ЭЛЕКТРОРАЗЪЕМНОЕ КНОПОЧНОЕ СОЕДИНЕНИЕ
PLUG-IN ELECTRICAL CONNECTOR

Изобретение относится к области электроразъемных соединений, применяемых для установки на швейные изделия, например, на одежду с обогревом/охлаждением для обеспечения пропускания электрического тока, или на другие товары, в которых предусмотрено электрическое соединение частей.
Назначение устройства диктует необходимость в надежной конструкции электроразъемного кнопочного соединения.
Известно техническое решение, относящееся к средствам того же назначения, что и предлагаемое устройство (описание к патенту US №6642467). Данное средство содержит электрические контакты, выполненные в виде полых элементов с плоскими поверхностями, обращенными друг к другу, также прижимные элементы, установленные проходящими в полость электрических контактов для зацепления за их края. Изолирующие элементы пластинчатой формы выполнены из вспененного материала, обладающего свойством сжиматься при приложении усилия сжатия и возвращаться к первоначальной форме при снятии усилия. Для возникновения контакта, вызывающего протекание тока, необходимо приложить усилие для сжатия изолирующих элементов.
Использование известного электроразъемного соединения сопряжено с вероятностью потери свойств изолирующего материала, благодаря которым обеспечивается электрический контакт. Следовательно, данное соединение не обладает достаточной надежностью.
Другое техническое решение выявлено из патентного документа KR №20110009966. Кнопочное соединение включает штекер, гнездо, связанные с электрическими контактами. Для соединения/разъема и нахождения в фиксированном положении штекер и гнездо имеют поверхности со сложным профилем. Следовательно, известное техническое решение характеризуется сложностью выполнения конструкции.
Из описания к международной заявке WO №2016099669 известно электроразъемное соединение, предназначенное для установки на одежду. Данный разъем содержит две объединенные в систему кнопки-застежки, обеспечивающие при соединении ответных частей кнопок протекание тока в замкнутой цепи и при их разъединении - прекращение тока в цепи.
Согласно изобретательскому замыслу каждая кнопка-застежка имеет варианты выполнения контакт-деталей, обеспечивающих протекание тока при наличии двух кнопок в застегнутом положении (составные части соединены) и прекращение тока в расстегнутом положении кнопок (составные части разъединены).
При использовании системы кнопок обнаруживается техническая проблема, препятствующая достижению технического результата.
В частности, наличие двух кнопок, соединенных с источником тока и потребителем, характеризует известное устройство в качестве сложного. Следовательно, неисправность одной из составных частей любой кнопки приводит к неработоспособности всего устройства.
Случайное разъединение одной кнопки также приводит к прекращению тока в цепи.
Кроме того, система кнопок характеризуется низкой степенью адаптации к месту установки вследствие выполнения устройства не наделенным свойством компактности.. Например, для установки системы кнопок на ткань одежды необходимо выбрать место, позволяющее разместить две кнопки и соединительные элементы.
Что касается выполнения любой из двух кнопок, то в патентном документе WO №2016099669 представлено несколько вариантов.
Наиболее близкий вариант к заявляемому изобретению, изображенный на фиг. 3 описания WO №2016099669, включает охватываемую деталь с фланцем, выполненную из изолирующего материала, и охватывающую деталь, выполненную из изолирующего материала. Детали имеют форму тела вращения. В первой упомянутой детали, как в корпусе, установлен первый внутренний контактный элемент, выведенный их полости данной детали в осевом направлении. Во второй детали, как в корпусе, установлен второй внутренний контрактный элемент, выведенный также из ее полости в осевом направлении. Первый и второй контактные элементы выполняют функцию контакт-деталей, предназначенных для пропускания тока, когда цепь замкнута.
Охватываемая и охватывающая детали оснащены первым и вторым прижимными элементами, каждый из которых установлен с задней стороны указанных деталей относительно соединяемых/разъединяемых сторон. Прижимные элементы выполнены в виде фасонных деталей. Так, второй прижимной элемент (относящийся к охватывающей детали) имеет форму, позволяющую данному элементу выполнять функцию фланца охватываемой детали.
