СТОПОРНОЕ УСТРОЙСТВО Российский патент 1997 года по МПК E05B47/00 E05C17/56 E05C19/16 

Изобретение относится к магнитомеханическим системам, а более конкретно к устройству механизмов, обеспечивающих постановку и снятие ограничений движению элементов, недоступных для непосредственного контакта с ними, например закрепленных на внутренней стороне створок закрытых камер, за "глухими" перегородками и т.д. а также перемещение таких элементов за счет силового воздействия в них постоянными магнитами, и может быть использовано во всех видах запирающих устройств и в устройствах иного назначения.

Наиболее близким аналогом заявленного изобретения является стопорное устройство, содержащее подвижный элемент, имеющий отверстие для расположенного в корпусе фиксирующего конца стопорного стержня, установленного с возможностью перемещения под действием сил магнитного взаимодействия его с магнитным ключом.

Указанное стопорное устройство обладает рядом недостатком. Наиболее существенный недостаток известного устройства состоит в том, что оно работоспособно лишь при размещении управляющего его положением магнитного ключа с внутренней стороны створок. Для бесконтактного с наружной стороны створок управления магнитным ключом это стопорное устройство не предназначено.

Технический результат, достигаемый в заявленном изобретении, заключается в повышении секретности управления устройством.

Для достижения данного технического результата в стопорном устройстве, содержащем подвижный элемент, имеющий отверстие для расположенного в корпусе фиксирующего конца стопорного стержня, установленного с возможностью перемещения под действием сил магнитного взаимодействия его с магнитным ключом, имеется постоянный магнит для взаимодействия с магнитным ключом, при этом на фиксирующем конце стопорного стержня выполнена канавка шириной, равной или большей толщины фиксируемого стержнем подвижного элемента в месте их соприкосновения, а отверстие в подвижном элементе представляет собой сквозное отверстие с диаметром, несколько большим диаметра фиксирующего конца стержня, и примыкающую к отверстию прорезь, ширина которой больше диаметра фиксирующего конца стержня под канавкой.

В стопорном устройстве на фиксирующем конце стопорного стержня установлена рейка с фиксирующими элементами и отверстиями, разделенными перемычками с порезями и выполненными с обеих перпендикулярных оси стопорного стержня сторон рейки со смещением отверстий, расположенных по разные стороны рейки вдоль линии ее перемещения на расстояние, равное или большее диаметра фиксирующего конца стопорного стержня, при этом протяженность каждого из отверстий в том же направлении выполнена равной требуемому перемещению рейки при одном цикле воздействия магнитным ключом на свободный конец стопорного стержня.

На фиг. 1 и 2 показан общий вид одного из вариантов предлагаемого стопорного устройства в корпусном исполнении.

Фиг. 3 и 4 поясняют механизм взаимодействия стопорного устройства с фиксируемыми им подвижными элементами на примере подвижного элемента замка традиционного исполнения.

На фиг.5 представлен вариант выполнения устройства с постоянным магнитом в виде цилиндрических радиальнонамагниченных постоянных магнитов.

На фиг. 6 вариант выполнения устройства с пластиной из магнитомягкого материала на створке.

На фиг.7: а общий вид одного из вариантов предлагаемого стопорного устройства; б продольный разрез при крайнем положении подвижной рейки, занимаемом ею сразу после фиксации подвижного элемента запирающего устройства, специально предусмотренным на ней для этого фиксирующим элементом в виде штифта; в то же, после снятия ограничений на перемещение подвижного элемента;
на фиг. 8: а д характерные положения фиксирующего конца стержня, последовательно занимаемые им в полостях отверстий рейки при перемещении ее на расстояние, равное шагу, за один цикл воздействия магнитным ключом на свободный конец стопорного стержня.

При описании работы стопорного устройства предполагается, что створки выполнены из магнитомягкого материала. Положение стержня относительно поверхности створки и фиксируемого им подвижного элемента соответствует на фиг.1 закрытому состоянию замка, на фиг. 2 открытому его состоянию.

