RU2792031C1

RU2792031C1 - Bimetal fuse

Info

Publication number: RU2792031C1
Application number: RU2022124255A
Authority: RU
Inventors: Николай Николаевич Милюшин
Original assignee: Николай Николаевич Милюшин
Filing date: 2022-09-12
Publication date: 2023-03-15

Abstract

FIELD: electrical engineering.

SUBSTANCE: safety devices used in the design and manufacture of electrical circuit protection devices based on bimetallic fuses. The bimetallic fuse consists of a sensitive element in the form of a convex clicking blade with a U-shaped ledge and a U-shaped tumbler located inside the blade, mounted on one of two electrical terminals, with a movable contact on the U-shaped ledge. The sensing element is a figure described around an isosceles triangle inscribed in the base circle with a base smaller than the sides, and the sides of the figure are parts of the circles. Moreover, the lateral sides of the figure are formed by parts of circles described from the intersection points of the medians of the lateral sides of an isosceles triangle with the base circle, and the base of the figure can be a part of the base circle enclosed between the lateral sides.

EFFECT: expanding the range of variation of operating parameters.

2 cl, 4 dwg

Description

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.The invention relates to electrical engineering, in particular to safety devices and can be used in the design and manufacture of electrical circuit protection devices based on bimetallic fuses.

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.A device is known [1 - UK Patent No. 1542253], which is an insulating base, electrical terminals in the form of flat metal plates, a fixed contact mounted on one of the terminals, a sensitive element in the form of a convex clicking blade with a U-shaped protrusion and a tongue located inside blade contour, movable contact mounted on a narrow U-shaped protrusion of the sensing element. The sensing element is pear-shaped and has a smooth outer contour without sharp corners; at the tapering end of the sensing element there is a protrusion designed to limit the element's stroke and install a movable contact. When manufacturing a sensitive element, its surface is shaped into a convex membrane with the convex direction opposite to the direction of thermal deformation.

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.The sensitive element acquires the ability to change the direction of the convexity when heated with a click, which is explained by the loss of stability of the membrane, part of which actually constitutes the sensitive element. The latter is provided with a tongue located along the axis of symmetry, which is formed by a U-shaped notch, while the base of the tongue is located on the side of the wide part of the sensing element.

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.The disadvantage of the known device [1] is its complex geometric shape, which requires a large number (about a hundred sizes) of a molding tool made with a curvature step of 0.2-0.3 mm. The forming tool provides the required accuracy of the click of the element, compensating for the inaccuracy in the manufacture of the bimetal, both in thickness and in the hardness of the layers.

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.As follows from the description, the known device [2 - Patent of Russia No. 2042987, published on August 27, 1995], is deprived of this drawback, which is the closest in technical essence to the proposed device and taken as a prototype. Structurally, it is similar to the well-known device [1], has an insulating base, electrical terminals in the form of flat metal plates, a fixed contact mounted on one of the terminals, a sensitive element made in the form of a clicking blade with a U-shaped tongue located inside the blade, movable contact mounted on the U-shaped protrusion of the blade The convex clicking blade of the device [2] is a figure described around an isosceles triangle with a base smaller than its sides, and inscribed in a circle. The sides of the figure are parts of circles described from the vertices of an isosceles triangle and intersecting with each other to form angles, and the U-shaped protrusion of the blade is located inside the circle described around the isosceles triangle. The outer contour of the sensitive element of this device is constructed as follows. A base circle is drawn with a certain radius and an isosceles triangle with sides greater than its base is inscribed in it, and then arcs of circles with radii equal to the lengths of the sides of the triangle are drawn from the vertices of the triangle: These circles intersect each other with the formation of angles and form the sides of the figure of the blade. The U-shaped protrusion is located inside the base circle, its width is chosen equal to the diameter of the movable contact installed within this protrusion. To obtain the specified response parameters and return the sensitive element, it is subjected to molding with the addition of a convex shape with a vertex in the center of the base circle circumscribed around the vertices of the triangle. After molding, the element acquires the properties of a convex membrane and, when heated due to the flow of an electric current through its body or from an external heat source, the bimetal is deformed so that at some point it abruptly loses stability and temporarily passes into another stable state, acquiring a convexity opposite to the original direction. The movable contact attached to the blade moves away from the fixed contact and the electrical circuit is interrupted. When cooled to a certain temperature, the sensitive element, due to the property of the bimetal, again loses stability and just as abruptly - with a click - returns to its original state with its original bulge. It is indicated that the shape of the clicking blade of the known device [2] makes it possible to simplify the process of its manufacture by basing it in a technological tooling at three points, which ensures that the necessary curvature of the convex blade is obtained using a spherical molding tool.

