СОЕДИНИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА Российский патент 2016 года по МПК H01R13/17 H01R13/213 

Настоящее изобретение относится к соединительной системе, содержащей контактный штифт и гнездо для приема контактного штифта.

Существует большое число разных соединительных систем, известных из уровня техники, имеющих преимущества и недостатки касательно разных применений.

Соединительные системы для применений в авиации и космонавтике, как правило, должны быть легкими и очень прочными, способными выдержать жесткие атмосферные условия, воздействующие на воздушное судно. Для одного воздушного судна может потребоваться огромное количество электрических соединений и, следовательно, еще одним важным вопросом является быстрота и точность установки. Соединители для применений в авиации и космонавтике обычно предназначаются для сведения к минимуму вероятности человеческой ошибки, приводящей к ошибкам во время установки.

Одно из таких применений в авиации и космонавтике - соединяющиеся кабельные каналы воздушного судна. Кабельные каналы представляют собой набор прессованных алюминиевых профилей, по которым проходит необходимый ток согласно требованиям по электропитанию воздушных суднов, включая заземление. Кабельные каналы, как правило, производятся в виде секций, а затем соединяются согласно жестким требованиям по электропитанию. Одно соединение может проводить ток до 100 А при сопротивлении постоянного тока, составляющем только 0,25 МОм.

Известная соединительная система раскрывается в опубликованной патентной заявке США US 2010/028076 A1. Соединительная система имеет корпус соединителя с отверстием и штифт для вставки в отверстие для установления электрического соединения от штифта к корпусу соединителя. Отверстие имеет канавку по своей окружности, которая удерживает скошенную цилиндрическую пружину, и штифт имеет кольцевую канавку. При вставке штифта в отверстие скошенная цилиндрическая пружина размещается в кольцевой канавке штифта и удерживает штифт на месте.

Однако вышеупомянутая соединительная система имеет недостаток в том, что удары и вибрации могут вызвать движение или вибрированию штифта относительно корпуса соединителя. Это может оказывать длительное отрицательное воздействие на целостность электрического соединения, например, вследствие коррозии при истирании.

Поэтому целью изобретения является создание усовершенствованной соединительной системы.

В соответствии с вариантом осуществления изобретения предлагается соединительная система, содержащая контактный штифт и гнездо для приема контактного штифта, причем контактный штифт содержит:

первую канавку, проходящую вокруг оси контактного штифта;

цилиндрическую пружину в первой канавке;

группу зубцов, размещающихся вокруг оси контактного штифта;

где гнездо содержит чашеобразную часть элемента, который содержит:

группу зубцов, размещающихся вокруг оси чашеобразной части и служащей для зацепления с зубцами контактного штифта; и

первую контактную поверхность внутри чашеобразной части, размещающуюся вокруг оси чашеобразной части для взаимодействия с цилиндрической пружиной контактного штифта.

Соединительная система содержит как цилиндрическую пружину для передачи электрического тока между контактным штифтом и гнездом, так и два комплекта зубцов для зацепления друг с другом для ограничения относительного движения контактного штифта и гнезда.

Предпочтительно, чашеобразная часть может содержать радиально выступающие пальцы (элементы), а соединительная система может дополнительно содержать ротор, устанавливаемый вокруг контактного штифта, ротор, содержащий отверстия и пазы, при этом отверстия проходят в пазы. Радиально выступающие участки (пальцы) чашеобразной части можно установить для ввода в отверстия ротора при вставке контактного штифта в чашеобразную часть, и при этом радиально выступающие участки (элементы) могут скользить вдоль пазов при вращении ротора вокруг контактного штифта и чашеобразной части. Радиально выступающие участки (элементы) и ротор помогают зафиксировать контактный штифт в гнезде и обеспечивают условия для быстрого соединения.

Цилиндрическая пружина помещается в канавку контактного штифта до соединения контактного штифта и гнезда. Следовательно, вероятность повреждения цилиндрической пружины во время соединения гнезда с электродом, например с кабельным каналом, и вставки штыря соединителя можно снизить.

