ЗАЖИМНОЕ УСТРОЙСТВО Российский патент 2024 года по МПК A47K10/12 

Изобретение относится к средствам зажима преимущественно плоских предметов, например, к зажимам и крюкам для развешивания полотенец и других изделий из тканей, в том числе к зажимам с возможностью автоматического захвата тонких предметов, исключающим их произвольное освобождение без желания пользователя.

Известны конструкции автоматических захватных устройств для зажима и удержания гибких листовых объектов, содержащие направляющую U-образной формы из проволоки, удерживающее средство в виде шарика, который имеет возможность перемещаться вдоль направляющей между ее стержнями из проволоками, при этом удерживающее средство размещено в клиновидном пространстве, образованном направляющей и противоположной ей опорной поверхностью, без возможности выхода из него и с возможностью заклинивания, а клиновидное пространство открыто с его узкой стороны для прохода зажимаемых объектов (Патент US 1179003, МПК A47K 10/12, 11.04.1916; Патент DE 1611973, МПК A47K 10/12, 17.08.1950; Патент СН 289643 А, МПК A47K 10/12; A47K 10/14, 31.03.1953).

Недостатками рассмотренных конструкций является незначительная максимальная толщина зажимаемых объектов при заданных габаритах по глубине захватных устройств, которая ограничивается размерами шарика и составляет около 0,25 от его диаметра. Обязательное наличие в конструкции опорной поверхности, образующей совместно с направляющей клиновидное пространство и к которой крепится направляющая, не позволяет создавать более простые модификации захватного устройства. Это, в свою очередь, снижает маркетинговую привлекательность захватов и уменьшает число их потенциальных пользователей.

Известны также автоматические захватные устройства, содержащие направляющую и фиксирующее средство в виде шарика, который имеет возможность перемещаться вдоль направляющей в клиновидном канале, образованном поверхностями с различной степенью кривизны, без возможности выхода из канала, при этом устройство выполнено с возможностью заклинивания фиксирующего средства в клиновидном канале, а клиновидное пространство открыто с его узкой стороны для прохода зажимаемых объектов (Патент US 1235600 A, МПК A47K 10/12, 07.08.1917; Патент SE 47344, МПК A47K 10/14, 14.07.1920; Патент US 1364190 A, МПК A47K 10/12, A47K 10/14, 04.01.1921; Патент FR 2451491 A1 (B3), МПК A47K 10/12, 10.10.1980; Патент WO 0247518 A1, МПК A47G 1/21, A47K 10/14, B42F 15/06; 20.06.2002; Патент FR 3002730 A3, МПК A47K 10/12, 05.09.2014; Патент СА 2950377 А1, МПК A47G 25/02, A47G 25/14, F16M 13/00, 02.06.2018).

В данных конструкциях максимальная толщина зажимаемых объектов увеличена ориентировочно до 0,75 от диаметра шарика, что расширяет область их использования в сравнении с вышерассмотренными захватными устройствами с направляющими из проволоки. Однако другие их недостатки присущи и конструкциям с клиновидными каналами. Кроме того, при расположении шарика в частично раскрытом лишь с боковых сторон канале становится практически невозможным доступ к фиксирующему средству извне для управления им при возникновении такой необходимости, что в ряде случаев может снизить удобство пользования устройством.

Известно зажимное устройство, содержащее фиксирующее средство и направляющую, ограничивающую клиновидное пространство, в котором размещена по меньшей мере часть фиксирующего средства с возможностью смещаться вдоль рабочего участка направляющей, опираться на внутреннюю сторону направляющей и заклинивать в клиновидном пространстве для зажима объекта удержания, при этом клиновидное пространство открыто с его узкой стороны для прохода объекта удержания (Патент DE 1941801, МПК A47K 10/12, A47K 10/14, A47L 13/512, 07.07.1966).

В рассматриваемой конструкции фиксирующее средство может иметь не только шарообразную форму, но и цилиндрическую с различными диаметрами вдоль осевой линии, что расширяет возможности для создания различных модификаций устройства. Клиновидное пространство в данной конструкции может ограничиваться не только направляющей и противоположной ей опорной поверхностью устройства, но и направляющей совместно с поверхностью опорного объекта, на котором устанавливается зажимное устройство. Это позволяет исключить опорную поверхность, противоположную направляющей, из состава устройства в ряде его дополнительных исполнений, что упрощает его конструкцию и снижает расход материалов.

Вместе с тем, в ряде модификаций данной конструкции не исключается полный выход фиксирующего средства из клиновидного пространства в процессе эксплуатации устройства. Например, в варианте устройства на фиг. 11, 12 отдельные части фиксирующего средства изначально выведены из клиновидного пространства, а при воздействии на фиксирующее средство в его поперечном направлении оно может целиком соскользнуть с направляющей, особенно в приподнятом положении фиксирующего средства, что может иметь место при движении полотенца в клиновидном пространстве не только с вертикальной, но и с поперечной составляющей или при других случайных внешних воздействиях на устройство. Освобождение полотенца при его движении в направлении к пользователю в плоскости, расположенной под небольшим углом к горизонтали, может привести к ложному освобождению полотенца при вытирании рук, если зажимное устройство закреплено сравнительно низко по высоте. При случайном попадании полотенца между фиксирующим средством 30 и направляющей 28 освобождение полотенца в штатном режиме становится невозможным. Для этого потребуется непосредственно приподнимать фиксирующим средством 30. Необходимость частичного выхода фиксирующего средства 30 из клиновидного пространства с его узкой стороны для обеспечения функции освобождения полотенца существенно увеличивает габариты устройства и затраты материалов на его изготовление. Некоторые элементы устройства в ряде его исполнений недостаточно технологичны в производстве. К таким элементам относятся, например, рама 26 с направляющей 28, а также фиксирующие средство 30 цилиндрической формы с разными диаметрами вдоль оси вращения.

