CN102742090A - 密封件、包括该密封件的系统和连接器组件、组装和制造方法 - Google Patents

密封件、包括该密封件的系统和连接器组件、组装和制造方法 Download PDF

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Abstract

一种用于电连接器的密封件，包括：基部(34)，该基部围绕第一连接器壳体安装；唇(40a,40b)，该唇从基部向外伸出、与第二连接器壳体接触并具有在60°和120°之间的内角(α)。唇的厚度(t)和密封件的厚度(T)之间的比率在0.5和0.7之间。

Description

密封件、包括该密封件的系统和连接器组件、组装和制造方法
技术领域
本发明涉及用于连接器的密封件、连接器以及它们的组件，以及这样的密封件和连接器组件的制造和组装方法，所述连接器诸如电连接器、光连接器或光电连接器。
背景技术
连接器尤其用于将电气设备、光学设备或光电设备彼此连接，并且可见于电气装置、光学装置或光电装置中的任何类型。这样的连接器可以例如具有包括电绝缘壳体的类型，在壳体中插入电线或光纤。在本文中，以电连接器为例，但本领域技术人员容易将这些实例转换成用于光学或光电应用的连接器。
由于不希望诸如灰尘和液体的异物渗入连接器中，优选的是密封连接器以防止这些异物进入。已知提供一种所谓的“面间”密封件，即，将置于两个待组装的连接器之间的密封件。从而防止了材料通过两个连接器之间的界面的不期望的渗透。
JP2006344475给出了面间接头的一个实例。
最近，对面间接头提出了更高的密封效率要求。这意味着电连接器要经受非常严格的验证测试。例如，一种这样的测试要求密封件在连接器组件在温度逐步增加至160°C以上的受控环境中维持数日之后保持给定的密封水平。由于密封件的材料和壳体的材料在这样的测试期间受热时表现不同，密封件的材料会比周围壳体膨胀更多。这种膨胀可以对壳体产生压力并因此使该壳体产生永久变形。在测试之后，密封件将恢复至其原始形状，但壳体却不恢复，并且密封效率将削弱。
由于连接器在分界面处可能产生较大的相对位移，特别是在一连接器相对于另一连接器倾斜时，因此在该位置处保持密封是困难的。因此，本发明的目的是使面间密封件的密封效率适应更苛刻的操作条件，而不对连接器的组装便利性和产品的成本产生负面影响。
发明内容
为此，提供了一种用于电气、光学或光电连接器组件的密封件。该密封件被成形为薄型构件。该密封件由弹性体材料制成。
该密封件包括具有内构型（profiled）表面的基部，该内构型表面将围绕第一连接器壳体安装。
该密封件包括至少一个唇。唇从基部向外伸出且具有与内表面相对的外构型表面。外构型表面将与第二连接器壳体接触。外构型表面包括渐缩至唇缘的两个面。
在截面中这两个面之间的内角在60°和120°之间。
唇的厚度和密封件的厚度之间的比率在0.5和0.7之间。
令人吃惊的是，测试（例如，对样品的测试和仿真）表明，这种很粗壮的唇为面间接头提供了最佳的折衷。
相比密封件的压缩和伸长特性，根据本发明的密封件的其中一个特征与形成密封件的弹性体材料的量有关。实际上，诸如硅树脂的弹性体材料可具有比连接器的塑性壳体更大的热膨胀。此外，一方面，弹性体材料制成的密封件在冷却之后可恢复至其初始形状或接近其初始形状。另一方面，塑性壳体即使在冷却之后也可能保持更大的变形。因此，本领域技术人员会倾向于限制在连接器和配对连接器配合时密封件的压缩和/或限制在安装在连接器上时密封件的伸长和/或限制弹性体材料的量以便降低膨胀效应。与直觉相反，申请人将根据本发明的密封件设计成：相比连接器的尺寸和将要密封的连接器与待配合的配对连接器之间的面间间隙的大小，密封件具有相当大量的弹性体材料。