Прижимные детали установлены так, что образованная область между первым прижимным элементом и фланцем охватываемой детали, а также область между вторым прижимным элементом и фланцем охватывающей детали, предназначена для зажима материала, через который способны пройти охватываемая и охватывающая детали.
Конструктивными особенностями данного соединения является наличие изолирующих элементов, закрывающих выведенные в осевом направлении контактные элементы.
Таким образом, наиболее близкий аналог к заявляемому изобретению выбран из патентного документа WO №2016099669 и представляет собой электроразъемное соединение, имеющее в качестве общих признаков с заявляемым устройством одну кнопку, включающую вышеуказанные элементы.
Использование вышеописанного варианта кнопки из описания WO №2016099669 обусловливает серию причин, препятствующих достижению технического результата.
Низкая степень удобства установки кнопочного соединения на материал одежды объясняется необходимостью установки охватываемой и охватывающей деталей без изолирующих элементов и электрических контактов. Таким образом, анализируемое устройство приобретает окончательный вид после установки в полость деталей изолирующих элементов с электрическими контактами, когда в полости данных деталей уже находятся прижимные элементы.
Выведение из полости кнопки изолированных электрических контактов в осевом направлении приводит к увеличению общего размера устройства.
Кроме того, выведение контактных элементов в осевом направлении предопределяет создание незащищенной электрической системы в связи с тем, что такая система расположена поверх материала.
Выполнение прижимных элементов в качестве отдельных фасонных деталей характеризует устройство в качестве сложного.
Предлагаемое изобретение решает техническую проблему создания устройства, расширяющего арсенал средств подобного назначения, обладающего свойством компактности при повышении надежности и удобства использования.
Техническая проблема решается тем, что электроразъемное кнопочное соединение, включающее охватываемую часть, выполняющую функцию штекера, и охватывающую часть, выполняющую функцию гнезда, в корпусе штекера, имеющем фланец, установлен первый контактный элемент, выполненный в виде первой контакт-детали, соединенной с концом первого токоведущего провода, в корпусе гнезда, имеющем фланец, установлен второй контактный элемент, выполненный в виде второй контакт-детали, соединенной с концом второго токоведущего провода, при этом первая и вторая контакт-детали установлены с возможностью контакта при соединении штекера и гнезда, обеспечивающего протекание электрического тока, первый и второй токоведущие провода выведены из полостей соответствующих корпусов; корпус штекера, соединенный с третьим токоведущим проводом, образует первый наружный контактный элемент, а корпус гнезда, соединенный с четвертым токоведущим проводом, образует второй наружный контактный элемент, при этом штекер и гнездо оснащены соответствующими прижимными элементами, каждый из которых установлен со стороны задней части соответствующего корпуса относительно стороны соединения/разъединения каждого указанного корпуса таким образом, что каждая соответствующая область, образованная между первым прижимным элементом и фланцем штекера, а также между вторым прижимным элементом и фланцем гнезда, предназначена для зажима материала, через который способны пройти задние части указанных корпусов, причем первый прижимной элемент выполнен в виде прижимной шайбы, второй прижимной элемент выполнен в виде прижимной шляпки.
Изобретение имеет следующие аспекты выполнения.
Корпус штекера выполнен в виде охватываемой втулки, первая контакт-деталь выполнена в виде гильзы с буртом, изолированной в данной втулке с использованием первой изолирующей шайбы, установленной в ее проточке, причем бурт гильзы находится со стороны задней части охватываемой втулки, первый токоведущий провод выведен из полости охватываемой втулки через продольную относительно оси втулки прорезь, через которую также выведен и третий токоведущий провод, при этом конец первого токоведущего провода заведен в полость гильзы со стороны бурта и припаян к внутренней поверхности данной гильзы, а задняя часть полости охватываемой втулки заполнена заливкой из кремнийорганического компаунда; корпус гнезда выполнен в виде охватывающей втулки, вторая контакт-деталь выполнена в виде пружинного контактного элемента, содержащего наконечник с пружиной сжатия, изолированной в данной втулке с использованием второй изолирующей шайбы, установленной в ее проточке, второй токоведущий провод выведен из полости охватывающей втулки через продольную относительно оси втулки прорезь, через которую также выведен и четвертый токоведущий провод, причем конец пружины сжатия, выходящий в заднюю полость охватывающей втулки, заполненной заливкой из кремнийорганического компаунда, соединен с концом второго токоведущего провода с помощью паяного соединения.