В качестве прототипа предлагаемого изобретения выбрана конструкция фиксирующего средства, защищенная патентом DE 1941801, как наиболее близкая к заявленному устройству по технической сущности и совокупности достигаемых результатов.

Задачей изобретения является повышение отказоустойчивости зажимного устройства в различных режимах эксплуатации (сохранение его работоспособности), повышение удобства пользования устройством, снижение массы и габаритов изделия, а также повышение технологичности изготовления устройства.

Поставленная задача достигается тем, что зажимное устройство, также как в прототипе, содержит фиксирующее средство и направляющую, ограничивающую клиновидное пространство, в котором размещена по меньшей мере часть фиксирующего средства с возможностью смещаться вдоль рабочего участка направляющей, опираться на внутреннюю сторону направляющей и заклинивать в клиновидном пространстве для зажима объекта удержания, при этом клиновидное пространство открыто с его узкой стороны для прохода объекта удержания.

Согласно изобретению скользящая пара фиксирующее средство-направляющая выполнена с возможностью взаимодействия фиксирующего средства с внешней стороной направляющей для предотвращения полного выхода фиксирующего средства из клиновидного пространства, а также с возможностью фрикционного захвата объектом удержания фиксирующего средства для его смещения вдоль направляющей в направлении узкой стороны клиновидного пространства, при этом неразборные конструкции фиксирующего средства выполнены с возможностью перемещения вдоль изогнутых участков направляющей, когда это требуется для установки фиксирующего средства на рабочий участок направляющей.

Сущность предлагаемого технического решения состоит, во-первых, в применении конструкций фиксирующего средства, позволяющих опираться на направляющую с ее внешней стороны для ограничения перемещений фиксирующего средства, которые могли бы привести к его полному выходу (всех его частей) из клиновидного пространства и нарушить работоспособность изделия. В качестве подобных конструкций фиксирующего средства могут быть, например, использованы фиксирующие средства с отверстиями или частично открытыми полостями для размещения в них направляющей, а также конструкции с элементами, проходящими в отверстия или частично открытые полости направляющей. В частности, при выполнении фиксирующего средства в форме кольца и его размещении на направляющей в виде стержня силовой контур фиксирующего средства охватывает направляющую и тем самым ограничивает линейные смещения фиксирующего средства как в любом поперечном направлении направляющей, так и поворот фиксирующего средства в плоскостях, включающих ось направляющего стержня. При этом между направляющей и опорной поверхностью, образующими клиновидное пространство, всегда будет находиться по меньшей мере часть фиксирующего средства для сохранения возможности заклинивания объекта удержания. В результате работоспособность зажимного устройства будет сохраняться по крайней мере при воздействии на него объекта удержания в любом направлении со штатными усилиями, предусмотренными конкретной конструкцией устройства.

Возможность взаимодействия фиксирующего средства с внешней стороной направляющей предполагает наличие в его конструкции по меньшей мере одного элемента, препятствующего проникновению объекта удержания между фиксирующим средством и направляющей, что исключает нештатные режимы его зажима и тем самым повышает удобство пользования устройством. Применительно к паре кольцо-стержень условно можно выделить два элемента, связывающих внутреннюю часть фиксирующего средства (расположена в клиновидном пространстве) с его противоположной частью, находящейся снаружи. Они не позволяют объекту удержания разместиться между стержнем и кольцом.

Освобождение объекта, например, полотенца от зажима в предлагаемом устройстве может быть осуществлено перемещением объекта одновременно вверх и в бок относительно устройства, что не совпадает с преимущественными направлениями воздействия на полотенце в лицевом полупространстве при вытирании, например, рук или лица. В результате несанкционированное освобождение полотенца от зажима в предлагаемом устройстве маловероятно даже при его низком расположении по высоте, что также повышает удобство пользования устройством и расширяет сферы его применения.

Отсутствие необходимости частичного выхода фиксирующего средства из клиновидного пространства (с его узкой стороны) позволяет уменьшить в предлагаемой конструкции размер части фиксирующего средства, размещенной в клиновидном пространстве, по глубине устройства ориентировочно в 4 раза в сравнении с Прототипом. При этом глубина устройства со стороны узкой части клиновидного пространства уменьшается почти в 4 раза, а в его широкой части- ориентировочно в 2,5 раза. Одновременно уменьшается высота устройства (ориентировочно на половину диаметра фиксирующего средства в Прототипе). Снижение габаритов зажимного устройства сопровождается снижением его веса и, соответственно, расходов на материалы.

В простейших вариантах выполнения предлагаемое зажимное устройство может содержать направляющую, изготовленную путем изгиба проволоки или металлической полосы и фиксирующего средства, также загнутого из проволоки в замкнутый контур. Соответственно, это технологически проще выполнения корпуса с направляющей с использованием объемной штамповки (фиг. 1-6 в описании Прототипа) или фиксирующего средства в виде цилиндра с разными диаметрами вдоль оси вращения (фиг. 11, 12 в описании Прототипа), которое требует, например, токарной обработки. В результате стоимость изготовления предлагаемого зажимного устройства может быть снижена.

