CN111727337A - 适应性多功能气动电连接器 - Google Patents

Abstract

一种用于同时气动和电连接的适应性多功能连接器系统，包括插脚和插座。每个连接器都有电触头，圆柱形空心芯从一端到另一端延伸通过连接器。插脚和插座的形状彼此互补，使得所述插脚能够至少部分地插入所述插座中，使得所述圆柱形空心芯对准并且所述电触头啮合。内部密封件在插脚连接器和插座连接器之间形成气密连接。当连接器啮合时，位于插脚连接器和插座连接器外端的外部密封件与气动管形成密封气动连接。额外连接可包括固体传输，例如示例焊接配置中的馈线。

Description

适应性多功能气动电连接器

相关申请信息

本申请书要求于2018年2月15日提交的申请号为62/631,099的美国临时申请的权益，且是其继续申请，其全部内容通过引用纳入本文中。

技术领域

本发明大体上涉及一种用于焊接适配器的连接器，更具体地涉及一种适应性多功能气动电连接器。

背景技术

当前的焊接设置要求用户调换整个电缆组件(即焊枪和电缆)，以便在多工艺焊接机上使用不同类型的焊接方法。例如，不同的焊接工艺需要通过电缆组件将多达四种不同的东西传输到焊枪的前端，即：(1)电源；(2)信号；(3)气体；(4)金属丝。

如图1所示，目前，气体和金属丝通过电缆供给，而电源通过两个螺纹件连接到焊枪上。同时，信号离开电缆，并通过单独的连接进行连接。这对于想要将多工艺焊接机用于多个工艺的用户来说并不理想。电缆组件目前在焊接机本身断开，如图1B所示，而焊机连接见下图。

美国专利号5,338,917描述了一种具有快速断开电缆组件的人体工程学设计的焊枪。使用所述焊枪和电缆组件，导体管可绕手柄中心线旋转360°，导体管可上下铰接15°，手柄后部包括偏离中心线约10°的缓和曲线。

美国专利号5,258,599描述了可转换的TIG、MIG或等离子弧焊接系统，其包括圆柱形对接体，可在焊接站安装到插座中，具有穿过其中的工具通道，用于接收细长金属电极、保护和等离子气体、焊接电位和冷却水。电极通道的一端是螺纹的，以可互换地安装用于熔化金属丝或钨电极的多个电极供给组件中的任何一个，并且输出固定装置安装在主体的另一端，以接收电极和等离子或保护气体，并将其从主体传递。喷嘴组件可拆卸地安装在对接体的另一端，与输出固定装置和相关联的尖端组件呈环绕关系，并与保护气体通道连通，以将保护气体传递到喷嘴的工作端。对接体在通道之间有内部通道，以使冷却水循环通过输出固定装置和喷嘴组件。喷嘴组件的工作端可互换地安装多个气体导向组件中的任何一个，用于相对于弧引导气体。该系统只需改变电极供给组件、尖端组件和气体导向组件，就可以在TIG、MIG和等离子弧焊接之间进行转换。或者，可以用为TIG或MIG焊接设计的喷嘴组件替换整个喷嘴组件。

美国专利公开号US 2017/0151622描述了一种适配器组件，包括联接部分，所述联接部分联接到气体金属弧焊(GMAW)导线驱动组件并接收来自GMAW导线驱动组件的电流。适配器组件包括接收部分，所述接收部分与非GMAW炬的焊接电缆的连接器连接，以从GMAW导线驱动组件向非GMAW炬提供电流。此外，适配器组件包括附着在接收部分周围的绝缘组件。

澳大利亚专利号AU 2011100104 A4描述了一种混合焊炬，涉及将MIG焊炬插头安装到TIG焊炬和电缆(组件)上，以便将TIG焊炬插入焊机，并获得通过多功能(恒压和/或恒流)焊机上现有的MIG插座向其提供电源、保护气体和开关信号的益处，用于进行TIG焊接操作。

美国专利号5,074,802描述了一种用于等离子弧炬的电源和气流的快速断开连接器，具有插头，所述插头包括至少一个插脚触点以及啮合插座，所述啮合插座包括轴向地接收插脚触点的至少一个插座触点。两个触点都具有中央轴向通道，当它们传导较大的高工作电流(通常为20至1000安培直流电)时，以足够的速率传导气体流，以冷却触点。对于高压操作，每个触点被介电材料制成的阻隔套管紧密包围，所述阻隔套管支撑在填充插头或插座的绝缘主体中。

