CH700989A1 - Elektrisches Schaltelement. - Google Patents

Abstract

Es ist ein elektrisches Schaltelement vorgeschlagen, das ein Gehäuse (2, 3) aufweist, in dem wenigstens ein feststehendes Kontaktteil (4, 5), ein bewegliches Kontaktteil und eine Feder (8) angeordnet sind. Aus dem Gehäuse (2) ragt ein Stössel (9), der zur mechanischen Betätigung des Schaltelements gegenüber dem Gehäuse (2) axial verschiebbar ist. Der Stössel (9) ist gegen die Rückstellkraft der sich innerhalb des Gehäuses (2) abstützenden Feder axial (8) verschiebbar. Innerhalb des Gehäuses (2, 3) ist ein Permanentmagnet (7) angeordnet, der mit einem ebenfalls innerhalb des Gehäuses (2) angeordneten ferromagnetischen Attraktor (6) zusammenwirkt. Beim Schaltvorgang muss die Anziehungskraft des Permanentmagneten (7) auf den Attraktor (6) überwunden werden, um den Permanentmagneten (7) relativ zum Attraktor (6) zu verschieben.

Description

  [0001]    Die Erfindung betrifft ein elektrisches Schaltelement gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

  

[0002]    Aus dem Stand der Technik sind eine Vielzahl von elektrischen Schaltelementen zum Schliessen oder Öffnen eines Stromkreises bekannt. Üblicherweise weisen derartige Schaltelemente ein Gehäuse auf, in dem wenigstens ein feststehendes Kontaktteil, ein bewegliches Kontaktteil und eine Feder angeordnet sind, um das bewegliche Kontaktteil in Kontakt zum feststehenden Kontaktteil zu bringen bzw. von diesem zu trennen. Ein Stössel, der aus dem Gehäuse ragt, dient zur mechanischen Betätigung des Schaltelements. Je nach Anordnung der Kontaktteile handelt es sich um ein schliessendes oder ein öffnendes Schaltelement. Oft sind die Schaltelemente als Taster ausgebildet, welche bei der Betätigung nur kurzzeitig einen Stromkreis schliessen oder öffnen, um beispielsweise in einem Schaltrelais einen Schaltvorgang auszulösen.

  

[0003]    Bei Kraftfahrzeugen kommen derartige Schaltelemente beispielsweise für die Betätigung von Heckscheibenheizungen oder Sitzheizungen zur Verwendung. Bei Motorrädern werden diese Schaltelemente beispielsweise für die Betätigung von Blinkerrelais eingesetzt. Bei Kraftfahrzeugen sind die Anforderungen an derartige Schaltelemente sehr hoch. Sie müssen eine hohe Lebensdauer aufweisen und wenigstens 150 000 Schaltzyklen verkraften, ohne dass sich die Kraft/Weg-Charakteristik des Schaltvorgangs nennenswert verändert. Darüber hinaus sind derartige Schaltelemente in Kraftfahrzeugen im Betrieb permanent Erschütterungen ausgesetzt, welche die Komponenten des Bauteils beanspruchen. Dabei muss insbesondere bei Blinkerschaltern auch gewährleistet sein, dass die Erschütterungen zu keinen Fehlauslösungen führen.

   Aus dem Stand der Technik sind daher auch bereits Schaltelemente bekannt, bei denen eine zuverlässige und fehlerfreie Schaltfunktion durch Magnetkraft sichergestellt werden soll.

  

[0004]    In der US 2009/0 072 936 A1 ist beispielsweise ein Schaltelement beschrieben, bei dem die Joche eines Permanentmagneten mit einem elastisch vorgespannten, beweglichen Kontaktteil zusammenwirken. Im Ausgangszustand wird das bewegliche Kontaktteil gegen seine inhärente Rückstellkraft vom Permanentmagneten angezogen und liegt dadurch an einem feststehenden Kontakt an. Die Joche des Magneten ragen durch das Aufnahmegehäuse für den Permanentmagneten und die Schaltkontakte. Indem ein magnetisierbares Bauteil in Anlage zu den aussen abragenden Jochen gebracht wird, verringert sich die Anzugskraft des Permanentmagneten auf das bewegliche Kontaktteil. Infolge seiner inhärenten Rückstellkraft löst sich das bewegliche Kontaktteil vom Permanentmagneten, und der Kontakt zum feststehenden Kontaktteil wird geöffnet.

   Der Aufbau dieses magnetischen Schaltelements ist relativ komplex. Es weist mehrere gegen die Wirkung von Rückstellfedern gegeneinander verschiebliche Bauteile auf, die überdies eine hohe Passgenauigkeit besitzen müssen. Infolge seiner Komplexität ist das Schaltelement aufwändig und teuer in der Herstellung. Zudem weist es aufgrund seiner Konzeption relativ grosse Abmessungen auf.

