СОЕДИНИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО
COUPLING DEVICE

Изобретение относится к области электротехники и электроники, в частности к объемному монтажу проводников в хвостовики соединителей, предназначенных для механического и электрического соединения цепей постоянного и переменного тока. Устройство предназначено для обеспечения экранирования сигнальных цепей в электронном оборудовании, эксплуатируемом в сложных климатических условиях в различных сферах применения, в том числе в авиационной и космической.
Известно, что в связи с увеличением рабочих частот при передаче информационных сигналов требования по обеспечению электромагнитной совместимости (ЭМС) к устройствам существенно ужесточились. Существующие варианты конструкции электрических соединителей содержат съемные детали и узлы, необходимые для осуществления технического обслуживания, наличие которых отрицательно влияет на ЭМС расположенных рядом электронных устройств. Чтобы обеспечить ЭМС электронного оборудования, в котором используются электрические соединители, конструкция последних должна быть защищенной от проникновения электромагнитных волн.
Известна модульная система для межсоединения монтажных жгутов в заземленной среде (US 5308264, H01R13/516, H01R13/658, H01R9/03, H01R31/06, опубл. 03.05.1994), представляющая собой сборочный узел, который содержит модуль монтажного жгута и модуль кожуха, снабженный средствами для соединения проводов с установленным в монтажной стойке летательного аппарата электрическим оборудованием и экранированный от внешнего электромагнитного излучения. В модуль монтажного жгута входит монтажный жгут, который имеет оплетку, экранирующую от внешнего электромагнитного излучения, и множество индивидуальных проводов, защищенных от межпроводного электромагнитного излучения при помощи индивидуальных оплеток. Заземленный модуль кожуха и модуль монтажного жгута содержат, по меньшей мере, один штыревой и, по меньшей мере, один гнездовой соединители для соединения проводов входящего кабеля с проводниками, передающими сигналы в модульной системе. В заземленном модуле кожуха размещена, по меньшей мере, одна гибко-жесткая печатная плата, содержащая внутренние экранированные проводники, электрически соединенные на одном их конце со штыревым разъемом заземленного модуля кожуха, а на другом конце - со средствами соединителя, передающими сигналы. Конструкция аналога выполнена таким образом, что при соединении монтажного жгута с выводами модуля монтажного жгута участок проводов, освобожденных от индивидуальной экранирующей оплетки, остается минимальным.
Недостатком аналога является то, что модуль кожуха и модуль монтажного жгута содержат гнездовые и выводные соединители соответственно, которые являются избыточными для выполнения коммутации. При этом увеличиваются длина соединения модуля кожуха и модуля монтажного жгута, его омическое сопротивление и, соответственно, нагрев конструкции. Кроме этого, техническое обслуживание либо ремонт контактной части осуществляется путем замены гибко-жесткой печатной платы, в результате чего повышаются затраты на обслуживание модульной системы межсоединения монтажных жгутов в целом, поскольку замена гибко-жесткой печатной платы возможна лишь на предприятии-изготовителе либо специализированном ремонтном предприятии, и в условиях эксплуатации не представляется возможной.
Наиболее близким техническим решением (прототипом) является соединительное устройство (RU 2121740, H01R32/68, H01R13/66, опубл. 10.11.1998), состоящее из контактной, соединительной и хвостовой частей, заземленных на внешнее заземляемое оборудование.
Хвостовая часть представляет собой кожух, образующий кабелепровод, через который кабель в виде пучка проводов с индивидуальными экранирующими оплетками проходит в соединительную часть. В конструкцию хвостовой части введены заземляющее кольцо, которое окружает провода, причем заземляющее кольцо телескопически вдвигается внутрь кожуха и между индивидуальными экранирующими оплетками проводов для их заземления на кожух, внутреннее зажимное кольцо, которое телескопически вдвигается поверх заземляющего кольца и поверх индивидуальных экранирующих оплеток, чтобы прижать их к заземляющему кольцу, и оптимизирующий натяжение элемент, который охватывает кабель, состоящий из пучка проводов. Через одну из стенок кабелепровода провода проходят в соединительную часть, и соединяются там с как минимум одной гибко-жесткой печатной платой. Далее с гибко-жесткой печатной платы провода соединяются с контактной группой. Одна из стенок снабжена отверстием для доступа, имеющим размер, который позволяет входить и менять в соединительной части гибко-жесткие печатные платы, что позволяет переназначать проводники внутри кабеля.