Первая изолирующая шайба выполнена из стеклотекстолита с фольгированной поверхностью, обращенной к бурту гильзы, и соединенной с данным буртом с помощью паяного соединения, вторая изолирующая шайба выполнена из стеклотекстолита с фольгированной поверхностью, обращенной в полость задней части охватывающей втулки и соединенной с концом пружины сжатия паяным соединением.
Корпус штекера выполнен в виде охватываемой втулки, первая контакт-деталь выполнена в виде пружинного контактного элемента, содержащего наконечник с пружиной сжатия, изолированной в данной втулке с использованием первой изолирующей шайбы, установленной в ее проточке, первый токоведущий провод выведен из полости охватывающей втулки через продольную относительно оси втулки прорезь, через которую также выведен и третий токоведущий провод, причем конец пружины сжатия, выходящий в заднюю полость охватываемой втулки, заполненной заливкой из кремнийорганического компаунда, соединен с концом первого токоведущего провода с помощью паяного соединения; корпус гнезда выполнен в виде охватывающей втулки, вторая контакт-деталь выполнена в виде гильзы с буртом, изолированной в данной втулке с использованием второй изолирующей шайбы, установленной в ее проточке, причем бурт гильзы находится со стороны задней части охватывающей втулки, второй токоведущий провод выведен из полости охватывающей втулки через продольную относительно оси втулки прорезь, через которую также выведен и четвертый токоведущий провод, при этом конец второго токоведущего провода заведен в полость гильзы со стороны бурта и припаян к внутренней поверхности данной гильзы, а задняя часть полости охватывающей втулки заполнена заливкой из кремнийорганического компаунда.
Первая изолирующая шайба выполнена из стеклотекстолита с фольгированной поверхностью, обращенной в полость задней части охватываемой втулки и соединенной с концом пружины сжатия паяным соединением, вторая изолирующая шайба выполнена из стеклотекстолита с фольгированной поверхностью, обращенной к бурту гильзы, и соединенной с данным буртом с помощью паяного соединения.
Первый и третий токоведущий провод предназначен для соединения с источником питания, второй и четвертый токоведущий провод предназначен для соединения с потребителем.
Свободный конец каждого токоведущего провода оснащен разъемным наконечником.
В проточке, выполненной в полости охватывающей втулки, установлено пружинное кольцо для обеспечения пружинного контакта штекера и гнезда при соединении/разъединении.
Расширение арсенала средств подобного назначения реализуется за счет выполнения кнопкой-застежкой функции разъемного соединения, предназначенного для пропускания тока.
Согласно назначению изобретения, пропускание тока достигается при соединении основных частей кнопки-застежки, выполняющих функцию штекера и гнезда без необходимости в дополнительной кнопке, как в ближайшем аналоге по патентному документу WO №2016099669.
Введение в кнопку-застежку второй пары токоведущих проводов (кроме первого и второго токоведущих проводов, соединенных с контакт-деталями), а именно третьего и четвертого проводов, соединенных соответственно с корпусом штекера и гнезда, приводит к образованию внешних контактных элементов и обусловливает создание замкнутой электрической цепи.
Так, для протекания тока по замкнутой цепи первый токоведущий провод, соединенный с первой контакт-деталью, установленной в корпусе штекера, и третий токоведущий провод, соединенный с корпусом штекера, могут быть соединены с источником тока, а второй токоведущий провод, соединенный со второй контакт-деталью, установленной в гнезде, и четвертый токоведущий провод, соединенный с корпусом гнезда, - с потребителем. Для создания замкнутой электрической цепи данный вариант соединения токоведущих проводов с источником и потребителем не является единственным. Путь для электрического тока может быть обеспечен при подключении первого и третьего токоведущих проводов к потребителю, а второго и четвертого токоведущих проводов к источнику тока.
