[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.
The invention relates to an electrical switching element according to the preamble of patent claim 1.
From the prior art, a plurality of electrical switching elements for closing or opening a circuit are known. Usually, such switching elements have a housing in which at least one fixed contact part, a movable contact part and a spring are arranged to bring the movable contact part in contact with the fixed contact part or to separate from this. A plunger, which protrudes from the housing, serves for the mechanical actuation of the switching element. Depending on the arrangement of the contact parts is a closing or opening switching element. Often, the switching elements are designed as buttons, which close or open a circuit during actuation only briefly, to trigger a switching operation, for example, in a switching relay.
In motor vehicles such switching elements come for example for the operation of rear window heaters or seat heaters for use. In motorcycles, these switching elements are used for example for the operation of turn signal relays. In motor vehicles, the demands on such switching elements are very high. They must have a long service life and cope with at least 150,000 switching cycles without any significant change in the force / displacement characteristics of the switching process. In addition, such switching elements in motor vehicles are permanently exposed to vibration in operation, which claim the components of the component. It must also be ensured in particular with turn signal switches that the vibrations lead to no false triggering.
Therefore switching elements are already known from the prior art, in which a reliable and error-free switching function is to be ensured by magnetic force.
In the US 2009/0 072 936 A1 a switching element is described, for example, in which the yokes of a permanent magnet interact with an elastically biased, movable contact part. In the initial state, the movable contact part is attracted against its inherent restoring force from the permanent magnet and is thereby applied to a fixed contact. The yokes of the magnet protrude through the receiving housing for the permanent magnet and the switch contacts. By bringing a magnetizable component into abutment with the outer projecting yokes, the tightening force of the permanent magnet on the movable contact part is reduced. Due to its inherent restoring force, the movable contact member detaches from the permanent magnet, and the contact with the fixed contact member is opened.
The structure of this magnetic switching element is relatively complex. It has several against the action of return springs against each other slidable components, which must also have a high accuracy of fit. Due to its complexity, the switching element is complex and expensive to manufacture. In addition, it has relatively large dimensions due to its design.
For operating safety and ease of use plays in switching elements used in motor vehicles increasingly haptic feedback also has a role. A switching element must therefore be designed so that it gives the user a feedback on the successful operation due to its operating characteristics and / or its switching noise. This is to prevent the driver's attention from being affected by uncertainty about the operation of the switching element.
Object of the present invention is therefore to provide an electrical switching element, which meets the requirements for robustness and safety actuation. The switching element should be particularly suitable for use in motor vehicles, for example in motorcycles. It should have a structurally simple and inexpensive construction. In addition, it should meet the requirements for the haptic feedback on the switching process, so that the user can devote his full attention to traffic.
The solution to these and other objects is an electrical switching element with the features mentioned in claim 1. Further developments and / or advantageous embodiments of the invention are the subject of the dependent claims.
The invention proposes an electrical switching element having a housing in which at least one fixed contact part, a movable contact part and a spring are arranged. From the housing protrudes a plunger which is axially displaceable relative to the housing for the mechanical actuation of the switching element. The plunger is axially displaceable against the restoring force of the spring supported within the housing. Within the housing, a permanent magnet is arranged, which cooperates with a likewise disposed within the housing ferromagnetic attractor. During the switching process, the attraction force of the magnet on the attractor must be overcome in order to move the magnet relative to the attractor.
The inventive electrical switching element is very simple and comes with a very small number of components. Mass tolerances do not play a particularly important role. Therefore, the switching element is relatively easy and inexpensive to produce. The inventive switching element uses the attraction between the attractor and the permanent magnet to set a defined force / displacement characteristics. The triggering force required in the switching process is essentially dependent only on the attraction of the magnet and very easily adjustable by the selection of the magnet. The attraction between the attractor and the magnet is usually greater than a mechanical bias, which is achieved solely by spring force.