Помимо недостатков, присущих вышеописанному аналогу, недостатком прототипа является то, что вследствие использования зажимных колец имеют место постоянное давление на индивидуальные экранирующие оплетки, деформация их жил-проводников, что может привести к обламыванию (повреждению) последних. Использование лишь одной стенки с отверстием в корпусе соединителя для обслуживания изделия не обеспечивает полноценного доступа к обслуживаемым либо заменяемым элементам. В области соединительного устройства, доступной для проведения технического обслуживания, не обеспечивается межпроводное экранирование цепей, в связи с чем для обеспечения ЭМС необходимо уменьшение данной области, что еще более ограничит доступ для проведения обслуживания.
Кроме того, ввиду низкой теплопроводности воздуха и отсутствия его движения в замкнутом объеме опорного корпуса воздушный зазор между контактами гибко-жестких печатных плат не обеспечивает теплоотдачу от их контактов и предотвращение их перегрева.
Техническим результатом изобретения является обеспечение экранирования проводов кабеля и коммутируемых им электронных устройств от электромагнитного излучения и, как следствие, повышение надежности соединительного устройства в целом.
Технический результат достигается тем, что соединительное устройство содержит корпус, кабель, содержащий провода с экранирующими оплетками, концы которых отделены от них, кабелепровод, состоящий из хвостовой части и соединительной части, через которые провода с экранирующими оплетками проведены к корпусу, гибко-жесткую печатную плату и отличается тем, что гибко-жесткая печатная плата расположена внутри соединительной части кабелепровода, на внутренней стороне гибко-жесткой печатной платы выполнен слой меди, в котором сформированы контактные площадки, на внешней стороне гибко-жесткой печатной платы выполнен слой меди,  в котором сформированы полигоны, к которым присоединены упрочнители,  соединенные с экранирующими оплетками, отделенными от проводов, а концы проводов, отделенные от экранирующих оплеток, расположены внутри пространства, ограниченного гибко-жесткой печатной платой.
При этом в хвостовой части кабелепровода выполнено уплотнение из электропроводного упругого материала.
При этом внутри гибко-жесткой печатной платы установлена втулка из упругого материала.
При этом внутреннее пространство соединительной части заполнено изолирующим компаундом.
При этом корпус, хвостовая часть и соединительная часть имеют электроизоляционные покрытия.
При этом корпус, хвостовая часть и соединительная часть имеют электропроводящие покрытия.
При этом на контактных площадках гибко-жесткой печатной платы установлены радиоэлементы, а концы, по меньшей мере, двух проводов, отделенных от экранирующих оплеток, соединены с контактными площадками гибко-жесткой печатной платы.
Описанное техническое решение представлено на чертежах:
Фиг.1 - Внешний вид соединительного устройства;
Фиг.2 - Соединительное устройство в разрезе;
Фиг.3 - Гибко-жесткая печатная плата;
Фиг.4 - Соединительное устройство в изометрии;
Фиг.5 - Расположение проводов внутри гибко-жесткой печатной платы;
Фиг.6 - Расположение проводов внутри и снаружи гибко-жесткой печатной платы;
где приведены следующие обозначения:
1 - корпус
2 - хвостовая часть
3 - соединительная часть
4 - кабель
5 - провод
6 - экранирующая оплетка провода 5
7 - гибко-жесткая печатная плата (ГЖПП)
8 - конец провода 5, отделенный от экранирующей оплетки 6
9 - контакт
10 - полигон
11 - упрочнитель
12 - паяное соединение оплетки с упрочнителями 11
13 - радиоэлемент
14 - контактная площадка
15 - паяное соединение провода с контактными площадкой 14
16 - уплотнение
17 - втулка.
