ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ СОЕДИНИТЕЛЬ Российский патент 1997 года по МПК H01R19/00 

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для обеспечения автоматической стыковки и расстыковки электрических цепей "вслепую" с одновременной защитой их от пыли и атмосферных осадков.

Известны электрические соединители, позволяющие достигнуть упомянутый выше технический результат. В качестве примера таких конструкций можно привести [1,2]
Несмотря на отличительные особенности этих технических решений, они, в своей основной части, выполнены по одинаковой конструктивной схеме, которая включает в себя телескопический корпус, размещенные в нем вилку с розеткой, связанные с кабелями, установочную деталь, предназначенную для крепления вилки и розетки на изделии потребителя, фиксирующий узел для стопорения участков телескопического корпуса и центрирующий узел.

Указанные конструкции находились в длительной эксплуатации и зарекомендовали себя с хорошей стороны.

Однако, выход на международный рынок и обеспечение конкурентоспособности продукции повлекли за собой ужесточение требований к подобным соединителям.

Так, слабым звеном в таких конструкциях является зона соединения кабелей потребителя с контактами вилки и розетки. Жесткое крепление с помощью пайки требует очень высокой точности при закреплении кабеля, поскольку малейший перекос этих кабелей или натяг в зоне соединения, что неизбежно при значительной длине, которая, как правило, составляет не менее 100 200 м, ведет к обрыву кабельных жил. Как следствие, это явление ведет к выходу из строя как самого соединителя, так и всей кабельной сети.

Поэтому, несмотря на высокую квалификацию рабочих, осуществляющих пайку кабельных жил, периодически происходит их обрыв в зоне крепления с контактами.

Однако, если произошел обрыв кабелей, ни вилка, ни розетка демонтажу не подлежат, и дорогостоящий соединитель становится не пригодным к дальнейшей эксплуатации. Такой недостаток снижает надежность соединителя.

Большое значение в таких соединителях, работающих в автоматическом режиме, придается защите контактов от воздействия внешней среды. Для этого нужно надежно зафиксировать телескопически сдвижные части корпуса вилки фиксирующим узлом. Однако, это не всегда удается осуществить.

В упомянутых выше конструкциях фиксирующий узел представляет собой шариковый замок. Эксплуатация этих конструкций показала, что при резком понижении температуры окружающей среды в лунках под шариками образуется лед. При этом явлении шарик при своем перемещении, не попадая в лунки, повреждает направляющую, в которой предусмотрены лунки. Как следствие этого, телескопически сдвижные части корпуса вилки не могут полностью перемещаться в сторону закрытия и по этой причине, как показала практика эксплуатации таких электрических соединителей, повреждается розетка или вилка, выводя соединитель в целом из строя, что также снижает его надежность.

Предусмотренный в аналогах центрирующий узел позволяет осуществлять центрирование вилки относительно розетки, а также контактных элементов относительно друг друга. Это реализуется за счет наличия штырей и ответных гнезд под них.

Однако, этого бывает недостаточно при значительных перекосах вилки относительно розетки, и, как следствие, возникают поломки, что ведет к снижению надежности соединителя.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому изобретению является электрический соединитель, состоящий из двух частей розетки и вилки, каждая из которых содержит корпус, закрепленные на колодках и связанные с кабелем потребителя основные контакты, причем в розетке они размещены на концах шарнирно закрепленных рычагов, приводные элементы, установочный, фиксирующий и центрирующий узлы [3]
В указанном электрическом соединителе приводной элемент представляет собой двуплечие рычаги, фиксирующий узел выполнен в виде Т-образного фиксатора, заходящего в пазы направляющей, а центрирующий узел в виде штыря и ответной втулки, предусмотренных в розетке и вилке.

Однако, в этом техническом решении, как и в вышеуказанных аналогах, крепление кабелей потребителя с контактами вилки и розетки жесткое, посредством пайки.