美国专利号4,094,567描述了一种用于同时连接和断开流体导管和导电体的快速连接-断开联接器。所述联接器的特征在于由穿过流体插座的壁承载的电插座结构。所述电插座的构造和尺寸用于伸缩式接收流体插头构件，所述流体插头构件适于与所述流体插座锁定接合。流体插头构件包括嵌入其前端部分内的协同电插头结构。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种连接器，其能够进行多种不同类型连接，同时允许用户相对容易地断开，并提供紧凑的设计。

附图说明

图1A是现有技术电缆焊枪连接的图示。

图1B是另一种现有技术电缆焊枪连接的图示。

图2A是根据本发明的教导的分离的插脚和插座连接器的侧视图。

图2B是根据本发明的教导的啮合的插脚和插座连接器的横截面侧视图。

图2C是根据本发明的教导，包括导线通道插件的啮合的插脚和插座连接器的横截面侧视图。

图3A是根据本发明的教导的分离的插脚和插座连接器的透视图。

图3B是根据本发明的教导的啮合的插脚和插座连接器的透视图。

图3C示出了根据本发明的教导的安装的连接系统的横截面图。

图4描述了一种电缆，其包括导线、馈线和气动管。

图5是根据本发明的教导构造的示例性连接器的图示，其包括插座连接器和插脚连接器。

图6是图5的示例性连接器的横截面图。

图7是图5的示例性连接器的另一个横截面图，示出了插入其中的焊丝。

图8是示出使用中的示例性连接器的图示。

图9是示出使用中的示例性连接器的另一个图示。

具体实施方式

下面对示例方法和装置的描述并不旨在将描述的范围限制在本文详述的精确形式。相反，下面的描述是为了说明，以便其他人可以遵循其教导。

所公开的连接器包括一对电触头，所述电触头有助于将电源、气体和金属线同时从多用途电缆的一部分传输到另一部分。一般来说，连接器采用插脚和插座设计，但是连接器是空心的，以允许气体和/或金属馈线移动穿过触头的中心。所公开的示例性连接器具有重要意义，因为该设计可用于多个过程，如可通过在单个动作中完成所需连接中的至少三个而用于示例性多过程焊接机。

在本实施例中，电源、导线和导线周围的气体需要能够不间断地通过焊接连接器，但也必须能够在更换焊枪时断开连接。本发明的连接器通过空心插脚和插座设计使连接同心，并使触头的几何形状支持三个需求的传输，从而解决了多用途、同时连接的问题。

现在参考图2A，示例性连接器110允许用户以快速、易于使用、快速断开接触的方式连接例如电源和气体，同时在一些实施例中允许其他连接，例如馈线。所公开的连接器110是一种插脚和插座设计，连接器的两个半部分112、114都是空心的，以允许气体和金属线通过中心传输。

连接器的半部分112、114是一组具有空心芯116和电触头118的电源触头，允许通过图1所示的插脚和插座啮合方式传输功率。连接器的半部分112、114通常被称为插脚连接器112和插座连接器114或插脚112和插座114。连接器110利用其开放的内部几何结构来解决通过允许导线和气体通过触头中心而产生的问题。在所示的实施例中，插脚连接器112和插座连接器114中的每一个具有从连接器的一端延伸到另一端的空心芯。插座连接器114和插脚连接器112的形状是互补的，以便插座连接114的筒形端120可以接收插脚连接器的啮合端。因此，通过将插脚112至少部分地插入插座114以使圆柱形空心芯对齐，同时以一个动作完成电气和气动连接，从而完成啮合。

插脚连接器112和插座连接器114中的每一个都包括电触头118，其设计用于在插脚和插座啮合时完成一个电路。在图2A所示的示例中，插脚连接器112和插座连接器114各自由导体(例如铜或任何其他合适的金属)制成。在其它实施方式中，只有插脚连接器和插座连接器的互补部分的某些部分根据需要由导体制成，以便在触头之间导电。

插脚连接器112和插座连接器114通过过盈配合结合在一起。在图2A所示的实施例中，当插脚连接器与插座连接器啮合时，插脚112的啮合端的外表面126的直径大于插座连接器的筒形端120的内表面124的啮合端的直径，形成过盈配合。本领域的普通技术人员将理解，过盈配合将允许通过插座的自然柔顺性以及齿122的弯曲来进行连接。

在图2A所示的实施例中，插座114的直径不是静态尺寸，因为插座连接器112的齿122在与插脚114啮合期间通常被固定、屈服或弹到某个尺寸。在其他实施例中，插脚112和插座114的尺寸可根据应用需要改变，以调整连接强度和易用性。插座和插脚触头之间的减小的过盈配合减少了功率容量，延长了使用寿命。

