УЗЕЛ ДВЕРНОЙ РУЧКИ
DOOR HANDLE ASSEMBLY

Изобретение относится к конструктивным элементам замков и может быть использовано, преимущественно, в жилых помещениях для дверей ванных и туалетных комнат.
Специфика эксплуатации узлов дверных ручек ванных и туалетных комнат заключается, прежде всего, в необходимости их использования в ночное время при выключенном внешнем освещении. В этом случае необходимо решить проблему поиска в темноте местоположения ручки двери и положение включателя освещения. Кроме того, крайне нежелательным является включение общего освещения, в том числе ночного, как с точки зрения энергосбережения, так и для исключения причинения неудобств другим жильцам квартиры. Также необходимо обеспечить индикацию состояния блокировки узла дверной ручки для исключения попыток проникнуть в ванную или туалетную комнату при ее блокировании изнутри, что может привести к выходу из строя узла дверной ручки. Таким образом, актуальной является задача создания узла дверной ручки, обеспечивающего экономию электроэнергии при посещении ванных и туалетных комнат, а также индикацию местоположения ручек двери и состояние их блокировки. При этом для решения указанной задачи представляет интерес использование кинетической энергии, обусловленной поворотом дверных ручек при открывании и закрывании двери.
Известен узел дверной ручки (EP 0623720 A1), обеспечивающий блокировку двери и индикацию состояния блокировки посредством механических изменяемых транспарантов. Недостатком таких устройств является неэффективность их использования при низком уровне освещенности.
Известен узел дверной ручки (CN 202544508 U), в котором включатель освещения размещен на наружной ручке двери, что облегчает поиск включателя освещения. Однако в данном случае не осуществляется индикация положения дверной ручки, а для освещения используется общее сетевое освещение.
Известны узлы дверных ручек (US 20140226318 A1, US 6461013 B1, US 2006/0203471 A1, US 20100295484 A1, US 2011/0084802 A1), которые обеспечивают адаптивное освещение наружной стороны двери и положение наружной ручки в ночное время по сигналам датчиков, обработанных контроллером, который формирует команды на включение соответствующих источников света, размещенных на ручке. Недостатком таких устройств является использование внешнего источника питания, что не позволяет решить проблему энергосбережения, а также отсутствие индикации состояния блокировки двери.
Известен узел дверной ручки (US 3955075), в которой ручка используется как источник освещения в помещении. Недостатком известного устройства является наличие внешнего источника питания и внешнего источника света.
Известен узел дверной ручки (US 7522042), использующий кинетическую энергию открываемой двери для вращения ротора генератора электрического напряжения, выход которого через преобразователь напряжения подключен к потребителям. Это решение позволяет обеспечить энергосбережение и надежность функционирования охранной системы в аварийных ситуациях, например, при отсутствии сетевого напряжения в помещении. Однако известное решение является технически и технологически сложным, прежде всего по причине сложности выполнения и эксплуатации электромагнитного генератора. Кроме того, генератор работает ограниченное время (только в процессе открывания/закрывания двери), что ограничивает величину вырабатываемой энергии, которая фактически может быть использована только для периодической подзарядки аккумулятора, а не в качестве самостоятельного источника питания.
Известны узлы дверных ручек (US 7866195 B2, US 4683741, US 7248163 B2, US 20140311197 A1, US20110016938 A1), обеспечивающие контроль и индикацию состояния блокировки двери. Достоинством этих устройств является световая индикация блокировки посредством размещения источников света на ручке двери, что позволяет обеспечить их эффективную эксплуатацию при низком уровне освещения и в темноте. Недостатком известных устройств является необходимость использования для обеспечения их функционирования, а также для освещения ванных и туалетных комнат внешних источников электрической энергии.
Наиболее близким техническим решением, принятым в качестве прототипа, является узел дверной ручки (US 7248163 B2), который содержит внутреннюю рукоятку и наружную рукоятку, соединенные полым штоком, защелку, электрическую кнопку, включатель блокировки, размещенный на внутренней рукоятке, соединенный посредством приводного стержня, проходящего внутри полого штока, с защелкой и приводом электрической кнопки, и источник света, размещенный на наружной рукоятке.
В известном техническом решении при нажатии кнопки блокировки, размещенной на внутренней рукоятке, обеспечивается блокировка двери и нажатие электрической кнопки, которая включает источник света, размещенный на внешней рукоятке, что свидетельствует о запертом состоянии двери.
