ВТУЛКА

Полезная модель относится к конструкциям втулок для защиты отверстий в изделиях из пластмасс, в частности в транспондерах для радиочастотной идентификации.
Наиболее близким аналогом заявляемой полезной модели является устройство, известное из патента RU 2516930 и содержащее коррозионностойкий слой из эпоксидной смолы.
Однако данная втулка предназначена для использования в автомобильной промышленности.
Технической проблемой, на решение которой направлена полезная модель, является предотвращение деформаций и разрушения транспондера в области отверстия.
Техническим результатом является повышение надёжности и долговечности конструкции транспондера с внешними слоями, выполненными из полимерного материала на основе полиуретана, в области отверстия.
Заявленный технический результат достигается благодаря тому, что втулка выполнена в виде полой детали круглого поперечного сечения и содержит ступеньку и выемку, размещённые на внешней поверхности детали, при этом внутренняя поверхность детали выполнена выпуклой, максимум выпуклости расположен в центральной части детали, внешняя поверхность ступеньки выполнена скошенной с наименьшим диаметром с края детали.
Кольцо или фурнитура, вставляемые в отверстие транспондера при его эксплуатации, истирает пластиковые слои, приводя к деформации ушка транспондера. Неровности на поверхности кольца обеспечивают дополнительный изнашивающий эффект на внутреннюю поверхность отверстия и его края. Интеграция дополнительного объекта внутрь отверстия нивелирует воздействие кольца на слои транспондера. Монтаж втулки до нанесения слоев полимерного материала внешних слоёв транспондера увеличивает толщину полимерного материала по краю отверстия, повышая прочность конструкции в области ушка.
В описании использованы термины «лицевой», «оборотный», «верхний», «нижний», однако специалисту понятно, что данные термины использованы только для удобства описания, и при перевороте конструкции сущность полезной модели не изменится.
Полезная модель поясняется с помощью фиг. 1-9, на которых показаны:
Фиг. 1 – общий вид транспондера;
Фиг. 2 – разрез транспондера в области отверстия;
Фиг. 3 – втулка, первый вариант, вид сверху;
Фиг. 4 – втулка, первый вариант, сечение А-А;
Фиг. 5 – втулка, первый вариант, вид снизу;
Фиг. 6 – втулка, второй вариант, вид сверху;
Фиг. 7 – втулка, второй вариант, сечение А-А;
Фиг. 8 – втулка, второй вариант, вид снизу;
Фиг. 9 – поперечный разрез транспондера в области отверстия с вмонтированной втулкой.
На фиг. 1-6 позициями 1-19 обозначены:
1 – транспондер;
2 – сквозное отверстие;
3 – втулка;
4 – слой пластиковой основы;
5 – лицевой внешний слой;
6 – оборотный внешний слой;
7 – радиочастотная идентификационная метка;
8 – выемка;
9 – ступенька;
10 – внешний диаметр втулки;
11 – внутренний диаметр втулки;
12 – внешний диаметр втулки до ступеньки;
13 – высота втулки;
14 – высота ступеньки;
15 – внутренний диаметр втулки в выпуклой части;
16 – внешний диаметр в верхней части скоса ступеньки;
17 – высота скошенной области выемки;
18 – ширина ступеньки;
19 – внешний диаметр втулки по прямой части втулки.
На фиг. 1 показан общий вид транспондера 1 с втулкой 3 в отверстии 2.
На фиг. 2 показан разрез транспондера 1 в области отверстия 2, на котором видны слои транспондера 1. Транспондер 1 содержит последовательно расположенные слои: лицевой внешний слой 5, слой пластиковой основы 4, в которой расположена RFID метка 7, оборотный внешний слой 6. Слой пластиковой основы 4 может быть выполнен из одного или нескольких слоев пластика, например, по классической технологии изготовления пластиковых смарт-карт. Лицевой внешний слой 5 и оборотный внешний слой 6 выполнены из полимерного материала на основе полиуретана. В сквозном отверстии 2 расположена втулка 3, которая может быть выполнена из металла, пластмасс, полиуретана, дерева, углепластика, композитного материала, керамики или другого материала.
Втулка 3 может быть цветная или прозрачная.
В зависимости от используемого материала втулка может быть изготовлена путем штамповки, литья, проката, резки, аддитивных технологий, в том числе 3D-печатью.
В качестве пластмассы для втулки 3 могут быть использованы поливинилхлорид (PVC), полиэтилентерефталат (PET), поликарбонат (PC), акрилнитрил-бутадиен-стирол (ABS), стеклопластик (GRP — Glassfiber Reinforced Plastic) или любой другой подходящий вид пластмасс.
