ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ СОЕДИНИТЕЛЬ
ELECTRICAL CONNECTOR

Изобретение относится к электротехнике, в частности к электрическим соединителям, используемым в технических объектах, критичных к статическому электричеству и наведенным токам.
В технических объектах, содержащих электродетонаторы и электровоспламенители, для защиты от статического электричества и наведенных токов могут использоваться организационные меры, такие как заземление исполнителя работ, снятие статического электричества за счет прикосновения к заземленным токоведущим элементам перед началом работ, которые не всегда выполняются в полной мере из-за человеческого фактора. При возможном нарушении исполнителем правил проведения работ, особенно в момент начала сочленения соединителя, может произойти задействование пиротехнических средств инициирования с трагическими последствиями. Для исключения человеческого фактора в применяемых электрических соединителях решается техническая задача по шунтированию электрических цепей на корпус в расчлененном состоянии и снятию шунтирования при сочленении.
Известен электрический разъем, состоящий из гнезда, помещенного в корпус с фланцем, и штыря, включающего в себя контакт с изолятором, корпус и держатель [SU №259219 от 30.07.1968, H01R, опубл. 12.12.1969, бюл. №8]. Штырь снабжен устройством для жесткой фиксации контакта и заземления его через корпус в нерабочем положении, выполненном в виде надетого на контакт металлического кольца и нескольких шариков, прижимаемых к нему при помощи другого кольца.
Известный разъем имеет значительные габариты и обеспечивает формирование только одной электрической цепи и заземление контакта в нерабочем (несочлененном) положении, вследствие чего имеет очень ограниченную область применения.
Известна многоштыревая вилка штепсельного разъема (электрического соединителя), содержащая корпус, в полости которого установлены изоляционная панель и контактные штыри [SU №1078515 от 27.12.1982, H01R 23/12, опубл. 07.03.1984, бюл. №9]. Вилка снабжена заземляющим проводящим кольцевым электродом, установленным на изоляционной панели, при этом контактные штыри расположены по обе стороны электрода.
Известная вилка электрического соединителя обеспечивает организацию ограниченного количества электрических цепей, имеет значительные габариты. Необходимые для работы малые зазоры между контактными штырями и заземляющим электродом могут ухудшить электрические параметры вилки (электрическое сопротивление и электрическую прочность изоляции), особенно при эксплуатации в условиях повышенной влажности и запыленности, при пониженном давлении окружающей среды, что существенно сужает область применения известной вилки.
Известна многоштырьковая вилка электрического соединителя, используемая для защиты разъемных электрических цепей от воздействия зарядов статического электричества [SU №1826096 от 26.06.1991, H01R 23/28, опубл. 07.07.1993, бюл. №25]. Вилка содержит корпус с фланцем, в полости корпуса установлены контактные элементы в виде штырей, изолятор и средство для заземления из нескольких механизмов заземления, каждый из которых содержит изогнутую пластину, провод и промежуточный элемент. Во фланце корпуса выполнены сквозные отверстия, причем число отверстий и механизмов заземления равно числу штырей.
Вилка обеспечивает заземление контактных штырей до сочленения ответной розетки, однако техническое решение механизмов заземления с их размещением вокруг зоны контактных штырей ограничивает количество цепей вилки и существенно увеличивает ее диаметр. Кроме того известная вилка является негерметичной и не исключает повреждение изогнутых пластин механизмов заземления, к которым имеется доступ до сочленения с ответной розеткой. Указанные недостатки ограничивают область использования известной вилки.
Известен многоконтактный разъем - электрический соединитель [SU №1410143 от 10.11.1984, H01R 13/04, опубл. 15.07.1988, бюл. №26], состоящий из вилки и розетки, каждая из которых содержит изоляционный корпус и контактные элементы, который снабжен замыкателем в виде пластины с соосными контактным штырям фигурными отверстиями, образующими упругие лепестки, на торцевых поверхностях изоляционных корпусов в месте расположения контактных элементов выполнены соответственно выступ и гнездо конусной формы, при этом замыкатель установлен между торцевыми поверхностями изоляционных корпусов так, что лепестки расположены между конусным гнездом и выступом, а конусные выступы выполнены с отверстием, в котором расположен контактный элемент вилки.