Кроме того, в предлагаемом зажимном устройстве помимо возможности заклинивания фиксирующего средства в клиновидном пространстве (как и в Прототипе) реализована и дополнительная возможность - фрикционного захвата объектом удержания фиксирующего средства для его смещения вдоль направляющей в направлении узкой стороны клиновидного пространства. Указанное дополнительное свойство зажимного устройства необходимо в предлагаемой конструкции в связи с тем, что прокатывание фиксирующего средства по направляющей в ней ограничено, о чем указывалось выше на примере размещения кольца на стержне. В результате в определенных положениях фиксирующего средства на направляющей указанные элементы образуют скользящую пару и трение качения заменяется трением скольжения фиксирующего средства о направляющую. Поскольку трение скольжения существенно больше трения качения, то для увлечения фиксирующего средства в узкую сторону клиновидного пространства должны выполняться определенные условия. В противном случае фиксирующее средство может удерживаться неподвижно на направляющей взаимной силой трения скольжения и не достичь положения в котором происходит эффект заклинивания.

Существо условия затягивания фиксирующего средства в узкую часть клиновидного пространства можно рассмотреть на примере фиксирующего средства в виде кольца с поперечным сечением в форме круга (тороида) и направляющей в виде стержня с постоянным круглым сечением. Упрощенная расчетная схема для данного случая представлена на фиг. 1 (не учитывает собственный вес фиксирующего средства). Процесс вовлечения фиксирующего средства 5 в узкую часть клиновидного пространства 4 в общем случае состоит из следующих основных этапов. При введении объекта удержания 6 в зазор между направляющей 2 и опорной поверхностью 3 фиксирующее средство 5 выталкивается в верхнюю часть клиновидного пространства 4. После остановки и отпускания объекта удержания 6 фиксирующее средство 5 остается прижатым к объекту удержания 6 под действием собственного веса. Объект удержания 6 опускается вниз под действием силы тяжести и создает силу трения F с фиксирующим средством 5 в точке А, направленную вниз. Это равносильно приложению силы F в точке В контактирования фиксирующего средства 5 с направляющей 2 и созданию момента вращения М. В результате круглая часть фиксирующего средства 5 может прокатываться по направляющей 5 (подобно шарику в Прототипе) одновременно перемещаясь в узкую часть клиновидного пространства 4. При этом может наступить момент, когда внешняя часть кольца упирается в направляющую 2 и момент М уравновешивается парой сил Fм, приложенным к фиксирующему средству 5 в точках его касания с направляющей 2 (точки В, С) на плече величиной δ. Прокатывание фиксирующего средства 5 по направляющей 2 прекращается и направляющая 2 образует с фиксирующим средством 5 скользящую пару. В указанной скользящей паре возникают силы трения скольжения от силы F в точке В и от сил Fм в точках В, С. Для продолжения перемещения фиксирующего средства 5 вниз вдоль направляющей 2 необходимо, чтобы смещающая его сила превосходила указанные силы трения. В этом случае смещение фиксирующего средства 5 в направлении узкой стороны клиновидного пространства 4 будет продолжаться вплоть до уравновешивания веса объекта удержания 6 и действующей на него внешней силы силами реакции опор и силами трения на направляющей 2 и опорной поверхности 3. Одновременно может наступить эффект заклинивания фиксирующего средства 5 в клиновидном пространстве 4 (при прочих равных условиях определяется величиной угла ϕ наклона направляющей 2 к опорной поверхности 3), что исключает выталкивание фиксирующего средства 5 в широкую часть клиновидного пространства 4 при прекращении действия внешней силы на объект удержания 6 (подобно Прототипу). Условие реализации фрикционного захвата объектом удержания 6 фиксирующего средства 5 для его смещения вдоль направляющей 2 в направлении узкой стороны клиновидного пространства 4 для расчетной схемы на фиг. 1 следующее:

где δ - плечо пары сил реакции Fм, мм; r - радиус поперечного сечения фиксирующего средства 5 в виде кольца, мм; Ктр - максимальное значение коэффициента сухого трения скольжения фиксирующего средства 5 о направляющую 2 в состоянии покоя; Кз - коэффициент запаса, значение которого больше единицы; ϕ - угол наклона направляющей 2 к опорной поверхности 3, рад.

Из выражения (1) следует требование к величине минимального зазора между внутренним диаметром фиксирующего средства 5 в виде кольца и диаметром направляющей 2

где δ - плечо пары сил реакции Fм, мм; r - радиус поперечного сечения фиксирующего средства 5 в виде кольца, мм; d - диаметр направляющей 2, мм.

Аналогичные требования для штатного функционирования предлагаемой конструкции зажимного устройства могут быть получены расчетным или экспериментальным путем для других возможных вариантов конструктивного выполнения его элементов и физико-механических свойств используемых для их изготовления материалов. Выполнение условия гарантированного смещения фиксирующего средства 5 вдоль направляющей 2 под действием силы трения со стороны объекта удержания 6 обеспечивает работоспособность зажимного устройства при разной толщине объектов удержания 6 (в пределах максимальной проектной величины) и при разной степени их жесткости, а также в различных условиях окружающей среды.

Кроме того, направляющая 2 из функциональных и технологических соображений может быть выполнена с изогнутыми участками, в том числе со сравнительно малыми радиусами кривизны. Причем участки направляющей 2 с малыми радиусами кривизны могут ограничивать ее рабочий участок. В этом случае должны быть предприняты специальные меры для размещения фиксирующего средства 5 на рабочем участке направляющей 2. С этой целью фиксирующее средство 5 или направляющая 2 могут быть выполнены разборными, либо фиксирующее средство 5 должно быть выполнено с возможностью перемещения вдоль изогнутых участков направляющей 2. Например, отверстие в фиксирующем средстве 5 с цилиндрической поверхностью (полученное, например, путем сверления) может быть заменено на отверстие с конической поверхностью или с поверхностью гиперболоида и т.п., которые допускают проход по направляющей 2 с гораздо меньшим радиусом кривизны (при одном и том же минимальном зазоре между сопрягаемыми поверхностями). Этому условию отвечает и фиксирующее средство в форме тороида на фиг. 1.

