной шиной. Лампы вворачивают боковым контактом во втулку фазной шины до упора нижним контактом в углубление нейтральной шины с натягом, а длину каждой втулки ограничивают не менее, чем пятью миллиметрами зазора от нейтральной шины. Идентичные шины (фазную и нейтральную) выполняют либо прямоугольными, либо треугольными, либо круглыми.
В данном способе достигается важная техническая задача - уменьшение материалоемкости фазной шины, повышение ее изгибной прочности в области контакта бокового контакта ламп с телом фазной шины при одновременной универсальности устройства для реализации способа для использования его в случаях треугольного, круглого или прямоугольного исполнения одинаковых по форме фазной и нейтральной шин.
В цели предполагаемого изобретения (по сравнению с прототипом) входят получение следующих технических результатов.
1. Упрощение изготовления электрически параллельного шинного соединения инфракрасных зеркальных ламп типа ИКЗ в инфракрасном нагревателе.
2. Повышение надежности соединения бокового и нижнего контактов ламп с шиной (каждый со своей).
3. Уменьшение материалоемкости комплекта шин.
3. Причины, препятствующие получению технических результатов.
Основными причинами, препятствующими эффективному использованию известного способа (прототипа) являются:
3.1. Сложность изготовления комплекта электропроводных шин с диэлектрическими перегородками, в котором фазную шину изготавливают, монтируя в ней неподвижно, по меньшей мере две электропроводные втулки [7, фиг. 2, поз 8]. Причем, изготавливая инфракрасный нагреватель из ламп ИКЗ-500 [8] необходимо высверливать в фазной шине отверстие большего диаметра и вваривать в него втулку с резьбой Е40. Изготавливая инфракрасный нагреватель из ламп ИКЗ-250 [9] Изготавливая инфракрасный нагреватель из ламп ИКЗ-175 [10] необходимо, также, высверливать в фазной шине отверстие меньшего диаметра и вваривать в него втулку с резьбой Е27. Изготовление разных по размеру фазных шин, высверливание в них разных по диаметру отверстий, изготовление разных по диаметру втулок и монтаж разных по размерам втулок в соответствующие по размерам отверстия в фазных шинах для разных инфракрасных нагревателей - существенно усложняет изготовление комплекта фазных шин.
3.2. Низкая надежность соединения нижнего контактов ламп с нейтральной шиной обусловлена формой контакта нижнего контакта лампы с коническим (по форме) углублением в нейтральной шине [7, фиг. 2, поз. 6]. Нижний контакт ламп ИКЗ представляет собой короткий цилиндр, длиной 3 мм, а диаметром 5 мм для ламп ИКЗ-175 и 250 и 7 мм для ламп ИКЗ-500. При установке цилиндра в конус - контакт между фазной шиной и нижним контактом ламп происходит по круговой линии. Геометрически, линия не имеет площади. Поэтому такой контакт, при прохождении электрического тока, имеет очень большое активное сопротивление и, из-за этого, ненадежен.
3.3. Избыточная материалоемкость комплекта шин обусловлена следующими обстоятельствами.
3.3.1. При необходимости изготавливать инфракрасные нагреватели одновременно на лампах ИКЗ-500 и на лампах ИКЗ-175 - нужно изготавливать фазные шины с разными втулками: с резьбой Е40 и с резьбой Е27. Это двойной расход материала на сами фазные шины.
3.3.2. Углубления в нейтральных шинах ослабляют поперечное сечение шин в области контакта с нижним контактом ламп. Причем лампы вворачиваются во втулки с натягом до упора, создавая давление нижним контактом лампы от фазной шины в направлении нейтральной шины. Нейтрализуя (ослабляя) это давление нейтральные шины изготавливают на 1-2 мм толще, фазные. Это увеличивает материалоемкость нейтральных шин.
3.4. Изготовление углублений в нейтральных шинах дополнительно усложняет изготовление комплекта для электрически параллельного шинного соединения.
4. Признаки прототипа, совпадающие с заявляемым предполагаемым изобретением.