Стопорное устройство выполнено в виде расположенного в корпусе 1 стопорного стержня 2 с закрепленным на торцевой стороне одного из его концов (свободного конца) постоянным магнитом 3, намагниченным вдоль оси стержня 2. На другом (фиксирующем) конце стержня по периметру его поперечного сечения выполнена канавка 4. Стопорный стержень 2 и корпус 1 стопорного устройства при указанном размещении постоянного магнита в нем могут быть выполнены как из материалов с высокой магнитной проницаемостью, так и из немагнитных материалов. Более чувствительными к управляющим воздействиям с стороны магнитного ключа и более высокими эксплуатационными качествами в рамках рассматриваемой конструкции стопорных устройств обладают те из них, стопорный стержень 2 в которых целиком или частично (прилегающая к магниту его часть) выполнен из материала с высокой магнитной проницаемостью, а корпус 1 из немагнитного материала. Стопорное устройство может быть размещено вблизи фиксируемого им запирающего устройства на общем с ним основания или отдельно от него в произвольном месте внутренней поверхности створок, что является более предпочтительным вариантом его размещения с точки зрения обеспечения секретности запирающих и других устройств, хотя и сопряжено с определенными трудностями в организации механических связей стопорного устройства с фиксируемыми им подвижными элементами.

В приведенном на фиг. 1 4 варианте исполнения стопорного устройства и компоновки его с запирающим устройством-замком 5 для фиксации подвижного элемента 6 используется закрепленный на нем хвостовик 7 с фиксирующими элементами в виде сквозного отверстия диаметром D₂, несколько большим диаметра D₁ фиксирующего конца стопорного стержня 2, и примыкающей к этому отверстию прорезью, ширина которого b_пр. по условию обеспечения работоспособности запирающего устройства выполнена несколько большей диаметра d₁ стопорного стержня под канавкой 4. Длина прорези l_пр. из тех же соображений выполнена больше хода S подвижного элемента 6.

Работа стопорного устройства характеризуется перемещениями стопорного стержня 2 между следующими тремя его устойчивыми положениями. Первое положение стержня соответствует закрытому состоянию замка. Торцевая сторона свободного конца стопорного стержня 2 (поверхность северного полюса постоянного магнита 3 ) располагается при этом на минимальном δ₁ расстоянии от внутренней поверхности створки 9 (фиг. 1), а фиксирующий конец стержня располагается внутри фиксирующего отверстия в хвостовике (фиг.3), препятствуя движению хвостовика 7, а следовательно, и подвижного элемента 6 в направлении отпирания замка (на фиг. 3 вправо).

Во второе положение стопорной стержень 2 переходит после появления в зоне чувствительности стопорного устройства магнитного ключа 8. Под действием сил магнитного взаимодействия постоянных магнитов магнитного ключа и закрепленного на свободном конце стержня магнита 3 стержень удаляется от внутренней поверхности створки на расстояние δ₂ > δ₁
δ₂- δ₁ = S₁
(S₁ ход стержня).

При этом фиксирующий конец стопорного стержня 2 выходит из фиксирующего отверстия хвостовика 7 и приподнимается над его обращенной внутрь запираемого помещения поверхностью, освобождая тем самым путь для движения подвижного элемента 6 замка в направлении отпирания последнего. Присутствие магнитного ключа 8 в зоне чувствительности стопорного устройства при отпирании замка обязательно до тех пор, пока проекция его фиксирующего конца на хвостовик не перекроет контуры выполненной в нем прорези. После вывода магнитного ключа 8 из зоны чувствительности стопорного устройства фиксирующий конец стопорного стержня 2 под действием силы притяжения постоянного магнита 3 к створке 9 прижимается к хвостовику 7 (фиг.4). Расстояние между торцевой поверхностью свободного конца стопорного стержня (северным полюсом магнита 3) и створкой 9 до полного отпирания замка и последующего его запирания остается постоянным и равным в рассматриваемом случае δ₃.

δ₁< δ₃< δ₂
Установка магнита с торцевой стороны свободного конца стопорного стержня эффективна в случае применения высококоэрцетивных сплавов постоянных магнитов с высокими значениями магнитной энергии, таких как сплавы на основе редкоземельных элементов типа Nd Fe B и SmCo₅. Применение других сплавов более дешевых и менее дефицитных (оксидно-бариевых магнитов, феритстронцевых и других) в стопорных устройствах при показанных на фиг.1 и 2 вариантах размещения постоянного магнита в них сопряжено со значительным увеличением габаритов как самого стопорного устройства, так и магнитного ключа.