Однако данное техническое решение не позволяет решить задачу энергосбережения, так как для освещения ванной или туалетной комнаты используется внешнее сетевое освещение. Кроме того, не обеспечивается индикация местоположения рукоятки двери и сетевого выключателя, что создает проблемы в ночное время.
В основу изобретения положена задача создания узла дверной ручки, обеспечивающего индикацию состояния блокировки двери, индикацию местоположения рукоятки и освещение помещения без использования внешних источников энергии за счет кинетической энергии нажатия рукоятки.
Поставленная задача достигается тем, что узел дверной ручки, содержащий внутреннюю рукоятку с фланцем, соединенную полым штоком с наружной рукояткой, фиксатор, размещенный на внутренней рукоятке и соединенный посредством приводного стержня, проходящего внутри полого штока, с защелкой и первым концевым включателем, и первый источник света, размещенный на наружной рукоятке, согласно изобретению, содержит датчик освещения, размещенный на наружной рукоятке, второй источник света, размещенный на внутренней рукоятке, и средство преобразования кинетической энергии поворачиваемых наружной и внутренней рукояток в световую энергию, включающее цилиндрический корпус с зубчатым венцом и выступом на внутренней боковой поверхности, установленный внутри фланца внутренней рукоятки с возможностью поворота и имеющий первую крышку с отверстием для соединения с полым штоком и вторую крышку с отверстием для свободного размещения полого штока, установленную с возможностью подвижного соединения относительно боковой поверхности цилиндрического корпуса, и установленные внутри цилиндрического корпуса на второй крышке пружинный двигатель, имеющий входную шестерню, установленную на оси, закрепленной на второй крышке, и находящуюся в зацеплении с зубчатым венцом цилиндрического корпуса, и выходное зубчатое колесо, второй концевой включатель, входящий в зацепление с выступом цилиндрического корпуса при его повороте, пьезоэлектрический генератор с пьезоэлектрической пластиной, взаимодействующей с выходным зубчатым колесом пружинного двигателя при повороте цилиндрического корпуса, и последовательно соединенные с пьезоэлектрическим генератором преобразователь напряжения и контроллер, к информационным входам которого подключены датчик освещения, первый и второй концевые включатели, а выходы подключены к первому и второму источникам света.
Предпочтительно, чтобы пружинный двигатель дополнительно содержал спусковой механизм и последовательно установленные на валу, закрепленном на второй крышке, заводное колесо, входящее в зацепление с входной шестерней, храповое колесо, промежуточное колесо с собачками, жестко закрепленное на валу, и барабан, внутри которого закреплена ленточная пружина, на первом участке наружной боковой поверхности барабана выполнен зубчатый венец, взаимодействующий со спусковым механизмом, а на втором участке равномерно расположены зубья, при этом второй участок наружной боковой поверхности барабана служит выходным зубчатым колесом.
Конструктивно целесообразно, чтобы между внутренней боковой поверхностью цилиндрического корпуса и второй крышкой был установлен подшипник скольжения, обеспечивающий подвижное соединение между названными элементами, а на второй крышке выполнена желобообразная отбортовка, при этом подшипник скольжения выполнен из антифрикционного материала в виде ступенчатого кольца, одна ступень которого примыкает к внутренней боковой поверхности цилиндрического корпуса, а вторая повторяет форму желобообразной отбортовки и установлена с зазором относительно нее.
Целесообразно также, чтобы преобразователь напряжения был выполнен в виде последовательно соединенных выпрямителя, вход которого является входом преобразователя напряжения, и накопителя, выход которого является выходом преобразователя напряжения, а в качестве накопителя был использован ионистор.
Кроме того, предпочтительно, чтобы источник света на внешней стороне ручки был выполнен в виде светодиодов различного цвета, источник освещения на внутренней стороне ручки был выполнен в виде блока светодиодов, внутренняя и наружная рукоятки были выполнены из полупрозрачного рассеивающего материала, а источники света и освещения помещены внутрь рукояток.
Технический результат настоящего изобретения заключается в возможности обеспечения индикации состояния блокировки двери, индикации местоположения рукоятки и автоматического включения освещения помещения без использования внешних источников энергии. Указанный результат достигается в предложенной конструкции узла дверной ручки за счет преобразования кинетической энергии нажатия внутренней и наружной рукояток в световую энергию, а также организации необходимой логики функционирования источников света.
Изобретение просто в применении, так как предложенное техническое решение реализовано в виде автономного законченного узла, легко сопрягающегося с существующими запорными элементами дверных ручек, используемых в ванных и туалетных комнатах.