Способ электрически параллельного шинного соединения инфракрасных зеркальных ламп типа ИКЗ для инфракрасного нагревателя, в котором используют комплект из двух пар плоских электропроводных шин, в каждом из которых их попарно прочно соединяют между собой параллельно диэлектрическими перегородками размещая перегородки неподвижно между шинами с зазорами относительно друг друга, причем эти зазоры близки к расстояниям между колбами ламп при этом в одной из шин выполняют сквозные цилиндрические отверстия, а в другой - углубления, коаксиальные резьбе и отверстию, для нижнего контакта лампы, в отверстиях прочно, плотно и без зазоров закрепляют коаксиально отверстиям электропроводные цилиндрические втулки с внутренней резьбой Е27 или Е40 и плоскости торцев втулок сверху выполнены заподлицо с поверхностью (с плоскостью) шины, в которой они неподвижно установлены причем углубления размещают между диэлектрическими перегородками, а шину с отверстиями подключают к фазному электрическому проводу и делают фазной шиной при этом другую (противоположную фазной) шину подключают к нейтральному проводу и делают нейтральной шиной, в процессе соединения - лампы вворачивают боковым контактом во втулку фазной шины до упора нижним контактом в углубление нейтральной шины с натягом, а длину каждой втулки ограничивают пятью миллиметрами зазора от нейтральной шины и идентичные шины (фазную и нейтральну нейтральную) выполняют либо прямоугольными, либо треугольными, либо круглыми
5. Задачами предполагаемого изобретения являются следующие технические результаты.
5.1. Упрощение изготовления электрически параллельного шинного соединения инфракрасных зеркальных ламп типа ИКЗ в инфракрасном нагревателе.
5.2. Повышение надежности соединения бокового и нижнего контактов ламп с шиной (каждый со своей).
5.3. Уменьшение материалоемкости комплекта шин.
6. Эти технические результаты в заявляемом способе электрически параллельного шинного соединения инфракрасных зеркальных ламп типа ИКЗ для инфракрасного нагревателя, достигаются тем, что для электрического соединения используют один комплект из одной пары шин, в котором отверстия в фазной шине выполняют под втулку с резьбой Е40 и закрепляют в них втулки с внутренней резьбой Е40, каждую из которых снабжают резьбовым радиальным сквозным резьбовым М5 отверстием в нижней части втулки и винтом-барашком, с возможностью вворачивания его в резьбовое отверстие втулки, комплектуя дополнительно фазную шину цилиндрическими резьбовыми втулками с наружной резьбой Е40 и внутренней резьбой Е27 с возможностью вворачивания резьбовых втулок внутрь втулок с резьбой Е40 и фиксации их винтом-барашком так, что нижние торцы обеих втулок, обращенные к нейтральной шине лежат в одной плоскости, а нейтральную шину выполняют из полосы необработанного механически металла, при этом соединение шин с лампами осуществляется так, что лампы ИКЗ-500 вворачиваются во втулку с резьбой Е40 до упора с натягом в нейтральную шину и фиксируются винтом-барашком, а лампы ИКЗ-175 или ИКЗ-250 вворачиваются в резьбовую втулку до упора с натягом в нейтральную шину и фиксируются, а резьбовая втулка предварительно вворачивается в неподвижную втулку с резьбой Е40, при этом фазную и нейтральную шины выполняют одинаковыми, по толщине.
7. Сущность предполагаемого изобретения поясняется чертежами, где, на фиг. 1 показаны основные типы и размеры электрических инфракрасных зеркальных ламп модели ИКЗ.
Так, на фиг. 1 обозначены - поз.1 сами лампы ИКЗ, включая: 1А - лампа ИКЗ-175 (номинальной мощностью 175 Вт), 1Б - лампа ИКЗ-250 (номинальной мощностью 250 Вт) и 1B - лампа ИКЗ-500 (номинальной мощностью 500 Вт). Наружный диаметр резьбы Е27 бокового контакта (цоколя) ламп составляет 27 мм, а наружный диаметр резьбы Е40 - 40 мм. Идентичные элементы устройства ламп ИКЗ обозначены следующими позициями: 2 - прозрачный участок колбы ламп, 2А - область зеркального отражателя внутри колбы, 3 - боковой контакт (на цоколе) лампы и 4 - нижний контакт (на цоколе) лампы.
