Клавиша, способ ее изготовления и медицинская рукояточная часть
Изобретение касается клавиши (10) медицинской рукояточной части. Клавиша имеет: горшко-, чаше- или коробкообразную первую корпусную деталь (10) по меньшей мере, участками с электропроводящим материалом, с интегрально отформованной переключающей пружиной (11а) и единой стенкой (11b), вторую корпусную деталь (12), которая по своей форме согласована со стенкой первой корпусной детали и вставлена в нее герметически плотно так, что между первой и второй корпусный деталями под переключающей пружиной образована полость (14), и по меньшей мере один герметически плотно и изолировано по отношению к первой корпусной детали проходящий через вторую корпусную деталь и выступающий в полость под переключающей пружиной противоконтакт переключающей пружины. Технический результат - повышение срока службы и надежности клавиши, которая имеет минимальное количество герметично уплотненных деталей. 3 н. и 6 з.п. ф-лы, 4 ил.
Изобретение относится к клавише, прежде всего как части медицинской рукояточной части, например медицинского инструмента или его рукоятки. Также оно относится к способу изготовления подобной клавиши, а также к медицинской рукояточной части.
С возрастающим применением высокочастотной хирургии, с одной стороны, и приводимых в действие или управляемых электричеством диагностических инструментов и терапевтических инструментов, с другой стороны, значительно расширилось применение ручных медицинских инструментов или приборов, обращение с которыми включает в себя приведение в действие переключательных функций. В подобных инструментах и приборах или же относящихся к ним рукояточных частям используются электрические клавишные выключатели (в дальнейшем обозначаемые как «клавиши»).
В данном случае существует проблема, что за счет проникновения жидкости, вследствие использования, а также вследствие очистки, дезинфекции и стерилизации изделия, используемые клавиши могут получать обусловленные этим повреждения, так что в них проникает влага и приводит к выходу из строя клавиш/контактов, вследствие чего функциональность изделия уже не может быть гарантирована.
Подобные места рукояточных частей в местах соединения, таких как выход кабеля, область контактных гнезд, область клавиш, в этом отношении уплотняют (посредством уплотнительных колец, пленок, заклеиванием и т.п.), так что предотвращается проникновение жидкостей для того, чтобы защитить клавишные элементы и их функционирование. Дополнительно, клавиши изготавливают брызгонепроницаемыми, однако это в связи с окружающими условиями в отношении стерилизации посредством влажного жара (пара) дает лишь относительную защиту.
С увеличивающимся применением рукояточных частей описанного вида проявились определенные проблемы. С одной стороны, требуются большие конструктивные затраты для того, чтобы уплотнить все места соединений рукояточных элементов, с другой стороны, имеется риск возникновения неплотности после многократной обработки. Если влага проникает в одном месте, другие уплотнения уже не работают, так что влага может проникнуть внутрь рукоятки.
Поэтому в основу изобретения положена задача предложить улучшенную с учетом вышеназванных эксплуатационных требований клавишу, которая, прежде всего, должна иметь большой срок службы и высокую надежность. Кроме того, должна быть разработана соответствующая улучшенная рукояточная часть.
Эта задача решена посредством клавиши с признаками п.1 формулы изобретения или же рукояточной части с признаками п.12 формулы изобретения. Кроме того, разработан способ изготовления улучшенной клавиши вышеописанного вида, который имеет признаки п.9 формулы изобретения. Целесообразные усовершенствования идеи изобретения являются предметов соответствующих зависимых пунктов формулы изобретения.
Изобретение включает в себя мысль предложить обходящуюся без уплотняющих средств (которые имеют скрытую склонность к дефектам) клавишу, которая имеет минимальное количество герметично уплотненных относительно друг друга благодаря ее конструкции деталей. Оно также включает в себя мысль выполнить переключающую пружину клавиши как составную часть одной из своих корпусных деталей, так что уплотнение между этой корпусной деталью и переключающей пружиной с самого начала становится ненужным. Далее, изобретение включает в себя мысль, наряду с этой первой корпусной деталью, предусмотреть для образования корпуса только лишь одну вторую корпусную деталь, которая содержит по меньше мере один контакт клавиши. Наконец, изобретение включает в себя мысль, заделать этот контакт или эти контакты герметически плотно во вторую корпусную деталь без отдельного уплотняющего средства.
Особенно предпочтительно, клавиши согласно изобретению применимы в медицинских рукояточных частях, но, наряду с этим, и в других приборах, и особенно в таких, которые могут быть подвергнуты термическим или же климатическим воздействиям.