于是优选地，密封件在其静止状态（未安装在连接器上）和安装在连接器上且被配对连接器压缩的状态之间的压缩量为至少10%，以便显著地挤压唇。这样的压缩比在密封件和与安装有密封件的连接器配合的配对连接器的表面之间提供了相当好的密封。
优选地，密封件在安装到连接器上时伸长10%。这样的伸长在密封件的内表面（即，安装密封件的表面）上提供了相当好的密封。
优选地，密封件具有在30-80mm范围内的周长。实际上，以上限定的比率和百分比对于相对小的连接器来说更好。唇厚度与密封件厚度之间的以上限定的比率确定了相比于密封件的尺寸来说很粗壮的密封件轮廓。
例如，密封件具有38mm的周长。
对于诸如矩形密封件的多边形密封件而言，内部长度与内部宽度的比率优选地在约1和3.5之间。实际上，如果长度相比宽度过大，则在热循环期间对应于宽度的壳体侧的密封性能将大大地降低。例如，长度在10和30mm之间，并且宽度在5和15mm之间。
可选地，唇的内角将选择在70°和90°之间，优选80°。
可选地，厚度的比率为约0.6。
用于密封件的合适材料为硅树脂。
可选地，密封件具有一个、两个、三个或更多个唇。这些唇在几何形状上可相同。
可选地，内构型表面包括直部和从直部向内伸出的一个肋。该内肋将可用于提高密封件的密封能力。例如，该肋与唇齐平。
可选地，密封件在其主平面内具有多边形轮廓。
可选地，唇相对于平行于主平面的平面为对称的。
附图说明
从作为非限定性实例提供的本发明的五个实施方式中和附图的以下描述，将体现本发明的其它特征和优点。
在附图中：
图1是连接器组件的分解立体图；
图2是沿图1的线II-II的剖视图；
图3是根据第一实施方式的图1和图2的连接器组件的面间密封件的立体图；
图4是图3的密封件沿图1的线II-II截取的局部剖视图；
图5a和5b分别是在图1的连接器组件组装之前和之后的局部剖视图；
图6至图9是密封件的其它实施方式的对应于图4的视图。
在不同的图中，相同的附图标记表示相同或类似的元件。
具体实施方式
图1示出将连接到配合连接器（以虚线示意性地示出为101）的电连接器1。方向X对应于将连接器1与互补连接器101配合的方向。两个其它方向Y和Z横向于方向X。在如图所示具有大致矩形截面的部件的情况中，方向Y和Z可以例如是该矩形的方向，其中例如，Y为矩形的长度方向，并且Z为矩形的宽度方向。这些限定并非意图限制本发明，而是仅为了有助于描述本发明的实施方式。
向上、向下、上、下、横向等表述相对于该纵向X而限定，除非从描述中明显看出这些术语在某些地方具有另一含义。
电连接器1包括壳体，该壳体包括壳体部4、前栅格2和后栅格15，这些部件全部由热塑性介电材料制成。下面将更详细描述的面间接头3安装在连接器中，安装成夹在壳体主体4和配合连接器101之间，用于密封该连接。密封件3例如由硅树脂制成，当利用DIN EN ISO808标准进行测量时，其具有在20-60肖氏A范围内的硬度。配合连接器101包括设计用于压缩密封件的壳体部102。
在将连接器1组装到配合连接器101之前，前栅格2被锁定到壳体主体的前配合端。壳体部（或主体）4包括前连接部5和后部6。连接部5包括多个通道7（图2中可见），通道7例如沿纵向X在前表面8和后表面9之间延伸，前表面8是与配合连接器配合的配合面。通道被成形为接纳下面将更详细描述的电端子13。
后部6部分地封闭接纳空间10（图1），该空间用于由任何合适类型的材料制成的密封垫接头20。
连接器1还包括密封垫接头20。这样的密封垫接头适于在其与电端子13的界面处密封连接器，以防止水和/或灰尘进入。密封垫接头例如由可弹性变形的弹性体聚合材料制成，例如某些合适的硅树脂。
