ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ СОЕДИНИТЕЛЬ С ПОМЕХОПОДАВЛЯЮЩИМИ ФИЛЬТРАМИ
ELECTRIC CONNECTOR WITH INTERFERENCE SUPPRESSION FILTERS

Изобретение относится к электрическим соединителям со встроенными фильтрами помехоподавления, предназначенным для механического и электрического соединения цепей постоянного и переменного тока. В результате применения вилки электрического соединителя со встроенными фильтрами помехоподавления в промышленных изделиях, в том числе в электро- и радиотехнической аппаратуре, обеспечивается одновременно надежное соединение электрических цепей и повышение помехоустойчивости аппаратуры к электромагнитным и кондуктивным помехам, а также исключение каналов утечки информации за счет ослабления уровня побочных излучений аппаратуры.
Известным аналогом, наиболее сходным с заявленным изобретением по совокупности заявленных признаков, является соединитель со встроенными фильтрами нижних частот (Патент Российской Федерации на изобретение №2321115 «Электрический соединитель со встроенными фильтрами нижних частот»). Известный аналог характеризуется следующей совокупностью признаков, сходной с совокупностью существенных признаков изобретения:
- контактные штыри вилки соединителя армированы в изолятор;
- применен помехоподавляющий фильтр, содержащий цилиндрический помехоподавляющий элемент и имеющий три вывода - штырь, хвостовик, общий электрод, размещенный на наружной цилиндрической поверхности помехоподавляющего элемента;
- применена заземляющая общие электроды фильтров электропроводная пластина;
- применен составной корпус соединителя, состоящий из нескольких частей;
- контактный штырь вилки с помехоподавляющим фильтром, помехоподавляющий фильтр с заземляющей пластиной, заземляющая пластина с корпусом, части корпуса между собой электрически и механически соединены пайкой;
- внутреннее пространство соединителя залито компаундом через дренажно-заливочные отверстия.
Однако существующий аналог-соединитель обладает следующими недостатками:
- при подпайке внешних проводов к хвостовикам встроенных фильтров из-за небольшого температурного сопротивления между точкой пайки внешнего провода и местом пайки помехоподавляющего элемента к штырю фильтра происходит чрезмерный разогрев места пайки помехоподавляющего элемента, приводящий к нарушению целостности керамики помехоподавляющего элемента и фильтра в целом;
- конструкция аналога не гарантирует однонаправленности положения хвостовиков фильтра и расположения окончаний хвостовиков фильтров в одной плоскости, что приводит в процессе сборки соединителя к развороту и утоплению хвостовиков относительно друг друга, усложняющим подпайку внешних проводников в хвостовики фильтров;
- конструкция аналога не исключает при групповой пайке фильтров с помощью паяльных паст образования паразитных шариков припоя в замкнутом объеме соединителя (между изолятором контактных штырей вилки и заземляющей пластиной фильтров), приводящих к ухудшению электрических и эксплуатационных характеристик соединителя;
- конструкция аналога не исключает при групповой пайке фильтров к заземляющей пластине протекания флюса и припоя в щели между заземляющей пластиной и наружной обкладкой помехоподавляющего элемента фильтра, что не обеспечивает пропайку помехоподавляющего элемента к заземляющей пластине по всему контуру и ухудшает электрические параметры соединителя;
- конструкция аналога не исключает при пайке заземляющей пластины к корпусу соединителя протекание флюса и припоя в щели между заземляющей пластиной и корпусом, что не обеспечивает пропайку заземляющей пластины к корпусу по всему контуру и ухудшает электрические параметры соединителя;
- конструкция составного корпуса соединителя аналога, части которого объединены пайкой, обладает недостаточной механической прочностью, что приводит к трещинам в паяном шве и ухудшению эксплуатационных характеристик;
- конструкция соединителя аналога, замкнутый объем которого (между изолятором контактных штырей вилки и заземляющей пластиной фильтров) полностью залит компаундом, не гарантирует целостности помехоподавляющего элемента фильтра в интервале допустимых температур эксплуатации, хранения и транспортирования из-за значительного объемного расширения заливочного компаунда.
