ЭЛЕКТРОМОНТАЖНЫЙ УЗЕЛ (ВАРИАНТЫ) И СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ (ВАРИАНТЫ), БЛОК ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКОЙ АППАРАТУРЫ И СПОСОБЫ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ И РЕМОНТА
WIRING UNIT (VERSIONS) AND METHOD OF ITS MANUFACTURING (VERSIONS), UNIT OF ELECTROTECHNICAL EQUIPMENT AND METHODS OF MANUFACTURING AND REPAIR

Изобретения относятся к электротехнике или радиотехнике и могут быть использованы в электротехнической или радиоэлектронной аппаратуре как в виде автономных узлов, так и в виде блоков, содержащих электромонтажные узлы, собранные из монтажных печатных плат и присоединенных к контактам на их торцах разъемов преимущественно прямоугольной формы.
Известен электромонтажный узел или “этажерочный” микромодуль, в котором торцевые контакты печатной платы электрически соединены с разъемом посредством гибких проводников (см. Варламов Р.Г. Компоновка радиоэлектронной аппаратуры. - М.: «Советское радио», 1975, с.83, рис.2.23).
Однако такие узлы имеют низкие значения коэффициента использования объема.
Способ изготовления данного узла включает изготовление печатной платы каким-либо из известных способов. Например, с помощью избирательного удаления или избирательного нанесения проводящего материала на изоляционное основание или с использованием их комбинации, включая выполнение необходимых отверстий на плате и их металлизацию. Далее на плате электрически закрепляют миниатюрные радио или электротехнические элементы (см. Варламов Р.Г. Компоновка радиоэлектронной аппаратуры. - М.: «Советское радио», 1975, с.63-65) и подсоединяют к торцевым контактам платы электрический соединитель или разъем для внешней коммутации.
Недостатком такого способа является получение узла с низкими характеристиками плотности компоновки из-за принятой схемы соединения платы и разъема.
Известна конструкция унифицированной ячейки, в которой печатная плата (ПП) закреплена в сборном каркасе, состоящем из передней панели, траверсы и двух направляющих. К траверсе кроме направляющих закреплен электрический соединитель и кодовые втулки. Конструкция каркаса позволяет устанавливать кроме основной ПП еще дополнительную плату, причем основная плата соединена с розеткой соединителя, а дополнительная плата выполнена откидной и электрически соединена с основной платой с помощью плоских кабелей или объемных проводников (см. Пестряков В.Б. и др. Конструирование радиоэлектронных средств. - М.: «Радио и связь», 1992, с.205, рис.7.9).
Недостатком такого узла является конструктивная сложность, высокая металлоемкость, низкая плотность компоновки как самого узла, так и блоков или модулей из этих узлов.
Способ изготовления данной ячейки включает изготовление печатной платы, механическое закрепление ее в сборном металлическом каркасе и распайку выводов соединителя в торцевые металлизированные отверстия платы, а также возможность установки в каркасе изготовленной дополнительной платы, которую электрически соединяют с основной платой с помощью плоских кабелей или объемных проводников.
Этот способ достаточно трудоемкий и, главное, не обеспечивает высокой плотности компоновки блоков, изготовленных из таких ячеек или узлов.
Известен электромонтажный узел или бескаркасная ячейка на печатной плате, содержащая переднюю панель, печатную плату, электрический соединитель, расположенный на поверхности платы у ее торца, и др. элементы (см. Пестряков В.Б. и др. Конструирование радиоэлектронных средств. - М.: «Радио и связь», 1992, с.200, рис.7.7).
Такая конструкция узла проста в изготовлении, имеет высокую ремонтоспособность, но при компоновке блоков из этих узлов требуются металлоемкие и сложные конструкции каркасов, что не позволяет получить высокую плотность компоновки в целом.
Способ изготовления такого узла включает перечисленные выше операции и позволяет получить простое и надежное устройство. Однако при изготовлении блоков из таких узлов не удается обеспечить высокую плотность компоновки.
