ВАКУУМНЫЙ ДЕРЖАТЕЛЬ
VACUUM CHUCK

Область техники
Изобретение относится к вакуумному держателю для крепления предметов на поверхностях крепления.
Уровень техники
Известны такие вакуумные держатели, как устройства крепления с вакуумными присосками. Вакуумные присоски таких держателей состоят из эластичного материала, такого как резина или синтетический материал. Технический эффект вакуумных присосок заключается в том, что между их полым внутренним пространством и поверхностью крепления, на которой должна быть укреплена присоска, при наложении образуется камера. При прижиме присоски к поверхности крепления воздух вытесняется из камеры, выходя между уплотнительной кромкой присоски и поверхностью крепления. После снятия прижимного давления за счет упругой эластичности присоски в камере создается разрежение или вакуум, который удерживает присоску на поверхности крепления.
Известные вакуумные держатели хорошо удерживаются на гладких поверхностях крепления. Сцепление с менее гладкими, шероховатыми поверхностями крепления более проблематично. Такими менее гладкими поверхностями являются, например, более или менее горизонтальные покрытия приборных щитков или так называемые панели приборов в автомобилях.
Из патентного документа Великобритании №491991 известен вакуумный держатель, содержащий крышку из упругого материала на эластичной резиновой вакуумной накладке. При нажиме на середину крышки с ее прижимом к вакуумной накладке форма крышки изменяется от выпуклой до вогнутой. После снятия давления крышка вновь принимает свою выпуклую форму и отводит середину вакуумной накладки от поверхности наложения, так что между образованной чашей и поверхностью наложения образуется вакуум. Такой вакуумный держатель отличается от решения по изобретению тем, что после снятия давления мягкая вакуумная накладка сама не может развивать усилия, направленного от поверхности наложения. Это отрицательно сказывается на удерживающей способности вакуумного держателя, так как степень разрежения определяется только возвратной силой крышки.
Из патентного документа Великобритании №1084559 известен вакуумный держатель с вакуумной накладкой в форме колокола и крышкой. В отличие от решения по патентному документу Великобритании №491991 в этом устройстве вакуумная накладка и крышка связаны друг с другом не жестким образом, а с возможностью относительного перемещения. Для этого в вакуумную накладку заделана жесткая металлическая пластина по типу шайбы, снабженная винтом. В металлической пластине имеются отверстия. Для создания вакуума середина вакуумной накладки отводится от поверхности наложения с помощью предусмотренной на крышке головки с резьбовой проточкой. Такой вакуумный держатель также не имеет никаких стабилизирующих приспособлений, а жесткая металлическая пластина, не обладающая свойствами упругой деформации, не может создавать дополнительной возвратной силы при снятии прижимного давления к поверхности наложения.
Многие известные вакуумные держатели колоколообразной формы имеют тот недостаток, что когда их вакуумная полость принимает форму колокола под действием возвратной силы при снятии прижимного давления, угол между уплотнительной кромкой и поверхностью наложения увеличивается. При этом создается ничем не сдерживаемая направленная радиально внутрь возвратная сила, и вакуумный держатель отделяется от поверхности крепления.
Раскрытие изобретения
Задача, на решение которой направлено настоящее изобретение, заключается в создании вакуумного держателя, который надежно, крепко и долговременно удерживается также на шероховатых поверхностях крепления.
В соответствии с изобретением решение поставленной задачи достигается за счет вакуумного держателя, обладающего признаками по пункту 1 формулы изобретения. Предпочтительные примеры осуществления изобретения изложены в зависимых пунктах.
Преимущество изобретения состоит в том, что служащее для крепления прижимное усилие прикладывается не только через центральный элемент, но также и через стенку вакуумной присоски, что улучшает вытеснение воздуха из вакуумной камеры. Это особенно важно при снижении упругости и мягкости вакуумной присоски. На основе конструкции по изобретению достигается удивительно хорошая удерживающая способность на шероховатых поверхностях крепления. После наложения вакуумного держателя передатчики прижимного давления во взаимодействии с центральным элементом и прижимным средством передают на центральный элемент напряжение натяжения в направлении, перпендикулярном к поверхности крепления.
