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CN205211637U - 改进的带开关垫的操作部件 - Google Patents

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CN205211637U CN201520718967.3U CN201520718967U CN205211637U CN 205211637 U CN205211637 U CN 205211637U CN 201520718967 U CN201520718967 U CN 201520718967U CN 205211637 U CN205211637 U CN 205211637U
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Preh GmbH
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Abstract

本实用新型涉及改进的带开关垫的操作部件(1)，包括以下部件：可以在静止位置和转换位置之间运动的驱动件(30)；带有常开触点的电路板(32)；紧邻电路板(32)布置的、由弹性材料制成的开关垫(5)；至少一个接触片(26)，设计在开关垫(5)朝向电路板(32)的一侧；上述部件根据以下方式协同作用：最迟在驱动件(30)处于转换位置时，电路板(32)常开触点(40)通过接触片(26)闭合，此外开关垫(5)上至少设计了一个与接触片(26)相对应的、可以通过驱动件(30)的操作沿着转换位置方向弹性压缩的、在起始位置于开关垫(5)中定义一个单侧开口空腔(11)的触觉反馈罩(10)，以便引发驱动件(30)上的触觉反馈，其中接触片(26)布置在触觉反馈罩(10)所定义空腔(11)的外部。

Description

改进的带开关垫的操作部件
技术领域
本发明涉及一种操作部件，该操作部件具有借助开关垫实现的电气开关功能，主要用于汽车领域。
背景技术
这种开关垫(又被称为开关垫或者键盘垫)是许多操作部件、尤其是具备按键开关功能的操作部件所需核心零件。它决定着触觉反馈(即触觉感受)，并通过集成式接触片决定着电气性能。这种布置在电路板(又称线路板)之上的开关垫一般通过硅橡胶生产。由于将触觉反馈或者复位功能与电气开关功能结合在一起，开关垫可以实现很高的集成密度，同时因为具有平面结构，它还能提供保护以防止灰尘、污染物和液体进入操作部件的接触区内。通常采用基本材料硅橡胶制作一个截锥状或者钟形罩体，罩体可以沿中心轴线过渡为一个圆柱体。罩体下方定义了一个单侧开放的空腔，该空腔位于电路板上。外部的圆柱体末端是驱动件作用点，而位于空腔中的圆柱体内侧末端带有一个由导电材料制成的接触片，成为电接触元件。接触片通常与罩体下方电路板上布置的常开触点协同工作，常开触点被接触片跨接。大多数情况下多个按键在一个开关垫中共同实现，也存在以开关垫为基础的单个操作部件。
通过罩体或者连接部分的形状以及基本材料的材料特性，可以在很大范围内调节操作部件的触觉反馈。对一个操作部件进行操作时，触觉反馈会提高操作可靠性，因为用户可以直接识别功能是否被触发。与声音反馈相比，触觉反馈具有以下优点：即使存在环境噪声(尤其是在汽车中)，人们也能顺利感受到触觉反馈。
虽然人们可以通过选择接触片确定操作部件的电气性能，但是接触片被布置在一个通过相关触觉反馈罩定义的空腔中，从而使接触片的几何设计在厚度和大小方面受到相应空腔尺寸的限制。同时接触片还会产生机械磨损，这种情况经常影响开关功能。由于空腔的空间限制，不能通过相应的接触片设计解决上述磨损问题。
发明内容
所以需要设计一种操作部件，在该设计结构中可最大限度地消除以上限制，并从而得到总体上更加可靠的、尤其是更具温度稳定性的操作部件。这一任务通过具有权利要求所述特征的操作部件完成。本发明的其他特征和优点参见从属权利要求。
需要指出的是，权利要求中所述各种特征可以通过技术上合理的任意形式相互组合，产生符合本发明的其他设计结构。说明部分描述了本发明的特征并对本发明进行了详细阐述，尤其是结合图进行了补充表述。
改进的带开关垫的操作部件，包括：
驱动件，所述驱动件可移动地安装在静止位置和转换位置之间；
带有常开触点的电路板；
由弹性材料制成的开关垫，所述开关垫紧邻电路板布置；
至少一个接触片，设置在开关垫朝向电路板的一侧；
上述部件根据以下方式协同作用，最迟在驱动件处于转换位置时，电路板的常开触点通过接触片闭合，其中开关垫上设有至少一个触觉反馈罩，所述触觉反馈罩与接触片相对应，其可以通过驱动件的驱动沿着转换位置方向弹性压缩，且在起始位置于开关垫中定义一单侧开口空腔，以便引发驱动件上的触觉反馈，其中接触片布置在触觉反馈罩所定义空腔的外部。
本发明涉及一种操作部件，它包括可以在静止位置和转换位置之间移动的驱动件、带有常开触点的电路板以及布置在靠近电路板位置的开关垫，开关垫由弹性材料比如硅橡胶制成。本发明包含以下结构形式：在静止状态下开关垫与电路板保持一定距离，开关垫至少有一部分紧邻电路板或者通过一个单独的间隔件支撑在电路板上。常开触点至少包含两个相互保持一定距离、从而在通常情况下相互绝缘但裸露的即可以接通的接触面。接触面以比如梳子结构或者回形结构印制导线的形式在电路板上提供。根据本发明，“常开”是指接触面虽然以不导电形式跨接，但可以通过触摸实现导电连接。另外本发明所述操作部件至少带有一个接触片，该接触片设计在开关垫上朝向电路板的一侧。驱动件、开关垫尤其是开关垫接触片和触点根据以下方式布置和设计：在静止位置接触片不能使触点接通，电路板常开触点最迟在驱动件转换位置通过接触片闭合即至少两个常开接触面实现导电跨接。
此外开关垫还带有至少一个触觉反馈罩，它与接触片相对应，可以通过驱动件的操作沿着转换位置方向被弹性压缩，并在起始位置于开关垫中定义一个单侧开放的空腔。开关垫(包括触觉反馈罩)优先采用橡胶、尤其是硅橡胶生产。
触觉反馈罩比如主要以钟罩或者空心截锥体的形式设计。触觉反馈罩的作用是：通过产生一个对其压缩存在反作用的、可在驱动件上通过触觉察觉到的复位力，引发驱动件上的触觉反馈。根据本发明，“可压缩”是指：至少通过驱动件静止位置定义的触觉反馈罩原始位置所存在结构高度或者体积出现减小。这种减小可以通过触觉反馈罩的塌陷或者折叠实现。此外，概念“可弹性压缩”还包含以下要求：当压缩作用力消除之后触觉反馈罩自动恢复到其原始形状。
根据本发明，接触片布置在通过触觉反馈罩定义的空腔之外。通过这一设计可在不依赖空腔的情况下选择接触片尺寸。由此可以根据本发明以有利方式调节接触片的电气性能和机械性能，这种调节与触觉反馈罩的机械特性和触觉反馈基本无关。
通过罩体形状、罩体壁厚和基本材料的材料性能，可以在大范围内对触觉反馈进行调节，同时可以在不依赖于触觉反馈的情况下、通过接触片尺寸及其材料特性确定按键的电气性能。接触片可以(比如)通过含碳材料生产、或者通过涂层实现、或者采用所谓的超导片(SC-片，即通过硅酮填充的镍材料格栅)。根据本发明，接触片可以是金制、金箔或者一种金属卡接片。与触觉反馈无关的接触片设计(比如厚度和接触面尺寸)，可以使操作部件最大限度节省空间并实现长期稳定的、即使在温度大幅波动情况下仍能保持可靠的电气功能。开关垫连同触觉反馈罩以及接触片可以设计为一体(比如在接触片和开关垫其余部分之间设计材料连接)。
根据本发明的一种优选实施例，驱动件带有对触摸敏感的输入表面。比如，驱动件包含触摸板或者触摸屏(即显示装置和对触摸敏感的输入表面所形成组合)。根据本发明将开关功能和触觉反馈功能相分离的方案，在将一个比较大的操作界面集成到驱动件中时具有明显优势。其中的关键是整个操作界面上具有尽可能均匀的触觉反馈，这一点还意味着操作界面之外在操作行程和触觉反馈之间存在均匀的比例关系。而电气开关功能方面的关键问题，是可靠的开关操作以及(比如)在相应最大位置“仅有”一个充足的压力。实践证明：如果触觉反馈和电气开关功能分开，则上述两个要求都能得到最大限度的满足。
优选地，电路板布置在背向对触摸敏感的输入表面的驱动件侧。比如，电路板包含用于对操作员的触摸操作进行定位分析的电子元件。
沿着转换位置方向对驱动件进行操作时，电路板常开触点将沿着接触片方向运动。比如，电路板可以移动或者受到弹性支撑。
根据所述操作部件的优选实施例，常开触点布置在电路板上承载电子元件的一侧。电子元件承载侧是指电路板上装备电子元件的一侧。根据本发明采取将触觉反馈罩和开关罩分开的方案后，常开触点可以集成在电路板的电子元件承载侧。在人们已知的解决方案中，通常要采用一个未装备电子元件的电路板或者至少采用一个无电子元件的电路板区域，布置常开触点和支撑开关垫。通过本发明所述原理不再需要采取这种措施。借助本发明中的解决方案，可以将常开触点布置在电路板上装备电子元件的一侧。为了节省结构空间，常开触点与周围电子元件的净距离可以小于5毫米、2毫米甚至小于1毫米。
根据本发明，将接触片布置在空腔之外的同时还应符合以下要求：将接触片布置在罩体上，即背向空腔的罩体一侧。最好将接触片布置在触觉反馈罩旁边。这就意味着布置接触片时与触觉反馈罩轴向错开，而触觉反馈罩轴线平行于操作方向。
最好将接触片布置在开关垫凸起以及/或者加厚位置。比如，开关垫在接触片范围内具有更大的壁厚WS并存在一个凸起。这个凸起在下文中又被称为开关罩。比如，触觉反馈罩的壁厚为WH、开关罩壁厚为WS并且两者通过开关垫材料设计为一体。为了确保开关罩刚度高于触觉反馈罩，开关罩壁厚WS要大于触觉反馈罩壁厚WH，即WS>WH。壁厚WS至少应为壁厚WH的1.5倍，即WS≥1.5·WH；更加合理的设计是：壁厚WS至少为壁厚WH的两倍(即WS≥2·WH)
根据本发明的另一个优选实施例，开关垫在接触片范围内形成一盲孔，该盲孔用于一突起的配合容纳，该突起设计在比开关垫刚度更大的支承件上，这样一方面实现了开关垫的位置固定，另一方面接触片在贴紧触点的状态下通过支承件得以支撑。
根据本发明的一个优选实施例，多个触觉反馈罩布置在一个相应接触片周围，从而可以使触觉特性得到调节。更加合理的设计是：多个触觉反馈罩以相同距离均匀布置在接触片周围。在一个优选实施例中，多个触觉反馈罩布置在接触片周围的一个假想三角形上。
根据本发明的一个优选实施例，在靠近触觉反馈罩的位置、开关垫和驱动件之间、可选地在开关垫和电路板之间布置有间隔元件。间隔元件可以(比如)设计为环形。间隔元件用于将通过触觉反馈罩导致的、作为触觉反馈基础的复位力传递至驱动件。
接触片布置在开关垫一侧，该侧面背向单侧开放的、由触觉反馈罩定义的空腔。触觉反馈罩具有一种对着操作方向变尖的形状，比如可以设计为截锥状。这就意味着触觉反馈罩在其形成空腔的末端，比其对面的“尖形”末端占据更大结构空间、需要更大支承面。因为尖形末端所需空间体积较小、从而为接触片提供了更大结构空间，接触片的接触面尺寸可以设计得更大，由此提高了开关功能的可靠性。
附图说明
下面通过对一个设计示例(该示例不应被理解为限制)的描述，表明本发明的其他特征和优点，该示例参照图做进一步阐述，其中
图1：展示了本发明所述操作部件(处于静止位置)的一个横截面；
图2：是相关开关垫(带三个触觉反馈罩和一个开关罩)的透视性俯视图；
图3：是图2所示开关垫的一个透视性后视图。
具体实施方式
图1展示了本发明所述操作部件1的横截面。这个操作部件包含一个由弹性硅橡胶制成的开关垫5以及一个布置在其上面的驱动件30(处于静止位置)。驱动件30定义了一个对触摸敏感的输入表面35。(比如)驱动件30包含一个触摸板或者触摸屏，它们通过电阻或者电容测量对于触摸操作进行位置分辨检测。驱动30由此定义了一个对触摸敏感的输入表面35。一个作为平面部件的电路板32布置在扁平驱动件30下方、与驱动件固定连接并与其相邻。电路板32的一侧装备有电子元件，其中装备有电子元件33的一面背向驱动件。元件33用于(比如)为触摸板或者触摸屏的位置分辨检测进行分析评估。驱动件30和电路板32可以通过作用于驱动件30的操作力，由图中所示静止位置沿着布置在开关垫5下部的、静止的支承件15移动到一个未显示的转换位置。在电路板32背向驱动件30的一侧34，电子元件33之间布置有在静止位置处于断开状态的触点，即两个在静止位置相互绝缘的触点40。在电路板32下方紧靠电路板并环绕触点40的位置，一个环形间隔元件50布置在开关垫5和电路板32之间。间隔元件带有凹槽51，以便能够以桥的形式跨过某些元件33。比如可以设计至少三个保持一定距离的点状支承区、或者至少三个各构成一个封闭式支承面的支承区，间隔元件50通过这些支承区贴靠在电路板32上。这个间隔元件50背向电路板32的末端位于三个触觉反馈10的上侧，触觉反馈罩围绕触点40设计在开关垫5中。这些触觉反馈罩10导致电路板32和驱动件30回到静止位置，并在其急促折叠特性和固有复位能力协同作用时，产生反作用于操作力的触觉反馈。触觉反馈罩10基本呈截锥体形状，其中触觉反馈罩朝向电路板32的“尖形”末端被设计为圆柱状。触觉反馈罩下部构成一个向下开口的空腔11，空腔通过支承在平面支承件15上得以封闭。开关垫5在触觉反馈罩10之间形成一个凸起20(即所谓的开关罩)。
在朝向电路板32的末端，该开关罩20承载着一个由导电材料制成的接触片26。接触片26根据以下方式布置：在静止位置，接触片与触点40的距离为A；在转换位置，电路板32以及触点40到达接触片26位置，两个接触面40通过接触片26实现导电性跨接。开关罩20的刚度相对较大。当开关罩20和触觉反馈罩10的材料特性相同时，要求的高刚度通过相对于触觉反馈罩壁厚WH提高开关罩20壁厚WS实现。触觉反馈罩10的原始形状是一个壁厚为WH的截锥型基体。开关罩20壁厚WS大于触觉反馈罩10壁厚WH，从而确保开关罩20在面对外部作用力时具有更大刚度。此外开关罩20还通过以下措施得到加强：固定式支承件15的突起24以形状配合连接方式插入一个盲孔中，盲孔被设计在开关垫5中、更确切地说是设计在开关罩20内。刚度相对较大的开关罩20设计结构具有以下作用：通过操作引起的、电路板32沿支承件15方向的运动以及驱动件30的运动，被开关罩20挡停，从而定义了转换位置。
触觉反馈罩10的压缩也在这个点停止。触觉反馈罩10为单一稳定结构，如果作用力重新消失，则触觉反馈罩10将恢复到其原始形状或者初始形状，同时使电路板32以及驱动件30回复到静止位置。无论是触觉反馈罩10被压缩(直到遇到阻力)还是回跳，都会作为触觉反馈被用户感觉到。
在图2和3中都以透视图形式表述了图1所示开关垫5。开关垫5包含三个触觉反馈罩10和一个布置在中心位置的开关罩20。触觉反馈罩10包含一个末端过渡为圆柱的截锥形基体。图3中展示了开关垫5的一个后视图。

Claims (14)

1.改进的带开关垫的操作部件(1)，包括：
驱动件(30)，所述驱动件(30)可移动地安装在静止位置和转换位置之间；
带有常开触点(40)的电路板(32)；
由弹性材料制成的开关垫(5)，所述开关垫(5)紧邻电路板(32)布置；
至少一个接触片(26)，设置在开关垫(5)朝向电路板(32)的一侧；
上述部件根据以下方式协同作用，最迟在驱动件(30)处于转换位置时，电路板(32)的常开触点(40)通过接触片(26)闭合，其中开关垫(5)上设有至少一个触觉反馈罩(10)，所述触觉反馈罩(10)与接触片(26)相对应，其可以通过驱动件(30)的驱动沿着转换位置方向弹性压缩，且在起始位置于开关垫(5)中定义一单侧开口空腔(11)，以便引发驱动件(30)上的触觉反馈，其中接触片(26)布置在触觉反馈罩(10)所定义空腔(11)的外部。
2.根据权利要求1所述的改进的带开关垫的操作部件(1)，其特征在于驱动件(30)定义了对触摸敏感的输入表面(35)。
3.根据权利要求2所述的改进的带开关垫的操作部件(1)，其特征在于电路板(32)布置在驱动件(30)的一侧面，该侧面背向触摸敏感的输入表面(35)。
4.根据权利要求1所述的改进的带开关垫的操作部件(1)，其特征在于在沿着转换位置方向对驱动件(30)进行驱动时，电路板(32)的常开触点(40)沿着接触片(26)方向运动。
5.根据权利要求1所述的改进的带开关垫的操作部件(1)，其特征在于常开触点(40)布置在电路板(32)上承载电子元件的一侧(34)。
6.根据权利要求1所述的改进的带开关垫的操作部件(1)，其特征在于接触片(26)布置在触觉反馈罩(10)旁边。
7.根据权利要求1所述的改进的带开关垫的操作部件(1)，其特征在于接触片(26)布置在开关垫(5)的凸起(20)以及/或者加厚部上。
8.根据权利要求1所述的改进的带开关垫的操作部件(1)，其特征在于多个触觉反馈罩(10)围绕相关的接触片(26)布置。
9.根据权利要求1所述的改进的带开关垫的操作部件(1)，其特征在于多个触觉反馈罩(10)以相同间距均匀布置在接触片(26)周围。
10.根据权利要求1所述的改进的带开关垫的操作部件(1)，其特征在于多个触觉反馈罩(10)围绕接触片(26)周围布置在一个假想三角形上。
11.根据权利要求1所述的改进的带开关垫的操作部件(1)，其特征在于在靠近触觉反馈罩(10)的位置、开关垫(5)和驱动件(30)之间、可选地在开关垫(5)和电路板(32)之间布置有间隔元件(50)。
12.根据权利要求1所述的改进的带开关垫的操作部件(1)，其特征在于接触片(26)布置在开关垫(5)的一侧面，该侧面背向由触觉反馈罩(10)定义的单侧开口空腔(11)。
13.根据权利要求7所述的改进的带开关垫的操作部件(1)，其特征在于开关垫(5)中承载接触片(26)的凸起(20)定义了一盲孔，其用于配合容纳电路板(32)或者支承件(15)上的突起(24)。
14.根据权利要求1所述的改进的带开关垫的操作部件(1)，其特征在于驱动件(30)回复至静止位置的操作仅通过至少一个触觉反馈罩(10)实现。
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