Решение проблемы снижения стоимости стопорного устройства при сохранении уровня их массогабаритных показателей чувствительности к воздействию магнитного ключа обеспечивает применение в них цилиндрических радиально намагниченных постоянных магнитов (фиг. 5) и размещение их вокруг стержня на корпусе.

Показанный на фиг.6 вариант стопорного устройства позволяет даже при небольшой удельной энергии сплава постоянного магнита добиться значений индукций магнитного поля в торцевом участке свободного конца стержня больших, чем в устройствах, выполненных с фиг.1 и 2. Поскольку при принятой на фиг.6 полярности установленного на корпусе постоянного магнита свободный конец стопорного стержня приобретает полярность северного его полюса, то по характеру его взаимодействия с магнитным ключом этот конец стержня аналогичен постоянному магниту, установленному в соответствии с фиг.1 и 2 и все изложенное ранее относительно работы стопорного устройства, показанного на этих фигурах, справедливо и к стопорному устройству, показанному на фиг.6.

Изложенная логика работы предлагаемых стопорных устройств, построенная на отталкивающем воздействии магнитного ключа на свободный конец стопорного стержня, является более предпочтительной по сравнению с логикой их работы при обратном направлении силы взаимодействия между теми же элементами. Обусловлено это тем, что при выбранной ориентации векторов намагниченности постоянных магнитов магнитного ключа и свободного конца стопорного стержня, действие каждого из них на расположенный между ними участок створки носит подмагничивающий характер, вызывая уменьшение магнитной проницаемости этого участка. При соответствующем выборе толщины этого участка, а так же параметров и размеров магнитного ключа и стопорного устройства можно добиться практически полного устранения экранирующего действия магнитомягких створок на результаты взаимодействия магнитного ключа со стопорным устройством.

Особенностью предлагаемых беспружинных стопорных устройств с постоянными магнитами является обязательное присутствие в них ферромагнитного элемента с торцевой стороны свободного конца стержня. Если это условие не реализовано при изготовлении или установке стопорных устройств, они утрачивают способность самостоятельно без внешнего на них силового воздействия возвращать стопорный стержень в исходное положение после каждого воздействия на них магнитного ключа.

Рассмотренных ранее вариантах использования стопорных устройств возвращение стопорного стержня в исходное положение осуществляется за счет сил магнитного взаимодействия свободного конца стержня со створкой. Если створка выполнена из немагнитного материала (из дерева, пластмассы), то для получения того же результата необходимо предусматривать специальные меры, например закрепить на корпусе с торцевой, обращенной к створке его стороны пластину 10 из магнитомягкого материала или такую же пластину установить на или в не магнитной створке в месте крепления к ней стопорного устройства. Последний вариант показан на фиг.6.

Возможности рассмотренных вариантов исполнения предлагаемых стопорных устройств как средств обеспечения и повышения секретности запирающих устройств ограничены постановкой и последующим перед отпиранием снятием ограничений на перемещение подвижных их элементов при разовом воздействии магнитного ключа на свободный конец стопорного стержня.

Добиться повышения секретности управления стопорными устройствами, а следовательно, и повышения секретности запирающих устройств, подвижные элементы которых они фиксируют, можно путем установки на фиксирующем конце стопорного стержня рейки с фиксирующими элементами и отверстиями, разделенными перемычками с прорезями и выполненными с обеих перпендикулярных оси стопорного стержня сторон рейки со смещением отверстий, расположенных по разные стороны рейки вдоль линии ее перемещения на расстояние, равное или большее диаметра фиксирующего конца стопорного стержня при протяженности каждого из отверстий в том же направлении, равной требуемому перемещению рейки при одном цикле воздействия магнитным ключом на свободный конец стопорного стержня.

Приведенное на фиг.7, 8 стопорное устройство характеризуется той же совокупностью признаков, что и стопорное устройства, выполненные согласно фиг. 1, 2 и 5. Отличается же оно от последних тем, что на конце фиксирующего стержня 2 в нем установлена с возможностью свободного перемещения в корпусе 11 рейка 12 с отверстиями 13 19 (фиг.8), разделенными перемычками 20 с прорезями. Ширина прорезей Δ_пр (фиг.7) по условию работы стопорного устройства выполнена больше диаметра стержня d₁ под канавкой 4 (фиг.1). Отверстия выполнены с обеих перпендикулярных оси стержня 2 сторон рейки. На чертежах показана рейка с глубиной отверстий с каждой стороны равной половине толщины рейки Δ_р (фиг. 1, 8). Вообще же допускается выполнение отверстий, расположенных по разные стороны рейки разной глубины.