Известный электрический соединитель обеспечивает защиту от статического электричества и электромагнитных наводок, однако для обеспечения поджатия упругих лепестков к контактным штырям и достаточного зазора между контактными штырями и упругими лепестками в сочлененном состоянии электрического соединителя последние должны иметь увеличенную длину, обеспечивающую ход свободных концов лепестков в пределах упругих деформаций. По этой причине его техническое решение не применимо в малогабаритных соединителях с малыми шагом расположения контактных элементов (штырей и гнезд), что ограничивает его область применения.
Известный электрический соединитель, как наиболее близкий по техническому решению к заявляемому изобретению, рассматривается в качестве прототипа.
Техническим результатом, на достижение которого направлено заявляемое изобретение, является обеспечение безопасности при использовании электрического соединителя в малогабаритных технических объектах с плотной компоновкой, критичных к статическому электричеству и наведенным токам.
Указанный технический результат достигается тем, что в электрическом соединителе, содержащем вилку с размещенными контактными штырями, изолированными от корпуса вилки, и розетку с контактными гнездами, установленными в изолятор корпуса розетки, замыкатель, согласно изобретению, замыкатель выполнен в виде установленных на каждый контактный штырь втулок с фланцем, поджатых со стороны фланцев цилиндрическими пружинами к электропроводящему сепаратору с отверстиями по числу контактных штырей, установленному на контактные штыри и закрепленному на корпусе, при этом втулки выступают из отверстий сепаратора с возможностью перемещения на контактных штырях от взаимодействия с изолятором розетки, поверхности фланца втулок выполнены электропроводящими, а крайний удаленный от фланца втулки торцевой виток каждой пружины выполнен с уменьшенным внутренним диаметром, не превышающим диаметр контактного штыря.
Техническое решение заявляемого соединителя обеспечивает надежное автоматическое шунтирование всех электрических цепей, проходящих через него на корпус при расчленении соединителя, исключая появления статического электричества и наведенных внешними электромагнитными полями токов. В расчлененном состоянии шунтирование электрических цепей сохраняется, обеспечивая защиту электрических цепей. При сочленении соединителя шунтирование электрических цепей также автоматически отключается, обеспечивая требуемую организацию электрических цепей через соединитель. Автоматическое подключение и отключение шунтирования исключает влияние на безопасность технического объекта в целом человеческого фактора - возможности принятия человеком (исполнителем) ошибочных или алогичных решений в конкретных ситуациях при сочленении и расчленении соединителя. Организационные меры, такие как заземление исполнителя работ, снятие статического электричества за счет прикосновения к заземленным токоведущим элементам перед началом работ, которые не всегда выполняются в полной мере из-за человеческого фактора, полностью не исключают критические ситуации с эксплуатируемыми взрывоопасными техническими объектами. Техническое решение заявляемого электрического соединителя обеспечивает малые габариты с любым требуемым, в том числе и увеличенным количеством электрических цепей.
Электрический соединитель также характеризуется тем, что внешние торцевая и цилиндрическая поверхность части втулки меньшего диаметра, входящей в отверстия сепаратора, выполнены неэлектропроводящими.
Данное техническое решение позволяет размещать контактные элементы (штыри и гнезда) более плотно, уменьшая диаметр соединителя.
Конструкция электрического соединителя также обеспечивает шунтирование значительного требуемого количества электрических цепей без увеличения его диаметра, при этом незначительно увеличивается только его длина (по сравнению с унифицированными соединителями).
Техническое решение электрического соединителя универсально - при необходимости часть электрических цепей может не шунтироваться, для этого достаточно на соответствующие контактные штыри вилки не устанавливать цилиндрические пружины и втулки, что расширяет область применения заявляемого электрического соединителя.
