專利名稱:手復位單程速動長壽命雙金屬元件的制作方法
本發(fā)明涉及一種可手動復位的單程速動雙金屬元件，它可用作電熱器具中手復位限溫器(或脫扣器)的動作元件以及同時具有自復位控溫和手復位限溫雙功能復合電開關中的手復位限溫動作元件。
按照中華人民共和國國家標準GB4706.1-84《家用和類似用途電器的安全通用要求》(1985-03-01實施)的要求，一個高安全標準的電熱器具必須安裝手復位的限溫器。作為限溫器的主要部件-速動雙金屬元件，其傳統(tǒng)作法是將雙金屬片作成園碟(或橢園碟等類似形狀)，膨脹系數(shù)大的主動層處于園碟的凹面。當溫升達到給定值時，雙金屬的熱推力剛好大于元件周邊的彈性約束力而使圓碟翻轉(此時主動層處于凸面)，并輸出動作切斷電源;當溫度下降后，反向的熱推力又使圓碟再次翻轉(此時主動層回復到凹面)，并輸出動作接通電觸頭，這樣就達到了雙程動作和控溫的目的。從工作原理上來說，成形及熱處理后的圓碟(主動層在凹面)處于結構上的穩(wěn)定狀態(tài)，溫度逐漸上升時會由于熱推力的增加而變成亞穩(wěn)態(tài)，當升溫使雙金屬片翻轉后(此時主動層在凸面)又達到穩(wěn)定態(tài);但降溫時，這一狀態(tài)也會由于反向熱推力的增大而變至亞穩(wěn)態(tài)，只有在降溫過程使雙金屬片再次翻轉后(主動層在凹面)，亦即回復到成形和熱處理后的狀態(tài)時，元件才回復到穩(wěn)定態(tài)。可見，雙程速動控溫元件是一個由于溫度變化而工作的雙穩(wěn)態(tài)元件。利用這一原理，增大斷開溫度與接通溫度之差，使接通溫度處于室溫以下，也可以作成在室溫以上只有一個穩(wěn)態(tài)的單程限溫元件，因此也可不要熱脫扣機構而執(zhí)行非自復位的限溫動作并可在手復位后反復使用。這種限溫元件存在一缺點就是在高溫執(zhí)行了限溫動作并冷卻到室溫時雖未翻轉至主動層處于凹面的穩(wěn)定狀態(tài)而保持切斷位置，但元件在結構上仍處于亞穩(wěn)態(tài)并具有一定的自復位趨向，所以抗干擾能力(例如抗震和抗跌落)不夠高，安全性能不夠好，而且使用壽命也不能很長(例如很難重復使用到100次以上)，容易引起降溫時的自復位而失去非自復位限溫功能。
本發(fā)明的目的是設計并制造出一種安全性能高，使用壽命長的小型雙金屬元件，它既可單獨用于限溫器中，也可用于微型復合開關(同時具有自復位控溫及手復位限溫性能的開關)中。
本發(fā)明在雙金屬元件成型時采用了與傳統(tǒng)上截然不同的做法，讓雙金屬片膨脹系數(shù)大的主動層處于圓碟(或橢圓碟、多邊形碟)的凸面，膨脹系數(shù)小的被動層卻處于凹面，這樣，室溫(成型溫度)時的平衡位置為主動層在凸面，使用時的手復位操作使片形翻轉(處于亞穩(wěn)態(tài)位置)，主動層處于凹面;當溫升達到Tf使主動層的熱推力足以克服片形周邊的彈性約束力時，雙金屬元件突然翻轉，產(chǎn)生一個快速的動作而切斷電源。由于翻轉后的雙金屬元件之主動層處在凸面，這一狀態(tài)也就是它在室溫時的平衡穩(wěn)定狀態(tài)，所以，即使溫度冷卻至室溫(或甚至室溫以下)，它也不會再次翻轉，這就能保持開關的切斷狀態(tài)而實現(xiàn)單程限溫的性能。已完成一次限溫動作切斷電源后的雙金屬元件在經(jīng)過手動復位至主動層再次處于凹面后，它又處于待工作狀態(tài)，因此能反復使用。