Передатчики прижимного давления выполнены упруго деформируемыми по высоте и состоят, например, из кольцевого утолщения (прилива) или отдельных выступов, расположенных по кольцу. Прижимное средство, передающее давление на прилив или выступы, представляет собой крышку, которая оказывает прижимное воздействие снаружи через передатчики прижимного давления на стенку вакуумной присоски.
Прилив или выступы предусмотрены по выбору на наружной стороне вакуумной присоски или на обращенной к вакуумной присоске стороне крышки, усиливающей прижим. В обоих случаях достигается одинаковая передача давления.
Однако в предпочтительном примере выполнения передатчики прижимного давления составляют единую часть стенки вакуумной присоски и выполнены из того же материала. В ненапряженном состоянии передатчики прижимного давления могут быть связаны только с прижимным средством или только со стенкой вакуумной присоски. Однако предпочтительно, также и в состоянии покоя вакуумного держателя они находятся в контакте с прижимным средством и со стенкой вакуумной присоски. В том случае, когда кольцо передатчиков прижимного давления находится на определенном радиусе от центрального элемента, составляющем, например, от 1/4 до 5/6, в особенности от 1/3 до 2/3 полного радиуса вакуумной присоски, обеспечивается дополнительное стабилизирующее воздействие прижимного давления на эластичную стенку вакуумной присоски.
Вакуумная присоска, а предпочтительно также и передатчики прижимного давления выполнены в особенности из материала твердостью по Шору (Шор А), например, от 10 до 18, предпочтительно в области от 11 до 14. В особенности выгодны величины твердости в районе 12 (±0,5). Такие низкие величины твердости по Шору обеспечивают хорошее прилегание уплотнительного края к неровностям поверхности крепления и соответствующее хорошее уплотнение. Уплотнительный край соответствует поверхности контакта вакуумной присоски с поверхностью крепления.
В качестве особенно подходящих материалов для вакуумных присосок показали себя эластичные материалы, такие как резина и в особенности термопластичные эластомеры. Подходящими материалами являются, например, стирол-блок-сополимеры, стирол-блок-тройные сополимеры (стирол-этилен-бутилен-стирол-блок-сополимеры) и стирол-диенполимеры.
Очень мягкий материал вакуумной присоски имеет тот недостаток, что ухудшает стабильность ее формы. Для придания вакуумной присоске этой стабильности формы в материал вакуумной присоски заделан стабилизирующий каркас, например, в виде звездообразной стабилизирующей шайбы с отходящими от центрального элемента лучевыми элементами. Форма звездообразной стабилизирующей шайбы определяет форму вакуумной присоски в виде колокола.
Стабилизирующий каркас состоит, как правило, из жесткого, неэластичного материала, такого как металл или синтетический материал, однако обладающего упругими свойствами. Лучевые элементы стабилизирующего каркаса выполнены с возможностью изгиба с упругим возвратом. При использовании синтетического материала он должен быть относительно термоустойчивым. Здесь может в особенности использоваться армированный волокном полиолефин и армированный волокном полипропилен.
Стабилизирующий каркас содержит отходящие от центрального элемента лучевые элементы, которые при необходимости могут быть связаны между собой и перекрывают, по меньшей мере, половину радиуса, а предпочтительно, по меньшей мере, три четверти радиуса вакуумной присоски.
В предпочтительном примере выполнения каждый отходящий от центрального элемента лучевой элемент стабилизирующего каркаса снабжен сверху, по меньшей мере, одним торцевым дистанционирующим элементом, который по существу со всех сторон заделан в мягкий эластичный материал твердостью по Шору (согласно DIN 53505) меньше 18 и имеет высоту, примерно равную высоте покрытия на лучевых элементах. Дистанционирующие элементы облегчают изготовление вакуумной присоски литьем под давлением и фиксируют лучевые элементы в форме для литья под давлением.
На уплотнительном краю на нижней стороне вакуумной присоски предусмотрены, например, три уплотнительных ребра или губы, которые расположены концентрично с уменьшением их диаметра к центральному элементу.