Отсюда данной конструкции присущи все те недостатки, которые подробно объяснены выше и обусловлены таким жестким креплением жил кабеля потребителя.

Фиксирующее устройство в [3] также дает сбои. Это объясняется тем, что при резком понижении температуры и попадании влаги в пазы под Т-образные фиксаторы, образующийся лед препятствует перемещению телескопически сдвижных частей корпуса вилки относительно друг друга в сторону закрытия, что может привести к их поломке. К тому же конструкция Т-образного фиксатора очень ненадежна. Это выявилось в процессе длительных испытаний и никакие попытки улучшить конструкцию фиксатора не дали положительных результатов. Действительно, Т-образная деталь фиксатора при работе электрического соединителя ломается, а увеличение толщины снижает ее упругость.

Как и в аналогах, в [3] не предусмотрена возможность предотвращения поломки вилки или розетки при их значительных перекосах.

Таким образом, в заявленном электрическом соединителе, работающем в автоматическом режиме, технической задачей является повышение надежности, для чего соединитель снабжен дополнительными контактами и кабельной розеткой, основные и дополнительные контакты в каждой части, т.е. в розетке и вилке, соединены между собой, кабельные розетки снабжены своими контактами, взаимодействующими с дополнительными контактами частей в состыкованном положении соединителя, и установлены на корпусах каждой части съемно, а приводные элементы объединены с фиксирующим узлом и образованы пружинами.

Дополнительные контакты закреплены на своих колодках.

В свою очередь расстояние от поверхности обеих колодок со стороны крепления на них основных и дополнительных контактов в вилке равно расстоянию между вертикальной осью шарнира крепления рычага розетки и поверхностью колодки со стороны крепления на ней основных контактов розетки, при разомкнутом состоянии соединителя.

Основные контакты обеих частей соединителя связаны с кабелем потребителя через кабельные розетки, на контактах которых закреплен упомянутый кабель.

Пружины установлены коаксиально относительно продольной оси каждой части, упираясь одним концом в подвижную в осевом направлении, а другим в неподвижную деталь в каждой части соединения.

Одновременно соединитель снабжен дополнительными центрирующими элементами.

Таким образом, предложенный электрический соединитель отвечает требованиям повышенной надежности, что позволяет его использовать в тех отраслях техники, где показатель надежности является одним из основных факторов конструкции.

На фиг. 1 представлена вилка электрического соединителя; на фиг. 2 - розетка электрического соединителя; на фиг. 3 кабельная розетка; на фиг. 4 - электрический соединитель в сочлененном состоянии.

Электрический соединитель состоит из двух частей вилки и розетки.

Одна из частей соединителя вилка содержит корпус, выполненный телескопически раздвижным и состоящий из неподвижной части 1 и, по крайней мере, двух сдвижных частей 2 и 3, предохраняющих внутреннюю полость корпуса вилки от внешнего воздействия. В корпусе неподвижно установлена направляющая 4, несущая диафрагмы 5 и 6. На них смонтированы соответственно основные контакты 7 и дополнительные контакты 8, соединенные между собой кабелями 9. Поскольку расстояние между основными и дополнительными контактами относительно мало, порядка 20 30 см, то легко рассчитать натяг кабеля и исключить его перекосы, благодаря чему не будет нарушаться соединение кабеля с контактами. И те и другие контакты представляют собой армированные штыри, к которым подпаиваются кабели 9, причем контакты, объединенные посредством колодок 10 в группы, равномерно расположены по окружности корпуса. Кабели 9 для различных типов соединителей могут быть различными: силовыми, контрольными, радиочастотными и с попарным повивом проводов. Противолежащий зоне стыка концевой участок корпуса, функцию которого выполняет неподвижная часть 1, охватывает втулка 11. Зоны стыка втулки 11 и неподвижной части 1 корпуса уплотнены чехлами 12 и 13. Упомянутая втулка 11 размещена относительно бурта 14 неподвижной части 1 корпуса с зазором "a" и со стороны этого зазора во втулке 11 по ее окружности установлены гильзы 15. Внутри указанных гильз размещены пружины 16, упирающиеся концами, соответственно, в бурт 14 и дно 17 каждой гильзы.