На фиг. 1 показана упрощенная расчетная схема для оценки условия захвата фиксирующего средства с целью его смещения вдоль направляющей.

На фиг. 2 представлен вариант зажимного устройства в исходном положении, включающий направляющую из проволоки, опорный объект в роли опорной поверхности, фиксирующее средство в форме тороида.

На фиг. 3 показано зажимное устройство на фиг. 2 с зажатым объектом удержания.

На фиг. 4 изображено зажимное устройство на фиг. 2 в положении освобождения объекта удержания от зажима.

На фиг. 5 приведено зажимное устройство на фиг. 2 с зажатым объектом удержания меньшей толщины в сравнении с объектом удержания на фиг. 3.

На фиг. 6 показано зажимное устройство на фиг. 2 без дополнительного крючка.

На фиг. 7 представлено зажимное устройство с фиксирующим средством в форме полого шара.

На фиг. 8 изображено зажимное устройство с фиксирующим средством в форме шара с коническими вырезами.

На фиг. 9 приведено зажимное устройство на фиг. 2, установленное на панели без декоративной шайбы и снабженное дополнительным элементом, ограничивающим смещение фиксирующего средства вдоль направляющей.

На фиг. 10 представлено зажимное устройство на основе базовой конструкции на фиг. 2, в котором роль опорной поверхности выполняет нерабочая опорная часть направляющей.

На фиг. 11 показан вариант зажимного устройства на фиг. 10 с изменением функций отдельных участков направляющей.

На фиг. 12 изображен вариант зажимного устройства на базе конструкции на фиг. 10 с креплением к опорному объекту с помощью двухстороннего скотча.

На фиг. 13 приведен вариант зажимного устройства на фиг. 12 с фиксирующим средством в форме шайбы.

На фиг. 14 показан вариант направляющей с ограничителем смещения фиксирующего средства, выполненным путем выдавливания.

На фиг. 15 представлен держатель с двумя зажимными средствами на фиг. 12.

На фиг. 16 изображен держатель с объемным опорным элементом и зажимным средством на фиг. 2.

На фиг. 17 продемонстрирован двойной держатель с направляющими, выполненными как единое целое.

На фиг. 18 показано зажимное устройство с U-образной формой направляющих и разборной конструкцией фиксирующего средства.

На фиг. 19 изображен вариант направляющей произвольной пространственной формы.

На фиг. 20 приведен вид сбоку направляющей на фиг. 19.

На фиг. 21 показан вид спереди направляющей на фиг. 19.

На фиг. 22 представлено зажимное устройство из квадратного профиля с фиксирующим средством в виде тороида.

На фиг. 23 изображено зажимное устройство на фиг. 22 с фиксирующим средством прямоугольной формы.

На фиг. 24 продемонстрировано зажимное устройство из листового материала с фиксирующим средством из стального проката круглого сечения.

На фиг. 25 показано зажимное устройство на фиг. 24 с захваченным объектом удержания.

На фиг. 26 изображен вариант зажимного устройства с направляющей из листового металла с объемным штампованным ограничительным элементом и составным фиксирующим средством.

На фиг. 27 приведена конструкция на фиг. 26 с зажатым объектом удержания.

На фиг. 28 показано зажимное устройство с направляющей из листового металла со сквозным пазом, в котором размещен ограничитель разборного фиксирующего средства.

На фиг. 29 представлено устройство на фиг. 28 с повернутым ограничителем фиксирующего средства в крайнее верхнее положение.

На фиг. 30 изображена модификация устройства на фиг. 28, 29 с увеличенным диаметром концевой части ограничителя фиксирующего средства.

На фиг. 31 продемонстрировано зажимное устройство на фиг. 30 с зажатым объектом удержания.

На фиг. 32 показана модификация зажимного устройства на фиг. 26, 27 с ограничительными элементами в виде загибов с боковых сторон направляющей.

На фиг. 33 изображена модификация зажимного устройства на фиг. 26, 27 с ограничительными элементами в виде боковых выступов направляющей.

На фиг. 34 продемонстрирован вариант зажимного устройства на фиг. 24 с отверстиями для крепления.

На фиг. 35 показана модификация зажимного устройства на фиг. 24 с С-ообразным профилем для установки на объект крепления.

На фиг. 36 изображен элемент крепления для устройства на фиг. 35.

На фиг. 37 приведена конструкция на фиг. 35 в состоянии установки на объект крепления.

Сущность предлагаемой конструкции зажимного устройства и достигаемые с ее помощью результаты можно дополнительно пояснить на различных примерах ее реализации. В варианте зажимного устройства 1 на фиг. 2 оно включает направляющую 2, выполненную путем гибки стального проката круглого сечения с образованием на одном ее конце крючка 8 с отогнутой внутрь концевой частью 9. На другом конце направляющей 2 имеется резьбовая часть 7, которая ввернута непосредственно в опорный объект, которым может быть, например, деревянная декоративная панель, или в дюбель, утопленный, например, в кирпичную стену. Опорная поверхность 3 опорного объекта образует совместно с направляющей 2 клиновидное пространство 4. На рабочем участке направляющей 2 установлено фиксирующее средство 5 в форме тора так, что по меньшей мере его часть размещена в клиновидном пространстве 4 без возможности выхода из узкой части клиновидного пространства 4. При этом фиксирующее средство 5 имеет возможность под действием внешних сил смещаться по крайней мере вдоль рабочего участка направляющей 2. Место примыкания направляющей 2 к опорной поверхности 3 может быть закрыто декоративной шайбой 10. Крючок 8 выполняет дополнительную функцию, например, удержания объектов со сравнительно большим весом и габаритами, которые не могут удерживаться автоматическим зажимом. Форма фиксирующего средства 5 в виде тороида с зазором между направляющей 2 позволяет свободно перемещать его вдоль направляющей 2 на ее рабочий участок как в зоне изгиба в месте расположения резьбовой части 7, так и в зоне изгиба для образования крючка 8.