如图2所示，从侧面看，密封垫接头20包括多个通道22，通道22例如沿纵向X从上表面22a延伸至下表面22b。每个通道22均对应于壳体主体的通道7，用于接纳电端子13。如例如在图2中可见的，通道22具有设计用于围绕电端子13的线进行密封的内部截面形状，其包括例如具有减小的直径和合适的几何形状的两个肋23以及可能地在插入电端子13时将撕裂的内膜（未示出）。
密封垫接头的外部24设计用于与壳体主体4和后栅格15一起提供周向密封。
重新参考图1，连接器1还包括后栅格15。栅格15包括多个通道30，每个通道30例如沿纵向X在上表面15a和相对的下表面15b之间延伸（图2），并且每个通道30对应于密封垫接头20的相应通道22和壳体主体4的相应通道7。
栅格15还可包括引导特征17（图1），例如与壳体的凹槽16互补的肋。
栅格15还可包括锁定特征14，例如，与壳体主体4的开口11互补的弹性舌，其适于在将栅格插入壳体主体中时变形，并且适于回弹至开口11中以将栅格锁定到壳体主体。
连接器1被成形为接纳典型地由电端子构件32构成的电端子13，电端子构件32例如通过压接连接到线33（图1）。图1仅示出一个这样的端子。在组装状态下，电端子构件32位于壳体的对应通道7中，同时线33延伸通过密封垫接头20的对应通道22且通过栅格的对应通道30。例如，上文和下文所指的纵向X也对应于线33至少在密封垫接头20中从栅格侧至壳体主体侧延伸的纵向。
当电端子13被引入连接器1时，密封肋23被压缩到线33的外表面上，以便实现线33的有效密封（图2）。
现在将参照图3和图4更详细地描述根据第一实施方式的面间密封件3。此描述是对在安装到任何连接器壳体之前处于静止的密封件进行的描述。
如图3所示，该密封件3设计为构型环，该构型环设计用于围绕壳体主体4。该环可具有任何类型的几何形状，例如圆形、多边形（在这种情况下为矩形）。所谓“构型”是指横向于密封件的周向截取的截面沿该周边基本上都相同。在本实例中，涉及在X-Y平面和X-Z平面中的截面。当然，可以提供形状的局部布置，以便适应例如壳体主体的局部几何特征。其它局部布置包括（例如在本实例中的大致多边形的密封件中）每个拐角。
密封件制造成内周边小于密封件所必须安装到的壳体的外周边。优选地，该内周边比壳体的该外周边小10%。优选地，密封件具有在30-80mm范围内的周长。例如，密封件具有38mm的周长。
如在图4中特别地可见的，面间接头3包括基部34，基部34在内表面35和假想线36之间延伸，假想线36在图4中由虚线36虚拟示出。根据该实施例，内表面35为构型的且具有基本上直的部分37，肋38从直部37径向向内伸出。例如，肋具有半径0.2mm的半圆形截面。线36任意地表示为在接头3的肩部39之间平行于内表面35的直部37的线。然而，可以通过其它合适的方式限定线36，例如特别地，平行于直部37但比图4所示更径向向内定位的线。这里，基部34被限定为接头3的在密封件的整个高度上从内表面35向外延伸的最厚部分。
两个唇40a、40b从基部34向外伸出。虽然本实施方式包括两个这样的唇，但可以想到在变型实施方式中仅使用一个唇，或两个以上的唇，例如三个唇。唇的数量主要取决于用于密封件的沿X方向的可用空间。在该第一实施方式中，两个唇40a和40b具有相同几何形状。然而，在具有多个唇的实施方式的情况中，这不是必需的。
在截面中，每个唇具有大致三角形的形状，该形状的一个边在密封件的内部，这个边结合到基部34，其它两个边41和42是密封件的外表面48的一部分。两个面41和42渐缩至唇缘43，唇缘43可以如图所示略微倒圆，并且是密封件的最外部分。此外，在本实例中，两个面41和42相对于包括Y和Z方向且穿过唇缘43的平面(P)部分地对称。