Наиболее близким аналогом к предлагаемому электромонтажному узлу является электромонтажный узел, содержащий печатную плату, к расположенным на торцах контактам которой электрически и механически подсоединены электрические соединители или разъемы в основном прямоугольной формы. Из таких монтажных узлов состоит блок электротехнической аппаратуры (см. патент РФ №2013895, МПК H05K 5/00, 7/12, 1991).
Недостатком данного устройства является недостаточно высокая плотность компоновки монтажных узлов и, соответственно, состоящих из них блоков. Функциональные возможности такого узла также ограничены.
Наиболее близким аналогом изготовления электромонтажного узла к предлагаемому способу является способ, заключающийся в изготовлении печатной платы с контактами на ее торцах и электрическом подсоединении к контактам платы контактов разъемов преимущественно прямоугольной формы. Таким способом изготавливаются монтажные узлы, из которых состоит блок электротехнической аппаратуры (см. патент РФ №2013895, МПК H05K 5/00, 7/12, 1991).
Такой способ позволяет получить надежный, простой, ремонтопригодный монтажный узел. Однако компоновочные характеристики и функциональные возможности узла, полученного данным способом, реализуются не в полной мере и могут быть улучшены.
Известен блок с “этажерочной” компоновкой узлов, состоящих из бескаркасных ячеек, содержащих переднюю панель, печатную плату, разъем, расположенный на поверхности платы у ее торца, и др. элементы. Узлы как полки этажерки расположены в металлическом каркасе на направляющих с обеспечением электрического контакта с ответными частями разъемов и с возможностью их выдвижения по направляющим из блока (см. Варламов Р.Г. Компоновка радиоэлектронной аппаратуры. - М.: «Советское радио», 1975, с.129, рис.3.22в).
Такой блок металлоемкий, имеет низкий коэффициент использования объема и не вполне надежные электрические связи.
Способ изготовления данного блока включает изготовление бескаркасных ячеек, конструкции “этажерочного” каркаса с направляющими и ответными частями разъемов, вдвижение ячеек по направляющим каркаса в рабочее положение с обеспечением электрического контакта с розетками разъемов, обеспечивающих внешнюю коммутацию.
Блок, изготовленный с помощью этого способа, имеет металлоемкую и сложную конструкцию каркаса, отличается высокой трудоемкостью и низкой плотностью компоновки.
Способ ремонта данного блока заключается в определении неисправной ячейки, выдвижении ее по направляющим наружу, проведении необходимого ремонта и установке ячейки на место или замене ее на новую ячейку.
Способ ремонта блока прост и эффективен, но эти достоинства не компенсируют недостатков блока, оговоренных выше.
Известен блок с “книжной” компоновкой узлов, состоящих из печатных плат, заключенных в сборный металлический каркас с обеспечением электрического контакта частей разъемов печатных плат и рамок каркаса и с обеспечением возможности внешней коммутации блока. Торцевые части узлов крепятся на шарнирах каркаса блока с возможностью их поочередного поворота наружу блока, аналогично развороту листов книги (см. Варламов Р.Г. Компоновка радиоэлектронной аппаратуры. - М.: «Советское радио», 1975, с.129, рис.3.22д). В рабочем состоянии узлы расположены внутри блока в прижатом состоянии друг к другу за счет крепежных элементов и закрыты крышкой.
Такой блок также имеет низкий коэффициент использования объема, металлоемкий, и в нем необходима установка гибких проводников для обеспечения внешней коммутации.
Способ изготовления данного блока включает изготовление узлов или ячеек из печатных плат с закреплением их в сборном металлическом каркасе с обеспечением электрического контакта частей разъемов печатных плат и рамок каркаса, конструкции каркаса блока с шарнирными узлами, в которых устанавливают торцевой частью монтажные ячейки с возможностью их поворота наружу блока, и электрически подсоединяют к ячейкам гибкие проводники для внешней коммутации.
Блок, изготовленный с помощью этого способа, также имеет металлоемкую и сложную конструкцию каркаса, отличается высокой трудоемкостью и не высокой плотностью компоновки.