本發(fā)明所涉及的雙金屬元件還具有如下優(yōu)點1.由于高溫翻轉時的熱推力將使雙金屬元件推向其室溫的平衡態(tài)形狀，所以，本發(fā)明所涉及的單程雙金屬元件具有高的安全性能而不會在高溫失效。即使發(fā)生故障也只能是室溫不能手動復位(此時就可及時更換雙金屬元件)。
2.高溫翻轉時的熱推力很大，因此元件的速動性能好。
3.元件可做得很小，最小線度約6毫米。
4.元件的設計制造方法及工藝流程簡單，生產(chǎn)傳統(tǒng)雙金屬速動元件的工廠在不增加任何新設備和基本上不更換原有自復位控溫開關的零部件情況下，只要將雙金屬片反向成型即可作成手復位單程速動長壽命的限溫電開關。本發(fā)明具有不必增加設備投資即可迅速改型生產(chǎn)微型限溫器的優(yōu)點，具有較高的經(jīng)濟效益。
本發(fā)明的具體設計如下第一種設計是把雙金屬片做成園碟狀。圖一(a)給出了成型了的單程雙金屬園碟俯視圖。(b)為側面圖。圖中d為雙金屬厚度，D為園碟直徑，hb為碟高度，〔1〕為主動層，成型處于凸面，〔2〕為被動層。對于單程翻轉溫度Tf相同的設計，要求D2/d相同。因此，為了元件微型化，可選擇d較小的雙金屬片而使D減小。通常選d為0.1～0.2毫米，hb為0.35毫米～0.75毫米范圍。8毫米≤D≤18毫米為宜。為了安裝使用的方便，也可在園碟的中心部位增加一個園孔。采用更大的D值時，仍可利用本發(fā)明的方法作成單程速動元件，但開關的體積太大。圖一(C)為手復位后的工作狀態(tài)的園碟(主動層處于凹面)。其翻轉溫度范圍為80～250℃范圍。
第二種設計是把雙金屬片作成橢園形。圖二(a)給出了成型了的雙金屬橢園碟俯視圖，(b)為側面圖。圖中d為雙金屬片的厚度，Lb為橢園碟長軸，La為橢園碟短軸，hb為長軸方向的高度，ha為短軸方向的高度?！?1〕為主動層，成型時處于凸面，〔22〕為被動層。圖二(C)給出了手復位后工作狀態(tài)的橢園碟，其主動層處于凹面。通?？扇為0.1毫米～0.2毫米，La為6～12毫米，Lb為8～15毫米。hb為0.35～0.8毫米，其翻轉溫度處于50～150℃范圍。增加橢園碟的橢園度(即Lb/La值增大)，可使單程速動壽命增加，但速動性減小。為了安裝的方便，也可在圖二(b)的中心處開一個園孔或在端邊的一處開一個半園形制品。第三種設計是把雙金屬片作成多邊形。圖三(a)給出了成型了的金屬多邊形元件的俯視圖、(b)為側面圖。其中d為雙金屬片厚度，hb為長度方向高度，ha為寬度方向高度?！?1〕為主動層、〔32〕為被動層、Db為長度，Da為寬度，為了安裝的方便，也可在圖三(b)中心處開個小孔、或在端處開個半園制品。圖三(C)為手復位后的工作狀態(tài)的多邊形元件，通?？蛇x取hb為0.35毫米～0.8毫米，Db為8～15毫米，Da為6～12毫米。為了元件微型化，仍取d為0.1～0.2毫米。
在以上三種設計中，以園碟形的翻轉推力最大，多角邊形元件次之，橢園碟最小(但亦已滿足使用要求);翻轉壽命則以橢園碟最好，園碟和多邊形元件次之，但都可達到5000次以上的壽命。
一些主要工序分別說明為下1.沖片成型可在室溫沖片及成型。模具精度應為±0.02毫米，周邊及中心小孔處不能存在毛刺或卷邊。
2.熱處理制度250℃保溫1小時隨爐冷卻。
下面以六個樣品為例作進一步說明樣品一所用材料5J18型雙金屬片形狀園碟形參數(shù)D＝12毫米，h＝0.34毫米d＝0.1毫米。
結果1.翻轉溫度105℃±15℃;
壽命＞1000次。
2.翻轉溫度105℃±5℃;