Кроме того, вокруг оси контактного штифта может устанавливаться гребень, а внутри ротора может устанавливаться дополнительный гребень. Между двумя гребнями может быть помещена сжимаемая шайба для принудительного ввода контактного штифта в чашеобразную часть при вращении ротора вокруг контактного штифта и чашеобразной части. Зубцы контактного штифта можно создать на гребне контактного штифта для уменьшения веса соединителя.

Ротор может размещаться в осевом направлении по первой канавке и цилиндрической пружине контактного штифта с целью защиты цилиндрической пружины от любых внешних воздействий, которые могут привести к ее повреждению до установления соединения.

Предпочтительно, контактный штифт может дополнительно содержать вторую канавку, размещающуюся вокруг оси контактного штифта. O-образное кольцо можно поместить в пределах второй канавки, а чашеобразная часть может дополнительно содержать вторую контактную поверхность внутри чашеобразной части. Второй контактный элемент может размещаться вокруг оси чашеобразной части для взаимодействия с O-образным кольцом контактного штифта. O-образное кольцо может образовывать герметичное уплотнение для защиты цилиндрической пружины от загрязнения и т.п.

Кроме того, первая канавка может быть размещена в направлении ближе к закрытому концу чашеобразной части, нежели вторая канавка после вставки контактного штифта в чашеобразную часть, таким образом, цилиндрическая пружина уплотняется между концом чаши и O-образным кольцом, защищающим ее от внешней среды.

Гнездо может содержать стопорную (фиксирующую) часть для электрического и механического соединения чашеобразной части с электродом, например кабельный канал воздушного судна. Фиксирующая часть и чашеобразная часть могут быть образованы как единое целое для прочности и технологичности.

Ниже дано описание вариантов осуществления изобретения со ссылкой на сопроводительные чертежи, на которых:

фиг.1 показывает схематическое изображение электрического соединения, содержащего две соединительные системы в соответствии с вариантом осуществления изобретения;

фиг.2 показывает схематическое изображение гнезда, образующего частью соединительных систем в соответствии с вариантом осуществления изобретения;

фиг.3 показывает два схематических изображения двух гнезд, образующих часть соединительных систем в соответствии с дополнительными вариантами осуществления изобретения;

фиг.4a показывает схематическое изображение штифта соединителя и ротора, пригодные для образования соединительной системы в соответствии с вариантом осуществления изобретения при использовании с гнездами на фиг.2 или фиг.3;

фиг.4b показывает схематическое изображение штифта соединителя на фиг.4a в разобранном состоянии; и

фиг.5 показывает схематическое изображение соединительной системы в соответствии с вариантом осуществления изобретения, включающей гнездо на фиг.2 и штифт соединителя и ротор на фиг.4a.

Электрическое соединение, показанное на фиг.1, содержит два электрода 100 и электрический кабель 110, два электрода 100 соединяются вместе через электрический кабель 110 при использовании двух соединительных систем 150. Электроды 100 могут, например, являться частями соответствующих кабельных каналов воздушного судна, кабельные каналы электрически соединяются вместе при помощи кабеля 110 и соединительных систем 150. Каждая соединительная система 150 способна проводить ток 100 А при электрическом сопротивлении, не превышающим 0,25 МОм.

На фиг.2 показано гнездо 200, пригодное для образования части соединительных систем 150. Гнездо содержит чашеобразную часть 202 и фиксирующую часть 204. Чашеобразная часть 202 имеет набор зубцов 206, размещающихся вокруг оси 210 чашеобразной части. Чашеобразная часть 202 также имеет радиально выступающие участки (элементы) 220 для взаимодействия с ротором (описание ниже в отношении фиг.4a).

В данном варианте осуществления чашеобразная часть присоединяется к фиксирующей части L-образной формы. Однако возможны другие формы фиксирующей части, например формы фиксирующей части, используемые в гнездах, показанных на фиг.3.

В данном варианте осуществления гнездо изготовлено из алюминия, а зубцы 206 твердо анодированы для уменьшения коррозии и/или износа. Твердое анодирование увеличивает электрическое поверхностное сопротивление зубцов, хотя оно не представляет собой значительной проблемы, поскольку основная функция зубцов заключается в обеспечении механического соединения.

Чашеобразная часть 202 и фиксирующая часть 204 выполняются как единое целое, однако в альтернативных вариантах осуществления могут изготавливаться отдельно и соединяться вместе.