На фиг. 2 представлены в поперечном размере сборка комплекта нейтральной шины 5 с фазной шиной 6, которые прочно и неподвижно соединены друг с другом диэлектрическими перегородками 10, прикрепленными к шинам саморезами (шурупами, винтами и т.д.) 9. В отверстии для втулки 7 с внутренним сквозным резьбовым отверстием Е40 неподвижно установлена эта втулка 7 с непрерывным электрическим контактом с фазной шиной 6 по окружности соединения. Втулка 7, например, вварена сваркой 8 в фазную шину 6, которая выполнена из обычной стали, из полосы, без дополнительной (кроме изготовления отверстия) механической обработки. Во втулке 7, на расстоянии, примерно, 15 мм от ее конца, обращенного к нейтральной шине 5, выполнено сквозное резьбовое радиальное отверстие с резьбой М5 (на фиг. 2 не обозначено), в которое ввернут винт-барашек 11 М5×30, DIN 316 [11, 12]. На фиг. 3 представлен осевой разрез резьбовой втулки 12, которая представляет собой цилиндрическую электропроводную втулку, на внешней цилиндрической поверхности которой выполнена наружная резьба Эдисона Е40, а на внутренней цилиндрической поверхности выполнена внутренняя резьба Эдисона Е27 [13]. Втулка 12 выполнена (например) ступенчатой по длине вдоль оси и имеет большую, по длине л, вдоль оси, часть и меньшую, по длине Л-л вдоль оси, часть 12.1. На меньшем по длине участке 12.1, в его теле выполнен (например, для удобства вворачивания), со стороны торца, выполнен, на высоту этого участка Л-л, паз 12.2 шириной Ш=3-5 мм.
Резьбовая втулка 12 может быть выполнена без ступеней, т.е., одного и того же размера по диаметру внешней резьбы Е40 и по диаметру внутренней резьбы Е27, но в торце, в который вворачивается лампа ИКЗ -175 или ИКЗ-250 снабжен пазом 12.2.
На фиг. 4 показаны сборки при электрически параллельном соединении ламп ИКЗ-500 (слева) имеющих боковой контакт с резьбой Е40 и ламп ИКЗ-175; ИКЗ-250 (слева) имеющих боковой контакт Е27.
На фиг. 5 показана схема конструкции винта-барашка 11 М5×30. Этот винт [14] наиболее удобен при закреплении либо ламп ИКЗ-500 (фиг. 4, поз. 1В), либо ламп ИКЗ-250 (фиг. 4, поз. 1Б) поскольку не требует дополнительных инструментов (типа отверток или гаечных ключей) для вворачивания и фиксации боковых контактов ламп во втулках. Винт-барашек завинчивается вручную. Длина этого винта 11 достаточна для фиксации и нижних контактов ламп с резьбой Е40 и для фиксации и нижних контактов ламп с резьбой Е27 (вместе с резьбовыми втулками 12).
7.1. В заявляемом способе электрически параллельного шинного соединения инфракрасных зеркальных ламп типа ИКЗ для инфракрасного нагревателя, устройство (комплект деталей) реализует заявляемый способ следующим образом.
Для реализации способа, вначале, изготавливаются электропроводные шины, например, из полосы стали обычного качества, например, из стали Ст. [15] шириной 60 мм и толщиной, не менее 1 мм. В одной из шин, которую делают фазной 6, выполняют сквозное (сквозные) отверстие (отверстия) 7 диаметром, 50 мм. Далее, изготавливают цилиндрическую(ие) втулку(ки) с наружным диаметром 50 мм и внутренней резьбой Е40 (их наружная резьба Е40, по диаметру, составляет 41 мм, а толщина стенки втулки составляет 4,9 мм). Во втулке(ах) 7, ниже середины по высоте, например, на расстоянии 1/3 от свободного торца, высверливают радиальное сквозное отверстие диаметром 5 мм, в нем нарезают резьбу М5 и в нее вворачивают на глубину, приблизительно 4 мм, винт-барашек 11 М5×30 (наживляют). После это, изготавливают диэлектрические перегородки 10. Далее, изготавливают соединения втулки 7 (с ввернутыми винтами-барашками 11) с фазной шиной 6 так, как указано в прототипе [7], т.е. вваривают их в отверстия 7 в шине 6. После этого, соединяют необработанную полосу из стали Ст.0 - нейтральную шину 5 с фазной шиной 6, выполненной из той же стали, жестко и неподвижно диэлектрическими перегородками 10, которые скрепляют жестко и неподвижно саморезами (или шурупами, винтами и т.д.) 9.