  

[0005]    Für die Bedienungssicherheit und den Bedienungskomfort spielt bei in Kraftfahrzeugen eingesetzten Schaltelementen zunehmend auch die haptische Rückmeldung eine Rolle. Ein Schaltelement muss daher derart gestaltet sein, dass es dem Anwender aufgrund seiner Betätigungscharakteristik und/oder seines Schaltgeräusches eine Rückmeldung über die erfolgreiche Betätigung vermittelt. Dadurch soll verhindert werden, dass die Aufmerksamkeit des Fahrers durch eine Verunsicherung über die Betätigung des Schaltelements beeinträchtigt wird.

  

[0006]    Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein elektrisches Schaltelement bereitzustellen, welches den Anforderungen an Robustheit und Betätigungssicherheit gerecht wird. Das Schaltelement soll insbesondere für den Einsatz in Kraftfahrzeugen, beispielsweise bei Motorrädern, geeignet sein. Es soll einen konstruktiv einfachen und kostengünstigen Aufbau aufweisen. Zudem soll es die Anforderungen an die haptische Rückmeldung über den Schaltvorgang erfüllen, damit der Anwender seine Aufmerksamkeit vollumfänglich dem Verkehr widmen kann.

  

[0007]    Die Lösung dieser und weiterer Aufgaben besteht in einem elektrischen Schaltelement mit den im Patentanspruch 1 angeführten Merkmalen. Weiterbildungen und/oder vorteilhafte Ausführungsvarianten der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

  

[0008]    Die Erfindung schlägt ein elektrisches Schaltelement vor, das ein Gehäuse aufweist, in dem wenigstens ein feststehendes Kontaktteil, ein bewegliches Kontaktteil und eine Feder angeordnet sind. Aus dem Gehäuse ragt ein Stössel, der zur mechanischen Betätigung des Schaltelements gegenüber dem Gehäuse axial verschiebbar ist. Der Stössel ist gegen die Rückstell kraft der sich innerhalb des Gehäuses abstützenden Feder axial verschiebbar. Innerhalb des Gehäuses ist ein Permanentmagnet angeordnet, der mit einem ebenfalls innerhalb des Gehäuses angeordneten ferromagnetischen Attraktor zusammenwirkt. Beim Schaltvorgang muss die Anziehungskraft des Magneten auf den Attraktor überwunden werden, um den Magneten relativ zum Attraktor zu verschieben.

  

[0009]    Das erfindungsgemässe elektrische Schaltelement ist sehr einfach aufgebaut und kommt mit einer sehr geringen Anzahl von Bauteilen aus. Masstoleranzen spielen keine besonders grosse Rolle. Daher ist das Schaltelement relativ einfach und kostengünstig herstellbar. Das erfindungsgemässe Schaltelement nutzt die Anziehungskraft zwischen dem Attraktor und dem Permanentmagneten, um eine definierte Kraft/Weg-Charakteristik einzustellen. Die beim Schaltvorgang erforderliche Auslösekraft ist im Wesentlichen nur von der Anziehungskraft des Magneten abhängig und sehr einfach durch die Auswahl des Magneten einstellbar. Die Anziehungskraft zwischen dem Attraktor und dem Magneten ist dabei in der Regel grösser als eine mechanische Vorspannung, die allein durch Federkraft erzielt wird.

   Dadurch ist der Schalter weit weniger empfindlich gegenüber Erschütterungen und axialen Stessen. Dadurch können Fehlauslösungen reduziert werden. Wegen der geringeren Anzahl von Bauteilen ist das Schaltelement auch weit kompakter als bekannte Schaltelemente des Stands der Technik. Infolge der klar definierbaren Kraft/Weg-Charakteristik für den Schaltvorgang ist das Schaltelement auf die haptischen Anforderungen des Anwenders anpassbar. Im Fall eines Einsatzes des Schaltelements bei Motorrädern kann durch geeignete Wahl des Permanentmagneten der erforderliche Kraftaufwand für die Betätigung derart eingestellt werden, dass sich auch für die behandschuhte Hand des Fahrers eine klare Rückmeldung über die erfolgreiche Betätigung ergibt.

   Darüber hinaus kommt es beim Lösen und beim Wiederherstellen der magnetischen Verbindung zwischen dem Magneten und dem Attraktor zu einem Schaltgeräusch, das ebenfalls so einstellbar ist, dass es dem Anwender eine klare akustische Rückmeldung über den erfolgten Schaltvorgang übermittelt. Das meist aus Kunststoff bestehende Gehäuse des Schaltelements dient dabei als Resonanzkörper. Zum Unterschied von rein mechanisch aufgebauten Schaltern bleiben bei dem erfindungsgemässen Schaltelement die Schalt/Weg-Charakteristik und damit das Schaltgeräusch über die Lebensdauer des Schalters weitgehend unverändert erhalten.