Работает устройство на фиг. 2 следующим образом. Объект удержания 6 вводится пользователем в клиновидное пространство 4 через его узкую часть в направлении снизу вверх (фиг. З). При этом объект удержания 6 перемещает фиксирующее средство 5 вверх вдоль рабочего участка направляющей 2 и попадает в зазор между фиксирующим средством 5 и опорной поверхностью 3. После этого пользователь отпускает объект удержания 6 и он под собственным весом смещается вниз, увлекая за собой фиксирующее средство 5. Часть фиксирующего средства 5, зажатая между направляющей 2 и объектом удержания 6, прокатывается по направляющей 2 и занимает положение, показанное на фиг. 1 (либо промежуточное положение), после чего процесс качения фиксирующего средства 5 по направляющей 2 переходит в процесс скольжения. Затягивание фиксирующего средства 5 в узкую часть клиновидного пространства 4 будет происходить вплоть до наступления равновесия сил, действующих на объект удержания 6 (силы тяжести, сил реакции опор и сил трения). При дополнительном внешнем силовом воздействии на объект удержания 6 фиксирующее средство 5 будет в большей степени погружаться в нижнюю часть клиновидного пространства 4, а направляющая 2 будет испытывать большее поперечное силовое воздействие и подвергаться большему изгибу в пределах упругих деформаций. При прекращении внешнего силового воздействия на объект удержания 6 положение фиксирующего средства 5 практически не изменяется вследствие эффекта его заклинивания в клиновидном пространстве 4. Освобождение объекта удержания 6 от зажима здесь может быть выполнено двумя способами. Объект удержания 6 может перемещаться одной рукой пользователя одновременно вверх и в сторону. При этом фиксирующее средство 5 расклинивается, приподнимается вверх и вращается вокруг направляющей 2, а объект удержания 6 полностью выходит из клиновидного пространства 4. Либо пользователь одной рукой может приподнять фиксирующее средство 5, а другой рукой вынуть освобожденный от зажима объект удержания 6 из клиновидного пространства 4. В том и другом случае происходит смещение фиксирующего средства 5 вверх относительно направляющей 2, достаточное для прекращения зажима объекта удержания 6 (фиг. 4).

Процесс зажима объекта удержания 6 меньшей толщины аналогичен рассмотренному выше и показан на фиг. 5. При этом фиксирующее средство 5 располагается ниже на направляющей 2 в сравнении с вариантом зажима объекта удержания 6 большей толщины (фиг. З). В конструкции зажимного устройства 1 на фиг. 2 может отсутствовать крючок 8 (фиг. 6).

В рассмотренных вариантах зажимного устройства 1 обеспечивается возможность фиксирующего средства 5 опираться не только на внутреннюю сторону направляющей 2, непосредственно участвующей в процессе его захвата и заклинивания, но и на внешнюю сторону направляющей 2, что исключает полный выход фиксирующего средства 5 из клиновидного пространства 4 (по крайней мере часть фиксирующего средства 5 в виде сектора тороида остается в клиновидном пространстве 4). Это сохраняет работоспособность зажимного устройства 1 во всех штатных режимах его работы.

Максимальный наклон в любом месте направляющей 2 относительно опорной поверхности 3 (угол ϕ) в клиновидном пространстве 4 (на рабочем участке направляющей 2) здесь не превышает предельной величины, при которой еще обеспечивается эффект заклинивания фиксирующего средства 5 в клиновидном пространстве 4. При выполнении элементов зажимного устройства 1, например, из стали предельный угол ϕ может составлять около 20-22 градусов. Существенно уменьшать угол ϕ относительно предельного значения нецелесообразно, поскольку при этом значительно возрастают поперечные силы реакции направляющей 2, а это может привести к ее недопустимой деформации и снизить силу зажима объекта удержания 6. Для сохранения силы зажима объекта удержания 6 на заданном уровне в этом случае потребовалось бы увеличивать сечение направляющей 2, что влечет излишний расход материалов на ее изготовление.

Поскольку в рассмотренных вариантах зажимного устройства 1 величина минимального зазора между внутренним диаметром фиксирующего средства 5 в форме тороида и диаметром направляющей 2 соответствует условию (2), то в конструкциях обеспечивается фрикционный захват объектом удержания 6 фиксирующего средства 5 и его смещение в узкую часть клиновидного пространства 4 даже в случае максимально возможного уровня трения скольжения фиксирующего средства 5 о направляющую 2 (в сравнении с вариантом трения качения).

По сути в конструкциях зажимного устройства 1 на фиг. 2-5 направляющая 2 выполнена из стального стержня с образованием на одном ее конце крючка 8, а на другом конце - резьбовой части 7 для крепления на опорном объекте, образующим своей опорной поверхностью 3 совместно с рабочим участком направляющей 2 клиновидное пространство 4, а фиксирующее средство 5 выполнено в форме замкнутого или разомкнутого кольца, в отверстие которого помещена направляющая 2.

Фиксирующее средство 5 в виде тороида в рассмотренных конструкциях также может быть выполнено путем изгиба из стального проката круглого сечения (с минимальным зазором в образованном кольце), либо с использованием горячей штамповки и др. технологических процессов.

Фиксирующее средство 5 может иметь и другие формы, например, полого шара, состоящего из двух полусфер (фиг. 7). Наличие полости в шаре также позволяет преодолевать изгибы направляющей 2 для установки фиксирующего средства 5 на ее рабочий участок. Однако этот вариант менее технологичен и требует увеличения длины направляющей 2 из-за большего размера фиксирующего средства 5 по высоте (в сравнении с тором), а это влечет те же отрицательные последствия, что и при уменьшении угла ϕ.