应该指出的是，在本实施方式中，该平面(P)也穿过肋38的中部。因此，唇43和对应肋38位于密封件的相同高度水平上。
在本实施方式中，两个面41和42之间的夹角α为80°。模拟和测试表明，当该角在60°和120°之间，优选地在70°和90°之间时，获得良好的密封能力。
当角α高出此限值太多时，配合连接器的插入需要更大的力，这可能导致连接失效。
当角α太小时，在插入配合连接器时，存在唇在X-Y平面中弯曲的风险。在这种情况下，密封主要通过表面42不正确地进行，并且存在达不到密封要求的风险。
影响密封件的密封能力的其中一个因素是唇的厚度t与密封件的厚度T的比率。厚度沿Y方向测量。唇的厚度被限定为在假想线36和唇的最外点之间沿方向Y的最大尺寸。接头的厚度T是在唇的内表面35和外表面之间沿方向Y测量的最大尺寸。厚度T是在密封件不安装在连接器上的静止状态下测量的。在本实施方式中，比率t/T为约0.6。测试和模拟表明，取自0.5和0.7之间的比率会获得满意的结果。
如果比率升高至该限值以上，则配合连接器的插入需要更大的力，这可能导致连接失效。
当该比率太低时，在壳体主体4相对于配合连接器101的壳体在X-Y平面中倾斜时，存在丧失密封件的内表面35与壳体主体4的对应面的粘附的风险，并且因此增加密封件丧失密封能力的风险。
图5a和5b示出连接器系统的组装细节。如图5a中可见，提供壳体主体4，并将面间密封件3的内表面35安装在壳体上，借此来组装电连接器。之后，可以将前栅格2机械锁定到壳体主体4（该步骤在图5a中不可见，但可从图2理解）。因此，壳体主体4和前栅格2一起形成U形截面的凹部，以接纳面间密封件3。如图3中可见，凸起44从密封件的顶面45和/或底面46突出以与U形凹部的翼相互作用。例如，这样的凸起44设置在多边形密封件3的每个拐角处。不一定存在密封件在壳体主体4和前栅格2之间沿X方向的压缩。然而，特别是在密封件的内表面中设有肋38的情况中，可能已经发生沿Y或Z方向的一定程度的径向压缩。
主要通过沿X方向施加其中一个连接器朝另一个连接器的平移移动而将该连接器组装到配合连接器101。在组装状态下（图5b），配合连接器101和连接器1通过任何合适的方式机械锁定。因此，密封件在组件的组装状态下所采取的几何形状由围绕密封件的刚性部件的相应几何形状以及密封件3的材料性质及密封件3的几何形状来限定。密封件被压缩在相应连接器的壳体部4和壳体部102之间。
在密封状态（组装状态）下接头的厚度T1与密封件在静止时的厚度T的比率小于0.9。这两个厚度定义如上。
此外，密封件在密封状态下的高度H1与静止时的高度H的比率为至少1.1。在密封件的两个最远端点之间沿X方向测量高度（不考虑凸起44）。
图6示出密封件的第二实施方式。相比第一实施方式，根据第二实施方式的密封件不具有任何肋38，也不具有肩部39。因此，最顶部唇40a的面41直接并入顶面45中。最底部唇40b的面42直接并入底面46中。
图7现在示出根据本发明的密封件的第三实施方式。相比第一实施方式，第三实施方式的不同在于肋38为在密封件3的全部或部分高度上的波形部47所代替。可以使用任何合适数量的波形部。在这种情况下，仍然作为沿Y方向从密封件的内表面至外表面的最大尺寸测量密封件的厚度。
图8现在示出密封件3的第四实施方式。相比第一实施方式，该实施方式的不同在于其仅具有一个唇40，该唇具有120°的夹角α。当然，在变型实施方式中，可以实现具有这样的内角α的两个或更多个肋。
在该实施方式中，应该指出的是两个肋38不与唇缘43齐平。然而，在未示出的变型实施方式中，可以提供与唇缘43齐平的单个肋38。