В дальнейшем изобретение поясняется чертежами, которые не охватывают и, тем более, не ограничивают весь объем притязаний данного технического решения, а являются лишь иллюстрирующими материалами частного случая выполнения.
Фиг. 1 изображает вид сбоку на узел дверной ручки, частичный вырыв, согласно изобретению;
Фиг. 2 - разрез по линии А-А на фиг. 1;
Фиг. 3 - узлы пружинного двигателя, вид сбоку, согласно изобретению;
Фиг. 4 - фрагмент цилиндрического корпуса;
Фиг. 5 - вид на внутреннюю рукоятку, согласно изобретению;
Фиг. 6 - вид на наружную рукоятку, согласно изобретению;
Фиг. 7 - функциональная электрическая схема, согласно изобретению.
Узел дверной ручки содержит внутреннюю рукоятку 1 (фиг. 1) с фланцем 2, наружную рукоятку 3 с фланцем 4, соединенные между собой полым штоком 5, фиксатор 6, размещенный на внутренней рукоятке 1 и соединенный посредством приводного стержня 7, проходящего внутри полого штока 5, с защелкой 8 и первым концевым включателем (на фиг. 1 не показан). Узел дверной ручки также содержит средство 9 преобразования кинетической энергии поворачиваемых наружной и внутренней рукояток в световую энергию (на фиг. 1 показано условно), включающий цилиндрический корпус 10, установленный внутри фланца 2 с возможностью поворота, пружинный двигатель, концевой включатель, пьезоэлектрический генератор с пьезоэлектрической пластиной, преобразователь напряжения и контроллер, которые будут изображены на последующих фигурах.
Цилиндрический корпус 10 имеет первую крышку 11 с отверстием для соединения с полым штоком 5 и вторую крышку 12 (фиг. 2) с отверстием для свободного прохождения полого штока 5. Вторая крышка 12 установлена с возможностью подвижного соединения относительно боковой поверхности цилиндрического корпуса 10. На внутренней боковой поверхности цилиндрического корпуса 10 вблизи второй крышки 12 выполнен зубчатый венец 13 (изображен пунктиром) и выступ 14.
На наружной рукоятке 3 установлен первый датчик 15 освещения (фиг.1); на внутренней рукоятке 1 может быть размещен второй датчик 16 освещения, как представлено в описываемом варианте выполнения.
На фиг. 2 детально представлено средство 9 преобразования кинетической энергии поворачиваемых наружной и внутренней рукояток в световую энергию, которое содержит закрепленные внутри цилиндрического корпуса 10 на второй крышке 12 первый концевой включатель 17, пружинный двигатель 18, второй концевой включатель 19, пьезоэлектрический генератор 20 с пьезоэлектрической пластиной 21, преобразователь 22 напряжения и контроллер 23. Электрические связи пьезоэлектрического генератора 20, преобразователя 22 напряжения и контроллера 23 с другими элементами устройства будут далее показаны на фиг.7
Пружинный двигатель 18 содержит входную шестерню 24, которая установлена на оси 25, закрепленной на второй крышке 12 цилиндрического корпуса 10, и выходное зубчатое колесо 26. Входная шестерня 24 находится в зацеплении с зубчатым венцом 13 цилиндрического корпуса 10.
Пружинный двигатель 18 (фиг. 2, 3) также содержит последовательно установленные на валу 27, закрепленном на второй крышке 12, заводное колесо 28, входящее в зацеплении с входной шестерней 24, храповое колесо 29, промежуточное колесо 30 с собачками 31 и барабан 32.
Заводное колесо 28 жестко связано с храповым колесом 29 и свободно вращается на валу 27, на котором также вращается барабан 32, при этом промежуточное колесо 30 жестко закреплено на валу 27.
На одном участке наружной боковой поверхности барабана 32 выполнен зубчатый венец 33, взаимодействующий со спусковым механизмом 34 (фиг. 2), а другой участок, на котором равномерно расположены зубья 35 (фиг. 3), служит выходным зубчатым колесом 26 пружинного двигателя 18. Внутри барабана 32 помещена заводная пружина 36 спиральной или S-образной формы. Внутренний конец пружины 36 закреплен на валу 27, а ее внешний конец закреплен внутри барабана 32 посредством фрикционной накладки (на чертеже не показана). Упругость фрикционной накладки рассчитана из условий, чтобы при полном заводе внешний конец пружины 36 вместе с фрикционной накладкой проскальзывал по внутренней боковой поверхности барабана 32, что предохраняет пружину 35 от чрезмерного завода и поломки.