  

[0010]    Für den Anwender erweist es sich als vorteilhaft und angenehm, wenn bei der Betätigung des Schaltelements nicht sofort der Schaltvorgang ausgelöst wird. Dies ist beispielsweise bei Motorradfahrern von Vorteil, die zwar den behandschuhten Daumen bereits auf dem Bedienknopf für das Schaltelement liegen haben, aber noch nicht wollen, dass beispielsweise der Blinker ausgelöst wird. Um dieser Anforderung nachzukommen, ist bei dem erfindungsgemässen Schaltelement der Stössel derart axial verschiebbar gelagert, dass er vor einem Schaltweg, bei dem es zu einer mechanisch erzwungenen Relativverschiebung zwischen dem Permanentmagneten und dem Attraktor kommt, einen Vorhubweg zurücklegen kann. Durch den Vorhub wird der Blinker tatsächlich erst dann betätigt, wenn der Anwender dies auch möchte, und irrtümliche Fehlbedienungen der Blinkanlage können verhindert werden.

   Zweckmässigerweise beträgt der Vorhubweg dazu von 0,01 mm bis 5 mm.

  

[0011]    Eine zweckmässige Ausführungsvariante des Schaltelements sieht vor, dass der Permanentmagnet wenigstens bereichsweise von einem Flussleitblech umgeben ist. Das Flussleitblech führt praktisch zu einem Kurzschluss der magnetischen Feldlinien und verhindert, dass sich ausserhalb des Schaltelements ein nennen-wertes magnetisches Feld aufbaut. Dadurch wird vermieden, dass ferromagnetische Gegenstände am Schaltelement anhaften. Das Flussleitblech erfüllt aber auch die Funktion, den Magneten vor Beschädigungen durch den Schaltvorgang zu schützen. Magnetmaterialien sind oftmals relativ spröde. Bei solchen Magneten dient das Flussleitblech unter anderem als Aufprallschutz, wenn der Magnet und der ferromagnetische Attraktor nach dem Schaltvorgang wieder in den Ausgangszustand zurückkehren.

   Je nach Anziehungskraft des Magneten und je nach Schaltweg kann dies mit einem verhältnismässig starken Impuls einhergehen.

  

[0012]    Eine Ausführungsvariante des elektrischen Schaltelements sieht vor, dass der Permanentmagnet ggf. in Verbindung mit einem Flussleitblech das bewegliche Kontaktteil bildet. Zu diesem Zweck sind am Magneten bzw. am Flussleitblech Zungenkontakte vorgesehen. In einer alternativen Ausführungsvariante kann der Attraktor das bewegliche Kontaktteil bilden. Beide Varianten sind einfach aufgebaut und zeichnen sich durch eine geringe Anzahl von Bauteilen aus.

  

[0013]    Eine weitere Ausführungsvariante der Erfindung sieht vor, dass der ferromagnetische Attraktor ein feststehendes Kontaktteil bildet. Dadurch kann die Anzahl der Bauteile noch weiter reduziert werden.

  

[0014]    Durch den erfindungsgemässen Einsatz der Magnetkraft weist das elektrische Schaltelement bereits eine sehr grosse Festigkeit und Beständigkeit gegenüber Erschütterungen auf. Um diese noch weiter zu verbessern, ist in einer weiteren Ausführungsvariante des Schaltelements das wenigstens ein feststehendes Kontaktteil zur Kompensation von Überhub beim Schaltvorgang bzw. durch Erschütterungen ausgebildet. Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass das wenigstens eine feststehende Kontaktteil eine inhärente Federkraft aufweist und im Kontaktierungsfall elastisch vorgespannt ist. Eine alternative Ausführungsvariante des Schaltelements sieht vor, dass das feststehende Kontaktteil schwebend im Gehäuse angeordnet ist.

   Der Ausdruck "schwebende Anordnung" bedeutet dabei, dass dem feststehenden Kontaktteil ausreichend Platz geboten ist, um sich bei der Kontaktierung frei durchbiegen zu können.

  

[0015]    Zur Verbesserung der Kontakteigenschaften kann das wenigstens eine feststehende Kontaktteil eine veredelte, beispielsweise mit Silber, Silber/Nickel oder Gold beschichtete, Kontaktzone aufweisen.

  

[0016]    Indem das wenigstens eine feststehende Kontakteil eine Anzahl parallel geschalteter Kontaktbereiche aufweist, wird ein Schaltelement mit redundanten Kontaktstellen geschaffen. Dies erhöht den Einsatzbereich des Schaltelements. Die Kontaktbereiche können dabei Öffnerkontakte, Schliesserkontakte und/oder Schleiferkontakte sein.

  

[0017]    Um die Haftkraft zwischen dem Permanentmagneten und dem Attraktor zu erhöhen und allfällige Streufelder ausserhalb des Schaltelements noch weiter zu verringern ist in einer weiteren Ausführungsvariante des Schaltelements der Permanentmagnet als ein Topfmagnet ausgebildet.

  

[0018]    Gerade bei Anwendungen im Kraftfahrzeugbereich wird der Schaltvorgang vielfach auch visuell angezeigt. Dies kann durch eine separate Leuchte erfolgen, die in Nachbarschaft zum Schaltelement angeordnet ist, und bei Betätigung des Schaltelements entsprechend ein- oder ausgeschaltet wird. In einer weiteren zweckmässigen Ausführungsvariante ist diese Leuchte bereits in das Schaltelement integriert. Beispielsweise ist dazu innerhalb des Gehäuses eine Lichtquelle, vorzugsweise eine LED angeordnet, die beim Schaltvorgang aktivierbar bzw. deaktivierbar ist. Weiters ist Magnet ein axialer Durchtrittskanal für das von der LED erzeugtes Licht vorgesehen ist.