На фиг.1 приведена конструкция известного электрического соединителя со встроенными фильтрами нижних частот (Патент Российской Федерации на изобретение №2321115 «Электрический соединитель со встроенными фильтрами нижних частот»).
Электрический соединитель содержит:
1 - компаунд, залитый через отверстия 14 (левая зона заливки относительно заземляющего сепаратора 9);
2 - оболочка фильтров, являющаяся продолжением корпуса 6;
4 - передний удерживающий элемент контактных штырей 7 - изолятор;
6 - электропроводная оболочка (корпус) с присоединительным фланцем;
7 - контактный штырь;
9 - заземляющий сепаратор, установленный на каждый фильтр-контакт и имеющий с ним электрический контакт с помощью пайки;
10 - фильтр, установленный на контактный штырь 13;
11 - место опайки стыковки корпуса 6 (по образующей) с оболочкой фильтров 2;
12 - хвостовая часть контактного штыря 7, имеющая внутреннее отверстие для установки в него методом пайки штыря 13 с фильтром 10;
13 - штырь (фильтр-контакт);
14 - заливочно-дренажные отверстия для компаунда (по периметру корпуса) в левой части относительно заземляющего сепаратора 9;
15 - отверстия по периметру корпуса и сама пайка заземляющего сепаратора 9 к корпусу 2;
16 - места опайки корпуса фильтров 10 с заземляющим сепаратором 9;
17 - места опайки корпуса фильтров 10 с образующей поверхностью контактного штыря 13;
18 - контактные гнезда хвостовой части штырей 13 (для монтажа токоподводящих проводников);
19 - компаунд, залитый в оболочку фильтров со стороны хвостовой части соединителя.
Как видно из фиг.1 известного электрического соединителя:
- расстояние от хвостовика 18 до ближайшего места пайки помехоподавляющего элемента 17 конструкцией фильтра не фиксировано и, как правило, помехоподавляющий элемент позиционируется в месте перехода хвостовика (больший диаметр) в штыревую часть фильтра (меньший диаметр), что при подпайке внешних проводов к хвостовикам встроенных фильтров из-за небольшого температурного сопротивления между точкой пайки внешнего провода и местом пайки помехоподавляющего элемента к штырю фильтра приводит к чрезмерному разогреву места пайки помехоподавляющего элемента и, как следствие, к нарушению целостности керамики помехоподавляющего элемента и фильтра в целом;
- конструкция фильтра 10 не предусматривает фиксацию его хвостовиков 18 по направлению среза хвостовиков и по расположению концов хвостовиков в одной плоскости, что приводит в процессе групповой пайки с помощью паяльных паст фильтров 10 к хвостовой части 12 и заземляющей пластине (сепаратору) 9 к развороту и утоплению хвостовиков фильтров относительно друг друга и, как следствие, к усложнению подпайки к ним внешних проводников;
- его конструкция не исключает при групповой пайке в конвекционной печи с помощью паяльных паст штыря (фильтр-контакта) 13 в хвостовую часть 12 захват конвекционными потоками воздуха шариков припоя паяльных паст и разнос их по всему замкнутому объему соединителя (между изолятором контактных штырей 4 и заземляющей пластиной 9) и их осаждение на элементах конструкции, что приводит к ухудшению электрических параметров (сопротивления изоляции, прочности изоляции) и надежностных характеристик соединителя;
- его конструкция не исключает при групповой пайке с помощью паяльных паст фильтров 10 к заземляющей пластине 9 протекания флюса и припоя в щели между заземляющей пластиной и наружной обкладкой помехоподавляющего элемента фильтра 16 и, как следствие, не обеспечивает пропайку помехоподавляющего элемента к заземляющей пластине по всему контуру и ухудшает электрические параметры соединителя (вносимое затухание);
- его конструкция не исключает при пайке заземляющей пластины к корпусу соединителя протекания флюса и припоя в щели между заземляющей пластиной 9 и корпусом (оболочкой) 2 и, как следствие, не обеспечивает пропайку заземляющей пластины к корпусу по всему контуру и ухудшает электрические параметры соединителя (вносимое затухание);
- конструкция его составного корпуса, части 2, 6 которого объединены пайкой 11, обладает недостаточной механической прочностью, что приводит к трещинам в паяном шве в процессе эксплуатации при повышенных температурах, как следствие, к нарушению герметичности и ухудшению эксплуатационных характеристик соединителя;
- его конструкция предусматривает полную заливку компаундом 1 замкнутого объема (между изолятором 4 контактных штырей вилки и заземляющей пластиной 9) через заливочно-дренажные отверстия 14, что из-за значительных различий коэффициентов линейных расширений компаунда 1 и материалов корпусных деталей 2, 6 приводит к значительным механическим нагрузкам на керамический корпус помехоподавляющего элемента фильтра 10 и, как следствие, к нарушению целостности помехоподавляющего элемента фильтра в интервале допустимых температур эксплуатации, хранения и транспортирования.