В данном варианте осуществления чашеобразная часть 202 имеет закрытый конец 240, который помогает защитить внутреннюю часть чаши от окружающей среды. В альтернативном варианте осуществления чашеобразная часть выполняется с открытым концом для уменьшения веса.

Контактный штифт дополнительно содержит группу зубцов 406, которые размещаются вокруг оси 410 контактного штифта и которые предназначаются для зацепления с зубцами 206 чашеобразной части гнезда. В данном варианте осуществления зубцы 406 и 206 являются прямоугольными для снижения любой тенденции к расхождению зубцов при вращении контактного штифта относительно гнезда, однако в альтернативных вариантах осуществления могут использоваться другие формы зубцов, например треугольные зубцы. Вал 425 контактного штифта изготавливается из меди и образует единое целое с зубцами 406, на зубцы наносится серебряное покрытие поверх никелевого покрытия для улучшения их сопротивляемости износу и/или коррозии. На канавку 402 наносится электролитическое покрытие с целью улучшения проводимости тока между канавкой и цилиндрической пружиной 404. В качестве альтернативного варианта вал контактного штифта можно изготовить из других материалов, а канавку и/или зубцы можно жестко анодировать или не проводить жесткое анодирование, можно нанести электролитическое покрытие или не наносить электролитическое покрытие.

На фиг.4a показан контактный штифт 400, который снабжен ротором 430, ротор 430 имеет отверстия 440 и пазы 450. Поэлементный вид контактного штифта 400 и ротора 430 в разобранном состоянии показан на фиг.4a. Контактный штифт 400 содержит цилиндрическую пружину 404, помещаемую в первую канавку 402, и O-образное кольцо 422, помещаемое во вторую канавку 420, а также сжимаемую шайбу 412, изготавливаемую из трех отдельных компонентов шайбы. Сжимаемая шайба 412 скользит по валу 425 контактного штифта и прижимается к гребню 408, при этом гребень 408 размещается вокруг оси 410 контактного штифта.

Контактный штифт дополнительно содержит набор зубцов 406, которые размещаются вокруг оси 410 контактного штифта и которые предназначаются для зацепления с зубцами 206 чашеобразной части гнезда. В данном варианте осуществления зубцы 406 и 206 являются прямоугольными для снижения любого стремления к расхождению зубцов при вращении контактного штифта относительно гнезда, хотя в альтернативных вариантах осуществления могут использоваться другие формы зубцов, например треугольные зубцы. Вал 425 контактного штифта изготавливается из меди и образует единое целое с зубцами 406, на зубцы наносится серебряное покрытие поверх никелевого покрытия для улучшения их сопротивляемости износу и/или коррозии. На канавку 402 наносится электропроводное (электролитическое) покрытие с целью улучшения проводимости тока между канавкой и цилиндрической пружиной 404. В качестве альтернативного варианта вал контактного штифта можно изготовить из других материалов, а канавку и/или зубцы можно твердо анодировать или не проводить твердое анодирование, можно нанести электропроводное покрытие или не наносить электропроводное покрытие.

Предпочтительно, в данном варианте осуществления зубцы 406 образованы на гребне 406, что может уменьшить вес. В качестве альтернативного варианта зубцы 406 и гребень можно сделать отдельно друг от друга в двух разных осевых положениях вдоль вала 425.

Цилиндрическая пружина 404 обеспечивает электрическое соединение с низким сопротивлением между чашеобразной частью 202 гнезда 200 и контактным штифтом 400. Цилиндрическая пружина может иметь серебряное покрытие с целью улучшения электрических свойств пружины и защиты от коррозии и может, например, быть скошенной цилиндрической пружиной из бериллиево-медного сплава с серебряным покрытием.

В данном варианте осуществления сжимаемая шайба 412 образуется из трех отдельных шайб, однако в других вариантах осуществления может использоваться одна шайба, например волнистая шайба, с целью уменьшения веса.