Для прижима утолщения (прилива) вниз служит надетая на вакуумную присоску крышка, соединенная с центральным элементом вакуумной присоски. Прижимное средство или крышка может представлять собой также часть подлежащего креплению предмета или быть устройством его крепления, например держателем для мобильного телефона.
Крышка изготовлена из твердого, неэластичного материала и предпочтительно выполнена вогнутой, например в виде сегмента шаровой поверхности. Кроме того, предпочтительно, она выполнена с возможностью изменения формы под действием прижимного давления, например, передаваемого на среднюю частью крышки пальцами, так что вогнутая форма становится плоской, при этом середина крышки обладает возвратной силой для возврата в первоначальную вогнутую форму при отсутствии напряжения.
Крышка может быть снабжена внутри по периферийному краю дистанционирующим элементом в виде одного или нескольких круговых или сегментных ребер или точечных выступов, которые при установке крышки упираются в наружную стенку вакуумной присоски и предотвращают качание крышки.
Крышка по существу полностью закрывает вакуумную присоску. При определенных условиях может быть желательно, чтобы вакуумная присоска не была закрыта крышкой по самой наружной кромке и образовывала щелевой край для удобства вытирания.
После снятия прижимного давления вогнутая крышка, упруго деформированная прижимным давлением, отодвигает центральный элемент от поверхности крепления под напряжением возвратной силы.
Предпочтительно крышка неразъемно соединена с центральным элементом вакуумной присоски посредством фиксирующего соединения.
Монтажное устройство для подлежащих креплению предметов содержит, например, центральное винтовое соединение, которое соединяет крышку с центральным элементом вакуумной присоски и служит также для крепления предметов.
Для выравнивания предметов, укрепленных с помощью удерживающего устройства, в отношении их оптимальной обозримости монтажное устройство, в особенности винтовое соединение, предпочтительно содержит шаровой шарнир, на котором могут устанавливаться предметы.
Предпочтительно шаровой шарнир состоит из расположенного на винтовом соединении шара и соответствующей сферической обоймы, несущей крепежную опору для предметов. Шар и сферическая обойма могут фиксироваться относительно друг друга с помощью установочного винта, например, в виде потайного винта. С помощью сферической опоры может простым образом достигаться оптимальная для обзора установка.
Винтовое соединение может быть снабжено тарелкой крепления, посредством которой крышка может прижиматься к центральному элементу присоски. На тарелке крепления может быть предусмотрено крепление типа Велкро («липучки»), на котором предмет может крепиться с помощью ответной части этого крепления. Такое крепление представляет собой альтернативу шаровому шарниру.
Шаровой шарнир и крепление Велкро имеют дополнительную целесообразность в том, что при установке внутри за ветровым стеклом на покрытии панели приборов в случае столкновения они создают возможность отделения предметов от вакуумного держателя.
Вакуумный держатель может быть также снабжен кулачковым диском, который надевается на крышку путем поворота и может быть снабжен дополнительными монтажными устройствами. Для этого крышка выполнена по существу круглой, однако равномерно по окружности имеет раздельные кромочные зоны с уменьшенным расстоянием до центральной точки и кромочные зоны с увеличенным расстоянием до центральной точки крышки. Кулачковый диск надевают на зоны с уменьшенным расстоянием до центральной точки и затем путем поворота в направлении кромочных зон с увеличенным расстоянием закрепляют посредством заклинивания кулачков в этих вторых зонах.
Для предотвращения поворота установленного кулачкового диска предусмотрены фиксирующие устройства, по которым кулачковый диск вначале направляется с возможностью поворота, чтобы в заключение быть зафиксированным от поворота в закрепленном положении.