Под «герметически плотно» здесь понимается достаточная степень герметичности для жидкости и давления для обычных требований при стерилизации (прежде всего, паровой стерилизации) медицинского инструмента и при его использовании, а также при термических ударных нагрузках и переменных нагрузках. Герметичность для высокого вакуума здесь требуется в такой же малой степени, как герметичность при крайне низких температурах.
В одном варианте осуществления изобретения предусмотрено, что вторая корпусная деталь по меньшей мере частично состоит из стекла, и противоконтакт вплавлен в стеклянную часть. Вплавление металлической детали в стекло является известной из светотехники в течение десятилетий технологией для того, чтобы реализовать простые, экономичные и надежные в течение длительного срока службы герметичные уплотнения.
В еще одном варианте осуществления предусмотрено, что первая корпусная деталь состоит из пружинно-эластичного металла, прежде всего нержавеющей стали или титана или титанового сплава, и выполнена, прежде всего, как деталь, полученная глубокой вытяжкой. Таким образом может быть так же легко реализована интегральная конструкция переключающей пружины с первой корпусной деталью, как и длительная коррозионная стойкость и герметичность клавиши даже в жестких условиях медицинских способов стерилизации.
В комбинации обоих вышеописанных вариантов осуществления в качестве предпочтительного выступает вариант осуществления, в котором вторая корпусная деталь состоит полностью из стекла и ее соприкасающаяся со стенкой первой корпусной детали контур образует в этой стенкой физико-химическое соединение «стекло-металл». Также и при этом для осуществления настоящего изобретения рационально используются доступные знания и технологии стеклотехники и светотехники.
Это справедливо также и для измененного варианта осуществления, в котором вторая корпусная деталь состоит из металлического кольца и стеклянной центральной части, при этом контур стеклянной центральной части образует с внутренней контурной стенкой металлического кольца физико-химическое соединение «стекло-металл». Подлежащее теперь реализации герметично плотное соединение между наружной стенкой вышеупомянутого кольца и первой корпусной деталью может быть, например, создано посредством способа лазерной сварки. Подобные способы сварки также уже давно получили признание в медицинской технике и пригодны для осуществления изобретения.
В то время как вышеназванные аспекты изобретения в известной степени дают в результате конструкцию «высшего класса», изобретение в принципе может быть реализовано и с дешевыми пластмассовыми деталями. При этом первая корпусная деталь может быть выполнена из содержащей электропроводящий наполнитель, прежде всего устойчивой к высокой температуре, пластмассы и/или пластмассы с электропроводящим покрытием, прежде всего в виде сформованной дутьем детали. В остальном, и вторая корпусная деталь может состоять из пластмассы и, прежде всего, выполнена в виде литой детали. Этим может быть реализован до некоторой степени дешевый вариант осуществления изобретения для более низких требований. Однако можно также комбинировать металлические корпусные детали и/или стеклянные корпусные детали с пластмассовыми корпусными деталями.
В то время как у конструкции клавиши с одним единственным центральным противоконтактом во второй корпусной детали первая корпусная деталь служит одновременно как внутриклавишный токопроводящий провод к внешнему соединительному контакту, клавиша может быть оснащена также двумя (или более) противоконтактами, которые закреплены во второй корпусной детали и которые могут быть электрически соединены друг с другом через интегрально строенную в первую корпусную деталь переключающую пружину. В этой конструкции металлический участок или полностью выполненная металлической или покрытая металлом первая корпусная деталь лишь перекрывает расстояние между противоконтактами, однако, как таковая, не подключена к внешнему соединительному контакту. Для реализации функций клавиши тогда достаточна металлизация с внутренней стороны в остальном непроводящей пластмассовой детали в качестве первой корпусной детали.
В зависимости от материального воплощения предложенной клавиши характеристический термический этап обработки для герметически плотного соединения мест соприкосновения отдельных деталей клавиши оформляется или как этап сплавления или же спекания «стекло-металл», прежде всего при температуре выше 900ºС, или как этап термической обработки пластмассы. В, последнем варианте это, прежде всего, этап насаживания в горячем состоянии первой корпусной детали на вторую корпусную деталь или этап сварки пластмассы с согласованными со свойствами переработки конкретной используемых пластмасс (термопластов) температурами обработки и временами обработки.
Прежде всего, рукояточная часть согласно изобретению содержит в себе соединительные контакты для соединения с первой корпусной деталью или с одним или каждым противоконтактом клавиши, которые с использованием обычных технологий припаяны или прикреплены обжимом. Для изготовления подключений также могут быть использованы другие способы соединения, например приклеивание электропроводящим клеем или способы сварки или же простые штекерные соединения. В особых случаях упомянутые соединительные контакты могут быть элементами SMD-конфигурации (SMD (surface mounted device) элемент для поверхностного монтажа - прим. переводчика), при этом тогда клавиша по форме и размеру должна быть адаптирована к конкретной конфигурации.