Известен способ-аналог сборки элементов и деталей электрического соединителя со встроенными фильтрами помехоподавления, наиболее сходный по совокупности заявленных признаков с заявленным изобретением, - Патент Российской Федерации на изобретение №2321115 «Электрический соединитель со встроенными фильтрами нижних частот». Известный способ-аналог характеризуется следующей совокупностью признаков, сходной с совокупностью существенных признаков изобретения.
Известный способ-аналог содержит операции пайки:
- помехоподавляющего элемента к штырю фильтра;
- штыря фильтра к хвостовой части контактного штыря;
- корпуса фильтра к заземляющей пластине;
- частей корпуса соединителя между собой;
- заземляющей пластины к корпусу соединителя.
Однако существующий способ-аналог сборки элементов и деталей электрического соединителя со встроенными фильтрами помехоподавления обладает следующим недостатком - многократным температурным воздействием на помехоподавляющий элемент фильтра, каждое из которых снижает надежность соединителя в целом.
Известный способ-аналог содержит пять последовательных операций пайки:
1 - помехоподавляющего элемента к штырю фильтра;
2 - штыря фильтра к хвостовой части контактного штыря;
3 - корпуса фильтра к заземляющей пластине;
4 - частей корпуса соединителя между собой;
5 - заземляющей пластины к корпусу соединителя.
Сущность изобретения заключается в совокупности отличительных признаков, достаточных для достижения искомого технического результата, а именно улучшения электрических параметров, надежностных и эксплуатационных характеристик электрического соединителя с фильтрами помехоподавления.
Поставленная цель достигается тем, что
- в хвостовой части фильтра сформирован буртик, а между буртиком и хвостовиком создано утоньшение с площадью поперечного сечения меньше максимальной площади поперечного сечения хвостовика;
- утоньшение в хвостовой части фильтра, между буртиком и хвостовиком, сделано в виде усеченного параллельно с двух сторон по цилиндрической части цилиндра и вставлено в паз гребенчатого изолятора, имеющего пазы и зубья, а на хвостовики фильтров надет позиционирующий хвостовики фильтра изолятор;
- на хвостовики контактного штыря надет изолятор со сквозным отверстием переменного диаметра;
- на штырь помехоподавляющего фильтра надета трубка (шайба), перемещающаяся с трением вдоль оси штыря;
- на заземляющую пластину закреплена изолирующая эластичная прокладка со сквозными отверстиями, имеющими диаметр, меньший наружного диаметра помехоподавляющего элемента фильтра;
- внутри части корпуса соединителя, в которой размещена заземляющая пластина, для нее сделан по всему внутреннему периметру кольцевой упор, к которому она поджата стопорным кольцом;
- части составного корпуса соединителя объединены между собой резьбовым соединением;
- заливочно-дренажные отверстия для заливки компаунда расположены в плоскости, проходящей между плоскостью расположения окончаний хвостовиков контактных штырей вилки соединителя и плоскостью расположения места пайки помехоподавляющего элемента к штыревой части фильтра;
- пайку штыря фильтра к хвостовой части контактного штыря, корпуса фильтра к заземляющей пластине, частей корпуса соединителя между собой, заземляющей пластины к корпусу соединителя производят одной операцией пайки припоем с температурой плавления, меньшей температуры плавления припоя, используемого для пайки помехоподавляющего элемента к штырю фильтра.
Устройство известного соединителя-аналога и изобретения представлено на фигурах 1, 2.
На фиг.1 представлен чертеж упрощенной конструкции ближайшего соединителя-аналога с фильтрами с применением составного контактного штыря из двух укороченных частей паяно-монолитной конструкции, имеющего составной корпус.