Краткий перечень чертежей
Далее со ссылками на прилагаемые чертежи будут подробно описаны примеры осуществления изобретения. На чертежах:
фиг.1 изображает на виде сверху вакуумный держатель, способный удерживаться также на шероховатых поверхностях крепления,
фиг.2 изображает вакуумный держатель по фиг.1, вид сбоку,
фиг.3 изображает в разрезе вакуумный держатель в сборе,
фиг.4 изображает на виде сбоку стабилизирующую вставку, заделанную в вакуумную присоску вакуумного держателя и выполненную в виде стабилизирующей звездообразной шайбы с центральным элементом и отходящими от нее лучевыми элементами,
фиг.5 изображает стабилизирующую звездообразную шайбу по фиг.4, вид сбоку,
фиг.6 изображает усиливающую прижим крышку для установки вакуумного держателя,
фиг.7 изображает на виде сбоку монтажный винт вакуумного держателя, с помощью которого держатель прижимается к поверхности крепления,
фиг.8 изображает монтажный винт в другом примере выполнения, снабженный шаровым шарниром для крепления предмета,
фиг.9 изображает в разрезе вакуумную присоску и крышку, причем в центральном элементе имеется выемка для фиксирующего элемента для фиксации крышки на центральном элементе, а опорные желобки предотвращают качание установленной крышки,
фиг.10 изображает в перспективе стабилизирующую звездообразную шайбу с дистанционирующими элементами на лучевых элементах и выемкой в центральном элементе для фиксирующего элемента,
фиг.11 и 12 изображают различные монтажные устройства, выполненные в виде держателей стержней, при этом на фиг.11 показано приемное устройство для стержневой части крышки, а на фиг.12 - для части установленного на крышке кулачкового диска,
фиг.13 поясняет, каким образом на вакуумном держателе, укрепленном на стене (А), устанавливают кулачковый диск (В) и закрепляют путем поворота на фиксирующих кулачках в выровненное положение обоих крючков,
фиг.14 изображает, каким образом двойной крючок надевают на пружинный зажимной башмак и закрепляют его с помощью пружинных щек, зацепляющихся с башмаком, причем зажимной башмак фиксируется от поворота с помощью фиксирующих отверстий в диске и соответствующих нижних выступов башмака.
Осуществление изобретения
Представленный на чертежах вакуумный держатель содержит вакуумную присоску 2. Как видно на фиг.1, вакуумная присоска снабжена в центре монтажным устройством 4. Между монтажным устройством 4 и уплотнительным краем 5 вакуумной присоски 2 на наружной стороне 6 стенки 7 предусмотрен передатчик 8 прижимного давления. В данном примере выполнения этот передатчик 8 прижимного давления показан в виде кольцевого утолщения или прилива, упруго деформируемого по высоте. Однако в другом, не показанном варианте он может состоять из отдельных выступов.
Как показано на фиг.2, вакуумная присоска 2 на своей нижней стороне 9 выполнена полой в форме колокола с образованием камеры 30 разрежения или вакуума. В стенке 7 вакуумной присоски заделан стабилизирующий каркас в виде стабилизирующей звездообразной шайбы 10, показанной на фиг.4 на виде сверху. Стабилизирующая звездообразная шайба 10 изготовлена из синтетического материала или из металла и состоит из центрального элемента 11, предпочтительно цилиндрической формы, и лучевых элементов 13, отходящих от него до периферийной кромки 12 шайбы. Лучевые элементы 13 отделены друг от друга разделительными щелями 14, проходящими от центрального элемента 11 до периферийной кромки 12 шайбы. Однако возможен вариант, при котором разделительные щели 14 выполнены в виде щелей 14а, отходящих от сплошной части 15, как это показано для части щелей на фиг.4.
На фиг.5 стабилизирующая звездообразная шайба 10 с центральным элементом 11 и лучевыми элементами 13 показана на виде сбоку. Лучевые элементы 13 выполнены упругими на изгиб с возможностью перемещения вверх и вниз против действия силы возврата в положение покоя. Стабилизирующая звездообразная шайба 10 представлена также на фиг.10, где дополнительно видны дистанционирующие элементы 26 и монтажная выемка 35.
На фиг.2 стабилизирующая звездообразная шайба 10 показана заделанной внутри вакуумной присоски 2, причем ее элементы 11, 13 показаны жирными штриховыми линиями. На нижней стороне 9 вакуумной присоски 2 видны три концентричных уплотнительных ребра 16, которые выступают вниз и находятся в области уплотнительного края 5. Уплотнительные ребра 16 проходят концентрично центральному элементу 11 с уменьшением их диаметра к центру.