Способ ремонта данного блока заключается в снятии крышки, крепежных элементов, фиксирующих узлы, поочередном повороте наружу блока узлов, определении неисправного узла, проведении необходимого ремонта, повороте узлов на прежнее место, фиксации их и установке крышки.
Способ ремонта блока прост, но недостатки блока, связанные с принятой схемой его компоновки, являются определяющим фактором.
Наиболее близким аналогом к предлагаемому блоку является блок электротехнической аппаратуры, содержащий электромонтажные узлы, каждый из которых состоит из печатной платы с присоединенными к ней на ее контактных торцах электрическими соединителями в основном прямоугольной формы. Электромонтажные узлы установлены параллельно одной из стенок корпуса блока, причем узлы с их торцевых частей, где установлены разъемы, соединены между собой попарными крепежными панелями с образованием жесткого пакета и скреплены с корпусом и между собой с помощью крепежных средств (см. патент РФ №2013895, МПК H05K 5/00, 7/12, 1991).
Недостатком данного устройства является малая плотность компоновки. Функциональные возможности такого блока также ограничены.
Наиболее близким аналогом изготовления блока к предлагаемому способу является способ изготовления блока (см. патент РФ №2013895, МПК H05K 5/00, 7/12, 1991), при котором электромонтажные узлы, состоящие из печатных плат с присоединенными к ним на их контактных торцах электрическими соединителями в основном прямоугольной формы, собирают в пакетном виде за счет скрепления их попарными крепежными панелями с торцевых частей, где установлены разъемы, и закрывают при необходимости крышками с помощью крепежных средств.
Блок, изготовленный с помощью этого способа, имеет недостаточно высокие характеристики как по плотности компоновки, так и функциональным возможностям.
Наиболее близким аналогом способа ремонта блока к предлагаемому способу ремонта является способ ремонта блока “книжной” конструкции, описанный выше (см. Варламов Р.Г. Компоновка радиоэлектронной аппаратуры. - М.: «Советское радио», 1975, с.129, рис.3.22д. или Шерстнев В.В. Конструирование и микроминиатюризация ЭВА. - М.: «Радио и связь», 1984, с.108, рис.3.7).
Как указывалось, данный способ ремонта блока прост и эффективен, но он не является определяющей характеристикой блока, недостатки которого связаны с принятой схемой компоновки и оговорены выше.
Задачей настоящих изобретений является разработка конструкции электромонтажных узлов и включающих данные узлы блоков.
Технический результат заключается в получении узлов и блоков с более высокими характеристиками плотности компоновки, жесткости, прочности и функциональных возможностей при сохранении высокой надежности и ремонтопригодности.
Данная задача решается за счет новой конструкции электромонтажных узлов, выполненных с разъемами, имеющими по меньшей мере три ряда контактов, к которым электрически подсоединены по меньшей мере две печатные платы, а на платах электромонтажных узлов вдоль их одной одноименной стороны выполнены отверстия, преимущественно металлизированные. Из таких узлов с помощью попарных крепежных панелей собираются пакеты или блоки, платы которых через отверстия или контакты преимущественно электрически соединяют между собой с помощью электрических проводов, преимущественно жестких и одножильных. При необходимости данные блоки закрывают изготовленными крышками.
Указанный технический результат при решении поставленной задачи достигается за счет того, что электромонтажный узел, содержащий печатную плату и установленные на ее торцах разъемы преимущественно прямоугольной формы, выполняют из разъемов, имеющих не менее трех рядов контактов, и снабжают не менее чем одной дополнительной печатной платой, причем печатные платы установлены между рядами контактов разъемов параллельно друг другу так, что одна из плат торцевыми сторонами электрически соединена по одной и другой поверхности соответственно с одним и другим соседними рядами контактов разъемов, а другая и последующие платы торцевыми сторонами электрически соединены по внешней поверхности соответственно с очередными последующими рядами контактов разъемов.