Предпочтительным вариантом фиксирующего средства 5 со сферической контактной поверхностью является монолитный шар с коническими вырезами, который имеет меньшую высоту и более технологичен в изготовлении (фиг. 8). Условия фрикционного захвата объектом удержания 6 фиксирующего средства 5 для его смещения вдоль направляющей 2 в направлении узкой стороны клиновидного пространства 4 для конструкций на фиг. 7, 8 не в полной мере соответствуют выражениям (1), (2) для тороида, поэтому для них следует использовать иные расчетные схемы или определять соответствующие параметры экспериментально.

Вследствие упругого изгиба направляющей 2 при силовых воздействиях на объект удержания 6, превышающих расчетное значение (для полотенец, например, оно составляет около 10-20 Н), может происходить проскальзывание фиксирующего средства 5 через зазор между направляющей 2 и опорной поверхностью 3, что нарушает в последующем работоспособность зажимного устройства 1 и является нештатной ситуацией в его работе. В этом случае для приведения зажимного устройства 1 в рабочее состояние необходимо фиксирующее средство 5 завести обратно в клиновидное пространство 4 вдоль направляющей 2. Для исключения выхода фиксирующего средства 5 из клиновидного пространства 4 в его узкой части при чрезмерных силовых воздействиях на объект удержания 6 можно, например, направляющую 2 снабдить ограничительным элементом 11 (фиг. 9). В конструкции на фиг. 9 ограничительный элемент 11 закреплен на направляющей 2 в положении, при котором часть фиксирующего средства 5, размещенная в клиновидном пространстве 4, достигает своего рабочего положения, аналогичного положению на фиг. 2. Соответственно, у зажимного устройства 1 сохраняется способность захватывать даже объект удержания 6 малой толщины. При возникновении чрезмерных силовых воздействий на объект удержания 6 ограничительный элемент 11 препятствует смещению фиксирующего средства 5 в узкую часть клиновидного пространства 4 и дальнейшего увеличения силы зажима объекта удержания 6 не происходит. В результате внешнее усилие на объект удержания 6 превышает удерживающие его силы зажима и он выходит из клиновидного пространства 4. При этом часть фиксирующего средства 5 остается в клиновидном пространстве 4 и работоспособность зажимного устройства 1 сохраняется.

Возможность упругого изгиба направляющей 2 может быть использована для создания конструкций зажимного устройства 1, в которых функцию опорной поверхности 3 выполняют опорные части направляющей 2 (фиг. 10). В этом случае фиксирующее средство 5 внешним усилием заводится в клиновидное пространство 4 вдоль направляющей 2 благодаря возникновению ее упругого изгиба. После размещения фиксирующего средства 5 на рабочем участке направляющей 2 зазор между направляющей 2 и опорной поверхностью 3 уменьшается до размера, исключающего свободный выход части фиксирующего средства 5 из клиновидного пространства 4. Также возможно уменьшение указанного зазора путем дополнительного остаточного деформирования направляющей 2 в процессе сборки зажимного устройства 1 подобной конструкции.

Направляющая 2 и опорная поверхность 3 в конструкции на фиг. 10 могут взаимно заменять друг друга с точки зрения функциональных свойств (фиг. 11).

Опорная часть направляющей 2, выполняющая функцию опорной поверхности 3 (фиг. 10), может быть закреплена на опорном элементе 12 в виде пластины, которая, в свою очередь, крепится, например, с помощью двухстороннего скотча к опорному объекту (фиг. 12).

Таким образом, в зажимных устройствах 1 на фиг. 10-12 рабочий участок направляющей 2 и ее опорная часть, ограничивающая клиновидное пространство 4 с противоположной стороны, образованы путем изгиба стального стержня, что повышает технологичность конструкций.

В рассмотренных выше зажимных устройствах 1 фиксирующее средство 5 может иметь форму шайбы (фиг. 13). При этом участок фиксирующего средства 5 в клиновом пространстве 4 не имеет форму круга и не может прокатываться по направляющей 2. Перемещение фиксирующего средства 5 по направляющей 2 здесь всегда носит характер скольжения, а компенсирующая сила Fм дополнительно увеличивает силу воздействия фиксирующего средства 5 на объект удержания 6. Повышенные удерживающие свойства подобной конструкции требуют увеличения жесткости направляющей 2. В общем случае поперечное сечение фиксирующего средства 5 в виде кольца может иметь различную форму, что не влияет на работоспособность зажимного устройства 1 при выполнении соответствующих условий по захвату фиксирующего средства 5. Внешняя и внутренняя боковые стороны фиксирующего средства 5 в виде замкнутого контура могут иметь многогранную форму, однако это увеличивает усилие, прикладываемое к объекту удержания 6 при его освобождении.

Ограничительный элемент 11 для остановки фиксирующего средства 5 может быть выполнен на самой направляющей 2 путем выдавливания из ее объема, как это продемонстрировано на фиг. 14.

На опорном элементе 12 в виде изогнутой пластины с заглушками 13 (для доступа к винтам крепления) может быть установлено несколько зажимных устройств 1 по типу на фиг. 12, как это показано на фиг. 15.

На опорном элементе 12 в виде объемного компонента может быть закреплена направляющая 2 по типу на фиг. 2 с ограничительной резьбовой шайбой 14 (фиг. 16). Крепление опорного элемента 12 к опорному объекту здесь может быть выполнено с применением дополнительного элемента крепления какой-либо известной конструкции (не показано).