Материал вакуумной присоски 2, залитый вокруг стабилизирующей звездообразной шайбы 10, очень мягок. Его твердость по Шору (Тип А) лежит в области от 10 до 18, предпочтительно от 11 до 14 и в особенности в районе 12. За счет этого вакуумная присоска 2 очень хорошо присасывается к шероховатым поверхностям 17 крепления. Стабильность формы и возвратная упругость корпуса вакуумной присоски обеспечиваются заделанной стабилизирующей звездообразной шайбой 10.
На фиг.6 показана крышка, полностью закрывающая вакуумную присоску 2 и служащая прижимным средством 18. Для монтажа через центральное отверстие 19 в прижимном средстве 18 проходит сквозной крепежный винт 20 по фиг.7. Этот крепежный винт 20 состоит из плоской головки 21 и резьбового стержня 22 с наружной резьбой 23. Внутренняя проточка 24 центрального элемента 11 имеет внутреннюю резьбу 25. Прижимное средство 18 с крепежным винтом 20 надевается на вакуумную присоску 2 по фиг.2. Прижимное средство 18 выполнено выгнутым наверх, и его прижимают вниз крепежным винтом 20 для завинчивания резьбового стержня 22 во внутреннюю резьбу 25 внутренней проточки 24 центрального элемента 11.
Как видно на фиг.3, плоская головка 21 прижимает прижимное средство 18 к центральному элементу 11. Прижатая вниз средняя часть 28 вакуумной присоски стремится поднять краевую область 29, однако прилив 8 удерживает ее в нижнем положении. Соответственно, уплотнительные ребра 16 надежно прижаты к поверхности 17 крепления. В камере 30 разрежения, которая образуется между нижней стороной 9 вакуумной присоски 2 и поверхностью 17 крепления, создается разрежение или вакуум, однако он высок лишь настолько, чтобы не допускать повреждения поверхности 17 крепления. Кроме того, камера 30 разрежения имеет очень плоскую конфигурацию.
На фиг.9 показаны в разрезе крышка 18 и вакуумная присоска 2. Особенно хорошо видны монтажная выемка 35 с гнездами 37 для запорных крючков 36 фиксирующего фланца 34, а также усилитель 8 прижимного давления. Фиксирующие выступы 38 входят в соответствующие выемки в не показанном здесь кулачковом диске 39, например, таком, который показан на фиг.12. Для того чтобы установленная крышка 18 не качалась, предусмотрены опорные желобки 27 для опоры на стенку 7 вакуумной присоски. Опорные желобки 27 могут быть выполнены также в виде опорных выступов.
На вакуумном держателе могут быть укреплены различные предметы. Это может осуществляться либо с помощью крепежного винта 20, завинчиваемого во внутреннюю резьбу 25, либо с помощью не показанного крепления типа Велкро («липучки»). На фиг.8 показан другой вариант крепления, в котором на крепежном винте 20 укреплен шар 31 с надетой на него сферический обоймой 32, несущей крепежную опору 33.
На фиг.11 представлено монтажное устройство 4 в виде держателя стержня, который может быть зажат с помощью зажимного болта. Крепежная опора 33 выполнена в виде втулки или хомута под стержень, она устанавливается непосредственно на крышке 18 и снабжена поперечным стабилизирующим подкосом.
В альтернативном варианте на плоской крышке 18 может быть также установлен кулачковый диск 39. Для этого в крышке, которая выполнена круглой не полностью, имеются в кромочных зонах 42 три кулачковые выпуклости, на которых кулачки 40 могут быть зафиксированы при повороте. Кулачковый диск 39 устанавливается таким образом, что кулачки 40 совмещаются с соответствующими углублениями в кромочных зонах 41. Процесс установки кулачкового диска 39 показан на фиг.13 поэтапно, от А до С.
На фиг.14 показано, что монтажное устройство 4 может альтернативно быть укреплено с помощью башмака, поворачиваемого вокруг купола с пружинными щеками 43. Когда пружинные щеки 43 заходят вниз в канавку внутри башмака, двойной крюк 44 фиксируется от поворота посредством фиксаторов 38.