В одном целесообразном варианте осуществления, кроме того, предусмотрено, что внутри клавиши помещен функциональный компонент устройства, и его контакты герметически плотно направлены через вторую корпусную деталь к соединительным контактам в рукояточной части.
Помимо этого, преимущества и целесообразность изобретения следуют из нижеследующего описания примеров осуществления с использованием фигур.
На них показаны:
Фиг.1 схематический вид в продольном разрезе клавиши согласно первому варианту осуществления изобретения,
Фиг.2 схематический вид в продольном разрезе клавиши согласно второму варианту осуществления изобретения,
Фиг.3 схематический вид в продольном разрезе клавиши согласно третьему варианту осуществления изобретения,
Фиг.4 схематический вид в продольном разрезе клавиши согласно четвертому варианту осуществления изобретения.
На фигуре 1 показана клавиша 10, соединенная с двумя внешними соединительными контактами С1 и С2, которые, прежде всего, могут располагаться на печатной плате (не показана) медицинской рукояточной части. Клавиша 10 состоит из первой корпусной детали 11 в форме горшка с выдавленным в форме шарового сегмента дном 11а и цилиндрической стенкой 11b, второй кольцеобразной корпусной детали 12 из стекла, и центрально вставленного в стеклянную корпусную деталь 12 контакта 13 (противоконтакта). Вторая корпусная деталь имеет наружный диаметр с таким размером, что она входит в цилиндрическую стенку 11b первой корпусной детали 11 практически без зазора, а в цилиндрическое сквозное отверстие в ее центре также без зазора входит стержневой участок 13а контакта 13.
Посредством термического этапа обработки (см. ниже) на поверхностях касания вышеназванных деталей создано герметичное уплотнение TS. Контакт 13 расположен в клавише 10 таким образом, что круглая контактная пластина 13b на ее внутреннем конце находится в полости 14 между расположенной с внутренней стороны торцевой поверхностью второй корпусной детали 12 и дном первой корпусной детали 11, и при этом на таком расстоянии ниже выпуклости 11а в дне первой корпусной детали, что она при пружинящем нажатии касается контактной пластины 13b. При этом устанавливается (временное) электрическое соединение между соединительным контактом С1, к которому подключен контакт 13, и соединительным контактом С2, к которому подключена электропроводящая первая корпусная деталь 11. Таким образом, выпуклость 11а служит в качестве переключающей пружины клавиши 10.
Показанная на фигуре 2 модифицированная клавиша 20 имеет в значительной мере такую же конструкцию, что и клавиша 10 на фигуре 1, и в этом отношении ее детали обозначены соответствующими ссылочными цифрами и здесь еще раз не описываются. Отличающейся от первого варианта осуществления является конструкция второй корпусной детали из стеклянного внутреннего кольца 22, которое удерживает и направляет контакт 23, и окружающего его металлического наружного кольца 25, которое простирается до внутренней стенки первой корпусной детали 21. Посредством подходящего выбора размеров и термической обработки в этом варианте выполнения сформированы три герметически плотные (до 2,5 бар) зоны уплотнения: TS1 (между первой корпусной деталью 21 и наружным кольцом 25), TS2 (между внутренним кольцом 23 и наружным кольцом 25), и TS3 (между внутренним кольцом 22 и контактом 23).
На фигуре 3 показана еще одна клавиша 30, как дополнительно измененный относительно фигуры 2 вариант осуществления. И здесь снова совпадающие с вариантом осуществления согласно фигуре 2 детали обозначены соответствующими фигуре 2 ссылочными цифрами и здесь еще раз не описываются. Существенные различия заключаются в другой структуре внешних соединительных контактов С1 и С2 и согласованным с этим выполнением двух контактов (противоконтактов) 33 и 36, контактные пластины 33b и 36b которых находятся соответственно под переключающей пружиной 31а первой корпусной детали 31 во внутренней полости 34 клавиши. При нажатии на контактную пружину 31а она приходит в контакт одновременно с обеими контактными пластинами ЗЗЬ, 36b и устанавливает, таким образом, электрическое соединение между контактами 33 и 36 и, тем самым, между внешними соединительными контактами С1' и С2'.