其中一个连接器半部分在啮合时应当是柔顺的，使其安装更容易，以便于手动连接和分离，例如，开槽形成齿122，因此选择它作为外部插座，以消除金属线可能被夹住的任何几何形状。单个弹性指或齿122a、122b、122c、122d位于插座连接器114的一端。如图2B所示，插脚112的齿122在啮合后展开，以在插座114的内表面124和插脚112的外表面126之间施加压力。

为了支持通过触头的馈线，圆柱形空心芯内的线槽140用于控制插脚连接器112内表面圆锥几何结构内的材料传输，以确保导线保持在中心，而不会卡在任何边缘或表面上。在连接系统110的一些示例中，该圆锥几何结构直接并入形成连接器112、114的同一连续体中。在图2C和3C所示的实施例中，为了简化制造和设计灵活性，使用相同的圆锥几何结构创建了插入件130。图3示出了与图2B相同的横截面图，但是插入件130装配到插脚连接器112和插座连接器114中。示例性线槽140的平滑过渡表面是由导槽142到中心孔150的直径不断减小而形成的。这些插入件130包含圆锥定心几何结构，允许通过连接的材料进给平滑过渡。下面更详细地讨论的图4C示出了穿过馈线槽140的馈线160。导线160还可以包括导线引导件146，以防止导线在进入连接系统110之前发生扭结和其他不期望的弯曲。

插入件130放置或至少部分插入插脚连接器112和插座连接器114的空心芯中。插入件130允许连接系统110的不同子组件用于不同类型的运输，并与不同的设备(如不同的电触头或气动软管)相适应。所示实施例中的插入件130是注塑热塑性塑料，但可以由本领域技术人员确定的任何合适材料构成。插入件130可以根据触头所用于的应用进行定制。图3所示的示例性连接系统110用于包括穿过连接系统110中心的导线的焊接。其它示例性插入件130可适于其它流体输送或松散固体通过。

在插脚112上放置内部密封件，以密封连接区域，形成气密连接，并防止任何或任何大量的材料损失。在图2C所示的示例中，内部密封O形环132放置在凹槽134中。在本实施例中，O形环132位于插脚112的外侧，而不是插座114上，因为所需的凹槽134在外部时更易于制造。凹槽134位于插脚112的凹进或直径较小的前表面上，该前表面从插脚112的大直径啮合部分向下延伸。凹陷表面上的凹槽134防止在啮合期间O形环132被刮过插座触头的内侧，缩短了O形环的使用寿命。

为了加强插脚和插座连接器之间的接触并固定连接，可以在插脚连接器112或插座连接器114上定位弹性构件。在所示的示例中，弹性构件是连接到插座114的圆柱形弹簧136，以在多个啮合循环中保持密封力，如图3A和3B所示。弹簧136增加的压力通过增加每个插脚连接器112或插座连接器114表面之间的法向力来改善电气连接的质量。

因此，线槽140的圆锥设计充当定心机构，引导馈线穿过触头，并防止导线截住并卡住馈线器。图3C显示了组装在同心电缆上的触头组件。对于示例焊接电缆，馈线160通过金属线圈引导件146馈送。在本实施例中，插入件的圆锥几何结构定向为接受从左到右馈送的导线。这种几何结构还倍增以作为导线引导件146的前挡块，仅允许馈线160穿过中心孔。

这些插入件130还具有管接头几何形状，以在端部的插脚连接器112和插座连接器114之间形成外部密封，以密封电缆和触头之间过渡处的气体。示例性连接110中的管接头几何结构是从插脚连接器112和插座连接器114的外端的直径延伸的成形突出部154。突出部154的直径超过第一管和第二管的内径，以与弹性管180形成压配合。如示例性连接110所示，突出部154还可以包括用于夹紧管180内部的锐边。插入件140和密封几何结构141可根据触头所用于的应用进行定制，改变突出部的形状和尺寸以更好地固定不同尺寸或材料的管180，如本领域技术人员所理解的那样。

在一些实施例中，如图4所示，馈线在管180内由衬垫182支撑。在这个实施例中，衬垫182是不连续的，以便在切换焊枪时可以断开连接器。阻止示例性衬垫穿过连接器，并且在插脚连接器112和插座连接器114上包括凸缘184，所述衬垫将使用中心圆柱形空心芯进行装配，以允许馈线和气体分别从管180传递到连接系统110。凸缘184位于筒162的外端周围，用作管180的机械止动，因为每个凸缘的直径大于第一管和第二管的某些部分的直径。凸缘164垂直且正确地定位管，留下一部分导电材料暴露以完成电气连接。