Контактный штифт 400 снабжен ротором 430 для фиксации контактного штифта 400 к чашеобразной части 202 гнезда 200, хотя в других вариантах осуществления самой цилиндрической пружины для предотвращения выпадения контактного штифта из гнезда или контактный штифт снабжается другими средствами, предупреждающими случайное выпадение штифта из гнезда. Как показано на фиг.4a, ротор 430 размещается в осевом направлении поверх цилиндрической пружины 404, который защищает цилиндрическую пружину от повреждения до вставки контактного штифта в чашеобразную часть 202.

Ротор 430 имеет внутри гребень 512 (показан на фиг.5), размещающийся вокруг оси ротора. Сжимаемая шайба 412 сжимается между гребнем 408 вала контактного штифта и гребнем 512 ротора при установке на свои места контактного штифта и ротора, как показано на фиг.4a.

Ротор 430 имеет отверстия 440 для приема радиально выступающих участков (пальцев) 220 гнезда чашеобразной части 202. После установки контактного штифта 400 в чашеобразную часть 202 пальцы 220 входят в отверстия 440, и после этого ротор может вращаться вокруг контактного штифта 400, а чашеобразная часть 202 заставляет пальцы 220 скользить вдоль пазов 450 ротора. Пазы 450 могут включать в себя луковицеобразные концы, в которых могут размещаться ролики 220, как только ротор будет полностью повернут и пазы можно расположить неортогонально оси 410 для вжатия вала контактного штифта 425 в чашеобразную часть 202 при повороте ротора 430.

На фиг.5 показано схематическое изображение гнезда 200 в соединении с контактным штифтом 400 и ротором 430. Вал 425 контактной пластины находится в чашеобразной части 202, а цилиндрическая пружина 404 соприкасается с первой контактной поверхностью 518 внутри чашеобразной части и размещается вокруг оси 210 чашеобразной части. Кроме того, O-образное кольцо 422 также находится в чашеобразной части 202 и соприкасается со второй контактной поверхностью 530 внутри чашеобразной части и размещается вокруг оси 210 чашеобразной части. На первую контактную поверхность 518 наносится электропроводное покрытие с целью уменьшения электрического сопротивления между цилиндрической пружиной 404 и чашеобразной частью 202.

Чашеобразная часть 202 содержит первый скос 520 внутри чашеобразной части, причем первый скос, сокращающий внутренний диаметр чашеобразной части до места расположения первого контактного элемента 518. Во время ввода контактного штифта 400 в чашеобразную часть 202 первый скос сжимает цилиндрическую пружину 404, в результате чего цилиндрическая пружина прижимается к первому контактному элементу 518 в сжатом состоянии, улучшая электрическое соединение между цилиндрической пружиной 404 и чашеобразной частью 202.

Чашеобразная часть 202 дополнительно содержит второй скос 532 внутри чашеобразной части, причем второй скос сокращает внутренний диаметр чашеобразной части до места расположения второго контактного элемента 530. Во время ввода контактного штифта 400 в чашеобразную часть 202 второй скос сжимает O-образное кольцо 422, в результате чего O-образное кольцо прижимается ко второму контактному элементу 530 в сжатом состоянии. O-образное кольцо создает уплотнение между валом 425 контактного штифта и внутренней поверхностью чашеобразной части 202, предупреждая загрязнение, которое может повредить электрическое соединение, установленное при помощи цилиндрической пружины 404.

Первый скос 520 располагается рядом с первым контактным элементом 518 под тупым углом, составляющим 150 градусов, а цилиндрическая пружина 404 не выступает за первый скос 520 за исключением минимума цилиндрической пружины 404, который необходим для безопасного прижатия к первому контактному элементу 518 вместо первого скоса 520. В дополнительных вариантах осуществления используются тупые углы, не составляющие 150 градусов.

Второй скос 532 располагается рядом с первым контактным элементом 530 под тупым углом, составляющим 150 градусов, а O-образное кольцо 422 не выступает за второй скос 532 за исключением минимума O-образного кольца 422, который необходим для безопасного прижатия ко второму контактному элементу 530 вместо второго скоса 532. В дополнительных вариантах осуществления используются тупые углы, не составляющие 150 градусов.

Размещение второго скоса 532 и второго контактного элемента 530 таким образом, чтобы O-образное кольцо прижималось ко второму контактному элементу вместо второго скоса после полного ввода контактного штифта, минимизирует количество воздуха, которое попадает в полость 560 между концом вала контактного штифта и закрытым концом чашеобразной части 202. Если O-образное кольцо выступает за тупой угол, давление воздуха в пределах полости 560 будет увеличиваться.