С приводным стержнем 7 жестко соединен Г-образный рычаг 37 (фиг. 2), выполненный с возможностью взаимодействия с концевым включателем 16 при повороте приводного стержня 7. Для этой цели в полом штоке 5 в зоне установки концевого включателя 16 выполнена прорезь, обеспечивающая свободный поворот Г-образного рычага 37 в отверстии 38, выполненном в крышке 12. Для крепления к дверному полотну в крышке 12 предусмотрены отверстия 39. На второй крышке 12 также имеются отверстия 40 для шпилек крепления планки, фиксирующей верхние концы оси 25 и вала 27 (шпильки и планка на чертежах не показаны).
Подвижное соединение цилиндрического корпуса 10 со второй крышкой 12 обеспечивается посредством подшипника 41 скольжения (фиг. 4), который в описываемом варианте представляет собой ступенчатое кольцо из антифрикционного материала, например, из капролона или фторопласта, первая ступень которого закреплена клеем или винтами к внутренней поверхности цилиндрического корпуса 10 вблизи расположения второй крышки 12. На второй ступени ступенчатого кольца, диаметр которой превышает диаметр первой ступени, выполнен желоб 42, который образует первую поверхность скольжения. На крышке 12 выполнена желобообразная отбортовка 43, повторяющая форму желоба 42, которая образует вторую поверхность скольжения. Для улучшения скольжения между поверхностями скольжения может быть использована смазка.
На фиг. 5 и 6 изображен внешний вид узла дверной ручки, установленной на дверном полотне с внутренней и наружной сторон, соответственно. На внутренней рукоятке 1 размещен источник света, выполненный в виде блока 44 светодиодов. На наружной рукоятке 3 также размещен источник света, выполненный в виде двух светодиодов 45, 46 разного цвета свечения, например, красного и зеленого, соответственно. На наружной рукоятке 3 размещен элемент 47 принудительной разблокировки защелки 8.
Фиг. 7 иллюстрирует электрическое соединение элементов - последовательно соединенных пьезоэлектрического генератора 20, преобразователя 22 напряжения и контроллера 23, с другими элементами устройства. К информационным входам контроллера 23 подключен по меньшей мере датчик 14 освещения (дополнительно также может быть подключен датчик 15 освещения), первый и второй концевые включатели 17, 19. Выходы контроллера 23 подключены к первому и второму источникам света, в данном варианте к блоку 44 светодиодов на внутренней рукоятке 1 и светодиодам 45, 46 на наружной рукоятке 3.
В описываемом варианте преобразователь 22 напряжения выполнен в виде последовательно соединенных выпрямителя 48 и накопителя 49 энергии. Выпрямитель 48 преобразует входное переменное напряжение в однополярные полуволны, предназначенные для зарядки накопителя 49 энергии, в качестве которого целесообразно использовать ионистор, обладающий большой емкостью, малыми токами утечки и небольшими габаритами по сравнению с электролитическими конденсаторами.
Узел дверной ручки работает следующим образом.
В исходном состоянии контроллер 23 (фиг. 7) анализирует сигнал с первого датчика 15 освещения, и в случае недостаточного освещения формирует сигнал, поступающий на светодиод 46, зеленого цвета для обеспечения индикации местоположения наружной рукоятки 3. В случае достаточного уровня освещения индикация не включается. Необходимый порог освещенности устанавливается при программировании контроллера 23.
При нажатии внутренней или наружной рукоятки 1,3 (фиг. 1) полый шток 5 поворачивается и выводит защелку 8 из зацепления с гнездом в дверной коробке (на чертежах не показана), что обеспечивает возможность открывания двери. Одновременно поворачивается цилиндрический корпус 10, выступ 14 на внутренней боковой поверхности которого осуществляет кратковременное нажатие на концевой включатель 19, который формирует сигнал, поступающий на информационный вход контроллера 23. По этому сигналу контроллер 23 формирует сигнал на кратковременное (примерно 3-5 сек) включение блока 44 светодиодов на внутренней рукоятке 1. Если в течение этого времени не будет осуществлена блокировка защелки 8 путем поворота фиксатора 6, сигнал на включение блока 44 светодиодов снимается.
При повороте фиксатора 6 Г-образный рычаг 36 также поворачивается и нажимает концевой включатель 17, что приводит к формированию информационного сигнала, поступающего на вход контроллера 23. По этому сигналу контроллер 23 отключает первый светодиод 44 зеленого цвета (если он был включен) и формирует сигнал на включение второго светодиода 45 красного цвета, а также сигнал на включение блока 44 светодиодов. Такое состояние сохраняется в течение всего времени включенной блокировки защелки 8 и на 3-5 сек после снятия блокировки. После этого узел дверной ручки возвращается в исходное состояние.
