КОНТАКТНАЯ КООРДИНАТНАЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ МАТРИЦА Российский патент 1995 года по МПК H03K23/00 H05K1/11 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах управления электрооборудованием приводов механизмов технологических агрегатов с ручным набором задаваемых программ, например, в системах программного управления механизмами загрузки доменной печи.

Известна контактная электрическая матрица с ручным набором программы путем соответствующей расстановки штекеров, содержащая две расположенные в параллельных плоскостях наборные панели с размещенными на них параллельными рядами шин. При этом ряды шин одной панели сориентированы в пространстве перпендикулярно рядам шин другой, а в местах их пересечения проделаны сквозные отверстия [1]
Наиболее близким по технической сущности к изобретению является контактная электрическая матрица с шинным коммутатором и конструкцией штекера согласно [2]
Указанная матрица состоит из однополюсных штекеров и основания изоляционной плиты, с двух сторон которой размещены параллельные ряды клеммных гнезд одинакового диаметра, электрически соединенных между собой в указанные ряды. При этом гнезда одной стороны основания соединены между собой в ряды непосредственно, а обратной стороны через диодные развязки, объединенные общей шиной. Ряды гнезд указанных сторон сориентированы в пространстве перпендикулярно друг другу, образуя таким образом координатную сетку строк и столбцов матрицы, в пересечении которых находятся пары гнезд, расположенные соосно для возможности их сквозного электрического соединения штекером. Штекер состоит из коммутирующего элемента и несущего штыря с рукояткой. Коммутирующий элемент выполнен из упругой плоской металлической пластины с прорезями на обеих ее концах, образующими разрезную Н-образную пружину поперечного действия, имеющую четыре ветви с контактирующими угловыми выступами на концах их боковых граней, обращенными вершинами к контактным поверхностям гнезд. При этом ширина каждого из концов пластины по вершинам выступов превышает диаметр гнезда на величину требуемой деформации пружины при сжатии ее в гнезде.

Недостаток конструкции прототипа состоит в том, что зависящее от требуемого контактного нажатия усилие при манипуляциях со штекером получается относительно большим, что усложняет эксплуатацию системы и увеличивает время смены программ. Другим недостатком является жесткая фиксация положения пластины в штыре, что повышает требования к отключению от соосности отверстий гнезд столбцов и строк, усложняя технологию изготовления матрицы и штекера.

Целью изобретения является повышение эксплуатационных качеств матрицы за счет облегчения манипуляции штекером при сохранении требуемого контактного нажатия, что повышает удобство пользования и сокращает время смены программ без потери надежности контакта, а также упрощение технологии изготовления матрицы и штекера.

Указанная цель достигается тем, что в контактной координатной электрической матрице для ручного набора задаваемых программ в системах управления механизмами технологических агрегатов клеммные гнезда рядов с диодными развязками выполнены в виде втулки и наружной резьбой, с цилиндрическим клеммным отверстием в переднем ее торце и резьбовым отверстием в противоположном торце, в котором со стороны монтажа крепится жестким винтовым выводом катода развязывающий диод известной конструкции, а сама втулка, внешняя поверхность которой служит теплоотводом, ввинчена в диэлектрическую плиту в проходное сечение для штекера, пружинные контакты пластины двухконтактного коммутирующего элемента которого выполнены асимметричными с угловыми контактными выступами на боковых гранях двух из четырех пружинных ветвей, расположенных диагонально относительно своей продольной оси и двумя другими пружинными ветвями, имеющими прямоугольные торцы, ребра, вершины наружных углов которых и указанные угловые контактные выступы взаимодействуют с контактными поверхностями гнезд в рабочем положении контактной пластины, при этом удерживающие ее штифты жестко укреплены в штыре штекера, но свободно проходят сквозь рабочие щели пружинных ветвей, охватывая центральную перемычку с зазорами, обеспечивающими плавающую фиксацию пластины с угловым люфтом относительно ее продольной оси.

На фиг. 1 представлена электрическая схема предлагаемой матрицы; на фиг. 2 и 3 фрагменты конструкции клеммных гнезд и штекеров матрицы соответственно в вариантах исполнения согласно прототипу и изобретению.

Матрица имеет m горизонтальных рядов (строк) 1 клеммных гнезд 2 и n вертикальных рядов (столбцов) 3 клеммных гнезд 4. Гнезда столбцов, электрически соединены между собой непосредственно, выполненные в виде гнездовых шин 5. Изолированные же друг от друга гнезда строк объединены общей шиной через диодные развязки 6.

На строки подается через счетчик 7 порядковых номеров технологических операций потенциал одного из полюсов источника питания, а выходы столбцов присоединены к связанным с вторым полюсом источника питания, а выходы столбцов присоединены к связанным с вторым полюсом источника цепям управления аппаратами 8, воздействующими на устройство управления соответствующими механизмами технологического агрегата.

Каждому гнезду строки 2 соответствует соосно расположенное гнездо столбца 4, так что каждая строка может быть соединена посредством однополюсных двухконтактных штекеров 9 с любым или со всеми сразу из столбцов матрицы согласно задаваемой программе.

В системе предусмотрена сигнализация наличия напряжения на строках матрицы и напряжения на столбцах, прилагаемого через коммутирующий элемент штекера.

Сигнализация осуществляется соответствующими группами светодиодов 10 и 11.

На фиг. 2 штекер 9 с помощью своего несущего штыря 12 с фиксирующим упором 13 соединяет клеммной пластиной 14 Н-образной формы с четырьмя контактирующими выступами 15, гнездо 4 шины столбца 5 с гнездом 2 шины строки 1 матрицы прототипа, проходя сквозь изоляционную пластину 16. Клеммная пластина 14 крепится к штырю центральной перемычкой 17 двумя штифтами 18.