В качестве металла для втулки 3 могут быть использованы алюминий, сталь, титан, сталь, медь, композитные металлы, в том числе анодированные, и любые другие подходящие металлы.
На фиг. 3-5 показан первый вариант втулки 3, внутренняя поверхность которой выполнена выпуклой, а ступенька 9 выполнена со скосом. Втулка 3 содержит выемку 8 прямоугольного сечения ниже лицевого внешнего слоя 5 на уровне слоя пластиковой основы 4 и оборотного внешнего слоя 6.  Выполнение внутренней поверхности втулки 3 выпуклой в виде радиального скругления обеспечивает дополнительное усиление транспондера 1 в области отверстия 2 от деформации и разрыва материала, вызываемой воздействием фурнитуры, в т.ч. кольцом, закреплённой за это отверстие. При эксплуатации фурнитура контактирует в первую очередь с выпуклой областью внутренней поверхности втулки 3, меньше контактируют с краями отверстия 2 внешних слоёв 5-6, препятствуя их деформации и разрушению в дальнейшем, сохраняя дольше эстетический вид изделия. Выполнение выпуклой области по радиусному скруглению позволяет равномерно распределить нагрузку от кольца на конструкцию транспондера 1, предотвращая повышенную локальную нагрузку на отдельные точки конструкции. Кроме того, намеренное уменьшение минимального внутреннего диаметра 15 втулки 3 ограничивает размер кольца, который можно использовать, тем самым предохраняя ушко брелока от повышенной нагрузки из-за использования больших и массивных колец. Скос ступеньки 9 позволяет застывшему полимерному материалу лицевого внешнего слоя 5 выполнять функцию фиксатора, препятствуя нежелательному извлечению втулки 3 из отверстия 2.
В частном случае высота 13 втулки – 3,25 мм, внешний диаметр 10 – 4,9 мм, внешний диаметр 16 в верхней части втулки в области ступеньки 9 со скосом – 4,45 мм, внешний диаметр 12 втулки в области выемки 8 до ступеньки – 4,45 мм, внутренний диаметр 11 втулки 3 по краям – 4 мм, внутренний диаметр 15 втулки в области максимальной выпуклости – 3 мм, ширина 18 ступеньки – 0,23 мм, высота 14 ступеньки – 1,2 мм.
Также возможны следующие параметры: высота 13 втулки – 3,35 мм, внешний диаметр 10 – 4,7 мм, внешний диаметр 16 в верхней части втулки в области ступеньки 9 со скосом – 4,45 мм, внешний диаметр 12 втулки в области выемки 8 до ступеньки – 4,45 мм, внутренний диаметр 11 втулки 3 по краям – 4 мм, внутренний диаметр 15 втулки в области максимальной выпуклости – 3 мм, ширина 18 ступеньки – 0,13 мм, высота 14 ступеньки – 1,25 мм.
На фиг. 6-8 показан второй вариант втулки 3, которая выполнена в виде полой детали круглого поперечного сечения. Втулка 3 содержит ступеньку 9 и выемку 8, размещённые на внешней поверхности втулки 3. Внутренняя поверхность втулки 3 выполнена выпуклой, максимум выпуклости которой расположен в центральной её части. Внешняя поверхность ступеньки 9 выполнена скошенной с наименьшим диаметром с верхнего края втулки 3. Выемка 8 выполнена сложного сечения и имеет скос в области максимума выпуклости внутренней поверхности втулки и прямой участок от скоса до нижнего края втулки.
Выполнение выемки 8 со скосом в области максимальной выпуклости обеспечивает более плотную фиксацию втулки 3 в отверстии 2 за счёт эффекта расклинивания, в т.ч. обеспечивает удержание втулки в отверстии до нанесения полимерного материала, т.к. при монтаже втулки 3 внешний диаметр втулки линейно увеличивается в области контакта втулки с внутренней поверхностью отверстия 2 в слое пластиковой основы 4. Данная конструкция позволяет использовать роботизированный монтаж втулок 3.
При расположении выемки 8 ниже лицевого внешнего слоя 5 на уровне слоя пластиковой основы 4 и оборотного внешнего слоя 6 на внешней поверхности втулки 3 образуется ступенька 9, которая своей торцевой поверхностью контактирует с лицевым внешним слоем 5, а поверхностью, смежной с поверхностью выемки, опирается на край слоя пластиковой основы 4.