На внешней стороне неподвижной части 1 корпуса предусмотрена сферическая поверхность "б", охватываемая втулкой 11, причем в зоне их соединения предусмотрен зазор "в", благодаря чему обеспечивается необходимый поворот неподвижной части 1 корпуса относительно втулки 11. А так как втулка 11 жестко крепится на потребителе, (не показано), то тем самым неподвижная часть 1 корпуса и, таким образом, вилка в целом будут поворачиваться относительно потребителя. В качестве потребителя выступает движущийся объект, который необходимо состыковать с неподвижным объектом. Именно на подвижном объекте и крепится жестко втулка 11.

Упомянутая втулка 11 совместно с участком неподвижной части 1 корпуса, имеющим сферическую поверхность "б", образуют установочный узел, а пружины 16 выполняют функцию дополнительных центрирующих элементов соединителя, установленных в этом узле.

Указанные пружины позволяют после расчленения вилки с розеткой возвратить вилку в исходное положение, т.е. такое, когда продольная ось втулки 11 совпадает с продольной осью "а-а" частей 1, 2, 3 корпуса вилки.

Направляющая 4 имеет продольные сквозные пазы "г" для соединения контактов розетки и вилки. Внутри направляющей 4 расположена еще одна направляющая 18. Направляющие 4 и 18 связаны друг с другом посредством гайки 19 через диафрагму 6. На направляющей 18 закреплены втулка 20 и штырь 21, а внутри направляющей 4 установлена центрирующая втулка 22 с заходящей конусной поверхностью "д'. Штырь 21 совместно с центрирующей втулкой 22 выполняют функцию центрирующего узла вилки при стыковке ее с ответной частью-розеткой.

Приводной элемент вилки выполнен в виде пружины 23, расположенной коаксиально относительно оси "а-а" и упирающийся концами соответственно в торцевую поверхность "е" крышки 24 подвижной в осевом направлении сдвижной части 3 корпуса и во внутреннюю поверхность "ж" бурта 14 части 1 корпуса, которая неподвижна в осевом направлении. Пружина 24 удерживает сдвижные части 2 и 3 корпуса в крайнем правом положении (см. фиг. 1), тем самым заставляя эти сдвижные части предохранять внутреннюю полость корпуса вилки от воздействия внешней среды.

Благодаря такому выполнению и установке приводного элемента удалось в одном узле совместить функцию как самого приводного элемента, так и фиксирующей детали, надежно фиксирующей подвижные части 2 и 3 корпуса вилки в их сдвинутом положении, как показано на фиг. 1.

Уплотнение стыков подвижных и неподвижных соединений в вилке обеспечивается резиновыми кольцами, например кольцом 25, установленным в сдвижной части 3 корпуса. Другим уплотнительным кольцам цифровые позиции не даны.

Вторая часть соединителя розетка содержит корпус, состоящий, в свою очередь из двух частей. Одна неподвижная в осевом направлении часть 26 корпуса соединена со стаканом 27. Стакан охватывает втулка 28, а зоны их стыка уплотнены чехлами 29 и 30. Втулка 28 установлена относительно бурта 31 стакана 27 с зазором "з", и со стороны этого зазора во втулке 28 равномерно по ее окружности установлены гильзы 32, а в бурте выполнены ответные проточки "и" для размещения пружин 33, упирающихся концами соответственно в дно 34 гильзы и дно 35 проточки "и". Пружины 33 выполняют функцию дополнительных центрирующих элементов, размещенных в установочном узле розетки, обеспечивая после расчленения розетки с вилкой возврат розетки в исходное положение, при котором продольная ось втулки 28 будет совпадать с продольной осью "б-б" части 26 корпуса. Втулка 28 крепится на потребителе (на фиг. 2 не показано). В качестве потребителя выступает неподвижный объект, который необходимо состыковать с подвижным объектом, где и крепится втулка 11 ответной вилки соединителя.

