手复位单程速动长寿命双金属元件制造技术

本发明专利技术涉及一种可手动复位的单程速动双金属元件。成形时双金属片膨胀系数大的主动层处在凸面，手动复位后（工作状态时）主动片处在凹面，双金属元件可做成圆碟形、椭圆碟形或多边形；可用作电热器具中手复位限温器的动作元件以及同时具有自复位控温和手复位限温双功能复合开关中的手复位限温动作元件，限温保护范围为５０～２５０℃，精度优于±１５℃（高温范围）和±５℃（低温范围）。（*该技术在2006年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种可手动复位的单程速动双金属元件，它可用作电热器具中手复位限温器(或脱扣器)的动作元件以及同时具有自复位控温和手复位限温双功能复合电开关中的手复位限温动作元件。按照中华人民共和国国家标准GB4706.1-84《家用和类似用途电器的安全通用要求》(1985-03-01实施)的要求，一个高安全标准的电热器具必须安装手复位的限温器。作为限温器的主要部件-速动双金属元件，其传统作法是将双金属片作成园碟(或椭园碟等类似形状)，膨胀系数大的主动层处于园碟的凹面。当温升达到给定值时，双金属的热推力刚好大于元件周边的弹性约束力而使圆碟翻转(此时主动层处于凸面)，并输出动作切断电源;当温度下降后，反向的热推力又使圆碟再次翻转(此时主动层回复到凹面)，并输出动作接通电触头，这样就达到了双程动作和控温的目的。从工作原理上来说，成形及热处理后的圆碟(主动层在凹面)处于结构上的稳定状态，温度逐渐上升时会由于热推力的增加而变成亚稳态，当升温使双金属片翻转后(此时主动层在凸面)又达到稳定态;但降温时，这一状态也会由于反向热推力的增大而变至亚稳态，只有在降温过程使双金属片再次翻转后(主动层在凹面)，亦即回复到成形和热处理后的状态时，元件才回复到稳定态。可见，双程速动控温元件是一个由于温度变化而工作的双稳态元件。利用这一原理，增大断开温度与接通温度之差，使接通温度处于室温以下，也可以作成在室温以上只有一个稳态的单程限温元件，因此也可不要热脱扣机构而执行非自复位的限温动作并可在手复位后反复使用。这种限温元件存在一缺点就是在高温执行了限温动作并冷却到室温时虽未翻转至主动层处于凹面的稳定状态而保持切断位置，但元件在结构上仍处于亚稳态并具有一定的自复位趋向，所以抗干扰能力(例如抗震和抗跌落)不够高，安全性能不够好，而且使用寿命也不能很长(例如很难重复使用到100次以上)，容易引起降温时的自复位而失去非自复位限温功能。本专利技术的目的是设计并制造出一种安全性能高，使用寿命长的小型双金属元件，它既可单独用于限温器中，也可用于微型复合开关(同时具有自复位控温及手复位限温性能的开关)中。本专利技术在双金属元件成型时采用了与传统上截然不同的做法，让双金属片膨胀系数大的主动层处于圆碟(或椭圆碟、多边形碟)的凸面，膨胀系数小的被动层却处于凹面，这样，室温(成型温度)时的平衡位置为主动层在凸面，使用时的手复位操作使片形翻转(处于亚稳态位置)，主动层处于凹面;当温升达到Tf使主动层的热推力足以克服片形周边的弹性约束力时，双金属元件突然翻转，产生一个快速的动作而切断电源。由于翻转后的双金属元件之主动层处在凸面，这一状态也就是它在室温时的平衡稳定状态，所以，即使温度冷却至室温(或甚至室温以下)，它也不会再次翻转，这就能保持开关的切断状态而实现单程限温的性能。已完成一次限温动作切断电源后的双金属元件在经过手动复位至主动层再次处于凹面后，它又处于待工作状态，因此能反复使用。本专利技术所涉及的双金属元件还具有如下优点1.由于高温翻转时的热推力将使双金属元件推向其室温的平衡态形状，所以，本专利技术所涉及的单程双金属元件具有高的安全性能而不会在高温失效。即使发生故障也只能是室温不能手动复位(此时就可及时更换双金属元件)。2.高温翻转时的热推力很大，因此元件的速动性能好。3.元件可做得很小，最小线度约6毫米。4.元件的设计制造方法及工艺流程简单，生产传统双金属速动元件的工厂在不增加任何新设备和基本上不更换原有自复位控温开关的零部件情况下，只要将双金属片反向成型即可作成手复位单程速动长寿命的限温电开关。本专利技术具有不必增加设备投资即可迅速改型生产微型限温器的优点，具有较高的经济效益。本专利技术的具体设计如下第一种设计是把双金属片做成园碟状。图一(a)给出了成型了的单程双金属园碟俯视图。(b)为侧面图。图中d为双金属厚度，D为园碟直径，hb为碟高度，〔1〕为主动层，成型处于凸面，〔2〕为被动层。对于单程翻转温度Tf相同的设计，要求D2/d相同。