  

[0019]    Das Schaltelement kann als ein Taster, als ein konventioneller Schalter (Schliesser, Öffner) oder als ein Wechselschalter ausgebildet sein.

  

[0020]    Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die schematischen Zeichnungen. Es zeigen in nicht massstabsgetreuer Darstellung:
<tb>Fig. 1<sep>eine auseinandergezogene perspektivische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels des elektrischen Schaltelements;


  <tb>Fig. 2<sep>eine axial geschnittene Darstellung des zusammengebauten Schaltelements gemäss Fig. 1;


  <tb>Fig. 3<sep>eine axial geschnittene Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels des Schaltelements;


  <tb>Fig. 4<sep>eine axial geschnittene Darstellung eines dritten Ausführungsbeispiels des Schaltelements;


  <tb>Fig. 5<sep>eine axial geschnittene Konzeptdarstellung eines vierten Ausführungsbeispiels des Schaltelements; und


  <tb>Fig. 6<sep>eine axial geschnittene Konzeptdarstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels des Schaltelements.

  

[0021]    Ein in Fig. 1 und Fig. 2 dargestelltes erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung trägt gesamthaft das Bezugszeichen 1. Das Schaltelement 1 weist ein üblicherweise aus Kunststoff bestehendes Gehäuse 2 auf, das mit einem üblicherweise gleichfalls aus Kunststoff bestehenden Deckel 3 verschliessbar ist. Der Deckel 3 kann nach dem Zusammenbau des Schaltelements 1 kann durch Reibschluss auf dem Gehäuse 2 haften, er kann mit dem Gehäuse 2 verschraubt, verklebt oder auf andere Weise lösbar oder permanent verbunden sein. An dem in der Darstellung unteren Ende des Gehäuses sind zwei feststehende Kontakte 4, 5 angedeutet, die im montierten Zustand aus dem Gehäuse 2 ragen. Die Kontakte 4, 5 können durch Aussparungen im Gehäuse 2 gesteckt sein; sie können aber auch spritz-giesstechnisch integral mit dem Gehäuse 2 ausgebildet sein.

   Das Schaltelement 1 umfasst des Weiteren einen ringförmigen Permanentmagneten 7 und einen ferromagnetischen Attraktor 6, die im montierten Zustand innerhalb des mit dem Deckel 3 verschlossenen Gehäuses 2 angeordnet sind (Fig. 2). Der ferromagnetische Attraktor 6 ist dabei zwischen dem Permanentmagnet 7 und dem Deckel 3 angeordnet und stützt sich am Gehäuse 2 ab. Der Deckel 3, der ferromagnetische Attraktor 6 und der ringförmige Permanentmagnet 7 sind jeweils mit zentralen Bohrungen versehen. Die Bohrungen werden von einem Stössel 9 durchsetzt, dessen eines Ende durch die Bohrung im Deckel 3 ragt. Das gegenüberliegende Ende des Stössels 9 stützt sich über eine Feder 7, beispielsweise eine Schraubendruckfeder, am Boden des Gehäuses 2 ab.

   Der Stössel 9 weist einen ringförmigen Flansch 10 auf, dessen Aussendurchmesser grösser ist, als der Durchmesser der Bohrungen im Deckel 3 und im ringförmigen Permanentmagnet 7. Andererseits ist der Aussendurchmesser des ringförmigen Flansches 10 kleiner als der Durchmesser der Bohrung im ferromagnetischen Attraktor 6.

  

[0022]    Zur Betätigung des Schaltelements 1, das beispielsweise als ein Taster ausgebildet ist, wird auf das aus dem Deckel 3 ragende Ende des Stössels 9 gedrückt. Dadurch wird der Stössel 9 gegen die Rückstellkraft der Feder 8 in Richtung des Bodens des Gehäuses 2 bewegt. Eine Aussparung im Boden des Gehäuses 2 nimmt dabei das Fussteil des Stössels auf. Der ringförmige Flansch 10 am Stössel 9 taucht in die Bohrung des ferromagnetischen Attraktors 6 ab, bis er an der Oberseite des Permanentmagneten 7 anliegt. Der dabei zurückgelegte Weg wird als Vorhub p bezeichnet. Dieser beträgt bei Anwendungen des Schaltelements in Kraftfahrzeugen üblicherweise 0,01 mm - 5 mm. In anderen Anwendungen kann der Vorhub bis zu 2 cm betragen. Der für den Vorhub p erforderliche Kraftaufwand ist allein von der Federkonstanten der Feder 8 abhängig.

   Er kann daher durch geeignete Wahl der Feder sehr leicht eingestellt werden. Der eigentliche Schaltvorgang erfolgt allein gegen die anziehende Kraft des Permanentmagneten 7 auf den ferromagnetischen Attraktor 6. Der für die Überwindung der magnetischen Anziehungskraft erforderliche Kraftaufwand kann dabei von 0,5 N bis zu 15 N betragen. Diese Werte sind typisch für Anwendungen des Haptik-Schaltelements im Fahrzeugbau. In anderen Anwendungen kann der Kraftaufwand für die Überwindung der Anziehungskraft des Permanentmagneten auch nur ca. 0,05 N betragen oder sogar bis zu 100 N erfordern. Nachdem der Permanentmagnet 7 vom sich am Gehäuse 2 abstützenden Attraktor 6 gelöst worden ist, wird er durch den Druck auf den Stössel 9 vom ringförmigen Flansch 10 mitgenommen, bis er an den Kontakten 4, 5 anliegt und den Stromkreis schliesst.

   Der Permanentmagnet 7 bildet somit ein bewegliches Kontaktteil. Der vom Permanentmagnet 7 von seiner Ausgangslage bis zu den Kontakten 4, 5 zurückgelegte Weg wird als Schaltweg s bezeichnet. Der Schaltweg s wird typischerweise zu etwa 0,1 mm - 5 mm eingestellt. Dieser insbesondere für Anwendungen in Kraftfahrzeugen zweckmässige Bereich kann in anderen Anwendungen von 0,1 mm bis zu 2 cm betragen. Die nach dem Trennen des Permanentmagneten 7 vom ferromagnetischen Attraktor 6 für dessen Verschiebung aufzuwendende Kraft setzt sich zusammen aus der auf den Stössel 9 wirkenden Rückstellkraft der Schraubendruckfeder 8 und der mit zunehmendem Abstand abnehmenden Anziehungskraft des Permanentmagneten 7.

   Die feststehenden Kontakte 4, 5 liegen nicht unmittelbar am Boden des Gehäuses 2 an, sondern weisen in einer Art frei schwebender Anordnung einen Abstand r dazu auf, der für den Ausgleich eines Überhubes dient. Üblicherweise beträgt der Abstand r bei Schaltelementen für den Einsatz in Kraftfahrzeugen etwa 0,1 mm - 5 mm. In anderen Anwendungen kann sich ein Abstand zur Kompensation eines Überhubs von bis zu 2 cm als zweckmässig erweisen.

  

[0023]    Wird der Stössel 9 losgelassen, wird der Permanentmagnet 7 infolge der Anziehungskraft zum ferromagnetischen Attraktor 6 in seine Ausgangsstellung zurückbewegt. Bereits beim Lösen des Magneten 7 vom ferromagnetischen Attraktor 6 tritt ein knackartiges Geräusch auf. Beim Anschlagen des zurückbewegten Magneten 7 an den Attraktor 7 entsteht ein weiteres, lauteres charakteristisches Schaltgeräusch. Die beiden Schaltgeräusche liefern dem Anwender eine Rückmeldung über den erfolgten Schaltvorgang. Das Gehäuse 2 mit Deckel 3 wirkt dabei als Resonator.

  

[0024]    Das in Fig. 3 dargestellte zweite Ausführungsbeispiel des Schaltelements trägt gesamthaft das Bezugszeichen 21. Das Gehäuse ist mit 22, der Deckel mit dem Bezugszeichen 23 versehen. Zwei feststehende Kontaktteile 24, 25 ragen durch den Boden des Gehäuses 22 bzw. sind spritzgiesstechnisch integral damit ausgebildet. Die Kontaktteile 24, 25 weisen einen gewissen Abstand zum Boden des Gehäuses 2 auf, um einen Überhub beim Schaltvorgang zu kompensieren. Eine Feder 28, beispielsweise eine Schraubendruckfeder, ist zwischen einem ferromagnetischen Attraktor 26 und dem Boden des Gehäuses 2 eingespannt und presst den Attraktor 26 gegen den Deckel 23 des Gehäuses 22. Ein Stössel 29 mit einem gabelartig ausgebildeten Fussteil ragt durch Aussparungen im Attraktor 26 und stützt sich gegen einen Permanentmagneten 27 ab.

   Das gegenüberliegende Endes des Attraktors 26 ragt durch eine Bohrung im Deckel 23. Der Permanentmagnet 27 ist als ein Topfmagnet ausgebildet und von einem Flussleitblech 20 umgeben. Durch das Flussleitblech 20 werden magnetische Streufelder ausserhalb des Schaltelements verringert bzw. weitgehend unterdrückt. Ausserdem dient das Flussleitblech 20 als mechanischer Schutz für den Permantentmagneten 27, der vielfach aus einem relativ spröden Material gefertigt ist. Das Flussleitblech 20 fängt die Erschütterungen ab, die beim Aufprall des Permanentmagneten 27 auf den Attraktor 26 auftreten. In der Ausgangsstellung haften der Permanentmagnet 27 und der ferromagnetische Attraktor 26 aneinander.