Контактное нажатие клеммной пластины зависит от величины ее поперечной упругой деформации при сжатии в гнезде, определяемой превышением ширины пластины по вершинам контактных выступов h₁ над диаметром гнезда d.

В предлагаемом техническом решении (фиг. 3) благодаря наличию в контактной пластине 14 только двух диагонально расположенных контактных выступов 15 ширина каждого из ее концов по вершине выступов h₂ при сохранении прочих равных условий становится меньшей, чем h₁ на фиг. 2. В результате штекер 9 входит в соосные гнезда 4 и 2, диаметр которых сохранен как у прототипа с соответственно меньшим усилием, возрастающим до величины, определяемой требуемым контактным нажатием лишь при его досылке до упора 13, т.е. когда вступает в действие второй из контактов пары в гнездо 4 и пластина будет дополнительно деформирована уже под воздействием ее действующей ширины h₃. Момент сил, создаваемых диагонально расположенными выступами 15, приводит к перекосу пластины 14 в гнезда 4 и 2 относительно продольной оси (фиг. 3). Выбирая при этом длину пластины 14 меньшей общей глубины двух соосных гнездовых отверстий и изоляционной плиты (фиг. 3), увеличивают тем самым контактное нажатие за счет образования точек контакта гнезд с ребрами 20 вершин граней пластины, противоположным ее угловым выступами. Наличие указанного выше перекоса при жесткой фиксации пластины в штыре приводит к перекосу штыря. При этом его поверхность прикоснется к краю гнезда, воспринимая усилие пружины и снижая контактное нажатие. Предлагаемое техническое решение позволяет устранить этот недостаток, освободив от жесткого соединения пластину и штырь посредством создания конструкции штекера с "плавающей" пластиной по отношению к штырю с угловым люфтом относительно продольной оси. Для этого удерживающие пластину штифты 19 раздвинуты и укреплены в штыре по продольной оси его на расстоянии, определяемом шириной центральной перемычки 17 пластины 14, но с положительным допуском и проходят через пластину 14 сквозь рабочие щели 21 пружин, имея зазор 22, обеспечивающий удержание пластины в штыре с требуемым люфтом.

С целью упрощения конструкции и технологии изготовления матрицы каждое из изолированных клеммных гнезд выполнено вместе с крепежными и присоединительными элементами в одноагрегатном исполнении в виде цилиндрической втулки 23 (фиг. 3). Втулка имеет цилиндрическое клеммное гнездо 2 и приспособления для самоустановки и для крепления развязывающего диода и служит теплоотводом для последнего. Монтаж указанных гнездовых втулок на поле матрицы производится с использованием отверстий 24 в изоляционной плите 16, предназначенных для прохода штекеров в местах пересечения строк и столбцов. Для этого наружная поверхность втулки со стороны гнезда выполнена с резьбой 25, которой каждая втулка ввинчивается в изоляционную плиту в отверстие 24.

В торце втулки со стороны электрического монтажа имеется резьбовое крепежное отверстие 26. В качестве развязок применены диоды 6 известной конструкции в металлостеклянном корпусе с жестким катодным выводом в виде стержня с резьбой 27, с помощью которого диод ввинчивается в крепежное отверстие 26, а анодные выводы 28 присоединяются к общей шине, образуя строку матрицы.

Изобретение используется в системах управления электрооборудованием приводов механизмов технологических агрегатов с ручным набором задаваемых программ. Устройство содержит m горизонтальных рядов (строк) 1 клеммных гнезд 2 и n вертикальных рядов (столбцов) 3 клеммных гнезд 4, гнездовые шины 5, диодные развязки 6, счетчик 7 порядковых номеров технологических операций, источник цепи управления аппаратами 8, однополюсные двухконтактные штекеры 9 и светодиоды 10, 11. 3 ил.

КОНТАКТНАЯ КООРДИНАТНАЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ МАТРИЦА, содержащая n однополюсных электрических соединителей в виде двухконтактного штекера и пары изолированных цилиндрических сквозных клеммных гнезд одного диаметра, клеммные гнезда каждого соединителя укреплены по обе стороны диэлектрической плиты и соединены электрическими шинами в параллельные ряды на одной из сторон плиты непосредственно, а на другой стороне через развязывающие диоды, ряды гнезд сторон взаимно перпендикулярны, в местах пространственного пересечения вертикальных и горизонтальных рядов в плите имеются сквозные отверстия для прохода штекера, содержащего несущий штырь с рукояткой и ограничителем глубины ввода, внутри штыря укреплен двухконтактный элемент в виде Н-образной упругой металлической пластины, края боковых граней которой имеют угловые контактные выступы для взаимодействия с контактными поверхностями гнезд, отличающаяся тем, что клеммные гнезда параллельных рядов с диодными развязками выполнены в виде втулки с наружной резьбой, с цилиндрическим клеммным отверстием в переднем ее торце и резьбовым отверстием в противоположном торце, в котором закреплен с помощью резьбы один из выводов развязывающего диода, втулка с помощью резьбы укреплена в диэлектрической плите в проходном отверстии для штекера, двухконтактный коммутирующий элемент которого выполнен с двумя угловыми выступами, расположенными диагонально, и нежестко закреплен в штекере с помощью штифтов, проходящих с противоположных сторон центральной перемычки Н-образной пластины с возможностью плавающей ее фиксации с угловым люфтом относительно продольной оси.