УСТРОЙСТВО ДЛЯ СНЯТИЯ ЭМАЛЕВОЙ И ЛАКОВОЙ ИЗОЛЯЦИИ С ПРОВОДОВ

Устройство для снятия эмалевой и лаковой изоляции с проводов Полезная модель относится к области электротехники и может быть использована в электротехнической, радиотехнической промышленности, а именно в технологическом оборудовании при подготовке к лужению и пайке проводов различного диаметра, имеющих, эмалевую, лаковую изоляцию.
Из уровня техники известно устройство для снятия изоляции с проводов [1. Свидетельство на полезную модель RU №19228, 7 МПК H02G 1/12, опубликовано 10.08.2001 г.]. Это устройство содержит регулируемый источник питания (в [1] назван регулируемым блоком питания), нагреватель, узел для удаления остатков изоляции, реле времени, включаемое кнопочным выключателем, и лампочку. Нагреватель выполнен в виде нихромовой спирали, внутри которой установлена трубка из термостойкого изоляционного материала. Это позволяет создать стабильную температуру в зоне обжига и исключить замыкание витков спирали при размещении провода внутри нагревателя. Блок питания связан с нихромовой спиралью нагревателя и обеспечивает ее регулируемый нагрев. Реле времени, кнопочный выключатель и лампочка позволяют фиксировать момент окончания обжига. Узел для удаления остатков изоляции выполнен в виде вращающихся втулок из пористого упругого материала.
Устройство [1] позволяет очистить медный провод от изоляции путем ее обжига при размещении провода внутри нагревателя, выполненного в виде спирали с заданным внутренним диаметром. Внутренний диаметр нагревателя (спирали) определяет максимальный диаметр зачищаемого провода. Однако, нагрев изоляции провода в этом устройстве осуществляется снаружи, при этом при полном сгорании изоляции выделяется максимально возможное количество продуктов горения, вредных для оператора и загрязняющих окружающую среду. Кроме того, продукты сгорания изоляции пригорают к поверхности медного провода, что в свою очередь затрудняет его дальнейшее лужение и пайку. Аналог [1] позволяет снимать изоляцию только с концов проводов, на практике, бывает необходимо снять изоляцию в любом месте по длине провода. Вышеназванные недостатки не позволяют обеспечить высокую производительность и качество очистки провода (особенно тонкого провода) от эмалевой или лаковой изоляции.
Из уровня техники известно устройство для снятия изоляции с проводов [2. Патент РФ на полезную модель №97011, МПК H02G 1/12, опубликовано 20.08.2010], которое является наиболее близким аналогом для заявляемой полезной модели по технической сути и назначению, и взято за прототип. Устройство содержит регулируемый источник питания, связанный с индуктором (нагревателем). Регулируемый источник питания содержит инвертор, имеющий вход питания, систему управления инвертором, формирователь импульса, связанный с ключом запуска формирователя импульса. Индуктор состоит из обмотки и магнитопровода, имеющего зазор. Один конец обмотки индуктора соединен через конденсатор с первым выходом инвертора. Второй конец обмотки индуктора через датчик тока соединен со вторым выходом инвертора. Второй выход датчика тока связан с входом обратной связи системы управления инвертором, выход которой связан с управляющим входом инвертора. Вход запуска системы управления инвертором соединен с выходом формирователя импульса, имеющего вход настройки и вход запуска формирователя импульса, связанный с ключом запуска формирователя импульса. Система управления инвертором содержит задатчик тока, первый и второй сумматоры, интегратор и генератор изменяемой частоты. Генератор изменяемой частоты имеет выход, являющийся выходом системы управления инвертором и имеет разрешающий вход, который является входом запуска системы управления инвертором и связан с неинвертирующим входом второго сумматора. Инвертирующий вход первого сумматора является входом обратной связи системы управления инвертором. Это устройство [2] позволяет повысить производительность за счет автоматического выключения индуктора, расширить технологические возможности устройства при одновременном снижении выброса вредных веществ в атмосферу, за счет того, что нагрев изоляции производится с поверхности провода. Это, в свою очередь, приводит к разрушению адгезионных связей между поверхностным слоем токопроводящей жилы и внутренней поверхностью изоляции без пригорания продуктов сгорания изоляции к поверхности провода.
Однако, устройство [2] имеет ограниченный диапазон диаметров зачищаемых проводов. Этот диапазон диаметров проводов обусловлен длиной зазора магнитопровода индуктора. Например, при длине зазора магнитопровода индуктора 0,3 мм эффективно будет нагреваться провод диаметром 0,2-0,25 мм, но не будет нагреваться провод диаметром 0,1 мм и ниже. Кроме того, производительность устройства [2] ограничена нагревом магнитопровода индуктора до точки Кюри, при которой он теряет свои магнитные свойства. Причем, момент достижения максимально возможной температуры, при которой магнитопровод теряет свои магнитные свойства, никак не фиксируется, что приводит к дополнительному неудобству при его эксплуатации.