因此，为了元件微型化，可选择d较小的双金属片而使D减小。通常选d为0.1～0.2毫米，hb为0.35毫米～0.75毫米范围。8毫米≤D≤18毫米为宜。为了安装使用的方便，也可在园碟的中心部位增加一个园孔。采用更大的D值时，仍可利用本专利技术的方法作成单程速动元件，但开关的体积太大。图一(C)为手复位后的工作状态的园碟(主动层处于凹面)。其翻转温度范围为80～250℃范围。第二种设计是把双金属片作成椭园形。图二(a)给出了成型了的双金属椭园碟俯视图，(b)为侧面图。图中d为双金属片的厚度，Lb为椭园碟长轴，La为椭园碟短轴，hb为长轴方向的高度，ha为短轴方向的高度。〔21〕为主动层，成型时处于凸面，〔22〕为被动层。图二(C)给出了手复位后工作状态的椭园碟，其主动层处于凹面。通常可取d为0.1毫米～0.2毫米，La为6～12毫米，Lb为8～15毫米。hb为0.35～0.8毫米，其翻转温度处于50～150℃范围。增加椭园碟的椭园度(即Lb/La值增大)，可使单程速动寿命增加，但速动性减小。为了安装的方便，也可在图二(b)的中心处开一个园孔或在端边的一处开一个半园形制品。第三种设计是把双金属片作成多边形。图三(a)给出了成型了的金属多边形元件的俯视图、(b)为侧面图。其中d为双金属片厚度，hb为长度方向高度，ha为宽度方向高度。〔31〕为主动层、〔32〕为被动层、Db为长度，Da为宽度，为了安装的方便，也可在图三(b)中心处开个小孔、或在端处开个半园制品。图三(C)为手复位后的工作状态的多边形元件，通常可选取hb为0.35毫米～0.8毫米，Db为8～15毫米，Da为6～12毫米。为了元件微型化，仍取d为0.1～0.2毫米。在以上三种设计中，以园碟形的翻转推力最大，多角边形元件次之，椭园碟最小(但亦已满足使用要求);翻转寿命则以椭园碟最好，园碟和多边形元件次之，但都可达到5000次以上的寿命。一些主要工序分别说明为下1.冲片成型可在室温冲片及成型。模具精度应为±0.02毫米，周边及中心小孔处不能存在毛刺或卷边。2.热处理制度250℃保温1小时随炉冷却。下面以六个样品为例作进一步说明样品一所用材料5J18型双金属片形状园碟形参数D＝12毫米，h＝0.34毫米d＝0.1毫米。结果1.翻转温度105℃±15℃;寿命＞1000次。2.翻转温度105℃±5℃;寿命＞100次。样品二所用材料5J18型双金属片形状园碟形参数D＝9毫米;h＝0.5毫米;d＝0.1毫米。结果翻转温度140℃±15℃寿命＞1000次样品三所用材料5J18型双金属片形状多边形参数Lb＝8.5毫米;La＝5.5毫米;hb＝0.5毫米;d＝0.1毫米。结果1.翻转温度55℃±5℃寿命＞1000次2.翻转温度60℃±10℃寿命＞5000次样品四所用材料5J18型双金属片形状多边形参数Lb＝8.5毫米，La＝5.5毫米，hb＝0.55毫米，d＝0.1毫米。结果翻转温度70℃±10℃寿命＞1000次样品五所用材料5J18型双金属片形状椭园碟形参数Db＝9.8毫米;Da＝6.8毫米;hb＝0.52毫米;d＝0.1毫米。结果1.翻转温度70℃±5℃寿命＞5000次样品六所用材料5J18型双金属片本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种手复位单程速动双金属元件，其特征是成型时双金属片的膨胀系数大的主动层处在凸面，手动复位后（工作状态）主动片才处在凹面，双金属元件可作成园碟形、椭园碟形或多边形，元件在温度Ｔ↓［ｆ］处翻转后，即使降至室温（或低于室温的温度），也不会再次翻转，在手动复位后可反复使用，限温保护温度范围为５０℃～２５０℃；切断动作时间均≤１毫秒。

【技术特征摘要】
1.一种手复位单程速动双金属元件，其特征是成型时双金属片的膨胀系数大的主动层处在凸面，手动复位后(工作状态)主动片才处在凹面，双金属元件可作成园碟形、椭园碟形或多边形，元件在温度Tf处翻转后，即使降至室温(或低于室温的温度)，也不会再次翻转，在手动复位后可反复使用，限温保护温度范围为50℃～250℃；切断动作时间均≤1毫秒。2.一种如权利要求1所述的手复位单程速动双金属元件，其特征是双金属园碟直径D为8毫米～18毫米，双金属片厚度d为0.1毫米～0.2毫米，园碟高度为0.35毫米～0.75毫米，限温保护范围为80℃～250℃，精度为±10℃(低温范围)和±15℃(高温范围)，使用寿命大于1000次。3....

【专利技术属性】
技术研发人员：张进修，潘幸，曾文光，
申请(专利权)人：中山大学，
类型：发明
国别省市：81[中国|广州]