В этом виде, комплект из нейтральной шины 5, соединенной жестко и прочно с фазной шиной 6 (со втулкой 7 и с винтом-барашком 11) полностью готов для инфракрасного нагревателя на лампах ИК3-500 (фиг.4, слева).
Далее, изготавливают цилиндрические резьбовые втулки 12 из той же стали, что и шины, с наружной резьбой Е40 и внутренней резьбой Е27. В верхняя часть (на высоте Л-л=5 мм, фиг. 3) втулок 12 может быть выполнена ступень 12.1 меньшего диаметра, чем наружная резьба Е40 и, немного большего, чем внутренняя резьба Е27. В торце этой ступени 12.1 прорезают паз 12.2 прямоугольный паз шириной 3-5 мм на глубину ступени 21.1.
В этом виде, комплект из нейтральной шины 5, соединенной жестко и прочно с фазной шиной 6 (со втулкой 7, с винтом-барашком 11 и втулкой 12) полностью готов для инфракрасного нагревателя на лампах ИКЗ-175, ИКЗ-250 (фиг.4, справа).
Шины могут быть прямоугольными, треугольными или круглыми.
7.2. Вышеуказанные технические результаты заявляемого, в качестве предполагаемого изобретения, достигаются следующим образом.
7.2.1. Упрощение изготовления электрически параллельного шинного соединения инфракрасных зеркальных ламп типа ИКЗ в инфракрасном нагревателе достигается следующим образом.
В комплекте для электрически параллельного соединения - шины и все электропроводные элементы соединения изготавливаются из самой дешевой стали, одинаковой ширины и толщины, причем фазная шина (стальная полоса) не обрабатывается механически. Сборка из шин 5, 6 с втулкой 7 и винтом-барашком 11 полностью пригодна для инфракрасного нагревателя (излучателя) на лампах ИКЗ-500 с боковым контактом (резьбой) ламп Е40.
Для создания инфракрасных нагревателей на лампах ИКЗ-250 или на ИКЗ-175 нет необходимости изготавливать дополнительно шины, в том числе фазные, дополнительно цилиндрические втулки с внутренней резьбой Е27 и вваривать их в тело фазных шин.
В заявляемом способе, наличие резьбовых втулок 12, заменяет все другие дополнительные операции. Вворачивая резьбовые втулки 12 внутрь втулок 7 так, что нижние торцы втулок 7 и 12 лежат в одной плоскости на высоте В=5 мм от нейтральной шины 5 и фиксируя положение и неподвижность резьбовой втулки 12 во втулке 7 винтом-барашком 11 обеспечивают надежный электрический контакт в соединении фазной шины 6 с боковым контактом (с резьбой Е27) ламп ИКЗ-175 или ИКЗ-250, посредством резьбовых втулок 12 и втулок 7. Дополнительные комплекты из шин, перегородок и втулок - не нужны.
В этом случае, вместо комплектов из двух комплектов шин с разными втулками нужно изготавливать один, а к нему - резьбовые втулки 12.
7.2.2. Повышение надежности соединения бокового и нижнего контактов ламп с шиной (каждого со своей) достигается тем, что винт-барашек 11, при вворачивании его в тело втулки 7 радиально, может создавать давление, тоже радиально, на резьбу Е40 нижнего контакта лампы ИКЗ-500 1B. Эта лампа 1В вворачивается во втулку 7 также, как и в прототипе - до упора нижним контактом 4 (фиг. 1) в нейтральную шину 5 и с натягом. Лампа вворачивается во втулку 7 до тех пор, пока лампа 1В, между шинами 5 и 6, не создаст упругую деформацию шин (между соседними перегородками 9) в противоположном друг от друга направлении. Сразу, после этого, ввинчивают винт-барашек 11 в тело втулки 7, фиксируя положение бокового контакта 3 (фиг. 1) внутри втулки 7 и более плотно, чем в прототипе прижимая этот контакт к резьбе втулки 7. Эта фиксация бокового контакта 3 внутри втулки 7, одновременно фиксирует и положение нижнего контакта 4. Он прижат неподвижно усилием упругого натяга между шинами 5 и 6 к плоской поверхности нейтральной шины 5 (плоская круглая поверхность нижнего контакта 4 прижата к плоской электропроводной поверхности шины 5 и неподвижна).