На фиг.2 представлен чертеж упрощенной конструкции заявленного изобретения, содержащей изолятор на хвостовиках контактных штырей, трубки (шайбы) на штырях фильтров, буртик и утоньшение, гребенчатый и позиционирующий изоляторы в хвостовой части фильтров, упор и стопорное кольцо для заземляющей пластины, эластичную прокладку, закрепленную на заземляющей пластине, резьбовое соединение частей корпуса соединителя, заливочно-дренажные отверстия для заливки компаунда, расположенные в плоскости, проходящей между плоскостью расположения окончаний хвостовиков контактных штырей вилки соединителя и плоскостью расположения места пайки помехоподавляющего элемента к штыревой части фильтра.
Как видно из чертежа упрощенной конструкции заявленного изобретения, представленного на фиг.2, в соединителе применен составной контакт, состоящий из контактного штыря 6, армированного в пластмассовый или стеклянный изолятор 4, и помехоподавляющего фильтра 13, соединяемого с контактным штырем паяным соединением. При этом фильтр помехоподавления 13 состоит из трубчатого керамического помехоподавляющего элемента, внутренние электроды которого соединены со штырем с двух сторон методом пайки, а третий наружный вывод электрически соединен пайкой с заземляющей пластиной 22. Заземляющая пластина 22 осуществляет контакт между третьими выводами трубчатых помехоподавляющих фильтров и корпусом соединителя 2 с помощью паяного соединения. Места пайки фильтров и хвостовиков контактных штырей закрываются надетым на хвостовики 8 контактных штырей 6 изолятором со сквозными отверстиями переменного сечения 25 и трубками (шайбами) 24, надетыми на штыри фильтров 9. Заземляющая пластина 22 со стороны расположения вилки с контактными штырями 6 соединена с эластичной прокладкой 11, имеющей сквозные отверстия под помехоподавляющие фильтры 13. Массив собранных фильтров 13 закрывается цилиндрическим корпусом 2 с кольцевым упором 23, который соединяется с заземляющей пластиной паяным соединением, а с корпусом вилки - резьбовым 7 и паяным 3 соединениями. Поверх заземляющей пластины расположено стопорящее кольцо 12. Объем расположения паяных соединений контактных штырей 9 и фильтров 13 залит компаундом 1 через заливочные отверстия 10 цилиндрического корпуса 2. Хвостовики 16 фильтров, имеющие двухсторонние проточки 15, вставлены в пазы гребенчатого изолятора 17, имеющего пазы и зубья. Поверх гребенчатого изолятора 15 размещен позиционирующий хвостовики изолятор 18.
Электрический соединитель содержит:
1 - компаунд, залитый через дренажно-заливочные отверстия 10;
2 - оболочка фильтров (цилиндрическая часть корпуса соединителя);
3 - опайка частей корпуса соединителя по окружности;
4 - изолятор, фиксирующий контактные штыри соединителя;
5 - корпус с фланцем вилки соединителя;
6 - контактный штырь;
7 - резьбовое соединение частей корпуса соединителя;
8 - хвостовик контактного штыря с паяльной чашкой;
9 - штырь фильтра 13;
10 - дренажно-заливочные отверстия;
11 - эластичная прокладка;
12 - стопорное кольцо;
13 - фильтр (фильтр-контакт) с помехоподавляющим элементом;
14 - буртик в хвостовике фильтра 13;
15 - утоньшение (двухсторонняя проточка) в хвостовике фильтра 13;
16 - хвостовик фильтра 13;
17 - гребенчатый изолятор;
18 - изолятор, позиционирующий хвостовики фильтра 13;
19 - плоскость расположения концов хвостовиков фильтров 13;
20 - компаунд, герметизирующий наружный объем соединителя;
21 - место пайки фильтрующего цилиндрического элемента помехоподавляющего фильтра к буртику 14;
22 - заземляющая пластина;
23 - кольцевой упор для установки заземляющей пластины 22;
24 - изоляционная трубка (шайба);
25 - изолятор со сквозным отверстием переменного сечения.