Соединительное устройство содержит корпус 1, хвостовую и соединительную части 2 и 3 соответственно (Фиг. 1, 2), образующие кабелепровод и имеющие электропроводящие (например, ХимН12) либо изолирующие (например, Ан.Окс.) покрытия, кабель 4, в котором расположены, по меньшей мере, два провода 5 с экранирующими оплетками 6, ГЖПП 7.
Хвостовая и соединительная части, 2 и 3 соответственно, и корпус 1 соединены посредством резьбовых соединений (не показаны). Концы 8 проводов 5, отделенные от экранирующих оплеток 6, проведены через соединительную часть 3 к ГЖПП 7, и затем соединены с контактами 9 корпуса 1.
ГЖПП 7 выполнена в форме, например, цилиндра и расположена в соединительной части 3 (Фиг. 3). На внешней стороне ГЖПП 7 выполнен слой меди, который покрыт электроизоляционным материалом, например маской паяльной CARAPACE EMP 110/1615/2010 LGM (не показана), в котором сформированы полигоны 10. Упрочнители 11 в виде пластин, выполненных из обладающего паяемостью материала, например латуни Л63 ГОСТ 2208-2007, припаяны к полигонам 10. Экранирующие оплетки 6 проводов 5 соединены с упрочнителями 11 посредством паяного соединения 12.
На внутренней стороне ГЖПП 7 выполнены электропроводящие дорожки с контактными площадками (не показаны), на которые могут быть установлены радиоэлементы 13, например согласующие резисторы, а также контактные площадки 14 - для соединения с концами 8 проводов 5, отделенными от экранирующих оплеток 6, посредством паяного соединения 15.
Концы 8 проводов 5, отделенные от экранирующих оплеток 6, расположены внутри пространства, ограниченного ГЖПП 7.
Часть проводов 5 может располагаться между внешней поверхностью ГЖПП 7 и внутренней поверхностью соединительной части 3 (Фиг. 5, 6).
На выходе кабеля 4 из хвостовой части 2 выполнено уплотнение 16 из электропроводного упругого материала, например резины марки EXCSR-1270-CS, которое соприкасается с экранирующими оплетками 6. Внутри ГЖПП 7 установлена втулка 17, выполненная из упругого материала, например резины марки ИРП-1338 НТА ТУ38.105-1959-90 (Фиг. 3).
Внутренний объем соединительной части 3 заполнен изолирующим ремонтопригодным компаундом (например, Виксинт ПК-68 ТУ38.103508-81).
Корпус 1, хвостовая часть 2 и соединительная часть 3 могут составлять униполярное соединение, при котором и корпус 1, и хвостовая часть 2, и соединительная часть 3 имеют одинаковый электрический потенциал. При этом соединительное устройство заземляется через корпус 1 на корпус электронного прибора (не показан) либо через соединительную часть 3 или хвостовую часть 2 - на экранирующие оплетки 6 проводов 5. Если корпус 1, хвостовая часть 2 и соединительная часть 3 электрически изолированы друг от друга, то соединительное устройство используется без заземления.
В зависимости от назначения соединительного устройства, например, при запрете использования корпусов с токопроводящими покрытиями, корпус 1, хвостовая часть 2 и соединительная часть 3 могут быть выполнены либо с электроизоляционным покрытием, при этом будет обеспечено двойное экранирование концов 8 проводов 5, отделенных от экранирующих оплеток 6, при этом первый экран образован ГЖПП 7, экранирующими оплетками 6 и уплотнением 16, а второй экран - хвостовой и соединительной частями, 2 и 3 соответственно.