壽命＞100次。
樣品二所用材料5J18型雙金屬片形狀園碟形參數(shù)D＝9毫米;h＝0.5毫米;
d＝0.1毫米。
結果翻轉溫度140℃±15℃壽命＞1000次樣品三所用材料5J18型雙金屬片形狀多邊形參數(shù)Lb＝8.5毫米;La＝5.5毫米;
hb＝0.5毫米;d＝0.1毫米。
結果1.翻轉溫度55℃±5℃壽命＞1000次2.翻轉溫度60℃±10℃壽命＞5000次樣品四所用材料5J18型雙金屬片形狀多邊形參數(shù)Lb＝8.5毫米，La＝5.5毫米，hb＝0.55毫米，d＝0.1毫米。
結果翻轉溫度70℃±10℃壽命＞1000次樣品五所用材料5J18型雙金屬片形狀橢園碟形參數(shù)Db＝9.8毫米;Da＝6.8毫米;
hb＝0.52毫米;d＝0.1毫米。
結果1.翻轉溫度70℃±5℃壽命＞5000次樣品六所用材料5J18型雙金屬片形狀橢園碟形參數(shù)Db＝9.8毫米;Da＝6.8毫米;
hb＝0.75毫米;d＝0.1毫米。
結果1.翻轉溫度125℃±15℃壽命＞5000次2.翻轉溫度120℃±10℃壽命＞2000次以上六個樣品的切斷動作時間均≤1毫秒。
權利要求
1.一種手復位單程速動雙金屬元件，其特征是成型時雙金屬片的膨脹系數(shù)大的主動層處在凸面，手動復位后(工作狀態(tài))主動片才處在凹面，雙金屬元件可作成園碟形、橢園碟形或多邊形，元件在溫度Tf處翻轉后，即使降至室溫(或低于室溫的溫度)，也不會再次翻轉，在手動復位后可反復使用，限溫保護溫度范圍為50℃～250℃；切斷動作時間均≤1毫秒。
2.一種如權利要求
1所述的手復位單程速動雙金屬元件，其特征是雙金屬園碟直徑D為8毫米～18毫米，雙金屬片厚度d為0.1毫米～0.2毫米，園碟高度為0.35毫米～0.75毫米，限溫保護范圍為80℃～250℃，精度為±10℃(低溫范圍)和±15℃(高溫范圍)，使用壽命大于1000次。
3.一種如權利要求
1所述的手復位單程速動雙金屬元件，其特征是雙金屬橢園碟長軸Lb為8毫米～15毫米;短軸La為6毫米～12毫米，橢園碟高度hb為0.35毫米～0.8毫米，雙金屬片厚度d為0.1～0.2毫米，限溫保護溫度范圍為50℃～150℃，精度為±5℃(低溫范圍)和±10℃(高溫范圍)，使用壽命大于1000次。
4.一種如權利要求
1所述的手復位單程速動雙金屬元件，其特征是雙金屬多邊形碟長度Db為8毫米～15毫米，寬度Da為6毫米～12毫米，高度hb為0.35毫米～0.8毫米，片厚度為0.1毫米～0.2毫米，限溫溫度范圍為60℃～130℃，精度±5℃(低溫范圍)，±10℃(高溫范圍);使用壽命大于1000次。
專利摘要
本發(fā)明涉及一種可手動復位的單程速動雙金屬元件。成型時雙金屬片膨脹系數(shù)大的主動層處在凸面，手動復位后(工作狀態(tài)時)主動片處在凹面，雙金屬元件可做成圓碟形、橢圓碟形或多邊形；可用作電熱器具中手復位限溫器的動作元件以及同時具有自復位控溫和手復位限溫雙功能復合開關中的手復位限溫動作元件，限溫保護范圍為50～250℃，精度優(yōu)于±15℃(高溫范圍)和±5℃(低溫范圍)。
文檔編號H01H37/54GK86106649SQ86106649
公開日1988年4月20日 申請日期1986年10月9日
發(fā)明者張進修, 潘幸, 曾文光 申請人:中山大學導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan