防水的电开关组件
阅读说明：本技术 防水的电开关组件 (Waterproof electrical switch assembly ) 是由 J·A·西蒙尼斯帕冯 J·费尔南德斯雷纳 A·罗哈斯奎瓦斯 F·E·纳瓦罗佩雷斯 于 2020-04-15 设计创作，主要内容包括：一种防水的电开关组件,包括封闭隔间和容纳在所述封闭隔间内的电开关(10),从所述隔间引出的电缆(16)与所述电开关(10)连接,所述隔间被布置在壳体(11)内,所述壳体具有带有两个开口(11a、11b)的腔体,第一开口(11a)由被附接到所述壳体(11)的能压缩的弹性本体(12)密闭地密封,第二开口(11b)由盖(13)密闭地密封。所述弹性本体(12)延伸到所述壳体(11)的腔体中,提供支撑所述电开关(10)的表面(12b),所述盖(13)在其内表面上具有管状壁(18),所述管状壁被插入到所述壳体(11)的腔体中,并沿着周界与所述弹性本体接触,所述管状壁(18)完全地围绕所述开关并确保其防水性。(A watertight electric switch assembly comprising a closed compartment and an electric switch (10) accommodated in the closed compartment, an electric cable (16) leading from the compartment being connected with the electric switch (10), the compartment being arranged in a housing (11) having a cavity with two openings (11a, 11b), a first opening (11a) being hermetically sealed by a compressible, elastic body (12) attached to the housing (11), a second opening (11b) being hermetically sealed by a cover (13). The elastic body (12) extends into the cavity of the housing (11), providing a surface (12b) supporting the electric switch (10), the cover (13) having on its inner surface a tubular wall (18) inserted into the cavity of the housing (11) and in contact with the elastic body along the perimeter, the tubular wall (18) completely surrounding the switch and ensuring its waterproofness.)
技术领域
本发明涉及一种防水的电开关组件，该防水的电开关组件特别耐受与水接触。
使电气和电子部件(尤其是开关)绝缘在当今至关重要。从这个意义上说，电气和电子装置在使用操作方面受到越来越严格的测试，它们必须经受组合测试，其中最严格的测试有浸入到水中、加压水中以及盐水蒸汽中，以确保水不会渗入部件或在最小渗入情况下水不会影响所述部件。
此外，在当今汽车行业中，除了开关装置实现其适当的密封功能、防止水渗入并到达开关装置之外，优化、小型化、减少化学粘合剂以及使用可回收的易于制造的材料也是至关重要的。
背景技术
目前用于保护电开关的最广泛使用的系统之一使用热塑性塑料执行包覆成型(overmold，二次成型)，尽管该系统价格昂贵，但仍无法将全部的通入内部电气或电子部件的进水通道封闭。
专利文件US 8822863-B2公开了一种抵抗水和/或湿气渗入的密封式开关，所述开关由壳体2形成，壳体2限定了容纳PCB组件的腔体，该PCB组件由PCB6、触觉电开关7、其他部件(诸如电容器8或电阻器9)以及穿过壳体2的开口14的电缆13e形成。
壳体2具有通过弹性按钮3密封的上部开口2A，和通过能模制的注射材料11密封的下部开口2U，使得壳体2被完全地密封。
根据一个实施例，在注射/模制过程中，按钮3可以相对于壳体2包覆成型，从而密封上部开口2A，而一旦PCB组件5已经被插入到壳体2中，则注射能模制的材料11(优选地为聚酰胺(TPE-A))，在所述能模制材料11与按钮3、壳体2和PCB组件5之间形成粘合附接，从而在其固化后，密封壳体2的下部开口2U和开口14，呈现壳体2的内部腔体的形状。
此外，当能模制的材料11被注射到壳体2的腔体中时，在电缆13周围形成密封。
专利申请DE 102016013790A1中还描述了一种以类似方式制成的密闭式按钮开关，其中按钮部相对于壳体的上部和壳体的下部包覆成型，所述上部容纳有开关，所述下部填充有环氧树脂。
DE 202016107304U1公开了一种手持式发射器，该发射器具有改进的防水保护(特别是改进的防水射流保护)以及安全切换行为，该发射器包括两个外壳，这两个外壳被配置为在弹性密封块60插入的状态下联接，从而限定了壳体，并包括具有外围裙部75的上壳体70和具有外围裙部14的一个下壳体10。这些外壳70中的第一个具有开口71，一些键51的一些按键(keypads，键区)53穿过所述开口71，这些按键53是布置于两个外壳之间的弹性密封块60的一部分。键52被设计成操作由印刷电路板30支撑的(开关垫50的)开关。
EP 1032004A2公开了一种防水的开关装置，其具有由被夹紧在一起的两个部分31、32形成的本体。下部外壳32具有直立的外围凸缘33，该外围凸缘具有向内突出的唇部34，该唇部用于与上部31的对应部分35夹在一起地接合以形成壳体。弹性钮形式的弹性操作构件36穿过上部31的孔而突出，并具有用于操作电路装置11的向下突出部37。钮36沿着上部31的内壁延伸，并被包覆成型到该壁以与其形成密封。壳体的下部32具有另一直立肋38，当这两个部被夹在一起时，肋38被推靠在弹性体的端面39上以保持到位。
尽管上述专利文件中描述的对按钮本体包覆成型的技术摒弃了对使用特殊的粘合剂或涂层的需要，但可以注意到，仍在使用通过注射或填充必须在壳体的腔体内固结的物质而进行的壳体密封操作，导致装配开关的操作复杂且成本高。
本发明提出了一种避免使用树脂或类似物来填充开关的壳体的解决方案，其通过物理屏障来提供水密性(watertightness，防水性)，该物理屏障是由从壳体开口的封闭盖衍生出的连续壁与用于形成按钮的弹性本体之间的干涉而获得的，所述壁围绕开关所在的区域。
发明内容
如上所述，本发明旨在解决与如下有关的问题：电子产品缺乏水密性，以及这些产品如何受到腐蚀以及诸如短路等其他问题的影响。
所提出的解决方案避免了使用粘合剂，从而消除了诸如气泡以及气泡检测困难、缺乏交联(cross-linking)、同质性疏忽(homogeneity oversight)等问题。此外，所提出的解决方案使得开关组件更容易装配在一起，提高了系统可靠性和装配稳定性，增加了水屏障的数量，从而提高了与水密性相关的安全性。
所提出的结构允许通过仅在压缩下同时改变弹性材料来提高对温度和水的抵抗，该材料可以选择为使用适用于低温范围的TPE(热塑性弹性体)，或使用用于更高抵抗的硅树脂(LSR)，其在大温度范围内具有低蠕变变形和低压缩形变(low compression set)。
本发明的防水的电开关组件包括：
-封闭隔间；以及
-电开关，其被容纳在所述封闭隔间内，并具有与之连接的电导体；
所述封闭隔间被布置在限定有腔体的壳体内，所述腔体具有两个开口，第一开口由能压缩的弹性本体密闭地密封，所述能压缩的弹性本体被附接到所述壳体，第二开口由盖密闭地密封，所有这些都是根据已知的、特别是在文件US 8822863-B2中公开的现有技术。
相比于开关组件的这种已知结构，本发明的特征在于，上述能压缩的弹性本体部分地延伸到壳体的腔体中并提供一表面，开关被布置在该表面上(例如被安装在其上)，壳体的第二开口的上述封闭盖在其内表面上还包括至少一个管状壁(其具有任何适合的横截面)，该管状壁被插入到腔体中，并与弹性本体的所述表面建立周界干涉接触(即，沿着其整个轮廓按压)，所述盖的该管状壁完全地围绕开关，从而确保其防水性。换句话说，当将壳体的第二开口(该第二开口供进入容纳有开关的腔体)的盖封闭时，所述盖的内表面的该管状壁提供了附加的屏障。
该解决方案可以通过刚性壳体实现，所述第一开口和第二开口彼此相对地布置，弹性本体通过包覆成型附接到所述壳体的第一开口，所述弹性本体包括环形凸缘，所述环形凸缘紧靠围绕所述第一开口并限定用于开关的所述支撑表面的壳体的内表面的一部分放置。
此外，还设想到外部部分通过包覆成型与所述弹性本体附接，该外部部分被配置为按钮。
第二实施例中，能压缩的弹性本体不必被包覆成型，这降低了将其装配在一起的成本和操作，同样也提供了有效的水密性。
在该第二实施例中，同样使用刚性壳体，所述第一开口和第二开口彼此相对地布置，并且在该示例中能压缩的弹性本体被引入到壳体中、穿过第一开口而伸出(emerging，冒出)，弹性本体的弯曲部具有平坦部分，该平坦部分紧靠围绕所述第一开口的壳体的内表面的一部分放置，所述弹性本体的所述平坦表面被盖的内表面的所述管状壁按压。在该第二实施例中，弹性本体还包括管状壁，其朝向壳体的腔体的外部延伸，从所述弯曲部伸出，直至与第二开口的所述封闭盖的内表面建立周界干涉接触，该管状壁的自由边缘(具有倒圆的横向轮廓)压在所述内表面上。
在该第二实施例中，弹性本体的管状壁和盖的管状壁具有不同的宽度，并且在它们被安装在一起的布置中彼此非常靠近，因此它们提供了双重水密屏障。
在该第二实施例中，鉴于弹性本体没有通过包覆成型被附接到壳体的本体，因此无需使用与壳体的材料(通常为聚合物材料)兼容的弹性体(elastomer)，因此取决于应用的技术要求，可以使用市场上任何可利用的弹性体。
弹性本体由能够在-85℃至+85℃的温度范围内正常工作的弹性热塑性材料制成。
上述电开关优选地包括印刷电路板，该印刷电路板支撑电气或电子开关部件或装置，并且两个绝缘电导体的端部通过焊接被连接到该印刷电路板，这两个绝缘电导体穿过所述弹性本体被延长到壳体的外部，所述印刷电路板被安装在所述弹性本体的凹入部分中，位于壳体的腔体内，并由提供水密功能的周壁围绕或在所述第二实施例的示例中由两个壁围绕。
在开关中会聚的两个绝缘电导体通过壳体的侧窗退出到外部，该侧窗由所述弹性本体的延伸部占据，并且所述绝缘电导体穿过该延伸部，因此这种类型的布置决定了上述通道的密闭密封。
堵塞壳体的第二开口的盖通过超声波焊道(ultrasonic weld bead，超声波焊缝)或通过机械紧固件被固定到所述壳体。
在应用机械紧固件的示例中，所述机械紧固件通过例如盖的侧部附件的联接而提供，该侧部附件被插入到壳体的腔体中，与两个相对的内壁平齐并被锚固在所述内壁的侧开口或凹槽上。如果存在壳体的侧开口，则水可以通过所述开口渗入，但是，水将会流入上述双重壁屏障，从而保持了开关的防水保护。
基于上文已说明的内容，应理解的是，本发明提出使用同一个柔性元件，即上述弹性本体，使容纳在壳体的腔体中的开关或其它电气或电子部件绝缘。以这种方式，单个弹性元件在两个区域(这两个区域为部件被安装在腔体中的区域以及用于电缆的区域)覆盖同一防水保护，从而避免了迄今为止一直使用的独立接合元件、任何类型的粘合剂或热固性树脂，并且避免了装配成本的增加。
上述解决方案的一个优点在于，根据技术要求，可以只考虑一个待被更换的元件，即弹性本体。
除水密性外，另一优点是对实际电气或电子部件或装置的机械保护，因为可以根据冲击、外部抵抗、腐蚀等方面的要求来选择元件对其进行保护。
应理解的是，对于诸如平行、垂直、相切等几何位置，允许相对于所述术语限定的理论位置偏差至多±5°。
还应理解的是，所提供的任何取值范围就其端值而言可能不是最优的，并且可能需要对本发明进行修改以使所述端值适用，所述修改是本领域技术人员能够实现的。
附图说明
基于以下参考附图对一些实施例进行的详细描述，上述和其他优点及特征将被充分理解，附图必须以说明性和非限制性的方式进行解释，其中：
图1是根据第一实施例的本发明的电开关组件的截面立体图。
图2是图1中的电开关组件通过其下表面观察到的立体图，封闭盖已被移除，这允许看到支撑电子开关部件或装置的印刷电路板，以及被连接到所述板的绝缘电缆。
图3是前两张附图中的开关组件的立体图，其示出了按钮部和离开壳体的绝缘电缆。
图4是壳体的第二开口的封闭盖的立体图，其示出了从该封闭盖的内表面衍生出的管状壁，以及确定管状壁的自由边缘并优选地具有圆形横截面的密封唇缘。
图5是根据第二实施例的本发明的电开关组件的截面立体图。
图6是图5中的电开关组件通过其下表面观察到的立体图，封闭盖已被移除，这允许看到支撑开关的印刷电路板、从围绕所述印刷电路板的弹性本体处伸出的管状壁，以及被连接到所述印刷电路板并延伸到外部的绝缘电缆，所述绝缘电缆穿过被布置在壳体的侧开口中的弹性本体的延伸部。
图7是前两张附图中的实施例的开关组件的立体图，其示出了按钮部和离开壳体的绝缘电缆。
具体实施方式
在图1至图3示出的第一实施例中，提出了上述电开关组件的结构和/或设计，所述组件被设想为示出外部按钮元件15，即，用户将会按下的按钮并随后该按钮将致动被封装在开关组件10内的电子按钮。