Указанный технический результат достигается также тем, что электромонтажный узел, содержащий печатную плату и установленные на ее торцах разъемы преимущественно прямоугольной формы, выполняют из разъемов, имеющих три ряда контактов, и снабжают дополнительной печатной платой, причем печатные платы размещены между рядами контактов разъемов параллельно друг другу так, что каждая плата одной торцевой стороной электрически соединена по одной и другой поверхности соответственно с соседними рядами контактов разноименных разъемов, а другой торцевой стороной электрически соединена по внешней поверхности соответственно с внешним рядом контактов разноименных разъемов.
Второй вариант устройства позволяет дополнительно расширить спектр функциональных возможностей такого рода узлов за счет другого набора реализуемых электронных схем.
Указанный технический результат достигается также за счет способа изготовления электромонтажного узла, заключающегося в том, что на торцы печатной платы устанавливают разъемы преимущественно прямоугольной формы и электрически соединяют их контакты с контактами печатной платы, в котором устанавливают разъемы, имеющие не менее трех рядов контактов, и вводят с их торца между рядами контактов в свободное пространство не менее чем одну дополнительную печатную плату, к расположенным на внешней поверхности контактам которой электрически подсоединяют внешний ряд контактов разъемов, причем каждую последующую дополнительную плату вдвигают и подсоединяют после вдвижения и подсоединения предыдущей.
Указанный технический результат достигается также за счет способа изготовления электромонтажного узла, заключающегося в том, что на торцы печатной платы устанавливают разъемы преимущественно прямоугольной формы и электрически соединяют их контакты с контактами печатной платы, в котором устанавливают разъемы с тремя рядами контактов, вводят вторую печатную плату, причем каждую из плат предварительно электрически соединяют только с одного из торцов по обеим поверхностям с соседними рядами контактов разноименных разъемов, затем вкладывают или вдвигают свободные торцы печатных плат в свободное пространство между рядами контактов разноименных разъемов и электрически подсоединяют контакты плат и разъемов по внешним сторонам.
При необходимости печатные платы изготавливаются с торцевыми контактами по двум соседним сторонам, а также по трем или четырем сторонам, а разъемы, имеющие не менее трех рядов контактов, устанавливаются и электрически подсоединяются своими контактами к контактам соответствующих торцевых сторон печатных плат. Причем по одноименным торцам печатных плат может устанавливаться несколько разъемов, имеющих не менее трех рядов контактов. В электромонтажном узле печатные платы по их одноименной стороне могут быть выполнены с несколькими сквозными контактами и через них электрически соединены между собой проводниками. Электронные компоненты располагаются на внешних поверхностях печатных плат, но в отдельных случаях указанные компоненты могут и отсутствовать.
Указанный технический результат достигается также за счет того, что в блоке электротехнической аппаратуры, содержащем крепежные панели, скрепляющие электромонтажные узлы, последние содержат разъемы, имеющие не менее трех рядов контактов, к которым электрически подсоединены не менее двух печатных плат, причем на платах электромонтажных узлов вдоль их одной одноименной стороны выполнены отверстия, в основном металлизированные, через которые платы электрически и механически соединены между собой в необходимых местах с помощью металлических проводов, преимущественно жестких и одножильных.
Указанный технический результат достигается также за счет способа изготовления блока электротехнической аппаратуры, при котором пакеты блока собирают из электромонтажных узлов, выполненных с разъемами, имеющими по меньшей мере три ряда контактов, к которым электрически подсоединены по меньшей мере две печатные платы, скрепляют узлы крепежными панелями с торцевых частей со стороны разъемов, а в платах электромонтажных узлов вдоль их одной одноименной стороны выполняют отверстия, в основном металлизированные, через которые пропускают металлические провода, преимущественно жесткие и одножильные, пронизывая платы пакета, после чего место сопряжения сквозных контактов плат и электрических проводов в необходимых точках соединяют электрически и механически, преимущественно пайкой.