Двойной держатель может быть выполнен на базе зажимных устройств 1 по типу на фиг. 10, в которых опорные поверхности 3 образованы продолжением основания 15 с отверстием 16 под винт крепления (фиг. 17).

Зажимное устройство 1 может содержать направляющую 2 U-образной формы из проволоки, концы которой установлены в опорном элементе 12, например, из пластмассы (фиг. 18). При этом фиксирующее средство 5 представляет собой разборную конструкцию с концевыми частями 17 в форме шара, закрепленными на соединительном элементе 18. Функционирует данная конструкции по сути аналогично устройству на фиг. 2. Однако при удалении объекта удержания 6 из клиновидного пространства 4 вращения концевой части 17 вокруг направляющей 2 не происходит, что требует прикладывания несколько большего усилия со стороны пользователя.

Направляющая 2 в поперечном сечении может иметь различную форму, отличную от окружности (например, овала или многоугольника), а также произвольную пространственную форму (при условии соблюдения требований по заклиниванию и захвату фиксирующего средства 5), как это продемонстрировано на фиг. 19. При этом угол наклона между рабочим участком направляющей 2 и резьбовой частью 7 соответствует требуемому значению, как это показано на виде сбоку (фиг. 20), тогда как вид спереди имеет неупорядоченную дизайнерскую форму (фиг. 21).

Конструкции направляющей 2 из металлического стержня могут иметь отверстия в ее опорной части для крепления на опорном объекте, а сами опорные части могут быть расположены произвольным образом в пространстве относительно рабочего участка направляющей 2.

Зажимное устройство 1 может быть, например, выполнено из квадратного профиля разного сечения с заглушками 13 и с фиксирующим средством 5 как в виде тороида (фиг. 22), так и в форме прямоугольника, например, из стального проката круглого сечения (фиг. 23). В последнем случае фиксирующее средство 5 не прокатывается по направляющей 2 при удалении объекта удержания 6 из клиновидного пространства 4, что несколько увеличивает силу его трения о фиксирующее средство 5.

Направляющая 2, опорная поверхность 3, а также крючок 8 могут быть образованы, например, из листового материала, как это продемонстрировано на фиг. 24. При этом фиксирующее средство 5 может быть выполнено прямоугольной формы путем изгиба из стального проката круглого сечения. Помещается фиксирующее средство 5 в клиновидное пространство 4 путем упругого отжима направляющей 2 относительно опорной поверхности 3 на небольшую величину, соответствующую разнице между диаметром прутка фиксирующего средства 5 и глубиной узкой части клиновидного пространства 4. При этом форма фиксирующего средства 5 и его размеры позволяют свободно перемещать фиксирующее средство 5 вдоль изогнутых нерабочих участком направляющей 2 для его установки на рабочий участок направляющей 2. Зажим объекта 6 в подобном зажимном устройстве 1 происходит аналогично конструкции на фиг. 2 и может сопровождаться поворотом фиксирующего средства 5 до упора внешней частью во внешнюю поверхность направляющей 2 (фиг. 25) или занимать промежуточное положение, когда вращающий момент уравновешивается весом внешней части фиксирующего средства 5.

Конструкция на фиг. 24, где рабочий участок направляющей 2 и ее опорная часть, ограничивающая клиновидное пространство 4 с противоположной стороны, образованы путем изгиба стальной пластины, имеет высокие показатели технологичности.

Направляющая 2 из листового металла может содержать ограничительный элемент 11, например, в виде части сферы, полученной объемной штамповкой (фиг. 26). Фиксирующее средство 5 здесь выполнено составным из цилиндрической части 19, размещенной в клиновидном пространстве 4, и скобы 20 (для снижения расхода материала) с образованием отверстия, в котором помещена направляющая 2. При этом выход цилиндрической части 19 из клиновидного пространства 4 во нештатных режимах работы зажимного устройства 1 предотвращается ограничительным элементом 11. Зажим объекта удержания 6 в данной конструкции (фиг. 27) осуществляется по аналогии с зажимным устройством 1 на фиг. 24, 25.

В направляющей 2 из листового металла может быть выполнен сквозной паз 21, в котором размещен ограничитель 22, входящий в состав фиксирующего средства 5 и ввернутый в его цилиндрическую часть 19 (фиг. 28). Длина ограничителя 22 выбрана такой, чтобы он даже в своем крайнем верхнем положении опирался на внешнюю поверхность направляющей 2, что предотвращает несанкционированный выход фиксирующего средства 5 из клиновидного пространства 4 (фиг. 29).

Модификация зажимного устройства 1 на фиг. 28, 29 содержит ограничитель 22 с концевой частью 23 большего диаметра (фиг. 30). Это позволяет уменьшить вылет ограничителя 22 и реализовать крючок 8 без существенного увеличения глубины устройства 1. В состоянии захвата объекта удержания 6 концевая часть 23 может опираться на внешнюю сторону направляющей 2 препятствуя выходу ограничителя 22 из сквозного паза 21 и фиксирующего средства 5 из клиновидного пространства 4 (фиг. 31).

На фиг. 32 представлена модификация зажимного устройства 1 на фиг. 26, 27 с ограничительными элементами 11 в виде загибов с боковых сторон направляющей 2, взаимодействующих с цилиндрической частью 19 фиксирующего средства 5. В модификации на фиг. 33 ограничительные элементы 11 в виде боковых выступов направляющей 2 взаимодействуют со скобой 20 фиксирующего средства 5.

В общем случае направляющая 2 может быть выполнена с по меньшей мере одним ограничительным элементом 11 для препятствия перемещению фиксирующего средства 5 в направлении полного его выхода из клиновидного пространства 4 в нештатных режимах работы зажимного устройства 1.

В опорной части направляющей 2 зажимного устройства 1 на фиг. 24 могут быть выполнены отверстия 16 для элементов крепления на опорном объекте (фиг. 34).