图9示出本发明的再一个实施方式。相比第一实施方式，该实施方式的不同在于其具有夹角α选择为等于60°的三个唇。然而，夹角的值和唇的数量未必相关。与第一实施方式的另一个区别是该实施方式不设置任何肋38，例如图6的实施方式。
适当时，不同实施方式的特征可以组合而形成另外的实施方式。

Claims (20)

1.一种用于电气、光学或光电连接器组件的密封件，所述密封件被成形为薄型构件且由弹性体材料制成，并且所述密封件包括：
-基部(34)，所述基部具有适于围绕第一连接器壳体安装的内构型表面(35)；
-至少一个唇(40a,40b)，所述至少一个唇从所述基部向外伸出且具有外构型表面(48)，所述外构型表面适于与第二连接器壳体接触且与所述内构型表面相对，所述外构型表面包括渐缩至唇缘(43)的两个面(41,42)，其中在截面中所述两个面之间的内角(α)在60°和120°之间，并且
其中，所述唇的厚度(t)与所述密封件的厚度(T)之间的比率在0.5和0.7之间。
2.根据权利要求1所述的密封件，其中，所述内角在70°和90°之间。
3.一种用于电气、光学或光电连接器组件的密封件，所述密封件被成形为薄型构件且由弹性体材料制成，并且所述密封件包括：
-基部(34)，所述基部具有适于围绕第一连接器壳体安装的内构型表面(35)；
-至少一个唇(40a,40b)，所述至少一个唇从所述基部向外伸出且具有外构型表面(48)，所述外构型表面适于与第二连接器壳体接触且与所述内构型表面相对，所述外构型表面包括渐缩至唇缘(43)的两个面(41,42)，其中在截面中所述两个面之间的内角(α)在70°和90°之间，并且
其中，所述唇的厚度(t)和所述密封件的厚度(T)之间的比率在0.5和0.7之间。
4.根据权利要求2或3所述的密封件，其中，所述内角为80°。
5.根据权利要求1至4中的任一项所述的密封件，其中，所述比率为0.6。
6.根据权利要求1至5中的任一项所述的密封件，其中，所述密封件由硅树脂制成。
7.根据权利要求1至6中的任一项所述的密封件，该密封件包括至少两个所述唇(40a,40b)。
8.根据权利要求7所述的密封件，其中，这些唇具有相同的几何形状。
9.根据权利要求1至8中的任一项所述的密封件，其中，所述内构型表面包括：
-直部(37)；和
-至少一个肋(38)，所述至少一个肋从所述直部向内伸出。
10.根据权利要求9所述的密封件，其中，所述肋(38)与所述唇(40a,40b)齐平。
11.一种用于电气、光学或光电连接器组件的密封件，所述密封件被成形为薄型构件且由弹性体材料制成，并且所述密封件包括：
-基部(34)，所述基部具有适于围绕第一连接器壳体安装的内构型表面(35)，所述内构型表面包括直部(37)和从所述直部向内伸出的至少一个肋(38)；
-至少一个唇(40a,40b)，所述至少一个唇从所述基部向外伸出且具有外构型表面(48)，所述外构型表面适于与第二连接器壳体接触且与所述内构型表面相对，所述外构型表面包括渐缩至唇缘(43)的两个面(41,42)，其中在截面中所述两个面之间的内角(α)在60°和120°之间，
其中，所述肋(38)与所述唇(40a,40b)齐平，
其中，所述唇的厚度(t)和所述密封件的厚度(T)之间的比率在0.5和0.7之间。
12.根据权利要求1至11中的任一项所述的密封件，所述密封件具有多边形轮廓。
13.根据权利要求1至12中的任一项所述的密封件，其中，每个唇的所述两个面(41,42)相对于穿过所述唇缘的对称平面(P)对称。
14.一种包括壳体部(4)且包括根据权利要求1至13中的任一项所述的密封件(3)的电连接器，所述内构型表面安装成围绕所述壳体部(4)。