Указанный технический результат достигается также за счет способа ремонта блока электротехнической аппаратуры, при котором в пакете электромонтажных узлов, выполненных с разъемами, имеющими по меньшей мере три ряда контактов, к которым электрически подсоединены по меньшей мере две печатные платы, а платы узлов вдоль их одной одноименной стороны через отверстия-контакты прошиты преимущественно жесткими одножильными электрическими проводами, отсоединяют крепежные панели от электромонтажных узлов, определяют неисправный узел и относительно него разделяют пакет электромонтажных узлов на две части, разворачивая остальные узлы за счет изгиба проводов в разные стороны до получения требуемого доступа к неисправной плате узла, после устранения неисправности устанавливают узлы и крепежные панели в исходное состояние.
Далее для предлагаемых изобретений приводятся примеры конкретного их выполнения и поясняющие чертежи.
На Фиг.1 и Фиг.2 даны торцевой и верхний виды конструкции электромонтажного узла по первому варианту.
На Фиг.3 дан вид электромонтажных узлов со стороны разъема.
На Фиг.4 показан торцевой вид расположения печатных плат электромонтажного узла по первому варианту до объединения в единую конструкцию.
На Фиг.5 показан верхний вид расположения печатных плат электромонтажного узла по первому варианту в процессе объединения в единую конструкцию.
На Фиг.6 и Фиг.7 даны торцевой и верхний виды конструкции электромонтажного узла по второму варианту.
На Фиг.8 и Фиг.9 показаны торцевой и верхний виды расположения печатных плат электромонтажного узла по второму варианту в процессе объединения в единую конструкцию.
На Фиг.10 показан блок электротехнической аппаратуры в сборе.
На Фиг.11 представлен блок электротехнической аппаратуры в процессе сборки.
На Фиг.12 представлен блок электротехнической аппаратуры в процессе ремонта.
Электромонтажный узел 1 (варианты 1 и 2) содержит, см. фиг.1-7, монтажные печатные платы 2, части разъемов 3 для внутренней и внешней коммутации, электронные компоненты 4, которые устанавливаются на монтажных платах 2, отверстия 5, в основном металлизированные, винты 6 с гайками 7 для стягивания частей разъемов 3 и контакты 8 или места электрического и механического соединения (например, пайки) торцевых контактов печатных плат с контактами соответствующих частей разъемов.
Если электромонтажный узел используется как автономное устройство, отверстий 5 может не быть или их выполняется всего несколько штук.
Приведенный на фиг.1 и 2 электромонтажный узел 1, вариант 1, содержит в качестве примера две монтажные платы 2, хотя данный узел может содержать и более двух монтажных плат. Соответственно и разъемы в последнем случае устанавливаются более многорядными, чем показано на фиг.3.
Электромонтажный узел 1 в варианте 1 изготавливается следующим образом. Сначала, см. фиг.1 и 2, изготавливаются печатные платы 2 с закреплением на них необходимых электронных элементов 4 в соответствии с функциональным назначением узла. Затем торцевые контакты 8 одной печатной платы 2 электрически соединяют с соответствующими контактами 8 разъемов 3, как показано на фиг.4, потом вдвигают вторую плату 2 в свободное пространство между контактами разъемов 3, см. фиг.5, и электрически и механически соединяют внешние контакты платы и разъемов. Аналогично две последние операции выполняют последовательно и с другими платами, если требуется изготовить узел с более чем двумя платами.
Электромонтажный узел 1 в варианте 2 (фиг.6 и 7) расширяет функциональные возможности такого рода узлов и содержит две монтажные платы 2 и два разъема с тремя рядами контактов 8 (фиг.3).
Способ изготовления узла 1 в варианте 2 состоит в том, что сначала торцевые контакты 8 каждой из плат 2 предварительно электрически соединяют только с одного из торцев по обеим поверхностям с соседними рядами контактов 8 разноименных разъемов 3, как показано на фиг.8, затем вдвигают или вкладывают свободные торцы печатных плат 2 в свободное пространство между рядами контактов разноименных разъемов 3 и электрически, и механически соединяют контакты 8 плат и разъемов по внешним сторонам, см. фиг.9.