Задачей заявляемой полезной модели является повышение производительности и обеспечение удобства эксплуатации устройства для снятия эмалевой и лаковой изоляции.
Техническим результатом заявляемой полезной модели является расширение диапазона диаметров зачищаемых проводов при одновременном обеспечении качества зачистки поверхности проводов от продуктов сгорания эмалевой или лаковой изоляции.
Поставленная задача и технический результат достигаются следующим образом. Заявляемая полезная модель, как и прототип, содержит инвертор с силовым и управляющим входами и силовым выходом, образованным двумя выводами. К выводам инвертора подключены последовательно соединенные конденсатор, обмотка индуктора, размещенная на магнитопроводе, имеющем зазор, датчик тока. Устройство также имеет систему управления инвертором с двумя входами и одним выходом, формирователь импульсов, имеющий вход настройки и вход запуска, связанный с ключом запуска формирователя импульсов. Информационный выход датчика тока соединен с первым входом системы управления, а выход системы управления связан с управляющим входом инвертора.
В отличие от прототипа заявляемая полезная модель дополнительно содержит датчик температуры, блок разрешения запуска, первый вход которого связан с выходом формирователя импульсов. Выход блока разрешения запуска связан со вторым входом системы управления. Управляющий вход блока разрешения запуска соединен с датчиком температуры, который установлен на магнитопроводе. Обмотка индуктора выполнена из двух полуобмоток, соединенных последовательно и расположенных на двух кернах магнитопровода симметрично относительно зазора. Керны, со стороны загрузки провода, имеют V-образную фаску с углом 60°-100°. Магнитопровод закреплен на держателе, выполненном из материала с высокой теплопроводностью.
В частном случае выполнения блок разрешения запуска содержит блок защиты от перегрева, вход которого образует управляющий вход блока разрешения запуска, связанный с датчиком температуры. Выход блока защиты от перегрева связан с индикатором и вторым входом управляемого ключа. Первый вход управляемого ключа образует первый вход блока разрешения запуска и связан с выходом формирователя импульсов. Выход управляемого ключа образует выход блока разрешения запуска и связан со вторым входом системы управления.
В частном случае выполнения система управления инвертором содержит задатчик тока, первый и второй сумматоры, интегратор и генератор изменяемой частоты. Задатчик тока связан с неинвертирующим входом первого сумматора. Выход первого сумматора связан с инвертирующим входом второго сумматора. Выход второго сумматора через интегратор связан с регулирующим входом генератора изменяемой частоты. Генератор изменяемой частоты имеет выход, образующий выход системы управления инвертором и имеет разрешающий вход, являющийся вторым входом системы управления инвертором. Второй вход системы управления инвертором вязан с неинвертирующим входом второго сумматора. Инвертирующий вход первого сумматора является первым входом системы управления инвертором.
В частных случаях выполнения на площадь контакта магнитопровода и держателя дополнительно нанесен слой теплопроводной пасты. Держатель выполнен из материала с высокой теплопроводностью, например алюминия или меди. Концентратор магнитного потока индуктора, выполнен на основе магнитопровода стержневого типа.
Совокупность существенных признаков заявляемой полезной модели среди известных источников информации заявителями не обнаружена, что подтверждает ее новизну.
Техническая суть полезной модели поясняется чертежами. На фиг. 1 показана структурная схема устройства для снятия эмалевой и лаковой изоляции с проводов. На фиг. 2 показана структурная схема блока разрешения запуска. На фиг. 3 показана структурная схема системы управления. На фиг. 4 схематично показана форма зазора магнитопровода и полуобмотки, расположенные на кернах магнитопровода симметрично относительно зазора. На фиг.5 показана фотография зачищенных проводов, полученных с помощью заявляемого устройства позиция «б» и с применением наружного нагрева позиция «а», как, например, в аналоге [1], стрелками на фиг.5 указаны зоны с пригоревшими к поверхности провода остатками изоляции.