В качестве первой и второй контакт-деталей могут быть использованы розеточная и штыревая контакт детали, установленные соответственно в корпусе штекера и гнезда, и наоборот: штыревая и розеточная контакт-детали, установленные в корпусе штекера и гнезда соответственно.
Внешние и внутренние контактные элементы установлены изолированными для обеспечения возможности протекания электрического тока и безопасного использования изделия. В примере выполнения предлагаемого устройства указано - какие элементы выполняют функцию диэлектрика.
Таким образом, замыкание электрической цепи происходит при соединении наружных и внутренних контактных элементов, а именно штекера и гнезда с обеспечением контакта контакт-деталей.
Следовательно, предлагаемое электроразъемное соединение, выполненное в виде привычной кнопки, предназначенной для установки на материал, обеспечивает замыкание электрической цепи при застегивании, не создавая никаких неудобств при использовании.
В качестве электроразъемного соединения предлагаемое устройство обладает не только удобством использования, но и свойством компактности за счет исключения необходимости в дополнительной кнопке, работающей в паре с имеющейся кнопкой для создания замкнутой цепи.
В предпочтительном варианте предлагаемого изобретения корпус штекера может быть выполнен в виде охватываемой втулки с фланцем, а корпус гнезда - в виде охватывающей втулки с фланцем. Этот вариант вызван общепринятой формой кнопки-застежки, изготавливаемой на различном оборудовании по известным технологиям.
К повышению удобства использования устройства приводит выполнение наружных и внутренних контактных элементов составными. Так, наличие в составе каждого контактного элемента токопроводящего провода - гибкого элемента соединения - создает предпосылки для возможности вывести провода из полости соответствующей втулки через прорезь, выполненную в цилиндрической части охватываемой и охватывающей втулок. Причем каждая прорезь конструктивно ограничена фланцем корпуса штекера и гнезда соответственно, а для удобства выведения проводов может быть выполнена открытой с одной стороны. Исходя из вышесказанного, при установке кнопочного соединения на материал токоведущие провода могут без перегибов выходить вбок штекера и гнезда на поверхность материала, зажатого между фланцем и прижимным элементом соединяемых/разъединяемых частей кнопки-застежки. Следовательно, выведенные через боковую часть штекера и гнезда токоведущие провода оказываются на поверхности материала. Этот прием приводит к удобству использования кнопки, т.к. токоведущие провода не находятся в зоне приложения усилия при соединении и разъединении основных деталей кнопки, как в известном устройстве-прототипе при выведении контактных элементов в осевом направлении. Следует отметить, что выполнение штекера и гнезда в форме втулки обеспечивает взаимный поворот указанных элементов при соединении/разъединении, следовательно, степень свободы. Это свойство обеспечивает надежность конструкции, т.к. при повороте штекера и гнезда вокруг своей оси исключается изгиб проводов, приводящий к их разрыву.
При оснащении токоведущих проводов наконечниками становится возможным создать электрическую цепь с использованием проводов необходимой длины.
На основании вышесказанного следует вывод, что заявляемое изобретение расширяет линейку известных средств того же назначения и обладает свойством компактности и удобна в использования.
Эти и другие особенности предлагаемого устройства поясняются с помощью чертежей:
- на фигуре 1 изображена разнесенная сборка соединения кнопочного электроразъемного и электрическая схема с использованием в качестве первой контакт-детали розеточной контакт-детали, а в качестве второй контакт-детали - штыревой контакт-детали.
- на фигуре 2 изображена разнесенная сборка соединения кнопочного электроразъемного и электрическая схема с использованием в качестве первой контакт-детали штыревой контакт-детали, а в качестве второй контакт-детали - розеточной контакт-детали.
Как следует из чертежа (фиг. 1) кнопочное соединение содержит две основные детали: охватываемую втулку 1 с фланцем 2 и охватывающую втулку 3 с фланцем 2. Для обеспечения пружинного соединения/разъединения в проточке охватывающей втулки установлено пружинное кольцо 4.