При изготовлении предлагаемых электромонтажных узлов монтажные платы могут использоваться в различных вариантах выполнения, включая и широкий диапазон их размеров. При этом минимальные размеры плат имеют лишь ограничения, связанные с технологическими возможностями по осуществлению электрических и механических соединений. В качестве электрических соединителей используются разъемы, например, стандартного изготовления, типа РП15-50. Причем разъемы могут устанавливаться в случае потребности не только по двум напротив лежащим торцам печатных плат, но и по двум соседним торцам, а также и по другим торцам печатных плат, т.е. могут использоваться любые комбинации.
Также возможны варианты выполнения узлов, когда на одноименных торцах печатных плат устанавливаются несколько разъемов, например, в случае большой длины одной из сторон печатных плат.
Блок электротехнической аппаратуры, см. фиг.10, содержит набор (пакет или пакеты) электромонтажных узлов 1, крепежные панели 9, металлические провода 10, преимущественно жесткие и одножильные, пронизывающие платы пакета, а также может содержать корпус и крышки блока.
Способ изготовления блока электротехнической аппаратуры, см. фиг.11, заключается в том, что собирают пакет из электромонтажных узлов 1, выполненных с разъемами 3, имеющими по меньшей мере три ряда контактов 8, к которым электрически подсоединены по меньшей мере две печатные платы 2, скрепляя узлы 1 крепежными панелями 9 с торцевых частей со стороны разъемов, а в платах электромонтажных узлов 1 вдоль их одной одноименной стороны выполняют отверстия 5, в основном металлизированные, через которые пропускают металлические провода 10, преимущественно жесткие и одножильные, пронизывая платы пакета, после чего место 5 сопряжения сквозных контактов плат и электрических проводов в необходимых точках соединяют электрически и механически. Блок может содержать один или несколько собранных таким образом пакетов, в последнем случае уже потребуется корпус. Корпус, крышки корпуса, крепежные элементы изготавливаются и собираются с использованием стандартных приемов.
В качестве крепежных панелей используются апробированные панели, конструкция которых предложена и подробно описана в материалах к патенту РФ №2013895, МПК H05K 5/00, 7/12, 1991.
Пакет блока, собранный из монтажных узлов с помощью только крепежных панелей, уже представляет собой единую жесткую конструкцию, способную эксплуатироваться без корпуса, если это необходимо. Соединения печатных плат пакета жесткими проводами придают ему дополнительную прочность.
Для удобства монтажа жестких проводов могут выполняться прорези, соединяющие отверстия 5 с краями плат, или вместо отверстий 5 могут выполняться зазубрины на односторонних торцах печатных плат с проведением металлизации необходимых мест во впадинах.
В качестве жестких проводов можно использовать, например, проволоку диаметром 0,5-1,5 мм.
Способ ремонта блока электротехнической аппаратуры, см. фиг.12, заключается в том, что в пакете электромонтажных узлов 1, выполненных с разъемами 3, имеющими по меньшей мере три ряда контактов 8, к которым электрически подсоединены по меньшей мере две печатные платы 2, а платы вдоль их одной одноименной стороны через отверстия-контакты 5 прошиты преимущественно жесткими одножильными электрическими проводами 10, отсоединяют крышки блока, если они есть, отсоединяют крепежные панели 9 от электромонтажных узлов 1, определяют неисправный узел и относительно него разделяют пакет электромонтажных узлов на две части, разворачивая остальные узлы за счет изгиба проводов 10 в разные стороны до получения требуемого доступа к неисправной плате узла, после устранения неисправности собирают пакет электромонтажных узлов, устанавливая узлы, крепежные панели и крышки блока, если они есть, в исходное состояние.
Были изготовлены опытные образцы электромонтажных узлов и собранных из них блоков. Проверка опытных образцов показала их высокие технологические свойства, низкую металлоемкость, высокие жесткостные и прочностные характеристики, хорошую ремонтопригодность и широкие возможности для построения универсальных узлов и блоков различного назначения.