Перепад давления между воздухом внутри и снаружи полости 560 может привести к тому, что большая сила вытолкнет контактный штифт из чашеобразной части, например в случае, когда внешнее давление низкое, с чем можно столкнуться в применениях в авиации и космонавтике.

Увеличение давления воздуха внутри полости 560 во время ввода контактного штифта 400 в чашеобразную часть 202 можно уменьшить посредством увеличения объема полости 560. Предпочтительно, чашеобразная часть 202 содержит кольцевую канавку 550 в стенках чашеобразной части 202 у закрытого конца 240 чашеобразной части, увеличивая тем самым объем полости 560 и снижая стремление запертого воздуха в полости 560 оказывать давление на контактный штифт. Контактный штифт 400 и чашеобразная часть 202 сконфигурированы таким образом, что полость 560, имеющая длину по меньшей мере 1,8 мм по оси 210 чашеобразной части, находится между концом контактного штифта 400 и концом чашеобразной части 202 после ввода контактного штифта в чашеобразную часть.

Сжимаемая шайба 412 оказывает постоянное воздействие на вал контактного штифта 425, принуждая вал контактного штифта входить в чашеобразную часть и препятствуя любому увеличению перепада давления воздуха в полости 560 по сравнению с окружающей средой. Непрерывное воздействие, оказываемое сжимаемыми кольцами, помогает предупредить любое продольное колебание вала контактного штифта относительно чашеобразной части.

Чашеобразная часть 202 имеет круговое поперечное сечение, однако в других вариантах осуществления поперечное сечение может иметь другие формы, например овальную или треугольную. Использование кругового поперечного сечения (с соответствующими зубцами, расположенными по кругу) может помочь в ограничении относительного движения между гнездом и контактным штифтом. Кроме того, круговое поперечное сечение означает, что контактный штифт можно вставить в гнездо практически при любом угле поворота (при зацеплении зубцов).

Объем изобретения определяется прилагаемым(и) независимым(и) пунктом(ами) формулы изобретения. Дополнительные свойства, раскрываемые в зависимых пунктах формулы изобретения, являются необязательными и могут реализовываться или не реализовываться в разных вариантах осуществления изобретения, что будет очевидно специалистам в данной области техники.

Соединительная система (500) для применения в авиации и космонавтике содержит контактный штифт (400) и гнездо (200) для приема контактного штифта. Контактный штифт содержит: первую канавку (402), размещенную вокруг оси (410) контактного штифта; цилиндрическую пружину (404) в первой канавке и группу зубцов (406), размещенных вокруг оси контактного штифта. Гнездо (200) содержит чашеобразную часть (202). Чашеобразная часть содержит группу зубцов (206), размещенных вокруг оси (210) чашеобразной части (202) и служащих для зацепления с зубцами (406) контактного штифта; первую контактную поверхность (518) внутри чашеобразной части, размещенную вокруг оси (210) чашеобразной части для взаимодействия с цилиндрической пружиной (404) контактного штифта. Технический результат - предотвращение нарушения целостности электрического соединения при ударах и вибрации воздушного судна, а также вследствие коррозии. 16 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Соединительная система, содержащая контактный штифт и гнездо для приема контактного штифта, в которой контактный штифт содержит:
первую канавку, проходящую вокруг оси контактного штифта;
цилиндрическую пружину в первой канавке;
группу зубцов, размещенных вокруг оси контактного штифта; где гнездо содержит чашеобразную часть, чашеобразная часть содержит:
группу зубцов, размещенных вокруг оси чашеобразной части и служащих для зацепления с зубцами контактного штифта; и
первую контактную поверхность внутри чашеобразной части, размещающуюся вокруг оси чашеобразной части для взаимодействия с цилиндрической пружиной контактного штифта,
в которой чашеобразная часть содержит первый скос внутри чашеобразной части, причем первый скос уменьшает внутренний диаметр чашеобразной части до места расположения первого контактного элемента, и первый скос сжимает цилиндрическую пружину после ввода контактного штифта в чашеобразную часть так, что спиральная пружина приходит в покой относительно первой контактной поверхности в сжатом состоянии.