Устройство для снятия эмалевой и лаковой изоляции с проводов фиг. 1 содержит инвертор 1 имеющий силовой 2 и управляющий 3 входы и силовой выход, образованный двумя выводами 4 и 5. К выводу 4 последовательно подключен конденсатор 6, обмотка индуктора, выполненная в виде двух полуобмоток 7 и 8, размещенных на магнитопроводе 9. Магнитопровод 9 имеет зазор 10. Датчик тока 11 соединен с силовым выводом 5 инвертора 1. Магнитопровод 9 закреплен на держателе 12. Датчик температуры 13 размещен на поверхности магнитопровода 9. Информационный выход датчика тока 11 соединен с первым входом 14 системы управления 15. Выход 16 системы управления 15 соединен с управляющим 3 входом инвертора 1. Информационный выход датчика температуры 13 соединен с управляющим 17 входом блока разрешения запуска 18, выход 19 которого связан со вторым 20 входом системы управления 15. Вход 21 блока разрешения запуска 18 связан с выходом 22 формирователя импульсов 23. Формирователь импульсов 23 имеет вход 24 настройки и вход 25 запуска, связанный с ключом 26 запуска.
Блок разрешения запуска 18 на фиг. 2 содержит блок защиты от перегрева 27, вход 28 которого образует управляющий вход 17 блока разрешения запуска 18 и связан с датчиком температуры 13. Выход 29 блока защиты от перегрева 27 связан с индикатором 30 и вторым 31 входом управляемого ключа 32. Первый 33 вход управляемого ключа 32 образует первый 21 вход блока разрешения запуска 18 и связан с выходом 22 формирователя импульсов 23. Выход 34 управляемого ключа 32 образует выход 19 блока разрешения запуска 18 и связан со вторым 20 входом системы управления 15.
Система управления 15 инвертором 1 на фиг. 3 содержит задатчик тока 35, первый 36 и второй 37 сумматоры, интегратор 38, генератор 39 изменяемой частоты. Задатчик тока 35 связан с неинвертирующим 40 входом первого 36 сумматора, выход 41 которого связан с инвертирующим 42 входом второго сумматора 37. Выход 43 второго сумматора 37 через интегратор 38 связан с регулирующим 44 входом генератора 39 изменяемой частоты. Генератор 39 изменяемой частоты имеет выход 45, образующий выход 16 системы управления 15 инвертором 1. Генератор 39 изменяемой частоты имеет разрешающий 46 вход, который является вторым 20 входом системы управления 15 инвертором 1 и связан с неинвертирующим 47 входом второго сумматора 37. При этом инвертирующий 48 вход первого сумматора 36 является первым 14 входом системы управления 15 инвертором 1.
Зазор 10 образован кернами 49, 50 магнитопровода 9 показан на фиг. 4. Керны 49, 50 со стороны загрузки провода 51, 52 имеют V-образную фаску 53 с углом а, равным 60°-100°. На кернах 49, 50 симметрично, относительно зазора 10, размещены полуобмотки 7, 8.
Работа устройства для снятия эмалевой и лаковой изоляции с проводов рассмотрена на конкретном примере. Магнитопровод 9 индуктора выполнен из феррита стержневого типа, с зазором 10 сложной формы, как показано на фиг.4. Длина зазора 10 определяет минимальный диаметр нагреваемого провода, а угол α, образованный фасками 53, определяет максимальный диаметр нагреваемого провода. Кроме того, V-образная форма фасок 53, образующих зазор, позволяет увеличить значение магнитной индукции в зазоре 10, что подтверждено экспериментальными исследованиями авторов полезной модели и теоретически обосновано в [3. Гайдуков Ю.П. Физические основы и методы получения магнитного поля. 1996 г. ж. Соросовский образовательный журнал. №4. - С. 97-105.]. Например, при величине зазора 10 равной 0,3 мм, в нем можно нагревать провода 51 с диаметром от 0,1 до 0,3. Диаметры проводов 52 выше 0,3 мм помещаются вблизи зазора 10, между фасками 53 магнитопровода 9. Датчик температуры 13 фиг.1, установленный на магнитопроводе 9, позволяет определить момент перегрева магнитопровода 9 в процессе эксплуатации и сигнализировать об этом посредством индикатора 30 в блоке защиты от перегрева 18. Держатель 12 магнитопровода 9, выполненный из материала с высокой теплопроводностью (например, из алюминия), позволяет отводить тепло от магнитопровода 9, что в свою очередь предотвращает перегрев магнитопровода 9 и потерю его магнитных свойств. Держатель 12 имеет крепежные отверстия и может фиксироваться на радиатор или металлический корпус для дополнительного отвода тепла. Формирователь импульса 23 выполнен на основе микроконтроллера MC9SO8QE. Инвертор 1 собран по однотактной полумостовой схеме на транзисторных ключах. Система управления 15 выполнена на базе микросхемы генератора импульсов CD4046. Датчик тока 11 выполнен на основе трансформатора тока. Датчик температуры 13 выполнен на основе цифрового датчика DS18S20. В качестве теплопроводной пасты, для обеспечения теплового контакта между магнитопроводом 9 и держателем 12, использована паста КПТ-8.