При установке на внутренней рукоятке 1 второго датчика 16 освещения контроллер 23 обеспечивает блокировку включения блока 44 светодиодов в случае включения в помещении сетевого освещения.
При падении напряжения на выходе накопителя 49 энергии ниже заданного вследствие его разрядки контроллер 23 формирует сигнал мигающего режима работы светодиода 46 зеленого цвета. В этом случае возможна принудительная зарядка накопителя 49 энергии последовательным повторным нажатием рукояток 1, 3 узла дверной ручки.
Отличительной особенностью настоящего изобретения является то, что питание электронных компонентов узла дверной ручки осуществляется без использования внешних источников энергии, а только за счет использования кинетической энергии движения рукояток.
Процессы преобразования энергии в узле дверной ручки описаны ниже.
При нажатии наружной или внутренней рукоятки 1, 3 посредством поворота полого штока 5 осуществляется поворот цилиндрического корпуса 10 относительно его второй крышки 12, закрепленной в выборке дверного полотна. Вращение цилиндрического корпуса 10 передается через зубчатый венец 13 на входную шестерню 24 пружинного двигателя 18 и далее через заводное колесо 28 передается на вращающийся барабан 32. Собачки 31 входят в зацепление с косыми зубьями храпового колеса 29 при направлении его вращения, соответствующему нажатию внутренней или наружной рукоятки 1, 3, передавая вращательный момент от храпового колеса 29 промежуточному колесу 30, жестко закрепленному на валу 27. Таким образом, при нажатии одной из рукояток 1, 3 происходит однонаправленная закрутка вала 27.
При смене направления вращения храпового колеса 29, которое соответствует возвращению рукояток 1, 3 в исходное положение, собачки 31 выходят из зацепления с храповым колесом 29. При этом блокировка вала 27 от обратного раскручивания обеспечивается одним из известных механизмов, применяемых в механических часах, например, с использованием собачек или подпружиненных муфт для зацепления с корпусом барабана 32.
При этом совокупность зубчатого венца 13, входной шестерни 24 и заводного колеса 28 образуют мультипликатор, обеспечивающий повышение угловой скорости вращения вала 27 и, как следствие, увеличение скорости его вращения относительно цилиндрического корпуса 10.
Барабан 32 приводится во вращение вокруг вала 27 за счет энергии раскручивания помещенной внутри него пружины 36, а его угловая скорость ограничивается спусковым механизмом 34, который в данном случае может быть реализован также, как в механических часах (см. например, Попова В.Д., Гольденберг Н.Б. Устройство и технология сборки часов. М.: «Высшая школа» 1989 г., стр. 163-174).
При вращении барабана 32 зубья 35 на его наружной поверхности входят в зацепление с пьезоэлектрической пластиной 21 пьезоэлектрического генератора 20, вызывая в ней свободные механические колебания, в результате чего на гранях закрепленного конца пьезоэлектрической пластины 21 возникает переменное электрическое напряжение, которое через выходные выводы (на чертеже не показаны) пьезоэлектрического генератора 20 подается на вход преобразователя 22 напряжения. В качестве варианта выполнения возможно осуществить крепление пьезоэлектрического генератора 20 непосредственно на плате преобразователя 22 напряжения.
Принудительная разблокировка защелки 8 обеспечивается посредством элемента 47, установленного на наружной рукоятке 3.
Переменное напряжение преобразуется в однополярные полуволны в выпрямителе 48 и используется для зарядки накопителя 49, выходное напряжение с которого подается на контроллер 23, который обеспечивает обработку входных информационных сигналов и формирование команд на включение источников света в соответствии с описанным выше алгоритмом.
Выполнение внутренней и наружной рукояток из полупрозрачного рассеивающего материала и размещение источников света и датчиков освещения внутри рукояток позволяет обеспечить получение мягкого рассеянного света.
Таким образом, настоящее изобретение позволяет осуществлять индикацию состояния блокировки двери, индикацию местоположения рукоятки и автоматическое включение освещение помещения без использования внешних источников энергии за счет преобразования кинетической энергии нажатия внутренней и внешних рукояток в световую энергию.
Изобретение просто в осуществлении, так как техническое решение практически реализовано в виде автономного законченного узла, который легко сопрягается с существующими конструкциями узлов дверных ручек, используемых на дверях ванных и туалетных комнат.