Для обеспечения работоспособности стопорного устройства отверстия 13, 15, 17 и 19 (фиг.7), расположенные по одну из сторон рейки, смещены относительно отверстий 14, 16, 18 на другой ее стороне (отверстий) вдоль направления перемещения рейки на расстояние h, равное половине расстояния между перемычками или что то же равное половине шага перемещения рейки S₂ (фиг. 7а). При необходимости можно сместить отверстия на расстояния, отличные от 0,5 S₂, но при этом следует иметь в виду, что выбранные конкретные значения h не должны выходить за пределы следующего диапазона
D₁ ≅ h ≅ 0,55₂,
где D₁ максимальный размер контура поперечного сечения фиксирующего конца стержня вдоль направления перемещения рейки.

При выполнении стержня цилиндрической формы, как это сделано в рассматриваемом варианте стопорного устройства за D₁ следует принимать диаметр фиксирующего конца стопорного стержня 2 (фиг.1).

Для фиксации подвижных элементов запирающих устройств на рейке предусмотрен фиксирующий элемент в виде штифта 21. Логика взаимодействия штифта с элементами аналогичного назначения, перемещающимися вместе с подвижными элементами запирающих устройств, состоит в том, что он образует с ними механические связи, препятствующие движению подвижных элементов после запирания замка, и "выходит" из этих связей после перемещения рейки на расстояние, равное произведению установленного числа циклов воздействий магнитного ключа 8 на свободный конец стопорного стержня 2. Максимальное перемещение рейки, а следовательно, и штифта 21 равно S₂(n₀₁ - 1) где n₀₁ число отверстий на той стороне рейки, которая обращена в сторону стопорного стержня. В рассматриваемом случае n₀₁ 4.

Учитывая многообразие возможных вариантов технической реализации механических связей между фиксирующими элементами рейки и подвижными элементами запирающих устройств, а также то обстоятельство, что они не затрагивают сущности заявленного изобретения, описание работы стопорного устройства дается без указания конкретного устройства и размещения фиксирующих элементов на подвижном элементе замка и их взаимодействия с фиксирующим элементом рейки /штифтом. Указываются лишь поэтапные результаты этого взаимодействия.

Перед процедурой запирания замка рейка ставится (возвращается) в исходное положение, соответствующее размещению фиксирующего конца стопорного стержня 2 в верхней части отверстия 13 (фиг. 7а, 7б, 8а). В процессе запирания замка выполненные на его подвижном элементе фиксирующие элементы перемещаются относительно фиксирующего штифта 21 рейки и занимают в конце этого этапа работы замка такое положение относительно штифта, при котором последний препятствует возвращению подвижного элемента в исходное положение. Рейка при запирании замка может оставаться неподвижной, либо, если это предусмотрено условиям фиксации подвижного элемента, она может перемещаться вверх на расстояние, не превышающее S₂ D₁ (фиг.8а).

Перемещение рейки при воздействии магнитного ключа 8 на стопорный стержень носит дискретный характер. При введении магнитного ключа в зону чувствительности стопорного устройства стержень 2 под действием сил магнитного взаимодействия свободного его конца с магнитным ключом перемещается влево на расстояние, равное S₁. При этом фиксирующий конец стержня перемещается из верхней части отверстия 13 в нижнюю часть отверстия 14 (фиг. 8б), а его место в отверстии 13 занимает прилегающий к нему участок стержня меньшего диаметра d₁<D₁. В результате рейка 11 освобождается от связей с фиксирующим концом стержня 2 и перемещается вниз до соприкосновения с ним внутренней поверхностью перемычки, разделяющей отверстия 14 и 16 (фиг.8а).