Заявляемая вилка обеспечивает сочленение с серийно выпускаемыми унифицированными розетками, что значительно расширяет ее эксплуатационные возможности, расширяя область применения.
Таким образом, совокупность всех изложенных выше признаков создает условия, обеспечивающие безопасность при использовании электрического соединителя в малогабаритных технических объектах с плотной компоновкой, критичных к статическому электричеству и наведенным токам, например содержащих пиротехнические средства инициирования - электродетонаторы и электровоспламенители.
Наличие в заявляемом изобретении признаков, отличающих его от прототипа, позволяет считать его соответствующим условию «новизны».
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 представлен продольный разрез розетки и вилки в расчлененном состоянии;
на фиг. 2 - продольный разрез соединителя в сочлененном состоянии;
на фиг. 3 - поджатые пружинами втулки, установленные на контактные штыри вилки и удерживаемые электропроводящей корпусной деталью - сепаратором;
на фиг. 4 - взаимодействие поджатых пружинами втулок, установленных на контактные штыри вилки, с изолятором розетки в сочлененном состоянии соединителя.
На указанных иллюстрациях (фиг. 1-4) электрического соединителя принимаются следующие обозначения:
1 - вилка;
2 - контактный штырь;
3 - корпус вилки;
4 - розетка;
5 - контактные гнезда;
6 - изолятор розетки;
7 - корпус розетки;
8 - выступ втулки;
9 - изоляционная прокладка;
10 - сепаратор;
11 - уплотнительное кольцо розетки;
12 - гайка розетки;
13 - стопорное кольцо;
14 - уплотнительное кольцо вилки;
15 - стеклоизолятор;
16 - втулка;
17 - цилиндрическая пружина.
Устройство выполнено следующим образом.
Герметизированный электрический соединитель состоит из герметичной вилки 1 и розетки 4. Вилка 1 состоит из составного корпуса 3 с контактными штырями 2, изолированными от корпуса 3 стеклоизоляторами 15. Внутренняя часть корпуса 3 выполнена из металла, обеспечивающего качественный стеклоспай с стеклоизолятором 15, внешняя часть корпуса 3 выполнена из металла, термообрабатываемого для получения требуемой твердости, обеспечивающей повышенный ресурс резьбовых соединений и обладающего хорошей свариваемостью для обеспечения герметичности и прочности. На контактные штыри 2 установлена до упора в корпус 3 изоляционная прокладка 9. На каждый контактный штырь 2 вилки 1 установлены цилиндрическая пружина 17 и втулка 16, закрытые сепаратором 10. Пружина 17, поверхности фланца втулки 16 и сепаратор 10 имеют, например золотое покрытие для уменьшения переходного сопротивления между ними. Также крайний удаленный от фланца втулки торцевой виток пружины 17, обращенный к стеклоизолятору 15, имеет уменьшенный внутренний диаметр для гарантированного обжатия контактного штыря 2. Внутренний диаметр уменьшенного витка не превышает диаметр контактного штыря 2.
Пружины 17 и втулка 16 выполняют функции электрического шунта контактных штырей 2 на сепаратор 10, а, следовательно, и на корпус 3 вилки 1 в расчлененном состоянии соединителя.
Уплотнительное кольцо 14 обеспечивает герметизацию места установки соединителя в объекте использования. Гайка, обеспечивающая закрепление соединителя, на иллюстрациях не показана.
Розетка 4 состоит из корпуса 7, в который установлен изолятор 6 с контактными гнездами 5. Изолятор зафиксирован стопорным кольцом 13. На изоляторе 6 выполнены соосные контактным гнездам 5 выступы 8. Уплотнительное кольцо 11 герметизирует зону контактов (контактных штырей 2 и контактных гнезд 5) соединителя.
Шпоночный паз розетки 4 и шпоночный выступ вилки 1, определяющие их взаимное угловое расположение, на иллюстрациях не показаны.
