ПУЛЬТ УПРАВЛЕНИЯ
CONTROL PANEL

Изобретение относится к области приборостроения, в частности к кнопочным пультам управления, используемым в водной и воздушной среде в широких диапазонах давления и температуры.
Известны кнопочные пульты управления и клавиатуры в брызгозащитном и водозащитном исполнении. Известен пульт управления на базе герметизированного узла переключателя [патент РФ №2368029 С2, H01H 13/00, опубл. 20.09.2009, бюл. №26], содержащий корпус, в котором расположен нажимной элемент в виде коромысла, передающего усилие на контактную группу (микропереключатель) для приведения в действие, пластину (гибкую мембрану), герметично входящую в корпус. Используемое в герметизированном узле переключателя техническое решение исключает его применение в водной среде, так как внешнее гидростатическое давление, действующее на коромысло, неизбежно вызовет ложные срабатывания переключателя.
Известен пульт управления на базе электрического выключателя [патент РФ №2208862 С1, H01H 9/04, опубл. 20.07.2003, бюл. №20], содержащий корпус с контактной группой и нажимным элементом в виде телескопического штока. Контактная группа герметично защищена гибкой мембраной. Контактная группа замыкается при нажатии телескопического штока. Примененная в выключателе герметизация гибкой мембраной недостаточно эффективна для водной среды, кроме того в выключателе также не исключаются ложные срабатывания от действия гидростатического давления. Области известного выключателя по этой причине ограничены.
Известен пульт управления на базе пленочной клавиатуры [патент РФ №2134443 от 08.07.1997, G06F 3/023, H01H 13/70, опубл. 10.08.1999], взятый за прототип и содержащей корпус (две пластины) с кнопками, размещенную в корпусе контактную группу, замыкаемую от нажатия кнопками, и герметизированную защитным элементом. На первой пластине закреплены кнопки, а в качестве второй пластины может быть использована плата контроллера клавиатуры. Контактная группа представляет собой пленочные слои столбцов клавиш и строк клавиш, на одну поверхность каждого из которых нанесены контакты клавиш столбцов (строк), проводники, соединяющие множество контактов между собой в столбцы (строки) клавиш и с выходными ламелями столбцов (строк) клавиш. Пленочные слои столбцов и строк клавиш склеены между собой полностью (всей поверхностью) через перфорированный разделительный пленочный слой, в котором имеются круглые отверстия. Защитным элементом является наклеенный на вторую поверхность каждого пленочного слоя столбцов (строк) клавиш сплошной и упругий защитный пленочный слой. Все пленочные слои зажаты между первой и второй пластинами. Клавиатура работоспособна при пониженном давлении, повышенной влажности, а также при заливке водой. Однако при воздействии гидростатического давления на упругие защитные пленочные слои (пластины) при нахождении даже на незначительной глубине пленочная клавиатура будет выдавать ложные срабатывания контактной группы, вплоть до разрушения и выхода из строя. Из-за невозможности надежной работы в водной среде область применения известной клавиатуры ограничена воздушной средой с осадками в виде отдельных капель жидкости. Кроме того в клавиатуре защитными пленочными слоями (пластинами) герметизирована только контактная группа, то есть нажимные механизмы (кнопки) после пребывания в водной среде (особенно в морской воде) могут «отказать» из-за попадания загрязнений или отложения солей, а также коррозии.
Анализ конструкций известных пультов позволяет сделать вывод, что известный уровень техники не обеспечивает создания работоспособного пульта управления для эксплуатации в различных (водной и воздушной) средах без ограничений по глубине погружения и высоты над уровнем моря.
Задачей заявляемого изобретения является повышение надежности работы при расширении области применения.
Техническим результатом, на достижение которого направлено заявляемое изобретение, является обеспечение надежности работы в воздушной и водной среде без ограничений по глубине погружения и высоты над уровнем моря, а также по температуре внешней (водной и воздушной) среды.
Указанный технический результат достигается тем, что в пульте управления, содержащем, корпус с кнопками, размещенную в корпусе контактную группу, переключаемую от нажатия кнопками и герметизированную защитным элементом, согласно изобретению внутренний объем корпуса заполнен диэлектрической жидкостью с рабочим диапазоном температур от минус 60 до плюс 200°С и оснащен герметичной упругой мембраной, которая расположена в корпусе так, что своей внутренней поверхностью соприкасается с диэлектрической жидкостью, а наружной поверхностью через отверстие в корпусе взаимодействует с внешней средой, причем контактная группа содержит выпуклые упругие элементы, прощелкивающиеся от нажатия кнопок, при этом под упругими элементами находятся проводящие участки, а также содержит коммутирующие токопроводящие дорожки, расположенные с одной или двух сторон фольгированной изоляционной платы, на которую крепятся указанные упругие элементы, при этом защитный элемент выполнен в виде пластины, установленной на корпус, герметично закрывающий контактную группу от внешней среды.