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.The well-known solution [2] has a significant drawback - the shape of its sensing element limits the variation of the actuation and return parameters with the same set of tool forming the bulge, and the practical complexity of implementing the described shape.

Техническая цель изобретения - расширение диапазона вариации рабочих параметров.The technical purpose of the invention is to expand the range of variation of operating parameters.

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.This goal is achieved due to the fact that the sides of the figure are formed by parts of circles described from the intersection points of the medians of the sides of an isosceles triangle with the base circle, the base of the figure can be a part of the base circle enclosed between the sides of the figure.

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.The technical essence of the proposed device is illustrated by the drawings shown in figures 1, 2, 3 and 4. In Fig. 1 shows a general view of the proposed device; in fig. 2 shows a sensitive element; in fig. 3 and FIG. 4 shows the main circuit and its version of constructing the outer contour of the sensing element.

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.The proposed device contains (see Fig. 1) an insulating base 1, electrical leads 2 and 3, a sensitive element 4, a fixed contact 5, a movable contact 6. The base 1 is an element made of an electrically insulating material, for example, from a thermoplastic or thermosetting plastic, depending from the requirements for the operating conditions of the device, or from other similar insulating material. Electrical outputs 2 and 3 are made in the form of flat metal elements fixed in the base 1. A fixed contact 5 is installed on output 2; on output 3 is fixed, for example, by contact or capacitor welding, a sensitive element 4 with a movable contact 6. The sensitive element 4 (see Fig. 2) is a convex clicking blade with a U-shaped protrusion 7 located at the top of the triangle, opposite to its base. A contact 6 is installed on the protrusion 7. The central part of the sensing element 4 is provided with a tongue 8 formed by a U-shaped slot 9, the contour of which can be formed both by segments of curved lines, and by segments of straight lines, or by a combination of them.

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).The outer contour of the sensing element 4 is constructed as follows. A base circle of radius R is drawn (see Fig. 3) and an isosceles triangle ABC is inscribed in it, while its base AC is less than each of the sides AB and BC. Then, from the midpoints of the sides AB and BC (respectively, from points K and L in Fig. 3) of the triangle, medians are drawn until they intersect with the base circle at points M and N, respectively: Further, from points M and N with radii that are equal to the lengths of segments MC and NA , build parts of the circles and connect them with the vertices B and C, A and B of the triangle, respectively. From the vertex B with a radius equal to the length of the side AB, a part of the circle is also built and the vertices A and C of the triangle are connected by it, forming the third side of the sensing element figure. In some cases, for example, when the overall dimensions of the sensing element are small, as the third side of the figure that forms the contour of the sensing element 4, it is possible to use directly the part of the base circle enclosed between the sides (see Fig. 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.The sensitive element 4 is subjected to molding, after which it acquires the property, when heated, either from the electric current flowing through it or from the heat supplied from the outside, or from a combination of these factors to a given temperature value, to change its state abruptly, which leads to the opening of contacts 5 and 6. After cooling down below a certain temperature, the sensitive element 4 again abruptly assumes its original state and closes contacts 5 and 6. By changing the length of the base AC of the isosceles triangle ABC with a constant radius R of the base circle, it is possible to form a fairly large family of shapes of the outer contour of the sensitive element 4, which, when combined with an unchanged set forming tool allows you to produce a large number of denominations according to the operating temperature of the bimetallic fuse.

Источники информацииInformation sources

1. Патент Великобритании №1542253.1. UK Patent No. 1542253.

2. Патент России №2042987.2. Patent of Russia No. 2042987.

Claims

1. Bimetallic fuse containing an insulating base, electrical terminals in the form of flat metal plates, a sensitive element in the form of a convex clicking blade with a U-shaped protrusion and a U-shaped tongue located inside the blade, a fixed contact mounted on one of the electrical terminals, movable a contact mounted on a U-shaped protrusion, while the convex clicking blade is a figure circumscribed around an isosceles triangle inscribed in the base circle with a base smaller than the sides, and the sides of the figure are parts of circles, characterized in that the sides of the figure are formed by parts of circles , described from the intersection points of the medians of the sides of an isosceles triangle with the base circle;

2. The device according to claim 1, characterized in that the base of the figure is a part of the base circle enclosed between the sides.