На фигуре 4 показана как еще один вариант осуществления изобретения клавиша 40 с дополнительной функцией, которая в остальном по существу соответствует клавише 20 на фигуре 2. Внутренняя полость 44 клавиши 40 здесь сделана немного большей, в то время как толщина совместно образующих вторую корпусную деталь колец 41 и 45 по отношению ко второму варианту осуществления уменьшена. Этим самым создается место для электронного конструктивного элемента Е, который размещается защищенно во внутренней полости, и соединительные штифты РЕ которого герметически плотно проходят через вторую корпусную деталь. Для этого внешнее металлическое кольцо 45 имеет отверстие, в которое вставлена стеклянная пробка 47, в которую перед этим были впаяны соединительные штифты РЕ конструктивного элемента Е.
Выполнение требуемого для уплотнения высокотемпературного этапа осуществляется в печи при температуре в диапазоне между 900 и 1000ºС, при которой используемое для стеклянных деталей соответствующей клавиши стекло образует физико-химическое соединение «стекло-металл» с соответствующими смежными металлическими деталями (прежде всего, из нержавеющей стали). Для этого клавишу перемещают на графитовую пластину, помещают в печь, и выдерживают там в течение определенного времени при требуемой температуре. Вплавление контактов или (как в варианте осуществления согласно фигуре 4) соединительных штифтов конструктивного элемента в соответствующую стеклянную деталь может сначала происходить в отдельном термическом процессе. Присоединение готовых клавиш к внешним соединительным контактам осуществляется обычными способами пайки или способами сварки, однако можно предусмотреть и способ соединения с геометрическим замыканием, например обжим, или штекерное соединение, если соединительные участки сконфигурированы надлежащим образом (примерно как в варианте осуществления согласно фигуре 3).
Вариант осуществления изобретения не ограничен приведенными примерами и упомянутыми аспектами и возможен в виде большого числа модификаций, которые лежат в рамках знаний специалиста.
1. Клавиша прежде всего медицинской рукояточной части, которая имеет:
- горшко-, чаше- или коробкообразную первую корпусную деталь по меньшей мере с участками с электропроводящим материалом, с интегрально отформованной переключающей пружиной и единой стенкой,
- вторую корпусную деталь, которая по своей форме согласована со стенкой первой корпусной детали и вставлена в нее герметически плотно так, что между первой и второй корпусными деталями под переключающей пружиной образована полость, и
- по меньшей мере один герметически плотно и изолировано по отношению к первой корпусной детали проходящий через вторую корпусную деталь и выступающий в полость под переключающей пружиной противоконтакт переключающей пружины, при этом первая корпусная деталь состоит из пружинно-эластичного металла, прежде всего нержавеющей стали или титана или титанового сплава, и прежде всего выполнена как деталь, полученная глубокой вытяжкой, и
при этом вторая корпусная деталь полностью состоит из стекла или составлена из металлического кольца и стеклянной центральной части, противоконтакт вплавлен в стеклянный участок, и касающийся стенки первой корпусной детали контур стеклянного участка образует с этой стенкой физико-химическое соединение «стекло-металл».
2. Клавиша по п.1 с двумя противоконтактами, выступающие в полость концы которых расположены так, что переключающая пружина при нажатии касается их совместно.
3. Способ изготовления клавиши по одному из предшествующих пунктов с термическим этапом обработки для герметически плотного соединения между стенкой первой корпусной детали и контуром второй корпусной детали и/или между противоконтактом или каждым из противоконтактов и стенкой предусмотренного для этого сквозного отверстия во второй корпусной детали.
4. Способ по п.3, в котором термический этап обработки выполняют как этап сплавления или же спекания «стекло-металл» прежде всего при температуре выше 900°С.
5. Медицинская рукояточная часть, прежде всего инструмент или рукоятка, с клавишей по одному из пп.1 или 2, прежде всего без дополнительных уплотняющих средств, и двумя соединительными контактами, которые подсоединены к первой корпусной детали и противоконтакту или же двум противоконтактам клавиши.
6. Рукояточная часть по п.5, в которой соединительные контакты припаяны или прикреплены обжимом к первой корпусной детали или же к противоконтакту или к каждому противоконтакту клавиши.
7. Рукояточная часть по п.5 или 6, в которой соединительные контакты являются элементами SMD-конфигурации, и клавиша по форме и размеру подогнана к ним.
8. Рукояточная часть по п.5 или 6, в которой внутри клавиши помещена функциональная компонента структуры, и ее контакты герметически плотно проходят через вторую корпусную деталь к соединительным контактам в рукояточной части.
9. Рукояточная часть по п.7, в которой внутри клавиши помещена функциональная компонента структуры, и ее контакты герметически плотно проходят через вторую корпусную деталь к соединительным контактам в рукояточной части.