Для обеспечения электрического контакта втулка 1 и втулка 3 - в качестве корпуса штекера и корпуса гнезда - оснащены соответствующими элементами: розеточной контакт-деталью 5 и штыревой контакт-деталью 6. Указанные элементы 5 и 6 изолированы в полости каждой втулки 1 и 3 с помощью соответствующей изолирующей шайбы 7, выполненной из стеклотекстолита с фольгированной поверхностью и установленной в ступенчатой проточке (позицией не обозначена) охватывающей и охватываемой втулок 1 и 3.
Для образования замкнутой электрической цепи, обеспечивающей протекание тока, кнопочное соединение содержит две пары изолированных токоведущих проводов 8.
Конец первого провода 8 первой пары заведен в полость гильзы 5 (розеточная контакт-деталь) и соединен с ее внутренней поверхностью паяным соединением; конец второго провода 8 также паяным соединением прикреплен к пружинному контактному элементу 6 (штыревая контакт-деталь). Пружинный контактный элемент 6 представляет собой металлический наконечник с пружиной сжатия (позициями не обозначены).
Аналогичным образом - паяным соединением - провода второй пары: конец третьего провода 8 соединен с полостью охватываемой втулки 1, конец четвертого провода 8 соединен с полостью охватывающей втулки 3.
Таким образом, соединение гильзы 5 с концом одного токоведущего провода 8 и соединение пружинного контактного элемента 6 с концом второго токоведущего провода 8 образуют два внутренних контактных элемента, а соединение полости каждой втулки 1 и 3 с концом каждого токоведущего провода 8 второй пары образует наружные контактные элементы.
Для предотвращения осевого смещения при приложении осевых усилий при застегивании/расстегивании кнопки (иными словами, при соединении/разъединении основных частей кнопки) гильза 5 выполнена с буртом 9, соединенным паяным соединением с фольгированной поверхностью изолирующей шайбы 7 (установлена в полости втулки 1). В то же время, и пружинный контактный элемент 6 соединен с фольгированной поверхностью изолирующей шайбы 7 (установлена в полости втулки 3). Фольгированная поверхность каждой изолирующей шайбы 7 обращена в сторону задней части втулок 1 и 3.
Выполнение изолирующих шайб 7 из стеклотекстолита с фольгированной поверхностью, соединенной с контакт-деталями 5 и 6 (гильзой и пружинным элементом), обеспечивает возможность выполнить паяное соединение, необходимое для фиксации гильзы 5 и пружинного элемента 6 в качестве токопроводящих элементов.
Кроме того, для фиксации изолирующих шайб 7 задняя часть полости втулок 1 и 3 заполнена кремнийорганическим компаундом 10, представляющего собой изолирующий элемент.
Как указывалось, назначение кнопочного соединения выполняется при установке основных частей кнопки - штекера и гнезда - на материал, например, на материал одежды, предназначенной для обогрева/охлаждения или используемой в качестве «умной одежды».
Таким образом, при установке штекера и гнезда на штатное место предусматривается выведение токоведущих проводов через прорезь 11 (продольно направленную относительно оси втулок 1 и 3), выполненную на боковых поверхностях задней части охватываемой втулки 1 и охватывающей втулки 3. Прорезь 11 выполнена открытой с одной стороны, а с другой стороны ограничена фланцем 2. Конструктивное выполнение в каждой втулке 1 и 3 места выполнение места расположения ступенчатой проточки, прорези 11 и выбор высоты изолирующей шайбы 7 продиктовано необходимостью оптимальным образом вывести токоведущие провода 8 из втулок 1 и 3 без перегибов, приводящих к постепенному разрыву данных проводов.
На другом чертеже (фиг. 2) изображено электроразъемное кнопочное соединение, в котором для обеспечения электрического контакта втулка 1 и втулка 3 - в качестве корпуса штекера и корпуса гнезда - оснащены соответствующими элементами: штыревой контакт-деталью 6 и розеточной контакт-деталью 5.
Основные части кнопочного соединения подлежат сборке.
В качестве примера приводится сборка основной части электроразъемного кнопочного соединения, представляющая собой штекер, в котором установлена гильза 5 (фиг. 1).