В исходном состоянии фиг. 1 ключ 26 для запуска формирователя импульса 23 разомкнут. Система управления 15 находится в режиме ожидания. Ток в цепи: вывод 4 инвертора 1 - конденсатор 6 - полуобмотки 7 и 8 - датчик тока 11 - вывод 5 инвертора 1 отсутствует. Напряжение на информационном выходе датчика тока 11 отсутствует. При замыкании ключа 26 формирователь импульса 23 формирует импульс логического нуля, длительность которого определяется входом 24 настройки формирователя импульса 23. Сформированный импульс с выхода 22 формирователя импульса 23 поступает на вход 21 блока разрешения запуска 18. Пока температура магнитопровода 9 ниже температуры точки Кюри, блок защиты от перегрева 27 фиг. 2 в блоке разрешения запуска 18 выдает логическую единицу на управляемый ключ 32, который в свою очередь формирует рабочий сигнал для системы управления 15. Система управления 15 инвертором 1 переходит в рабочий режим. На выходе 16 системы управления 15 формируется управляющий сигнал высокой частоты, который подается на управляющий 3 вход инвертора 1. Инвертор 1 формирует на выводах 4 и 5 переменное напряжение, частота которого равна частоте управляющего сигнала на выходе 16 системы управления 15. В цепи: вывод 4 инвертора 1 - конденсатор 6 - полу обмотки 7 и 8 - датчик тока 11 - вывод 5 инвертора 1 протекает электрический ток, частота которого равна частоте напряжения на выводах 4 и 5 инвертора 1. Конденсатор 6 и полуобмотки 7, 8 образуют колебательный LC-контур, имеющий собственную резонансную частоту, при которой ток контура ограничивается только добротностью LC-контура и выходной мощностью инвертора 1. Начальная частота управляющего сигнала на выходе 16 системы управления 15 должна быть выше резонансной частоты LC-контура. Системы управления 15 с помощью задатчика тока 35 фиг. 3 и датчика тока 11 фиг. 1 стабилизирует ток инвертора 1 путем уменьшения частоты управляющего сигнала с выхода 16 системы управления 15 инвертором 1 до частоты, при которой ток LC-контура равен току задатчика тока 35 фиг. 3. Высокочастотный ток в полуобмотках 7, 8 создает в зазоре 10 магнитопровода 9 высокочастотное магнитное поле. При размещении провода (это может быть как конец провода, так и любой участок по его длине) 51 или 52 фиг. 4 в зазоре 10 магнитопровода 9, в проводе наводятся вихревые токи, которые разогревают его под действием джоулева тепла. Это приводит к тому, что провод разогревается изнутри, разрушаются адгезионные связи между токопроводящей жилой и лаком. В результате чего лак отслаивается от провода, не пригорая к нему, как показано на фиг. 5, из которой видно, что на участке провода, обработанном внешним нагревом, фиг. 5 позиция «a», присутствуют черные зоны с нагаром (обозначены стрелками). Провод, зачищенный с применением индукционного нагрева, фиг. 5 позиция «б», имеет гладкую поверхность, имеющую металлический блеск - нагар отсутствует. Это доказывает, что применение индукционного нагрева обеспечивает высокое качество зачистки поверхности провода от эмалевой и лаковой изоляции, необходимое для дальнейшего лужения и пайки. Кроме того, форма зазора 10 с V-образными фасками 53, обеспечивают качественную зачистку проводов разных диаметров, что обеспечивает расширение диапазона диаметров зачищаемых проводов (например, от 0,1 мм до 0,4 мм), с использованием одного индуктора. Использование одного индуктора, обеспечивающего зачистку расширенного диапазона диаметров проводов, сокращает количество подготовительных операций перед зачисткой (нет необходимости смены индуктора под конкретный диаметр), что повышает производительность устройства и улучшает удобство его эксплуатации, особенно в промышленном производстве. Кроме того, наличие держателя 12, выполняющего функция охладителя, позволяет увеличить количество зачищаемых проводов в единицу времени, за счет отвода тепла от магнитопровода 9 и предотвращает его от перегрева до точки Кюри, и дальнейшей потери магнитных свойств, что также повышает производительность. Наличие индикатора 30, позволяет визуально обнаружить перегрев магнитопровода 9, что дополнительно повышает удобство эксплуатации устройства для снятия эмалевой и лаковой изоляции с проводов.
Полезная модель является промышленно применимой, так как может быть многократно реализована с помощью серийно выпускаемых элементов, материалов и блоков с достижением указанного выше технического результата.