  

[0025]    Durch Druck auf das aus dem Deckel 23 ragende Endes des Stössels 29 wird das System Attrakttor 26 / Permanentmagnet 27 gegen die Rückstellkraft der Schraubendruckfeder 28 in Richtung des Bodens des Gehäuses 22 bewegt, bis es den Vorhubweg p zurückgelegt hat und der Attraktor an einer im Gehäuse umlaufenden Schulter 30 anliegt. Durch Druckerhöhung wird der Permanentmagnet 27 vom Attraktor 26 getrennt und bis zu den Kontakten 24, 25 geschoben. Der elektrische Kontakt wird bei diesem Ausführungsbeispiel des Schaltelements über das den Permanentmagnet 27 umgebende Flussleitblech 20 geschlossen. Der Permanentmagnet 27 in Verbindung mit dem Flussleitblech 20 bildet ein bewegliches Kontaktteil des Schaltelements.

   Sobald die Verbindung zwischen dem Permanentmagnet 27 und dem Attraktor 26 getrennt ist, springt der Attraktor 26 infolge der Rückstellkraft der Feder 28 in seine Ausgangsstellung zurück. Wird der Stössel losgelassen, bewegt sich auch der Permanentmagnet 27, getrieben von der Anziehungskraft zum Attraktor 26 zurück in seine Ausgangsstellung.

  

[0026]    Bei diesem Ausführungsbeispiel des Schaltelements kommt es nach dem Schalten zu einem relativ grossen Kraftabfall, was vom Anwender als positive Rückmeldung aufgenommen wird. Schaltgeräusche entstehen einerseits beim Trennen des Permanentmagneten 27 vom Attraktor 26, wenn letzterer von der Feder 28 getrieben in seine Ausgangsstellung zurückspringt, und durch das Anschlagen des Permanentmagneten 27 am Attraktor 26, wenn der Magnet in seine Ausgangsstellung zurückkehrt.

  

[0027]    Das in Fig. 4 dargestellte dritte Ausführungsbeispiel des Schaltelements trägt gesamthaft das Bezugszeichen 31. Das Gehäuse und der Deckel sind mit 32 bzw. 33 bezeichnet. Das Schaltelement 32 weist einen Permanentmagnet 37 auf, der in einer Aufnahme im Deckel 33 gehalten ist. Der Permanentmagnet 37 ist als Topfmagnet ausgebildet und wiederum von einem Flussleitblech 20 umgeben. Ein Stössel 39 ragt durch eine zentrale Bohrung des Permanentmagneten 27 und stützt sich über eine Rückstellfeder 38, beispielsweise eine Schraubendruckfeder, gegenüber dem Boden des Gehäuses 32 ab. Ein Attraktor 36 ist vom Fussende her auf den Stössel 39 aufgeschoben und liegt in seiner Ausgangsstellung am Permanentmagnet 37 bzw. am Flussleitblech 20 an. Das gegenüberliegende Ende des Stössels 39 ragt durch eine Bohrung im Deckel 33.

   Der Stössel 39 weist einen ringförmig umlaufenden Flansch 40 auf, die am ferromagnetischen Attraktor 36 anliegt. Am Boden des Gehäuses 32 sind feststehende Kontaktteile 34, 35 angeordnet, die durch das Gehäuse 32 nach aussen ragen. Es können mehrere feststehende Kontaktteile vorgesehen sein, die als redundante Kontakte die Flexibilität des Schaltelements 31 erhöhen.

  

[0028]    Zur Betätigung des Schaltelements wird der Stössel 39 gegen die Rückstellkraft der Schraubendruckfeder 38 in Richtung des Bodens des Gehäuses 32 gedrückt. Eine Aussparung oder Bohrung im Boden des Gehäuses 32 nimmt dabei das Fussende des vorgeschobenen Stössels 39 auf. Durch den ringförmig umlaufenden Flansch 40 wird der Attraktor 36 vom Stössel 39 mitgenommen und dabei vom in der Aufnahme im Deckel 33 gehaltenen Permanentmagnet 37 getrennt. In diesem Ausführungsbeispiel des Schaltelements 31 bildet der Attraktor 36 das bewegliche Kontaktteil, über welches der Stromkreis geschlossen wird. Beim Loslassen des Stössels 39 kehrt der Attraktor 39 angetrieben durch die Rückstellkraft der Schraubendruckfeder 36 und die Anziehungskraft des feststehenden Permanentmagneten 37 wieder in seine Ausgangsstellung zurück.

   Beim Aufprall des Attraktors 36 auf den Permanentmagnet 37 bzw. das Flussleitblech 20 entsteht ein charakteristisches Schaltgeräusch, das dem Anwender eine Rückmeldung über den Schaltvorgang gibt.