В изолирующую шайбу 7 охватываемой втулки 1 устанавливается гильза 5 с буртом 9, затем к внутренней поверхности гильзы 5 со стороны бурта 9 паяным соединением прикрепляется конец одного токоведущего провода 8. В полость втулки 1 устанавливается изолирующая шайба 7. К внутренней поверхности втулки 1 со стороны данной шайбы 7 паяным соединением прикрепляется конец другого токоведущего провода 8. Внутренняя полость охватываемой втулки 1 со стороны изолирующей шайбы 7 заполняется кремнийорганическим компаундом 10, не доходя до края втулки. При этом токоведущие провода выходят из заливки компаундом 10.
Аналогичным образом собирается вторая основная часть электроразъемного соединения - гнездо. Причем в проточку охватывающей втулки 3 устанавливается кольцевой пружинный элемент 4 (фиг. 1).
Далее подготовленная часть штекера устанавливается на штатное место - на материал (позицией не обозначен) - таким образом, чтобы фланец 2 охватываемой втулки 1 плотно прилегал к материалу в месте установки. Провода 8, идущие от гильзы 5 и охватываемой втулки 1 выводятся вбок из полости данной втулки через прорезь 11 (фиг. 1). Затем на внешнюю цилиндрическую поверхность задней части охватываемой втулки 1 устанавливается прижимная шайба 12. Выступающие над прижимной шайбой 12 цилиндрические стенки развальцовываются, причем на развальцованную часть целесообразно установить защитную крышку (на чертежах не показана).
Подготовленная часть гнезда также устанавливается на штатное место таким образом, чтобы фланец 2 охватывающей втулки 3 плотно прилегал к материалу в месте установки. Токоведущие провода 8, идущие от пружинного элемента 6 и охватывающей втулки 3 выводятся из полости втулки 3 вбок через прорезь 11 (фиг. 1). На внешнюю цилиндрическую поверхность задней части охватывающей втулки 3 устанавливается прижимная крышка 13 и закрепляется запрессовкой.
Из вышесказанного следует, что штекер и гнездо устанавливаются на материал в полной сборке. При этом токоведущие провода могут размещаться между слоями материала. Такая возможность дает основание для вывода об удобстве использования настоящего изобретения без необходимости сборки на месте установки.
Втулки 1 и 3, гильза 5, прижимные элементы 12 и 13 могут быть выполнены из латуни марки ЛС59-1.
Для создания замкнутой электрической цепи концы токоведущих проводов 8, могут быть снабжены разъемными наконечниками 14, соединяются с токоведущими проводами электрической системы, имеющей источник тока 15 и потребитель 16 (фиг. 1 и 2). Например, при использовании настоящего изобретения на одежде с функцией обогрева в качестве источника тока служат электрические батарейки или аккумуляторы, а в качестве потребителя - нагревательные элементы. Таким образом, при застегивании кнопки путем соединения ее основных частей - штекера и гнезда с обеспечением контакта контакт-деталей имеются все необходимые элементы для протекания тока по замкнутой электрической цепи. При разъединении основных частей кнопки электрическая цепь становится разомкнутой.
Использование кнопки-застежки, обладающей функцией электрического соединения, не ограничивается установкой на материал одежды, такое применение указано в качестве одного из примеров возможного использования предлагаемого изобретения. В качестве материала изделий могут служить любые искусственные или натуральные материалы, например, кожа, деревянный шпон, пластик, ткань, текстильный материал типа Velcro (липучка).
Резюмируя раскрытие сущности изобретения, следует остановиться на его следующих преимуществах:
- надежность использования в качестве электроразъемного соединения за счет конструкции, воспринимаемой в качестве привычной кнопки-застежки;
- удобство застегивания/расстегивания за счет выведения токоведущих проводов вбок относительно осевого направления;
- адаптация к месту установки на материал за счет свойства компактности в качестве кнопки-застежки;
- адаптация к месту установки в качестве электроразъемного соединения за счет подключения токоведущих проводов штекера к источнику/потребителю и токоведущих проводов гнезда к потребителю/источнику исходя из удобства организации электрической цепи в конкретном изделии;
- обеспечение степени свободы за счет взаимного поворота основных частей кнопки-застежки, приводящего к удобству использования.