2. Соединительная система по п. 1, в которой чашеобразная часть содержит радиально выступающие пальцы, дополнительно содержит ротор, установленный вокруг контактного штифта, причем ротор содержит отверстия и пазы, отверстия проходят в пазы, причем радиально выступающие пальцы чашеобразной части установлены так, чтобы вводиться в отверстия после вставки контактного штифта в чашеобразную часть и затем скользить вдоль пазов при вращении ротора вокруг контактного штифта и чашеобразной части.

3. Соединительная система по п. 2, в которой контактный штифт дополнительно содержит гребень, размещающийся вокруг оси контактного штифта, и сжимаемую шайбу, прилегающую к гребню, и в которой ротор содержит гребень внутри ротора для соединения со сжимаемой шайбой, а сжимаемая шайба заставляет контактный штифт входить в чашеобразную часть при повороте ротора вокруг контактного штифта и чашеобразной части.

4. Соединительная система по п. 3, в которой сжимаемая шайба представляет собой волнистую шайбу.

5. Соединительная система по п. 3 или 4, в которой зубцы контактного штифта образованы на гребне контактного штифта.

6. Соединительная система по пп. 2-4, в которой ротор размещается в осевом направлении по первой канавке и цилиндрической пружине контактного штифта.

7. Соединительная система по пп. 1-4, в которой первый скос располагается рядом с первым контактным элементом под тупым углом и в которой первый скос и первый контактный элемент помещаются в чашеобразной части таким образом, чтобы после ввода контактного штифта в чашеобразную часть цилиндрическая пружина не выдвигалась за первый скос за исключением минимума, который необходим для безопасного прижатия цилиндрической пружины к первому контактному элементу вместо первого скоса.

8. Соединительная система по одному из предыдущих пунктов, в которой контактный штифт дополнительно содержит вторую канавку, размещенную вокруг оси контактного штифта, и О-образное кольцо во второй канавке и в которой чашеобразная часть дополнительно содержит вторую контактную поверхность внутри чашеобразной части, размещающуюся вокруг оси чашеобразной части для взаимодействия с О-образным кольцом контактного штифта.

9. Соединительная система по п. 8, в которой чашеобразная часть содержит второй скос внутри чашеобразной части, уменьшающий внутренний диаметр чашеобразной части до места расположения второго контактного элемента, и второй скос сжимает О-образное кольцо при вставке контактного штифта в чашеобразную часть.

10. Соединительная система по п. 9, в которой второй скос располагается рядом со вторым контактным элементом под тупым углом и в которой второй скос и второй контактный элемент помещаются в чашеобразном элементе таким образом, чтобы после ввода контактного штифта в чашеобразную часть О-образное кольцо не выдвигалось за второй скос за исключением минимума, который необходим для безопасного прижатия О-образного кольца ко второму контактному элементу вместо второго скоса.

11. Соединительная система по п. 8, в которой первая канавка располагается в направлении ближе к закрытому концу чашеобразной части, нежели вторая канавка при вставке контактного штифта в чашеобразную часть.

12. Соединительная система по пп. 1-4, в которой чашеобразная часть содержит кольцевую канавку в стенах чашеобразной части с закрытого конца чашеобразной части.

13. Соединительная система по пп. 1-4, в которой гнездо дополнительно содержит фиксирующий элемент для электрического и механического соединения чашеобразной части с электродом.

14. Соединительная система по п. 13, в которой чашеобразная часть и фиксирующий элемент составляют единое целое.

15. Соединительная система по пп. 1-4, в которой зубцы чашеобразной части являются твердо анодированными и в которой на первую контактную поверхность чашеобразной части наносится электропроводное покрытие.

16. Соединительная система по пп. 1-4, которая способна проводить ток 100А при электрическом сопротивлении, не превышающем 0,25 МОм.

17. Соединительная система по пп. 1-4, в которой контактный штифт и чашеобразная часть сконфигурированы таким образом, что полость, имеющая длину по меньшей мере 1,8 мм по оси чашеобразной части, находится между концом контактного штифта и концом чашеобразной части после ввода контактного штифта в чашеобразную часть.