15.一种连接器组件，该连接器组件包括：
-第一电连接器(1)，所述第一电连接器包括第一壳体部(4)和根据权利要求1至14中的任一项所述的密封件(3)，所述内构型表面安装成围绕所述第一壳体部；
-第二电连接器(101)，所述第二电连接器包括第二壳体部，
所述唇(40a,40b)与所述第二壳体部接触，
所述密封件处于提供密封的密封状态，
所述密封件在所述密封状态下的高度(H1)为所述密封件在静止时的高度(H)的至少1.1倍。
16.一种连接器组件，该连接器组件包括：
-第一电连接器(1)，所述第一电连接器包括第一壳体部(4)和根据权利要求1至14中的任一项所述的密封件(3)，所述内构型表面安装成围绕所述第一壳体部；
-第二电连接器(101)，所述第二电连接器包括第二壳体部，
所述唇与所述第二壳体部接触，
所述密封件处于提供密封的密封状态，
所述密封件在所述密封状态下的厚度(T1)为所述密封件在静止时的厚度(T)的至多0.9倍。
17.一种连接器组件，该连接器组件包括：
-第一电连接器(1)，所述第一电连接器包括第一壳体部(4)和密封件(3)，所述密封件被成形为薄型构件且由弹性体材料制成，并且该密封件包括：
基部(34)，所述基部具有适于围绕第一连接器壳体安装的内构型表面(35)；
至少一个唇(40a,40b)，所述至少一个唇从所述基部向外伸出且具有外构型表面(48)，所述外构型表面适于与第二连接器壳体接触且与所述内构型表面相对，所述外构型表面包括渐缩至唇缘(43)的两个面(41,42)，
所述内构型表面安装成围绕所述第一壳体部，
-第二电连接器(101)，所述第二电连接器包括第二壳体部，
所述唇(40a,40b)与所述第二壳体部接触，
所述密封件处于提供密封的密封状态，
下列特征中的至少一个被满足：
-所述密封件在所述密封状态下的高度(H1)为所述密封件在静止时的高度(H)的至少1.1倍；
-所述密封件在所述密封状态下的厚度(T1)为所述密封件在静止时的厚度(T)的至多0.9倍。
18.一种制造电气、光学或光电连接器组件所用的密封件的方法，该方法包括由弹性体材料成形所述密封件，使其为薄型构件，所述密封件包括：
-基部(34)，所述基部具有适于围绕第一连接器壳体安装的内构型表面(35)；
-至少一个唇(40a,40b)，所述至少一个唇从所述基部向外伸出且具有外构型表面(48)，所述外构型表面适于与第二连接器壳体接触且与所述内构型表面相对，所述外构型表面包括渐缩至唇缘(43)的两个面(41,42)，其中在截面中在所述两个面之间的内角(α)在60°和120°之间，并且
其中，所述唇的厚度(t)和所述密封件的厚度(T)之间的比率在0.5和0.7之间。
19.一种组装电连接器的方法，该方法包括：
-提供壳体部(4)；
-提供根据权利要求1至13中的任一项所述的密封件(3)；
-将所述内构型表面(35)安装成围绕所述壳体部(4)。
20.一种连接连接器组件的方法，该方法包括：
-提供第一电连接器(1)，所述第一电连接器包括第一壳体部且具有根据权利要求1至13中的任一项所述的密封件，所述内构型表面(35)安装成围绕所述第一壳体部(4)；
-提供包括第二壳体部(102)的第二电连接器(101)；
-组装这些连接器以将所述密封件置于提供密封的密封状态，其中所述唇(40a,40b)与所述第二壳体部(102)接触，
其中，满足下列特征中的一个或多个：
-所述密封件在所述密封状态下的厚度为所述密封件在静止时的厚度的至多0.9倍，
-所述密封件在所述密封状态下的高度为所述密封件在静止时的高度的至少1.1倍。
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