带有衬垫184的同心电缆或管180的示例是示例焊接电缆，如图4所示。电缆通常由外层护套、导线160或导体束环、用于输送气体的内管180和支撑穿过电缆的材料馈送的导线引导件186组成。如本领域技术人员所理解的，可以使用其他电缆类型。另一个示例电缆是护套电缆，其包括用单独的外部护套包裹的离散的导线和管。这只需要在装配期间正确布置每个零件。

将导电导线190附接到与电触头116电连接的每个筒162的外部电连接上，当触头啮合时，完成第一导线和第二导线之间的电气连接。导电导线190基本上以同心方式围绕空气承载管180定向。在一些实施例中，导电导线190压接在筒162上，该过程将触头压入导线中，从而形成极强的电气连接。在所示的实施例中，使用压接环将来自电缆的导电导线190的绞合部分压接在每个插脚112和插座114后面的筒162的外表面上，从而环绕绞合部分，并将导线径向挤压到触头中。

现在参考图5和6，公开了用于焊接电缆的连接器210的示例。示例性连接器210包括两个连接器半部分212、214，在该示例中通常被称为插座连接器(212)和插脚连接器(214)。在该示例中，两个连接器半部分212、214各自由导电材料构成，但是本领域技术人员应当理解，两个连接器半部分212、214的至少一部分可以包括诸如外部绝缘涂层(未示出)的非导电材料。由于导电材料，对于示例性连接器210，当两个连接器半部分212、214啮合时，如图6所示，形成电气连接。

插座连接器212的端部包括实心插座筒220。相应地，插脚连接器214的端部包括多个齿222a、222b、222c、222d，其中所述齿222a、222b、222c、222d的大小一起提供与插座筒220的内表面(或内壁)224的过盈配合。更精确地说，在所示的示例中，一旦啮合，则插脚连接器214的齿222a、222b、222c、222d压缩，以在插座连接器212的内表面224上施加压力。这通过增加每个连接器212、214的表面(例如，每个齿(222a-222d)的外表面和内表面224)之间的法向力来提高电连接的质量。虽然在当前示例中，示出了四个齿，但是应当理解，齿的数量可以根据需要变化。

此外，在本实施例中，插座连接器212的内表面224和/或插脚连接器214的外表面226具有圆周槽228，在这种情况下，圆周槽228包括O形环230或其他合适的密封机构。如将进一步描述的，如图6最佳所示，利用O形环230，当插座连接器212和插脚连接器214啮合时，通过连接器210的任何气体都被密封在连接器210内。

参照图6，连接器212、214中的每一个限定沿着连接器212、214中的每个的纵轴L的长度延伸的中空腔240。连接器212、214中的每个的中心在中心处包括用于导线260(参见图7)通过的导槽242。在这个图示的实施例中，导槽242在中心孔250的任一侧都是圆锥形状的(例如计时沙漏形)，当导线260(带或不带支承衬垫)穿过连接器210时，用作定心机构，从而防止导线260在第一次插入和操作期间截住和/或卡在连接器中。

回到图6，多个较小的孔252围绕连接器212、214中的每个中形成的中心孔250并通过引导槽242的相对侧之间的连接器延伸，它们充当连接器210内气体的旁路路径。这些孔252有助于保持通过连接器210的一致气流。

如将了解的，使用环将各种触头压接到每个连接器212、214的筒262上，以将导线压入连接器212、214中。可根据需要使用其它合适的连接方法和/或装置。此外，触头可由任何合适的导电材料设计，例如带有电镀层的铜，以提供电接触并防止磨损和失去光泽。

建议的连接系统110允许在单个绝缘体内进行单动作、多状态平行连接。系统110更小，更有效地将电源、气体和材料连接组合成一个。这也遵循了同心电缆的设计，防止材料浪费，不会将连接的每个部分重新定向到单独的可释放连接器上。因此，该系统110防止气体和馈线需要单独的连接。

尽管本文描述了某些示例方法和装置，但本专利的覆盖范围不限于此。与此相反，本专利涵盖了在字面上或等同原则下完全属于所附权利要求范围内的所有方法、装置和制造物品。

Claims (17)

1.一种适应性多功能连接器，包括：

具有第一电触头的插脚连接器和具有第二电触头的插座连接器，所述插脚连接器和插座连接器中的每个都具有从所述连接器的第一端延伸到第二端的圆柱形空心芯；

所述插脚连接器的第一端成形为与所述插座连接器的第一端互补，使得所述插脚连接器的第一端至少部分地插入所述插座连接器的第一端，使得所述圆柱形空心芯对准并且所述第一电触头与所述第二电触头啮合；