Внутри втулки 28 с зазором "к" относительно ее внутренней поверхности "л" установлена гайка 36 с наружной сферической поверхностью "м". Образующееся в результате этого шарнирное соединение обеспечивает необходимый поворот части 2 корпуса относительно втулки 28. Благодаря этому обеспечивается соосное положение розетки относительно вилки при сочленении этих частей соединителя даже в случае их рассогласования, т.е. несовпадения их продольных осей "а-а" и "б-б".

Гайка 36 совместно со втулкой 28 образуют установочный узел розетки. На части 26 корпуса держателями 37 подвижно закреплены рычаги 38, установленные на шарнирах 39 и равномерно расположенные по окружности относительно части 26 корпуса. Каждый из рычагов имеет хвостовик 40, а на противоположном его конце на колодке 41 размещены основные контакты 42, выполненные в виде гнезд под штыри основных контактов 7 вилки.

Точность установки рычагов 38 относительно части 26 корпуса обеспечена фиксацией держателей 37 штифтами 43, которые позволяют регулировать рычаги по углу наклона.

В части 26 корпуса соосно оси "б-б" установлена направляющая 44, имеющая сферическую головку 45 и связанная с этой частью корпуса через втулку 46 посредством винта 47.

Вторая подвижная в осевом направлении часть 48 корпуса розетки установлена на направляющей 44 и выполнена с выемкой "н". На этой же направляющей коаксиально оси "б-б" установлены пружины 49 и 50, упирающиеся концами в торцевые поверхности 51 и 52 выемок "н" и "о" обеих подвижной в осевом направлении и неподвижной частей корпуса розетки, соответственно 48 и 26.

Количество пружин разного размера выбрано из условий равномерного распределения усилий на неподвижную часть 48 корпуса.

Пружины выполняют функцию приводного элемента подвижной части 48 корпуса и предназначены для того, чтобы держать указанную часть в крайнем левом положении, как изображено на фиг. 2.

Таким образом, и в данном случае, как и в вилке, приводной элемент выполняет еще и функцию фиксирующей детали применительно к подвижной части 48 корпуса.

Одновременно на направляющей 44 подвижно в осевом направлении установлена гильза 53, защищающая совместно со втулкой 46 внутреннюю часть полости розетки со стороны стыка ее с кабельной розеткой от воздействия внешней среды.

В выемке H направляющей 44 установлен с возможностью осевого перемещения ограничитель 54 подвижной части 48 корпуса.

На части 48 корпуса закреплен посредством гайки 55 стакан 56. Внутри этого стакана размещена пружина 57, упирающаяся одним концом в дно 58 стакана, а другим в крышку 59. Обе части 26 и 48 корпуса розетки размещены в кожухе 60, с торцевых сторон закрытом крышками 61 и 62.

На втулке 46 закреплена диафрагма 63, несущая дополнительные контакты 64, соединенные с основными посредством кабелей 65, которые подпаяны к контактам. Дополнительные контакты выполнены по аналогии с контактами вилки и представляют собой армированные штыри, объединенные посредством колодок 66 в группы, равномерно расположенные по окружности части 26 корпуса. Количество групп контактов розетки равно количеству групп контактов вилки. Как и в вилке, кабели розетки могут быть различными для разных типов соединителей. Подвижные детали розетки, как и в вилке, уплотнены относительно друг друга резиновыми прокладками, например, прокладкой 67, которая установлена в крышке 61.

Чтобы каждый рычаг 38 розетки вошел в соответствующий ему паз "г" направляющей 4 вилки и основные контакты розетки и вилки состыковались при наличии дополнительных контактов, необходимо, чтобы расстояние L₁ было равно расстоянию L₂.