При создании менее мощных инфракрасных нагревателей на лампах ИКЗ-175 или ИКЗ-250, прежде чем устанавливать (вворачивать) эти лампы, во втулку 7 вначале вворачивают (по резьбе Е40) резьбовую втулку 12 (фиг. 2) и фиксируют ее в заданном положении, как изложено выше (и на фиг. 2, размер В), винтом-барашком 11. Лампы 1А или 1Б (фиг. 1) вворачивают в резьбовую втулку 12 так же, как и лампу 1В (см. выше, в этом же разделе 7.2.2). Лампу вворачивают в резьбовую втулку 12 (по резьбе Е27) до тех пор, пока лампы 1А или 1Б, между шинами 5 и 6, не создадут упругую деформацию шин (между соседними перегородками 9) в противоположном друг от друга направлении. Сразу, после этого, докручивают винт-барашек 11 в тело втулки 7, фиксируя одновременно и резьбовую втулку 12, увеличивая степень прижима резьбовой втулки 12 к резьбе Е40 втулки 7 (в противоположную от винта-барашка 11 сторону) и плотность контакта (жесткость соединения) бокового контакта 3 (резьбы Е27) с внутренней резьбой резьбовой втулки 12 (фиг. 4, справа). Эта фиксация бокового контакта 3 (ламп ИКЗ-175 или ИКЗ-250) внутри резьбовой втулки 12 (вместе с ее надежной фиксацией внутри втулки 7), одновременно фиксирует и положение нижнего контакта 4. Он прижат неподвижно усилием упругого натяга между шинами 5 и 6 к плоской поверхности нейтральной шины 5 (плоская круглая поверхность нижнего контакта 4 прижата к плоской электропроводной поверхности шины 5 и неподвижна). Так же, как и для лампы ИКЗ-500.
2
2
2
2
2
2
Как указывалось выше, диаметр нижнего контакта (круга) ламп ИКЗ-500 составляет 7 мм, а для ламп ИКЗ-171 (ИКЗ-250) - 5 мм. Поэтому, надежность данного электрически параллельного соединения следует оценить по наименьшей площади электрического контакта нижнего контакта 4 с нейтральной шиной 5 для лампы с большей электрической мощностью. Этой лампой является ИКЗ-250, потребляющая мощность 250 Вт. Ее нижний контакт 4 ∅=5 мм имеет площадь электрического контакта с нейтральной шиной 5 πD/4=3,14*25/4=19,6 мм. В работе [16] показано, что для железа, в изолированном проводнике, допустимый ток при сечении проводника площадью 10 мм составляет 17 A. Электрический ток, протекающий в соединении нижнего контакт 4 с нейтральной шиной 5 (для лампы ИКЗ-250) определим следующим образом. Из электротехники давно известно, что при наличии известной потребляемой электрической мощности Р и электрическом напряжении питания U существует зависимость: , где R - электрическое сопротивление, Ом. Лампы модели ИКЗ изготавливаются под рабочее (номинальное) напряжение переменного тока 220 В. Поэтому, R определяется из (1), как R=220/250=48400/250=194 Ом. При напряжении 220 B и сопротивлении 194 Ом - электрический ток (I) между нижним контактом 4 и нейтральной шиной 5 составляет (I=U/R)=1,134 A. Это в 10 раз меньше тока (17 A) для проводника сечением в 10 мм в то время, как в нашем случае, это сечение составляет 19,6 мм.
7.2.3. Уменьшение материалоемкости комплекта шин обеспечивается необходимостью изготавливать лишь одну фазную шину со втулками и одну нейтральную шину (с диэлектрическими перегородками) для одного инфракрасного нагревателя прямоугольной, треугольной или круглой формы. Дополнительная резьбовая втулка и винт-барашек, всего на 7% увеличивает массу этого комплекта и уменьшает материалоемкость заявляемого, электрически параллельного, шинного соединения ламп ИКЗ в инфракрасных нагревателях на 53%, по сравнению с прототипом.