Ступенька 9 обеспечивает фиксацию втулки 3 в отверстии 2 за счёт того, что диаметр втулки 3 в области ступеньки 9 превышает диаметр отверстия 2, а также дополнительную фиксацию при заливке слоёв 5 и 6 полимерным материалом, который фиксирует втулку 3 в области ступеньки 9 при полимеризации. Дополнительно ступенька 9 предотвращает затекание полимерного материала в отверстие 2. Ступенька 9 в данном случае выступает в качестве ограничителя высоты при монтаже втулки 3 в отверстие 2.
Выполнение внутренней поверхности втулки 3 выпуклой в виде радиального скругления обеспечивает дополнительную защиту отверстия 2 транспондера 1 от деформации, вызываемой кольцом, вставляемым в это отверстие. При эксплуатации кольцо контактирует в первую очередь с выпуклой областью внутренней поверхности втулки 3, меньше контактируют с краями отверстия 2 внешних слоёв 5-6, препятствуя их деформации и разрушению в дальнейшем. Выполнение выпуклой области по радиусному скруглению позволяет равномерно распределить нагрузку от кольца на конструкцию транспондера 1, предотвращая повышенную локальную нагрузку на отдельные точки конструкции. Кроме того, намеренное уменьшение минимального внутреннего диаметра 15 втулки 3 ограничивает размер кольца, который можно использовать, тем самым предохраняя ушко транспондера от повышенной нагрузки из-за использования больших и массивных колец.
Скос ступеньки 9 позволяет застывшему полимерному материалу лицевого внешнего слоя 5 выполнять функцию фиксатора, препятствуя нежелательному извлечению втулки 3 из отверстия 2.
Целесообразно выполнять максимальный внешний диаметр втулки в области скоса выемки 8 на внешней поверхности втулки 3 до ступеньки больше максимального внутреннего радиуса отверстия 2 на 0,1-3 % (фиг. 7).
В частном случае высота 13 втулки по второму варианту – 3,25 мм, внешний диаметр 10 – 4,9 мм, внешний диаметр 16 в верхней части ступеньки со скосом – 4,45 мм, внешний диаметр 12 втулки до ступеньки перед скосом внешней поверхности втулки – 4,55 мм, после скоса 19 – 4,45 мм, внутренний диаметр 11 втулки 3 по краям – 4 мм, внутренний диаметр 15 втулки в области максимальной выпуклости – 3 мм, ширина ступеньки 18 – 0,18 мм, высота 14 ступеньки 9 – 1,2 мм, высота скоса 17 – 0,85 мм, внутренний диаметр отверстия 2 – 4,5 мм.
На фиг. 9 показана смонтированная втулка 3.
Устройство используют следующим образом.
Транспондер 1 изготавливают на оборудовании, предназначенном для изготовления пластиковых смарт-карт, при этом используют листовые материалы одинакового размера, например, формата 295×480 мм. Вначале формируют центральный преламинат, для чего на лист с установленной RFID-меткой (ами), укладывают с двух сторон, лицевой и обратной стороны, пластиковые листы и термокомпрессионным способом соединяют листы между собой. Далее формируют многослойную конструкцию - пластиковую основу, для чего с обеих сторон центрального преламината укладывают по информационно-декоративному листу и защитному ламинирующему слою. Затем термокомпрессионным способом соединяют все листы между собой и из полученной многослойной конструкции высекают множество, например, 24, 48, 72 и более, заготовок транспондеров со сквозными отверстиями каждый. При этом транспондеры остаются на листе основы, удерживаясь за полукруг с угла вблизи отверстия.
Затем в каждое отверстие 2 помещают втулку 3 со стороны меньшего внешнего диаметра так, чтобы ступенька 9 была размещена на краю отверстия слоя пластиковой основы 4 (фиг. 9). Материал втулки 3 может быть нагрет для лучшей адгезии со слоями транспондера 1.
Далее на слой пластиковой основы 4 со стороны ступеньки 9 наносят жидкий полимерный материал на основе полиуретана и оставляют на 4-6 часов для полимеризации. В процессе полимеризации полимерный материал надёжно прилипает к слою пластиковой основы 4, что не позволяет ей отслаиваться в процессе использования и хранения транспондера 1, и фиксирует втулку 3 в отверстии 2. После полимеризации слой пластиковой основы 4 с втулками 3 и одним слоем полимерного материала, образующего лицевой внешний слой 5, переворачивают, покрывают жидким полимерным материалом на основе полиуретана с другой стороны для образования оборотного внешнего слоя 6 и дожидаются его полимеризации. Полученные таким способом готовые транспондеры 1 извлекают из основы и упаковывают. Благодаря втулке 3 слой полимерного материала около отверстия 2 получается такой же толщины, как и в центральной части транспондера 1, повышая устойчивость ушка получаемого брелока к деформации.