L₁ это расстояние между поверхностями обеих колодок 10 со стороны крепления на них основных и дополнительных контактов соответственно 7 и 8 в вилке;
L₂ это расстояние между вертикальной осью "в-в" шарнира 39 крепления рычага на части 26 корпуса розетки и поверхностью колодки 41 со стороны крепления на ней основных контактов 42, при нахождении соединителя в расстыкованном состоянии.

Обязательным условием для работоспособности соединителя является наличие у него двух кабельных розеток. Одна из них устанавливается съемно на розетке, другая на вилке. Каждая кабельная розетка состоит из корпуса 68, выполненного, например, в виде стакана, внутри которого расположены контакты 69, выполненные в виде гнезд. К этим контактам жестко посредством пайки подсоединен кабель 70 потребителя. Как в вилке, так и в розетке соединителя эти контакты посредством колодок 71, установленных в держателе 72, объединены в группы, равномерно расположенные внутри корпуса. Количество групп контактов равно количеству аналогичных групп в розетке и вилке. Корпус 68 со стороны контактов закрыт крышкой 73, выполняющей функцию дна стакана корпуса, а с противоположной стороны корпуса на нем установлена гайка 74, являющаяся ограничителем для сдвижной гайки 75. Между корпусом 68 и крышкой 73 установлена прокладка 76.

Работа электрического соединителя осуществляется в следующем порядке.

Каждая из кабельных розеток со стороны крышки 73, которая предварительно снимается, вводится внутрь неподвижной части 1 корпуса вилки и неподвижной части 27 корпуса розетки и перемещаются вдоль продольных осей этих деталей до тех пор, пока соответствующие дополнительные контакты 8 вилки и дополнительные контакты 64 розетки не будут взаимодействовать с контактами 69 кабельных розеток, т.е. штыри частей соединителя войдут в гнезда кабельных розеток. Тем самым розетка и вилка будут связаны с кабелем 70 потребителя. Фиксация кабельных розеток осуществляется за счет резьбового соединения гайки 74 и контактирующей с ней резьбовой поверхностью "р" и "с" соответственно частей 1 и 26 корпусов вилки и розетки.

При взаимном перемещении (сближении) розетки и вилки сферическая головка 45 направляющей 44 заходит, минуя конусную поверхность "д", внутрь центрирующей втулки 22, а штырь 21 через крышку 59 в стакан 56, сжимая пружину 57, благодаря чему устраняется несоосность при стыковке розетки с вилкой.

В процессе сочленения несоосность устраняется еще и тем, что неподвижная часть 1 корпуса вилки имеет возможность, взаимодействуя с пружинами 16, т.е. сжимая и разжимая их, менять свое положение относительно втулки 11, которая жестко крепится на потребителе. О нем дано разъяснение в разделе описания вилки.

То же самое явление происходит и в розетке, когда стакан 27, перемещаясь в зазоре "з" и взаимодействуя с пружинами 33, может менять свое положение относительно втулки 28, которая также жестко крепится на потребителе. О нем дано разъяснение в разделе описания розетки.

В свою очередь направляющая 18 перемещает подвижную часть 48 корпуса розетки внутрь части 26 корпуса, сжимая пружины 50 и 51. Части 2 и 3 корпуса вилки, упираясь в крышку 61, телескопически входят одна в другую и, перемещаясь влево (на фиг. 1), располагаются внутри части 1 корпуса, дойдя до упора в торец "ж" этой части вилки, при этом торцевая поверхность "е" части 3 корпуса сжимает пружину 23.

Подвижная часть 48 корпуса розетки, перемещаясь по направляющей 44 до ограничителя 54, который, в свою очередь, передвигается по выемке "н" вправо (на фиг. 2) до конца выемки, поднимает хвостовики 40 рычагов 38. Последние поворачиваются относительно шарниров 39 и, пройдя через пазы "г", смещаются к центру розетки. При этом основные контакты 42 розетки занимают соответствующее положение относительно основных контактов 7 вилки с последующим сочленением.