На фиг. 35 представлена модификация зажимного устройства 1 на фиг. 24 с С-образным профилем для установки на объект крепления. Для этого используется элемент крепления 25 (фиг. 36), наклонные стенки 26 которого взаимодействуют с полками концевых частей 24 С-образного профиля зажимного устройства 1 в закрепленном положении (фиг. 37).

Представленные конструкции предлагаемого зажимного устройства 1 не исчерпывают всего многообразия модификаций их выполнения в рамках существа предлагаемого изобретения. Для изготовления элементов зажимного устройства 1 могут быть использованы различные материалы и их сочетания, а также технологии изготовления, применены разнообразные формы элементов, различные средства крепления элементов, дизайнерские решения и т.д.

Так, например, зажимные устройства 1 могут быть спроектированы для зажима объектов удержания 6 с заданным диапазоном изменения их толщины. Причем минимальная толщина может варьироваться практически от 0 до некоторого установленного значения. Конструкции зажимных устройств 1 могут быть адаптированы для различных сфер применения с их разным пространственным положением, например, для зажима листов бумаги, картона, деревянных панелей, различных тканей и изделий из них, металлических листов, изделий разнообразных форм с разными коэффициентами трения.

Реализация заявленной совокупности существенных признаков в возможных модификациях зажимного устройства 1 будет достаточной для достижения ожидаемых технических результатов.

Предлагаемое зажимное устройство при сохранении положительных свойств прототипа позволяет улучшить его параметры по отказоустойчивости в различных режимах эксплуатации, по удобству пользования устройством, а также снизить массу и габариты, повысить технологичность изготовления ряда модификаций устройства.

Изобретение относится к средствам зажима преимущественно плоских предметов, например, к зажимам и крюкам для развешивания полотенец и других изделий из тканей, в том числе к зажимам с возможностью автоматического захвата тонких предметов, исключающего их произвольное освобождение без желания пользователя. Зажимное устройство содержит фиксирующее средство и направляющую, ограничивающую клиновидное пространство, в котором размещена по меньшей мере часть фиксирующего средства с возможностью смещаться вдоль рабочего участка направляющей и заклинивать в клиновидном пространстве для зажима объекта удержания, при этом клиновидное пространство открыто с его узкой стороны для прохода объекта удержания, а скользящая пара - фиксирующее средство-направляющая, - выполнена с возможностью взаимодействия фиксирующего средства не только с внутренней, но и с внешней стороной направляющей для предотвращения полного выхода фиксирующего средства из клиновидного пространства, а также с возможностью фрикционного захвата объектом удержания фиксирующего средства для его смещения вдоль направляющей в направлении узкой стороны клиновидного пространства, при этом неразборные конструкции фиксирующего средства выполнены с возможностью перемещения вдоль изогнутых участков направляющей, когда это требуется для установки фиксирующего средства на рабочий участок направляющей. Изобретение направлено на повышение отказоустойчивости зажимного устройства в различных режимах эксплуатации, повышение удобства пользования устройством, снижение его массы и габаритов, а также повышение технологичности изготовления устройства. 9 з.п. ф-лы, 37 ил.

1. Зажимное устройство, содержащее фиксирующее средство и направляющую, ограничивающую клиновидное пространство, в котором размещена по меньшей мере часть фиксирующего средства с возможностью смещаться вдоль рабочего участка направляющей, опираться на внутреннюю сторону направляющей и заклинивать в клиновидном пространстве для зажима объекта удержания, при этом клиновидное пространство открыто с его узкой стороны для прохода объекта удержания, отличающееся тем, что скользящая пара, представляющая собой фиксирующее средство и направляющую, выполнена с возможностью взаимодействия фиксирующего средства с внешней стороной направляющей для предотвращения полного выхода фиксирующего средства из клиновидного пространства, а также с возможностью фрикционного захвата объектом удержания фиксирующего средства для его смещения вдоль направляющей в направлении узкой стороны клиновидного пространства, при этом неразборные конструкции фиксирующего средства выполнены с возможностью перемещения вдоль изогнутых участков направляющей, когда это требуется для установки фиксирующего средства на рабочий участок направляющей.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что направляющая выполнена из стального стержня с образованием на одном ее конце крючка, а на другом конце - резьбовой части для крепления на опорном объекте, образующим своей опорной поверхностью совместно с рабочим участком направляющей клиновидное пространство, а фиксирующее средство выполнено в форме замкнутого или разомкнутого кольца, в отверстие которого помещена направляющая.

3. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что фиксирующее средство выполнено путем изгиба из стального проката круглого сечения.

4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что рабочий участок направляющей и ее опорная часть, ограничивающая клиновидное пространство с противоположной стороны, образованы путем изгиба стального стержня.

5. Устройство по п. 4, отличающееся тем, что опорная часть закреплена на опорном элементе в виде пластины.

6. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что рабочий участок направляющей и ее опорная часть, ограничивающая клиновидное пространство с противоположной стороны, образованы путем изгиба стальной пластины.

7. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что фиксирующее средство выполнено прямоугольной формы путем изгиба из стального проката круглого сечения.

8. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что фиксирующее средство выполнено составным из цилиндрической части, размещенной в клиновидном пространстве, и скобы с образованием отверстия, в котором помещена направляющая.

9. Устройство по п. 6, отличающееся тем, что в опорной части направляющей выполнены отверстия для элементов крепления на опорном объекте.

10. Устройство по п. 2 или 6, отличающееся тем, что направляющая выполнена с по меньшей мере одним ограничительным элементом для препятствия перемещению фиксирующего средства в направлении полного его выхода из клиновидного пространства в нештатных режимах работы устройства.