Заполнение внутреннего объема корпуса пульта управления диэлектрической жидкостью с рабочим диапазоном температур от минус 60°С до плюс 200°С и оснащение корпуса герметичной упругой мембраной, которая расположена в корпусе так, что своей внутренней поверхностью соприкасается с диэлектрической жидкостью, а наружной поверхностью через отверстие в корпусе взаимодействует с внешней средой, а также установка защитного элемента в виде пластины на корпус, герметично закрывающий контактную группу от внешней среды, исключает воздействие на защитную пластину значительного гидростатического давления. Во внутреннем объеме корпуса пульта управления с размещенной контактной группой обеспечивается постоянное незначительное превышение давления над давлением внешней водной среды при любой глубине погружения пульта. То есть на защитную пластину на любой глубине нахождения пульта будет действовать постоянное результирующее давление, определяемое параметрами герметичного упругого элемента, что исключает значительное нагружение защитной пластины и элементов ее закрепления на корпусе, а значит, обеспечивает надежное уплотнение внутреннего объема с контактной группой, а, следовательно, и надежную работу пульта управления. Кроме того установка защитной пластины на корпус обеспечивает герметизацию всего пульта, исключая воздействие внешней среды и попадание загрязнений на все элементы его конструкции, что повышает надежность работы пульта управления и упрощает его обслуживание.
Диэлектрическая жидкость с указанным диапазоном рабочих температур, заполняющая внутренний объем корпуса пульта управления, обеспечивает электрическое сопротивление изоляции, требуемое для надежной работы контактов пульта, и обеспечивает работоспособность пульта, как в водной среде, так и в воздушной среде при более широком диапазоне температуры и внешнего давления. То есть значительно расширяется область применения пульта управления. При этом использование в контактной группе выпуклых упругих элементов, прощелкивающихся от нажатия кнопок, при этом под упругими элементами находятся проводящие участки, а также использование коммутирующих токопроводящих дорожек, расположенных с одной или двух сторон фольгированной изоляционной платы, на которую крепятся указанные упругие элементы дает возможность устройству функционировать надежным образом, обеспечивая надежность работы в воздушной и водной среде без ограничений по глубине погружения и высоты над уровнем моря, а также по температуре внешней (водной и воздушной) среды.
Таким образом, совокупность всех изложенных выше признаков создает условия обеспечения надежной работы пульта, используемого в водной среде в широком диапазоне глубин погружения, а также в воздушной среде в любом возможном диапазоне температур воздуха и атмосферного давления.
Наличие в заявляемом изобретении признаков, отличающих его от прототипа, позволяет считать его соответствующим условию «новизна».
Новые признаки, которые содержит отличительная часть формулы изобретения, не выявлены в технических решениях аналогичного назначения. На этом основании можно сделать вывод о соответствии заявляемого изобретения условию «изобретательский уровень».
Изобретение иллюстрируется чертежами: на фиг. 1 представлена схема, поясняющая компенсацию внешнего гидростатического давления водной среды и конструкцию пульта управления; на фиг. 2 - схема контактной группы пульта управления; на фиг. 3 - конструкция контакта контактной группы (увеличено).