Внешние торцевая и цилиндрическая поверхность части выступа 8 втулки 16 (части втулки меньшего диаметра), входящего в отверстия сепаратора 10, выполнены неэлектропроводящими, что позволяет размещать контактные штыри более плотно, уменьшая диаметр соединителя.
Герметизированный электрический соединитель работает следующим образом.
Для сочленения соединителя розетка 4 в требуемом угловом положении устанавливается в корпус 3 вилки 1, далее гайкой 12 розетка 4 окончательно сочленяется с вилкой 1, обжимая уплотнительное кольцо 11. При этом изолятор 6 отжимает поджатые пружинами 17 втулки 16, разрывая электрическую связь контактных штырей 2 с корпусом 3. Контактные штыри 2 заходят в контактные гнезда 5.
Для расчленения соединителя свинчивается гайка 12 и розетка 4 за гайку 12 извлекается из вилки 1. При этом втулки 16 поджимаются цилиндрическими пружинами 17 к сепаратору 10, восстанавливая электрическое шунтирование контактных штырей 2 через сепаратор 10 на корпус 3 вилки 1.
Наличие герметизации в виде уплотнительного кольца 11 изолирует зону сочленения контактных штырей 2 и контактных гнезд 5 в сочлененном состоянии соединителя от воздействия внешней среды, обеспечивая эксплуатацию соединителя при повышенной влажности и выпадающих осадках.
Соединитель также может быть выполнен с любым требуемым количеством контактов.
Конструкция электрического соединителя также обеспечивает автоматическое шунтирование значительного требуемого количества электрических цепей без увеличения его диаметра, при этом незначительно увеличивается только его длина (по сравнению с унифицированными соединителями).
Техническое решение электрического соединителя универсально - при необходимости часть электрических цепей может не шунтироваться, для этого достаточно на соответствующие контактные штыри 2 вилки 1 не устанавливать цилиндрические пружины 17 и втулки 16, что расширяет область применения заявляемого электрического соединителя.
Заявляемая вилка обеспечивает сочленение с серийно выпускаемыми унифицированными розетками, что значительно расширяет ее эксплуатационные возможности, расширяя область применения.
Указанные преимущества обеспечивают взрывобезопасное исполнение электрического соединителя, не требующее при его применении организационных мер, такие как заземление исполнителя работ, снятие статического электричества за счет прикосновения к заземленным токоведущим элементам перед началом работ, которые не всегда выполняются в полной мере из-за человеческого фактора - возможности принятия человеком ошибочных или алогичных решений в конкретных ситуациях.
Заявляемый электрический соединитель обеспечивает надежное автоматическое шунтирование всех электрических цепей, проходящих через электрический соединитель, на корпус при расчленении соединителя, исключая появления статического электричества и наведенных внешними электромагнитными полями токов. В расчлененном состоянии шунтирование электрических цепей сохраняется, также обеспечивая защиту электрических цепей. При сочленении соединителя шунтирование электрических цепей также автоматически отключается, обеспечивая надежную организацию электрических цепей через соединитель. Автоматическое подключение и отключение шунтирования исключает влияние возможных ошибок исполнителя при сочленении и расчленении соединителя на безопасность технического объекта в целом.
Таким образом, совокупность всех изложенных выше признаков создает условия, обеспечивающие безопасность при использовании электрического соединителя в малогабаритных технических объектах с плотной компоновкой, критичных к статическому электричеству и наведенным токам, например, содержащих пиротехнические средства инициирования - электродетонаторы и электровоспламенители.
Представленные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявляемого изобретения следующей совокупности условий:
- заявляемый электрический соединитель относится к электротехнике, в частности к электрическим соединителям, используемым в технических объектах, критичных к статическому электричеству и наведенным токам;
- заявляемый электрический соединитель при использовании способен обеспечить безопасность при использовании в малогабаритных технических объектах с плотной компоновкой, критичных к статическому электричеству и наведенным токам, например содержащих пиротехнические средства инициирования - электродетонаторы и электровоспламенители;
- для заявляемого электрического соединителя 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 электрический соединитель соответствует условию «промышленная применимость».