ТЕПЛОАККУМУЛИРУЮЩИЙ ПАЯЛЬНИК
HEAT-RETAINING SOLDERING IRON

Изобретение относится к электротехнике, конкретно к паяльникам, использующим электрический или газовый нагреватель и предназначенным для ремонта и монтажа электротехнических и радиотехнических устройств.
Известен паяльник, содержащий газовый баллон с присоединенной горелкой, пламя которой нагревает перфорированный теплопроводящий наконечник, переходящий в паяльное жало (Патент US, Gas soldering iron, №4,805,593, опубл. 21 фев. 1989, МПК В23K 3/02). Недостатком известного устройства является присутствие открытого пламени, делающим невозможность его использование в помещениях с присутствием паров топлива или масел, например при ремонте автомобильных электротехнических устройств.
Наиболее близким по технической сущности является паяльник, содержащий нагревательный элемент, теплопроводящую втулку с присоединенным паяльным жалом, аккумулятор тепловой энергии и телескопический вакуумный теплоизолятор, аккумулятор тепловой энергии выполнен с возможностью осевого перемещения вдоль стержня и его фиксации, аккумулятор тепловой энергии соединен с телескопическим вакуумным теплоизолятором, состоящим из двух частей: неподвижной и подвижной. При необходимости ремонта паяльника аккумулятор тепловой энергии и телескопический вакуумный теплоизолятор можно переставить на другой паяльник (SU №1333493 А1, 30.08.1987, МПК В23K 3/02).
Недостатками известной конструкции являются наличие шнура питания, затрудняющего выполнение тонких паек при макетировании электронных устройств, и проведение ремонтных работ внутри устройств или стоек, а также наличие наведенного потенциала от электрического нагревателя на жале паяльника, создающего опасность пробоя полупроводниковых элементов и микросхем.
Техническим результатом изобретением является улучшение эксплуатационных характеристик паяльника, связанных с удобством манипулирования паяльником, обеспечивающим точное позиционирование жала паяльника в месте пайки, возможностью проведения ремонтных работ при удаленном расположении источников электроэнергии, а также устранением возможности пробоя элементов при пайке.
Технический результат достигается тем, что в паяльнике, содержащем нагревательный элемент, теплопроводящую втулку с присоединенным паяльным жалом и аккумулятор тепловой энергии, аккумулятор тепловой энергии выполнен в виде медной цилиндрической камеры, заполненной свинцом, установленной в тепловом контакте с теплопроводящей втулкой, нагревательный элемент выполнен в виде тепловыделяющего проводника трубчатой конструкции, изолированного от оболочки и от цилиндрической камеры, и размещен во внутренней полости медной цилиндрической камеры, заполненной свинцом, при этом паяльник снабжен кольцевым электродом, изолированным от упомянутых камеры и втулки, тепловыделяющий проводник в верхней части электрически соединен с медной цилиндрической камерой, которая через теплопроводящую втулку имеет электрический контакт с паяльным жалом, а в нижней электрически соединен с кольцевым электродом, причем медная цилиндрическая камера размещена в теплоизолирующей оболочке с теплоотражающими внутренними стенками, заполненной керамическим диэлектрическим наполнителем, образующей первый слой теплоизоляции, упомянутая оболочка заключена в тонкостенную ручку паяльника, а пространство между оболочкой и ручкой заполнено пористым теплоизолирующим материалом, образующим второй слой теплоизоляции, при этом паяльник выполнен с возможностью его тепловой подзарядки за счет подключения к источнику питания и образования электрического контакта с кольцевым электродом и паяльным жалом с обеспечением нагрева до расплавления свинца в медной цилиндрической камере.
Сущность изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 представлен продольный разрез теплоаккумулирующего паяльника, на фиг.2 показан общий вид подставки с управляемым блоком питания и расположенным на ней паяльником, на фиг.3 изображен типичный график изменения температуры при плавлении или затвердевании чистого металла.