Пульт управления (фиг. 1-3) содержит корпус 1 с кнопками 2, в котором установлена контактная группа 3. На корпусе 1 размещена защитная пластина 4, герметизирующая внутренний объем корпуса 1. Защитная пластина 4 выполнена эластичной, например, вулканизированной из смеси резиновой типа 51-1785 ТУ 2512-006-00149334-96. Защитная пластина 4 обеспечивает герметизацию всего пульта, исключая воздействие внешней среды и попадание загрязнений на все элементы конструкции. Внутренний объем корпуса 1 с размещенной контактной группой 3 заполнен полностью (без воздушных пузырей) диэлектрической жидкостью 5 типа ПМС-5 ГОСТ 13032-77 и оснащен герметичным упругим элементом, выполненным для обеспечения требуемого хода, например, в виде профилированной мембраны 6, наружной поверхностью взаимодействующей через отверстие 7 в корпусе 1 с внешней, например, водной средой 8. Мембрана 6 выполнена профилированной для увеличения ее прогиба при действии внешнего давления. Материал мембраны 6 - сплав типа 36НХТЮ ГОСТ 10994-74 обеспечивает ее упругие характеристики и коррозионную стойкость, в том числе и в морской воде. Диэлектрическая жидкость 5 обеспечивает электрическое сопротивление изоляции, необходимое для надежной работы контактной группы 3. Контактная группа 3 содержит выпуклые упругие элементы 9 (например, в виде пластин или мембран), прощелкивающиеся от нажатия кнопок 2 и коммутирующие токопроводящие дорожки 10, 11 (фиг. 2), выполненные, например, на фольгированной изоляционной плате 12 из стеклотекстолита фольгированного типа СФ-1-35Г ГОСТ 10316-78. Выпуклые упругие элементы 9 закреплены на плате 12. Токопроводящие дорожки 10, 11 могут быть выполнены с одной или двух сторон платы 12. Во втором варианте токопроводящие дорожки 11 должны быть электрически соединены с проводящими участками 13 под упругими элементами 9 (фиг. 3). Кнопки 2 вулканизированы за одно целое на защитной пластине 4, закрепленной на корпусе 1 и герметизирующей его внутренний объем с размещенной контактной группой. Выполнение контактной группы в виде прощелкивающихся от нажатия кнопок выпуклых упругих элементов 9, коммутирующих проводящие дорожки 10,11, и выполнение кнопок 2 на защитной пластине 4 обеспечивает надежное переключение - замыкание контактов контактной группы с практически постоянным контактным давлением, которое во многом определяется параметрами упругих элементов 9, что позволяет в свою очередь обеспечить увеличенный ресурс контактной группы 3, а, следовательно, и надежную работу пульта управления в течение длительного срока эксплуатации.
ввс
дж
Пульт управления работает следующим образом. При нажатии на кнопки 2, сформированные на защитной эластичной пластине 4, деформируются и затем прощелкиваются упругие элементы 9, электрически соединяя токопроводящие дорожки 10 и 11 платы 12, замыкая таким образом на время приложения усилия к кнопкам 2 соответствующие контактные группы 3 пульта управления. При погружении пульта в водную среду 8 внешнее давление Р водной среды 8, воздействующее через отверстие 7 в корпусе 1 на наружную поверхность мембраны 6, вызывает соответствующее изменение давления Р диэлектрической жидкости 5, заполняющей внутренний объем корпуса 1. При изменении (увеличении или уменьшении) глубины погружения разность давлений снаружи и внутри пульта остается практически постоянной и определяется только упругими характеристиками мембраны 6. На защитную эластичную пластину 4 действует только указанная разность давлений снаружи и внутри пульта, то есть разность давления внешней водной среды и давления диэлектрической жидкости 5. Оснащение корпуса 1 пульта управления мембраной 6 и заполнение внутреннего объема корпуса 1 диэлектрической жидкостью 5 обеспечивает компенсацию изменения гидростатического давления внешней водной среды 8. Мембрана 6 и защитная эластичная пластина 4 также обеспечивают компенсацию температурного изменения объема диэлектрической жидкости 5. Герметичная защитная эластичная пластина 4, не нагружаемая значительными гидростатическими давлениями при любой глубине нахождения пульта управления, обеспечивает надежную герметизацию внутреннего объема корпуса 1 пульта, а, следовательно, обеспечивается надежная работа пульта управления при любом диапазоне глубин (от 0 до сотни метров). Кроме того защитная эластичная пластина 4, установленная непосредственно на корпус и защищающая все элементы конструкции пульта управления, обеспечивает быстрое удаление загрязнений с его поверхностей после пребывания в загрязненной среде, что значительно упрощает его обслуживание. Указанные особенности пульта управления расширяют его области применения. Пульт также работоспособен в воздушной среде при широком диапазоне температур, влажности и атмосферного давления, так как используемая диэлектрическая жидкость ПМС-5 имеет рабочий диапазон температур от минус 60 до плюс 200°С. Компенсация изменения атмосферного давления внешней воздушной среды аналогична внешней водной среде. Таким образом, заявляемое техническое решение позволяет создать пульт управления для надежной работы в водной среде на значительных глубинах, а также в воздушной среде в широком диапазоне температур воздуха и атмосферного давления.
Представленные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявляемого изобретения следующей совокупности условий:
- заявляемый пульт предназначен для использования в качестве пульта управления, используемого в водной среде в широком диапазоне глубин погружения, а также в воздушной среде в любом возможном диапазоне температур воздуха и атмосферного давления;
- заявляемый пульт управления при использовании способен обеспечить надежность работы в широких областях применения;
- для заявляемого пульта управления в том виде, в котором он охарактеризован в формуле изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью описанных в заявке и известных до даты приоритета средств и методов.
Следовательно, заявленный пульт управления соответствует условию «промышленная применимость».