При расстыковке соединителя розетка и вилка отводятся друг от друга, при этом контакты 42 и 7 расчленяются и хвостовики 40 рычагов 38 выводятся из пазов "г" направляющей 4 вилки, направляющая 44 выходит из центрирующей втулки 22, а штырь 21 из стакана 56. Подвижная часть 3, а вместе с ней и часть 2 корпуса вилки под действием пружины 23 перемещаются (на фиг. 1 вправо) до полного выхода направляющей 18 из подвижной части 48 корпуса розетки, при этом пружины 50 и 51 распрямляются, перемещая подвижную часть 48 корпуса влево (на фиг. 2) совместно с упором 54 до тех пор, пока упор не дойдет до другого конца выемки "н" (см. фиг. 2). В свою очередь, перемещаясь, часть 48 корпуса поворачивает рычаги 38 относительно шарниров 39, перемещая их от центра к периферии.

На этом процесс расчленения соединителя заканчивается. Кабельные розетки остаются установленными на обеих частях соединителя на весь процесс эксплуатации последнего или до ремонта в случае выхода из строя кабелей в зоне их подсоединения к контактам кабельных розеток. В последнем случае они снимаются с частей соединителя розетки и вилки и заменяются на работоспособные.

Таким образом, в предложенном электрическом соединителе удалось решить проблему по соединению кабелей потребителя с контактами вилки и розетки, обеспечить возможность эффективного сочленения последних даже при значительных их перекосах с одновременным устранением возможности повреждения сдвижных частей корпуса вилки и розетки в расчлененном состоянии. Все это повышает надежность соединителя.

Использование: изобретение относится к электротехнике и предназначено для обеспечения автоматической стыковки и расстыковки электрических цепей "вслепую". Электрический соединитель содержит вилку и розетку, в корпусах которых размещены, соответственно, основные контакты и дополнительные контакты на корпусах розетки и вилки со стороны, противолежащей зоне сочленения, установлены кабельные розетки. В корпусе каждой из них размещены контакты, связанные с кабелем потребителя. Контакты контактируют с дополнительными контактами в сочлененном положении розетки и вилки. 5 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Электрический соединитель, состоящий из двух частей розетки и вилки, каждая из которых содержит корпус, закрепленные на колодках и связанные с кабелем потребителя основные контакты, причем в розетке они размещены на концах шарнирно закрепленных рычагов, приводной элемент, установочный, фиксирующий и центрирующий узлы, отличающийся тем, что каждая из частей соединителя снабжена дополнительными контактами и кабельной розеткой, основные и дополнительные контакты в каждой части соединены между собой, кабельные розетки снабжены своими контактами, взаимодействующими с дополнительными контактами частей в состыкованном положении соединителя, и установлены на корпусах каждой части съемно, а приводные элементы объединены с фиксирующим узлом и образованы пружинами. 2. Соединитель по п. 1, отличающийся тем, что дополнительные контакты закреплены на своих колодках. 3. Соединитель по пп.1 и 2, отличающийся тем, что расстояние между поверхностями обеих колодок со стороны крепления на них основных и дополнительных контактов в вилке равно расстоянию между вертикальной осью шарнира крепления рычага розетки и поверхностью колодки со стороны крепления на ней основных контактов розетки, при расчлененном состоянии соединителя. 4. Соединитель по п.1, отличающийся тем, что основные контакты обеих частей связаны с кабелем потребителя через контактные розетки, на контактах которых закреплен упомянутый кабель. 5. Соединитель по п.1, отличающийся тем, что пружины установлены коаксиально относительно продольной оси каждой части, упираясь одним концом в подвижную в осевом направлении, а другим в неподвижную детали в каждой части соединителя. 6. Соединитель по п.1, отличающийся тем, что он снабжен дополнительными центрирующими элементами, расположенными в установочном узле каждой части соединителя.