Теплоаккумулирующий паяльник содержит медную цилиндрическую камеру 1, заполненную свинцом 2, теплопроводящую втулку 3 с паяльным жалом 4, имеющими тепловой контакт с цилиндрической камерой 1, трубчатый нагревательный элемент 5 с электрически изолированным от оболочки и от цилиндрической камеры 1 тепловыделяющим проводником, размещенный во внутренней полости цилиндрической камеры 1 и электрически соединенный в верхней части с медной цилиндрической камерой 1, а в нижней электрически соединенный с изолированным от камеры 1 и втулки 3 кольцевым электродом 6, цилиндрическая камера 1 теплоизолирована в наружном направлении оболочкой 7 с теплоотражающими внутренними стенками и керамическим диэлектрическим наполнителем 8, образующим первый слой теплоизоляции, оболочка 7 заключена в тонкостенную ручку 9 паяльника, а пространство между оболочкой и ручкой заполнено пористым теплоизолирующим материалом 10, образующим второй слой теплоизоляции, в подготовительном режиме теплоаккумулирующий паяльник размещается на подставке 11, совмещенной с управляемым блоком питания 12, жало паяльника 4 размещается в шарнирном элементе 13, внутри которого находится подпружиненный электрод 14, к которому подсоединен один из проводников 15 питания трубчатого нагревательного элемента 5 и присоединен датчик температуры 16, соединенный проводниками 17 и 18 с управляемым блоком питания 12, второй проводник 19 питания нагревательного элемента по поддерживающей стойке 20 подсоединен к U-образному электроду, расположенному в верхней части поддерживающей стойки 20, образующему электрический контакт с кольцевым электродом 6.
Теплоаккумулирующий паяльник работает следующим образом.
В исходном состоянии паяльник расположен на подставке 11 таким образом, что жало 4 паяльника имеет тепловой и электрический контакт с подпружиненным электродом 14, а кольцевой электрод 6 имеет электрический контакт с U-образным электродом, расположенным в верхней части поддерживающей стойки 20. При включении блока питания 12, расположенного на подставке 11, по одному из питающих проводов 15 к жалу 4 паяльника подводится переменный или постоянный потенциал, другой потенциал, создающий разность с первым, подается по питающему проводнику 19 к U-образному электроду, расположенному в верхней части поддерживающей стойки 20. В результате в нагревательном элементе 5, выполненном в виде спирали, расположенной внутри медной цилиндрической камеры 1, происходит выделение тепла, которое повышает температуру свинца 2 в цилиндрической камере 1, температуру теплопроводящей втулки 3 и паяльного жала 4. При достижении температуры плавления свинца 2 подводимая тепловая энергия расходуется на плавление свинца 2 и температура внутренних элементов паяльника стабилизируется (Фиг.3). После того как все количество свинца 2 перейдет в жидкое состояние, температура внутренних элементов паяльника начнет снова повышаться, однако, датчик температуры 16, расположенный на подпружиненном электроде 14, имеющим тепловой контакт с жалом 4 паяльника при превышении температуры выше уровня стабилизации на некоторую величину выдаст сигнал на отключение нагрева паяльника. Без подвода энергии даже при хорошей теплоизоляции температура внутренних элементов будет уменьшаться. При выявленном с помощью датчика температуры 16 уменьшении температуры жала происходит включение разности потенциалов на трубчатом нагревательном элементе 5, вызывающее нагрев внутренних элементов паяльника. Далее процессы нагрева и охлаждения повторяются периодически.
При выполнении пайки нагретый паяльник снимается с подставки 11, осуществляется захват припоя на жало 4 паяльника и прогрев места пайки. Эти операции сопровождаются потерей запасенного тепла в паяльнике, однако температура жала 4 паяльника не меняется за счет выделения скрытой теплоты затвердевания свинца 2 (Фиг.3). Этого тепла вкупе с теплом нагретых медных частей паяльника - медной цилиндрической камерой 1 и теплопроводящей втулки 3, хватает на выполнение нескольких паек в течение 5 минут. После чего паяльник возвращается на подставку 11, таким образом, что жало 4 паяльника образует электрический контакт с подпружиненным электродом 14, а кольцевой электрод 6 образует электрический контакт с U-образным электродом, расположенным в верхней части поддерживающей стойки 20. При таком положении происходит замыкание цепи нагревательного элемента 5 и производится тепловая подзарядка паяльника.
Следует отметить, что выбор свинца для заполнения медной цилиндрической камеры 1 объясняется тем, что его температура плавления около 320°С обеспечивает необходимый перегрев жала (с учетом снижения температуры от расплавленного свинца к концу жала) при паяльных работах припоями ПОС-40 и ПОС-60.
Использование изобретения позволяет точно позиционировать жало паяльника в точке пайки, а также производить пайку в труднодоступных местах и при отсутствии источников энергии непосредственно на месте пайки. Кроме того, при снятии паяльника с подставки происходит его отключение от электрических цепей питания, поэтому на жале отсутствует электрический потенциал, что устраняет вероятность пробоя элементов схемы. Указанные факторы в совокупности определяют лучшие эксплуатационные характеристики паяльника по сравнению с прототипом.