После вывода магнитного ключа из зоны чувствительности стопорного устройства стержень 2 под действием силы притяжения свободного его конца к внутренней поверхности створки начинает перемещаться в обратном направлении, выводя фиксирующий свой конец из отверстия 14 в нижнюю часть отверстия 15 (фиг. 8г). Рейка вновь освобождается от ограничивающих ее движение связей с фиксирующим концом стержня и вновь перемещается вниз до соприкосновения с ним перемычки, разделяющей отверстия 15 и 17 (фиг.8д). Таким образом за один полный цикл воздействия магнитным ключом на свободный конец стопорного стержня 2 рейка 12, а следовательно, и штифт 21 перемещается на расстояние, равное шагу S₂ (фиг.8).

За n таких циклов они переместятся на расстояние S_p=n•S₂, равное или большее того расстояния, которое необходимо для освобождения подвижного элемента замка от препятствующих его перемещению связей со штифтом 21.

В рассмотренном примере выполнения стопорного устройства перемещения рейки осуществляется под действием силы ее тяжести.

В тех случаях, когда сила тяжести рейки не способна обеспечить ее перемещение в требуемом направлении, например при размещении рейки в горизонтальной плоскости, для обеспечения работоспособности стопорного устройства следует предусматривать в нем элементы, обеспечивающие силовое воздействие на рейку на всем пути ее перемещения. Функции таких элементов способны выполнить пружины, постоянные магниты и т.д.

Приведенная на фиг.7 и 8 конструкция рейки не достаточно технологична. Более технологичными в определенных случаях могут оказаться рейки, выполненные из двух сдвинутых друг относительно друга и жестко связанных между собой пластин со сквозными отверстиями.

Перемещение рейки предлагаемого стопорного устройства на расстояние S_p, значительно превышающее длину хода стопорного стержня S₁, позволяет рассматривать его не только как устройство для фиксации подвижных элементов различных механизмов, но и как устройство, способное самостоятельно приводить элементы в движение.

Использование: магнитомеханические системы, в частности механизмы, обеспечивающие постановку и снятие ограничений движению элементов, недоступных для непосредственного контакта с ними. Сущность изобретения: стопорное устройство содержит стержень, установленный с возможностью перемещения под действием сил магнитного взаимодействия его с постоянным магнитом. Постоянный магнит установлен таким образом, что один из концов стержня намагничивается в магнитном поле этого магнита, а на другом, фиксирующем конце стержня выполнена канавка для взаимодействия с отверстием в хвостовике подвижного элемента. Для повышения секретности отпирания запирающих устройств на фиксирующем конце стопорного стержня может быть установлена рейка с фиксирующими элементами и отверстиями, разделенными перемычками с прорезями, и выполненная с обеих перпендикулярных оси стержня сторон со смещением отверстий, расположенных по разные стороны рейки вдоль линии ее перемещения на расстояние, равное или большее диаметра фиксируемого конца стопорного стержня. При этом протяженность каждого из отверстий в том же направлении выполнена равной требуемому перемещению рейки при одном цикле воздействия на свободный конец стопорного стержня магнитным ключом. 1 з.п.ф-лы, 8 ил.

1. Стопорное устройство, содержащее подвижный элемент, имеющий отверстие для расположенного в корпусе фиксирующего конца стопорного стержня, установленного с возможностью перемещения под действием сил магнитного взаимодействия его с магнитным ключом, отличающееся тем, что имеет постоянный магнит для взаимодействия с магнитным ключом, при этом на фиксирующем конце стопорного стержня выполнена канавка шириной, равной или большей толщины фиксируемого стержнем подвижного элемента в месте их соприкосновения, а отверстие в подвижном элементе представляет собой сквозное отверстие с диаметром, несколько большим диаметра фиксирующего конца стержня, и примыкающую к отверстию прорезь, ширина которой больше диаметра фиксирующего конца стержня под канавкой. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что на фиксирующем конце стопорного стержня установлена рейка с фиксирующими элементами и отверстиями, разделенными перемычками с прорезями и выполненными с обеих перпендикулярных оси стопорного стержня сторон рейки со смещением отверстий, расположенных по разные стороны рейки вдоль линии ее перемещения на расстояние, равное или большее диаметра фиксирующего конца стопорного стержня, при этом протяженность каждого из отверстий в том же направлении выполнена равной требуемому перемещению рейки при одном цикле воздействия магнитным ключом на свободный конец стопорного стержня.