所述外部按钮元件15和壳体11通过弹性本体12附接，弹性本体相对于元件15和壳体11两者包覆成型，并将其一个开口11a封闭，使得只要两者之间存在由包覆成型产生的化学粘合以及化学兼容，就可以防止水进入壳体和所述弹性本体。下面将详细描述封闭盖13，该封闭盖将壳体11的第二开口11b封闭，该第二开口与第一开口11a直接相对。该弹性本体包括面向电开关10的按钮杆而布置的部分12a，该部分允许在变形时致动，作用在所述外部按钮15上。弹性本体12的被布置在壳体的腔体内的部分还具有环形凸缘12b，该环形凸缘紧靠与壳体11的第一开口11a相邻的壳体内表面放置。
图2示出了上述开关组件10，其中封闭盖13已被移除，这允许(经由壳体11的第二开口11b)看到壳体11的腔体内的印刷电路板14，该印刷电路板支撑电子开关部件或装置，并且绝缘电导体16或电缆的端部通过焊接被附接到该印刷电路板，绝缘电导体或电缆通过壳体11的侧窗17(其由包覆成型的弹性本体12的延伸部12c占据)而伸向外部，使得电导体16通过所述延伸部12c嵌入(见图3)，从而确保所述通道的水密性。
上述第二开口由盖13封闭，所述盖可以通过超声波、通过鱼叉型封闭件(盖的互锁在壳体11的壁中的附件)或甚至通过粘合剂来进行密封，但应避免粘合剂这种情况。
根据本发明的提议，上述盖13在其内表面包括管状壁18(在该示例中具有矩形横截面)，该管状壁被插入到壳体11的腔体中直至建立周界干涉接触，其自由边缘(有利地具有倒圆横向轮廓)压在弹性本体的表面(由通过包覆成型被附接到壳体11的腔体的与第一开口11a相邻的内表面的环形凸缘12b提供)上，盖13的该管状壁18完全地围绕上述承载有开关部件的印刷电路板14，并被安装到弹性本体12的内部部分中，从而确保防水性。
确保弹性本体12沿着周界被压入到开关电子部件或装置的位置的整个轮廓中是至关重要的，因此，尽管存在由于与绝缘电导体16的相互作用而导致的高度变化，但盖13的管状壁18必须适应于所述弹性本体12。图4示出了所述壁18的终端轮廓，其中可以看出壁具有周界唇缘(perimetral lip)或拱形部分，该周界唇缘或拱形部分被设计成允许电缆16穿过其而通过。
此外，在第一实施例的解决方案中，盖13具有位于其内表面的中心部分中的突出部或间隔部19，该突出部支撑印刷电路板14，使得该印刷电路板被保持在位并被安装到弹性本体12的内部部分中(见图1)，但同时在按钮对开关的电子部件或装置施加力且后者在印刷电路板14上施加力时，防止印刷电路板14具有支撑和相反的反作用力。
图5至图7示出了应用本发明相同原理的第二实施例，然而在该示例中，弹性本体12不必被包覆成型，从而降低了所示的制造工艺的成本，并获得了相似的水密性条件。
在该第二实施例中，弹性本体12被引入到壳体11的腔体中，其按钮部穿过所述第一开口11a而伸出，并且通过弯曲部12d的平坦表面被保持就位，弯曲部被内支撑在腔体的与所述开口11a相邻的内边缘上，并且类似地，印刷电路板14在由弯曲部12d划分的区域内被安装到该弹性本体12的内部部分中。
在该示例中，除了盖13具有管状壁18(该管状壁的自由边缘(具有倒圆横向轮廓)压在弹性本体12的弯曲部12d的上述平坦表面上、完全地围绕开关的电子部件或装置)之外，聚合物本体12自身还具有另一管状壁20，该管状壁朝向壳体11的腔体的外部延伸，直至与第二开口11b的所述封闭盖13的内表面建立周界干涉接触、压在所述内表面上。
从图5中可以看出，盖13的管状壁18和弹性本体12的管状壁20具有不同的宽度，其彼此非常靠近且被安装在一起。
同一图5示出了通过盖的把手或附件21互锁在壳体11的侧开口22中而将盖13附接到壳体11的示例。鉴于使用由所述壁18、20提供的双重屏障，与所述印刷电路板14相关的开关的电子部件或装置的水密性得到了保证。
图6类似于上述图2的视图，其示出了被布置成安装在弹性本体12的中心部分中的印刷电路板14，该弹性本体被布置在壳体11的腔体内。可以在该图中看到管状壁20，其从弹性本体18衍生出并延伸到外部直至压在盖13的内表面上，如参考图5所解释的。还可以看到电缆16穿过弹性本体而离开，朝向在壳体11上形成的侧窗延伸。
图7类似于图3，并且示出了开关组件，可以看出该开关组件的上部用作按钮。
该第二实施例的一个优点在于，由于没有通过包覆成型来附接弹性本体，因此所述弹性本体不必使用与壳体的材料(通常为聚合物材料)兼容的弹性体。
应理解的是，构成实施例中所描述的本发明的不同部分可以与其他不同实施例中所描述的部分自由地组合，即使所述组合没有被明确地描述，但前提是这种组合不是不利的。
同样地，必须指出的是，本发明的指导适用于密封被包括在封闭隔间中的其他电气或电子部件或装置与水隔绝。
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