Как видно из фиг.2:
- в хвостовой части 16 фильтра 13 сформирован буртик 14 для однозначного позиционирования помехоподавляющего элемента фильтра при пайке, а между буртиком и хвостовиком создано утоньшение 15 с сечением меньше сечения хвостовика, что обеспечивает увеличение теплового сопротивления между точкой пайки внешнего провода в хвостовик 16 и местом пайки помехоподавляющего элемента к буртику 14 фильтра, что приводит к снижению температуры в месте пайки помехоподавляющего элемента, к сохранению целостности его керамики и фильтра в целом;
- утоньшение 15 сделано в виде двухсторонней проточки, которая вдевается в паз гребенчатого изолятора 17, такая посадка с одной стороны исключает проворот фильтра 13 вокруг оси штыря 9 фильтра 13 в процессе групповой пайки, сохраняя первоначально установленное направление среза хвостовика 16 фильтра 13, с другой стороны упор границ утоньшения в плоскости гребенчатого изолятора 14 обеспечивает расположение концов хвостовиков 16 фильтров 13 в одной плоскости 19, что обеспечивает хороший доступ к месту пайки внешних проводников и исключение повреждения изоляции проводников при пайке;
- на хвостовики 8 контактного штыря 6 надет изолятор 25 со сквозным отверстием, имеющим в надеваемой части диаметр, равный диаметру хвостовика 8 контактного штыря 6, в средней части-диаметр, меньший диаметра хвостовика 8 контактного штыря, но более диаметра штыря 9 фильтра 13, а со стороны установки штыря 9 в хвостовик 8 контактного штыря 9 имеет конусный заход; на штырь 9 фильтра 13 надета трубка (шайба) 24, перемещающаяся с трением вдоль оси штыря 9 фильтра 13 при его осадке в глухое паечное отверстие хвостовика 8 контактного штыря 6 в процессе сборки соединителя; в результате предложенной конструкции нанесенная в глухое паечное отверстие хвостовика контактного штыря паяльная паста оказывается в закрытой камере, образованной хвостовиком 8 контактного штыря 6, изолятора 25 и шайбы 24, что исключает захват конвекционными потоками воздуха шариков припоя паяльной пасты и разнос их по замкнутому объему соединителя (между изолятором контактных штырей 4 и заземляющей пластиной 22) и их осаждение на элементах конструкции и обеспечивает сохранность электрических параметров (сопротивления изоляции, прочности изоляции) и надежностных характеристик соединителя;
- на заземляющую пластину 22 закреплена изолирующая эластичная прокладка 11 со сквозными отверстиями, имеющими диаметр, меньший диаметра помехоподавляющего элемента фильтра 13, и центрами, совпадающими с центрами отверстий заземляющей пластины 22, благодаря плотному обхвату эластичной прокладкой помехоподавляющего элемента фильтра по всему периметру исключается при групповой пайке фильтров к заземляющей пластине протекание флюса и припоя в щели между заземляющей пластиной и наружной обкладкой помехоподавляющего элемента фильтра, что гарантирует пропайку помехоподавляющего элемента к заземляющей пластине по всему контуру и сохранение электрических параметров соединителя;
- в части корпуса 2 соединителя, в котором размещены помехоподавляющие фильтры 13, в месте расположения заземляющей пластины 22, сделан по всему внутреннему периметру кольцевой упор 23, на который укладывается заземляющая пластина 22, которая стопорится по периметру стопорным кольцом 12 из токопроводящего материала; введение упора исключает протекание флюса и припоя вдоль корпуса 2 за счет перекрытия щелей между корпусом 2 и заземляющей пластиной 22, а введение стопорного кольца 12 исключает перемещение заземляющей пластины 22 вдоль корпуса при установке фильтров 13 при сборке перед групповой пайкой; введение упора 23 и стопорного кольца 12 гарантирует пропайку заземляющей пластины 22 к корпусу 2 по всему контуру, улучшая электрические параметры (вносимые затухания) соединителя;
- части 2, 5 составного корпуса соединителя объединены резьбовым соединением 7 и пайкой 3; резьбовое соединение обеспечивает механическую прочность составного корпуса соединителя, а пайка гарантирует минимальное электрическое сопротивление между частями 2, 5 составного корпуса соединителя, тем самым исключаются трещины в паяном шве в процессе эксплуатации при повышенных температурах, сохраняется герметичность соединителя и таким образом обеспечивается улучшение его эксплуатационных характеристик;
- заливочно-дренажные отверстия 10 для заливки компаунда 1 расположены на части корпуса 2 соединителя в плоскости, проходящей между плоскостью расположения концов хвостовиков 8 контактных штырей 6 вилки соединителя и плоскостью расположения места пайки помехоподавляющих элементов к штыревой части 9 фильтра 13; в результате этого, при вертикальном расположении соединителя (вилкой вниз) в процессе заливки компаунда 1 через одно из дренажно-заливочных отверстий 10, компаунд будет заливать нижнюю часть закрытого объема соединителя до уровня расположения заливочно-дренажных отверстий 10, оставляя не залитыми керамику помехоподавляющего элемента фильтров, что исключит давление компаунда на керамику конденсатора при его расширении при повышенных температурах эксплуатации, хранения и транспортировки, исключит разрушение помехоподавляющих элементов, повысит надежность соединителя в целом.