Дополнительным техническим результатом заявляемого изобретения является существенное повышение плотности и долговечности самого электрического соединения (контакта) между боковым контактом ламп с фазной шиной и нижнего контакта ламп с нейтральной шиной при использовании винта-барашка 11 (фиг. 2, 4, 5).
При вворачивании его во втулку 7 (фиг. 4, слева), после установки в эту втулку, с упругим натягом, лампы 1B с резьбой Е40 на боковом контакте тело винта-барашка 11 надежно фиксирует и боковой контакт лампы 1В во втулке 7 и нижний ее контакт с поверхностью нейтральной шины 5. Что обеспечивает постоянный электрический контакт при наличии технологических вибраций от работающих поблизости механизмов.
После вворачивания винта-барашка 11 во втулку 7 для фиксации, ввернутой в нее заданным образом резьбовой втулки 12 (фиг. 2), в эту втулку устанавливают, с упругим натягом, лампы 1А или 1Б с резьбой Е27 на боковом контакте 3. Далее, доворачивают винт-барашек 11, сжимая стенку резьбовой втулки 12 и фиксируя, одновременно, и эту втулку 12 внутри неподвижной втулки 7 и лампы 1А/1Б (с боковыми контактами 3 в резьбовой втулке 12 и с нижними контактами 4, прижатыми к нейтральной шине 5 (фиг. 4, справа). Это обеспечивает постоянный электрический контакт при наличии технологических вибраций от работающих поблизости механизмов.
Использование винта-барашка 11 (фиг. 5) для фиксаций - не требует никаких инструментов (ни отверток, ни гаечных ключей) для его вворачивания радиально в тело втулки 7. Толщина стенки втулки 7 составляет 5 мм, а стенки резьбовой втулки 12 (между витками резьб Е40 и Е27) 4 мм. Диаметр тела винта-барашка 11 М5 составляет 4,5 мм. При зажиме резьбовой втулки 12 (упираясь в нее) он испытывает усилия (и напряжения) сжатия вдоль своей оси, а стенка резьбовой втулки 12 - усилия (и напряжения) упругого изгиба. Вручную, поворачивая винт-барашек 11 за усики 11.1 (фиг. 5) по часовой стрелке (вворачивая его во втулку 7) - упруго деформируют стенку резьбовой втулки 12, обеспечивая фиксацию всех электрических контактов (фиг. 4).
8. Источники информации
1. Патент RU №2269730, F26B 13/18, опубл. 10.02.2006. Бюл. №4.
2. Патент RU №2302593, F26B 13/18, опубл. 10.07.2007. Бюл. №19.
3. Патент RU №2287121, F26B 13/18, опубл. 10.11.2006. Бюл. №31.
4. Патент RU №2431793, F26B 3/34, опубл. 20.10.2011. Бюл. №29.
5. Патент RU №2556865 C2, H05B 3/00, опубл. 20.07.2015. Бюл. №20.
6. Заявка RU №2011124215/07(035753) от 15.06.2011. Решение ФИПС о выдаче 28 ноября 2012 г.
7. Патент RU №2556865 С2, H05B 3/00, опубл. 20.07.2015 Бюл. №3.
8. Патент RU 2526396 С1, МПК A21B 1/48, 2/00, опубл. 20.08.14. Бюл. №23.
9. Патент RU 2431793 С1, МПК F26B 3/34, опубл. 20.10.11. Бюл. №29.
10. Заявка RU 2015109401/06(014922), МПК F26B 3/04, 3/20, дата подачи 17.03.2015. Решение ФИПС о выдаче патента от 15.06.2016.
11. http://snabmetiz.ru/vint-barashek-din-316-oc.html.
12. Таблицы соотв. DIN, ГОСТ, ISO, http://tdm-neva.ru/information/din-gost.html.
13. ГОСТ 6042-83 (СТ СЭВ 3151-81). Резьба Эдисона круглая. Профили, размеры, предельные размеры. Чертеж 1, таблица 1.
14. Винт барашковый, оцинкованный DIN 316 М5×30, http://snabmetiz.ru/vint-barashek-din-316-oc.html.
15. http://emchezgia.ru/steel.php, сталь Ст.0
16. Н.И. Кошкин, М.Г. Ширкевич. Справочник по элементарной физике. М., Наука, 1976. С. - 256. Допустимые токи в изолированных проводниках при продолжительной работе, с. - 140, таблица 81.