附在所述插脚连接器的第一端的内部密封件，其中当所述插脚连接器插入所述插座连接器时，在所述插脚连接器和所述插座连接器之间形成气密密封；和

第一外部密封件和第二外部密封件，分别位于所述插脚连接器和插座连接器的第一端，其中所述第一外部密封件和第二外部密封件适于分别与第一管和第二管形成气动连接；

其中，当插脚连接器和插座连接器啮合时，圆柱形空心芯允许第一管和第二管之间的气动流动。

2.根据权利要求1所述的气动电连接器，还包括圆柱形空心芯内的导线引导通道。

3.根据权利要求1所述的气动电连接器，还包括放置在插脚连接器和插座连接器的空心芯内的至少一个插入件。

4.根据权利要求3所述的气动电连接器，其中所述插入件具有具有第一内径的第一端和具有第二内径的第二端；其中所述第一内径超过所述第二内径。

5.根据权利要求4所述的气动电连接器，还包括第一馈线引导件，所述第一馈线引导件包括插脚连接器的第一内径和第二内径之间的平滑过渡表面。

6.根据权利要求5所述的气动电连接器，还包括通过馈线引导通道插入的馈线。

7.根据权利要求6所述的气动电连接器，其中所述导线引导通道为开口截头圆锥形。

8.根据权利要求3所述的气动电连接器，还包括通过插入件定位的流量孔。

9.根据权利要求3所述的气动电连接器，其中所述插入件由塑料制成。

10.根据权利要求1所述的气动电连接器，还包括弹性构件，所述弹性构件位于插座连接器的第一端，以增强插脚连接器和插座连接器之间的接触。

11.根据权利要求10所述的气动电连接器，其中，当所述插脚连接器与所述插座连接器啮合时，所述插脚连接器的第一端的外径大于所述插座连接器第一端的内径，从而形成压配合。

12.根据权利要求10所述的气动电连接器，其中所述插座连接器的第一端包括弹性指。

13.根据权利要求1所述的气动电连接器，还包括至少两个凸缘，所述凸缘位于所述插脚连接器和插座连接器的第二端周围，其中所述至少两个凸缘的直径大于所述第一管和第二管的直径。

14.根据权利要求1所述的气动电连接器，其中：

所述插脚连接器还包括电联接到所述第一电触头的第一外部电连接，所述第一外部电连接适于连接到第一导线；并且

所述插座连接器还包括电联接到所述第二电触头的第二外部电连接，所述第二外部电连接适于连接到第二导线，

其中，当插脚连接器和插座连接器啮合时，第一电触头和第二电触头完成第一导线和第二导线之间的电连接。

15.根据权利要求1所述的气动电连接器，其中所述第一外部密封件和第二外部密封件中的每一个进一步包括从所述插脚连接器和插座连接器的第二端伸出的突出部，其中所述突出部的直径超过所述第一管和第二管的内径。

16.根据权利要求1所述的气动电连接器，其中所述插脚连接器的第一端具有具有第一直径的第一部分和具有第二直径的第二部分，其中所述密封件位于所述第一部分上。

17.一种适应性多功能连接器，包括：

具有第一电触头的插脚连接器和具有第二电触头的插座连接器，所述插脚连接器和插座连接器中的每一个具有从所述连接器的第一端延伸到第二端的圆柱形空心芯；

所述插脚连接器的第一端成形为与所述插座连接器的第一端互补，使得所述插脚连接器的第一端至少部分地插入所述插座连接器的第一端，使得所述圆柱形空心芯对准并且所述第一电触头与所述第二电触头啮合；

放置在插脚连接器和插座连接器的空心芯内的至少一个插入件，所述插入件包括开口截头圆锥形导线引导通道，所述开口圆锥形导线引导通道的第一端具有第一内径，第二端具有小于第一内径的第二内径，其中，所述导线引导通道在所述第一直径和第二直径之间平滑且连续地过渡；

附在所述插脚连接器的第一端的内部密封件，其中当所述插脚连接器插入所述插座连接器时，在所述插脚连接器和所述插座连接器之间形成气密密封；和

第一外部密封件和第二外部密封件，分别位于所述插脚连接器和插座连接器的第一端部，其中所述第一外部密封件和第二外部密封件适于分别与第一管和第二管形成气动连接；

其中，当插脚连接器和插座连接器啮合时，圆柱形空心芯允许第一管和第二管之间的气动流动。

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