  

[0029]    Das in Fig. 5 dargestellte Ausführungsbeispiel des Schaltelements ist gesamthaft mit dem Bezugszeichen 41 versehen. Zum Unterschied von den bisherigen Ausführungsbeispielen ragt der Stössel 49 durch den Boden des Gehäuses 42. Der Permanentmagnet 47 ist am Boden des Gehäuses 42 befestigt und wird vom Stössel 49 durchsetzt. Ein Attraktor 46 ist fest mit dem Stössel 49 verbunden und stützt sich über eine Rückstellfeder 48, beispielsweise wiederum eine Schraubendruckfeder, gegen den Deckel 43 für das Gehäuse 42 ab. Im Deckel 42 ist eine Bohrung zur Aufnahme des Fussteils des Stössels 49 vorgesehen. Zwei feststehende Kontaktteile 44, 45 ragen durch die Wandung des Gehäuses 42. Es können auch noch weitere Kontaktteile vorgesehen sein. Die Feder 48 ist mit einer Zuleitung 50 verbunden, die durch das Gehäuse 42 geführt ist.

   Die Feder 48 übernimmt die elektrische Leitung von der Zuleitung 50 zum ferromagnetischen Attraktor 46, der das bewegliche Kontaktteil bildet.

  

[0030]    Für den Schaltvorgang dieses beispielsweise als Schliesser ausgebildeten Schaltelements 41 wird der Stössel 49 gegen die Rückstellkraft der Feder 46 und die Anziehungskraft des Permanentmagneten 47 in Richtung des Deckels 43 gedrückt. Überschreitet die Kraft die Haftkraft des Permanentmagneten, wird der Attraktor 46 vom feststehenden Permanentmagnet 47 getrennt und mit den Kontaktteilen 44, 45 und ggf. noch weiteren redundanten Kontaktteilen in Verbindung gebracht. Nach dem Schaltvorgang kehrt der Attraktor 46 wieder in seine Ausgangsstellung zurück. Beim Auftreffen auf den Permanentmagnet 47 entsteht das typische Schaltgeräusch, das dem Anwender eine Rückmeldung über den Schaltvorgang liefert.

  

[0031]    Die Prinzipdarstellung in Fig. 6zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des Schaltelements, welches gesamthaft das Bezugszeichen 51 trägt. Gehäuse und Deckel sind bei 52 bzw. 53 angedeutet. Der Deckel 53 ist mit einer Bohrung versehen, durch welche ein Stössel 59 ragt, der durch eine Feder 56 vorgespannt ist. Innerhalb des Gehäuses 52 des als Wechselschalters ausgebildeten Schaltelements 51 sind zwei feststehende Kontaktteile 54, 55 angeordnet. Dabei bildet das obere Kontaktteil 54, das in der Nähe des Deckels 53 angeordnet ist, zugleich einen ferromagnetischen Attraktor 56. Das andere feststehende Kontaktteil 55 ist in der Nähe des Bodens des Gehäuses 52 angeordnet. Das obere Kontaktteil 54 bzw. der Attraktor 56 ist mit federbaren Kontaktteilen 64 versehen. Diese sollen verhindern, dass es durch Erschütterungen zu einer Kontaktunterbrechung kommt.

   Das in Bodennähe angeordnete Kontaktteil 55 ist quasi frei schwebend angeordnet und weist zum Boden des Gehäuses 52 einen Abstand r auf, der für eine Kompensation eines Überhubes des beweglichen Kontaktteils beim Schaltvorgang sowie zur Unterdrückung von Erschütterungen dient. Ein von einem Flussleitblech 20 umhüllter Permanentmagnet 57 befindet sich zwischen dem ferromagnetischen Attraktor 56 und dem bodennahen Kontaktteil 55. Das Flussleitblech 20 ist beispielsweise mit einem nach aussen führenden elektrischen Anschluss 60 versehen, der in einer Schlitzführung im Gehäuse 52 axial verschiebbar ist. Alternativ kann der Anschluss 60 auch als ein Schleifkontakt ausgebildet sein. Zusammen mit dem Permanentmagnet 57 bildet das Flussleitblech 20 das bewegliche Kontaktteil.

  

[0032]    Im Ausgangszustand befindet sich das den Permanentmagnet 57 umgebende Flussleitblech 20 in Anlage zum ferromagnetischen Attraktor 56, der zugleich das erste feststehende Kontaktteil 54 bildet. Wird auf den Stössel 59 gedrückt, wird zunächst die Feder 56 komprimiert, bis der Stössel 59 am Permanentmagnet 57 anliegt. Der dabei zurückgelegte Weg wird als Vorhub p bezeichnet. Die für den Vorhub aufzuwendende Kraft hängt allein von der Federkraft der Rückstellfeder 56 ab. Nach dem Überwinden der Anziehungskraft des Permanentmagneten 57 wird dieser vom feststehenden Attraktor 56 getrennt und in Richtung des in Bodennähe befindlichen zweiten feststehenden Kontaktteils 55 bewegt. Der dabei zurückgelegte Weg wird als Schaltweg s bezeichnet. Das zweite feststehende Kontaktteil kann sich bei einem Überhub um einen Weg r durchbiegen.

   Wird der Stössel 59 losgelassen kehren der Permantentmagnet 57 und das Flussleitblech 20 wieder in den Ausgangszustand zurück. Beim Anschlagen an das obere Kontaktteil 54 bzw. den Attraktor 56 entsteht das charakteristische Schaltgeräusch, das dem Anwender eine Rückmeldung über den erfolgten Schaltvorgang gibt.