При необходимости использования корпусов с токопроводящими покрытиями, например, в котором заземление соединительного устройства выполнено посредством соединения с корпусом электронного прибора, корпус 1, хвостовая часть 2 и соединительная часть 3 выполнены с электропроводящим покрытием и электрическим соединением с экранирующими оплетками 6, при котором также обеспечивается двойное экранирование, при этом первый и второй экраны соединены друг с другом.
Устройство работает следующим образом.
При коммутации электронных приборов возникают электромагнитные помехи, источником которых являются концы 8 проводов 5, отделенные от экранирующих оплеток 6. Провода 5, расположенные внутри кабеля 4, экранированы от внешнего и межпроводного электромагнитного излучения с помощью экранирующих оплеток 6.
Начиная от области разделки экранирующих оплеток 6 и до контактов 9, экранирование концов 8 проводов 5, отделенных от экранирующих оплеток 6, обеспечивается ГЖПП 7. Слой меди ГЖПП 7 является эффективным экраном (Д.Н. Шапиро, «Электромагнитное экранирование", Научное издание, Издательский дом "Интеллект", Долгопрудный, 2010 г., стр.28-33).
Электромагнитное излучение от концов 8 проводов 5, отделенных от экранирующих оплеток 6, распространяется во внутреннем пространстве, ограниченном ГЖПП 7, многократно отражается и поглощается материалами ГЖПП 7, упрочнителей 11 и уплотнения 16. Ввиду малых размеров щелей и отверстий, образующихся при разделке проводов 5 со стороны уплотнения 16, распространение электромагнитных волн во внешнее пространство рядом с хвостовой частью 2 является незначительным.
При проведении технического обслуживания либо ремонта соединительного устройства хвостовая часть 2 отвинчивается и смещается вдоль кабеля 4 в сторону от корпуса 1. Затем отвинчивается соединительная часть 3, которая также смещается вдоль кабеля 4 в ту же сторону. В результате обеспечивается свободный доступ к ГЖПП 7 и контактам 9. Компаунд извлекается из ГЖПП 7 механическим способом при помощи, например, скальпеля медицинского, иглы металлической 7800-9320 и палочки деревянной заостренной, в результате чего обеспечивается свободный доступ к радиоэлементам 14.
Благодаря предлагаемому техническому решению во всех возможных случаях обеспечивается двойное экранирование концов проводов кабеля, отделенных от экранирующей оплетки.
Соединение экранирующих оплеток с внешним слоем ГЖПП при помощи паяного соединения обеспечивает экранирование проводов кабеля во внутреннем пространстве, ограниченном ГЖПП.
Между внешней поверхностью ГЖПП и внутренней поверхностью соединительной части образуется объем (отсек), через который могут проходить как экранированные провода, так и концы проводов, отделенные от экранирующих оплеток. При этом проводники внутреннего слоя ГЖПП экранированы посредством ГЖПП от проводов, размещенных между внешней поверхностью ГЖПП и соединительной частью.
Выполнение паяного соединения экранирующих оплеток с упрочнителями обеспечивает отсутствие механических напряжений в проводах и экранирующих оплетках, что исключает их деформацию и разрушение при сборке соединительного устройства.
Установка втулки, выполненной из упругого материала, исключает соприкосновение соседних проводников.
Благодаря заполнению изолирующим компаундом внутреннего объема соединительной части с размещенными в ней ГЖПП и концами проводов, отделенными от экранирующих оплеток, повышается механическая прочность соединительного устройства.
Предлагаемая конструкция соединительного устройства обеспечивает возможность его технического обслуживания в ходе эксплуатации, а также его ремонта.
Таким образом, соединительное устройство, содержащее предлагаемое техническое решение, является более надежным по сравнению с существующими аналогами.
В результате применения предлагаемого соединительного устройства в электронной аппаратуре обеспечиваются экранирование проводов кабеля и коммутируемых электронных устройств от электромагнитного излучения и, как следствие, повышается надежность и обеспечивается ремонтопригодность соединительного устройства.