Способ сборки соединителя осуществляется следующим образом.
- На штырь 9 фильтра 13 устанавливают помехоподавляющий элемент и фиксируют методом пайки (первая операция пайки) припоем с температурой плавления выше температуры плавления припоя, входящего в состав паяльной пасты, применяемой при последующей операции пайки, что обеспечивает механическую прочность фильтров 13 при второй операции пайки.
- На штыревую часть 9 фильтра 13 надевают трубку 24.
- На наружную поверхность цилиндрической части помехоподавляющего фильтра 13 в месте его пайки к заземляющей пластине 22 наносят по всей окружности паяльную пасту.
- Хвостовик 16 фильтра с нанесенной пастой вставляют в отверстие изолятора 18 с направлением среза хвостовика в заданном направлении.
- Предыдущую операцию проводят со всеми фильтрами, входящими в сборку соединителя.
- В хвостовики фильтров в месте расположения проточек 15 вставляют гребенчатый изолятор 17.
- Эластичную прокладку 11 соединяют с заземляющей пластиной 22, при этом обеспечивают совпадение центров отверстий прокладки 11 и заземляющей пластины 22.
- Полученную сборку эластичной прокладки 11 и заземляющей пластины 22 устанавливают на внутренний упор цилиндрического корпуса соединителя 23 и поджимают к упору стопорным кольцом 12.
- По всей окружности заземляющей пластины 22 в месте пайки ее с корпусом наносят паяльную пасту.
- В хвостовики 8 контактных штырей 6 вилки соединителя наносят паяльную пасту, затем на хвостовики одевают изолятор со сквозными отверстиями переменного сечения 25.
- На торец корпуса 5 вилки соединителя по всей окружности наносят паяльную пасту.
- На цилиндрический корпус соединителя 2 в месте его сопряжения с торцом корпуса 5 вилки также наносят паяльную пасту по всему периметру.
- Обе с нанесенной паяльной пастой части общего корпуса соединителя соединяют резьбовым соединением 7.
- Заземляющую пластину 22 ориентируют таким образом, чтобы центры отверстий заземляющей пластины 22 совпали с центрами паечных чашек контактных штырей 6.
- Собранные на гребенчатом изоляторе 17 фильтры 13 штыревыми частями вставляют в отверстия эластичной прокладки 11 и продавливают до конусной части отверстия изолятора 25, надетого на хвостовики 8 контактных штырей 6, и далее до вхождения штыревых частей фильтров в отверстия паечных чашек хвостовиков 8 контактных штырей 6 вилки соединителя.
- Собранный соединитель помещают в термопечь и нагревают по установленному для применяемой паяльной пасты термопрофилю (вторая операция пайки).
- Производят заливку внутреннего объема соединителя компаундом 1 через заливочно-дренажные отверстия 10 до появления в дренажных отверстиях выхода компаунда, затем заливают компаундом 20 наружный объем соединителя.
Предложенный подход к созданию электрических соединителей с помехоподавляющими элементами и способу его сборки позволяет организовать промышленный серийный выпуск высокотехнологичной продукции, повышенного качества, с улучшенными электрическими параметрами, надежностными и эксплуатационными характеристиками.