  

[0033]    Am Boden des Gehäuses 52 kann auch noch eine LED 61 angeordnet sein, die durch die Betätigung des Schaltelements 51 aktivierbar ist. Das von der LED emittierte Licht wird durch einen axial verlaufenden Kanal 62, der sich durch das Flussleitblech 20 und den Permanentmagnet 57 erstreckt nach aussen abgestrahlt. Der Stössel 59 kann dazu beispielsweise an seiner Stirnseite einen lichtdurchlässigen Bereich aufweisen bzw. zur Gänze aus einem lichtdurchlässigen Kunststoff bestehen. Beispielsweise ist an dem lichtdurchlässigen Bereich des Stössels ein figuratives Symbol für das zu schaltende Element angebracht.

  

[0034]    Die Kontaktteile selbst oder zumindest die Kontaktzonen der feststehenden und beweglichen Kontaktteile können veredelt bzw. mit sehr gut leitfähigen Materialien, beispielsweise Silber, Silber/Nickel oder Gold, beschichtet sein.

  

[0035]    Das Schaltelement kann als ein Taster, als ein Öffner oder Schliesser oder auch als ein Wechselschalter ausgebildet sein.

Claims (15)

1. Elektrisches Schaltelement mit einem Gehäuse (2, 3; 22, 23; 32, 33; 42, 43; 52, 53), in dem wenigstens ein feststehendes Kontaktteil (4, 5; 24, 25; 34, 35; 44, 45; 54, 55), ein bewegliches Kontaktteil (7; 27, 20; 36; 46; 57, 20) und eine Feder (6; 26; 36; 46; 56) angeordnet sind, und mit einem aus dem Gehäuse ragenden Stössel (9; 29; 39; 49; 59), der zur mechanischen Betätigung des Schaltelements gegenüber dem Gehäuse (2, 3; 22, 23; 32, 33; 42, 43; 52, 53) axial verschiebbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Stössel (9; 29; 39; 49; 59) gegen die Rückstellkraft der sich innerhalb des Gehäuses abstützenden Feder (6; 26; 36; 46; 56) axial verschiebbar ist, und dass innerhalb des Gehäuses ein Permanentmagnet (7; 27; 37; 47; 57) angeordnet ist, der mit einem innerhalb des Gehäuses angeordneten ferromagnetischen Attraktor (6; 26; 36;

46;56) zusammenwirkt, und der Permantentmagnet (7; 27; 37; 47; 57) beim Schaltvorgang relativ zum Attraktor (6; 26; 36; 46;56) verschiebbar gelagert ist.

2. Schaltelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Stössel (9; 29; 59) derart axial verschiebbar gelagert ist, dass er vor einem Schaltweg (s), bei dem eine mechanisch erzwungenen Relativverschiebung zwischen dem Permanentmagneten (7; 27; 57) und dem Attraktor (6; 26; 56) erfolgt, einen Vorhubweg (p) zurücklegt.

3. Schaltelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorhubweg (p) von 0,01 mm bis 5 mm beträgt.

4. Schaltelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Permanentmagnet (27; 37; 57) wenigstens bereichsweise von einem Flussleitblech (20) umgeben ist.

5. Schaltelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Permanentmagnet (7; 27; 57) ggf. in Verbindung mit einem Flussleitblech (20) oder der Attraktor (36; 46) das bewegliche Kontaktteil bildet.

6. Schaltelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Attraktor (56) ein feststehendes Kontaktteil bildet.

7. Schaltelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine feststehende Kontaktteil (4, 5; 24, 25; 44, 45; 55) zur Kompensation von Überhub beim Schaltvorgang bzw. durch Erschütterungen ausgebildet ist.

8. Schaltelement nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine feststehende Kontaktteil (54) eine inhärente Federkraft aufweist und im Kontaktierungsfall elastisch vorgespannt ist.

9. Schaltelement nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das feststehende Kontaktteil (4, 5; 24, 25; 44, 45; 55) schwebend im Gehäuse angeordnet ist.

10. Schaltelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine feststehende Kontaktteil eine veredelte, beispielsweise mit Silber, Silber/Nickel oder Gold beschichtete, Kontaktzone aufweist

11. Schaltelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine feststehende Kontaktteil eine Anzahl parallel geschalteter Kontaktbereiche aufweist bzw. mehrere parallel feststehende Kontaktteile vorgesehen sind.

12. Schaltelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnet ein Topfmagnet ist.

13. Schaltelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des Gehäuses eine Lichtquelle (61), vorzugsweise eine LED angeordnet ist, die beim Schaltvorgang aktivierbar bzw. deaktivierbar ist, und im Magnet (57) ein axialer Durchtrittskanal (62) für das von der LED erzeugte Licht vorgesehen ist.

14. Schaltelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er als ein Taster ausgebildet ist.

15. Schaltelement nach einem der Ansprüche 11-13, dadurch gekennzeichnet, dass er als ein Wechselschalter ausgebildet ist.