As a result, the switch is far less sensitive to shocks and axial stesses. This can reduce false alarms. Because of the smaller number of components, the switching element is also far more compact than known switching elements of the prior art. Due to the clearly definable force / displacement characteristic for the switching operation, the switching element can be adapted to the haptic requirements of the user. In the case of use of the switching element in motorcycles can be adjusted by suitable choice of the permanent magnet of the required force for the operation such that there is a clear feedback on the successful operation for the gloved hand of the driver.
In addition, when releasing and restoring the magnetic connection between the magnet and the attractor, there is a switching noise that is also adjustable to provide the user with a clear audible feedback about the shift occurring. The usually made of plastic housing of the switching element serves as a resonator. In contrast to purely mechanically constructed switches remain in the inventive switching element, the switching / path characteristic and thus the switching noise over the life of the switch largely unchanged.
For the user, it proves to be advantageous and pleasant if not immediately the switching operation is triggered upon actuation of the switching element. This is advantageous, for example, for motorcyclists who, although they already have the gloved thumb on the control button for the switching element, but do not yet want, for example, that the turn signal is triggered. In order to meet this requirement, in the inventive switching element, the plunger is mounted so axially displaceable that he can cover a Vorhubweg before a switching path, in which there is a mechanically forced relative displacement between the permanent magnet and the attractor. Due to the forward stroke, the turn signal is actually only actuated when the user so wishes, and erroneous operating errors of the flashing system can be prevented.
Conveniently, the Vorhubweg is from 0.01 mm to 5 mm.
An expedient embodiment of the switching element provides that the permanent magnet is at least partially surrounded by a flux baffle. The flux baffle practically leads to a short circuit of the magnetic field lines and prevents outside the switching element builds up a worth-mentioning magnetic field. This avoids that ferromagnetic objects adhere to the switching element. But the flux baffle also fulfills the function to protect the magnet from damage due to the switching process. Magnetic materials are often relatively brittle. In such magnets, the flux baffle serves inter alia as an impact protection when the magnet and the ferromagnetic attractor return to the initial state after the switching operation.
Depending on the attraction of the magnet and depending on the switching path, this may be accompanied by a relatively strong pulse.
A variant of the electrical switching element provides that the permanent magnet possibly forms the movable contact part in conjunction with a flux baffle. For this purpose, tongue contacts are provided on the magnet or on the flux guide plate. In an alternative embodiment, the attractor may form the movable contact part. Both variants have a simple structure and are characterized by a small number of components.
A further embodiment of the invention provides that the ferromagnetic attractor forms a fixed contact part. As a result, the number of components can be further reduced.
By the inventive use of the magnetic force, the electrical switching element already has a very high strength and resistance to shocks. In order to further improve this, in a further embodiment variant of the switching element, the at least one stationary contact part is designed to compensate for overstroke during the switching operation or due to vibrations. This can be done, for example, that the at least one fixed contact part has an inherent spring force and is resiliently biased in Kontaktierungsfall. An alternative embodiment of the switching element provides that the fixed contact part is arranged floating in the housing.
The term "floating arrangement" means that the fixed contact part is sufficient space to bend freely during the contact can.
To improve the contact properties, the at least one fixed contact part may have a finished, coated, for example, with silver, silver / nickel or gold, contact zone.
By the at least one fixed Kontakteil having a number of parallel-connected contact areas, a switching element is provided with redundant contact points. This increases the range of application of the switching element. The contact areas can be normally closed contacts, closing contacts and / or wiper contacts.
In order to increase the adhesive force between the permanent magnet and the attractor and further reduce any stray fields outside the switching element is formed in a further embodiment of the switching element of the permanent magnet as a pot magnet.
Especially in applications in the automotive sector, the switching process is often visually displayed. This can be done by a separate lamp, which is arranged in the vicinity of the switching element, and is switched on or off accordingly upon actuation of the switching element. In a further expedient embodiment, this light is already integrated in the switching element. For example, a light source, preferably an LED is arranged within the housing, which can be activated or deactivated during the switching process. Furthermore, the magnet is an axial passage for the light generated by the LED is provided.
The switching element may be formed as a button, as a conventional switch (NO, NC) or as a changeover switch.
Further advantages and features of the invention will become apparent from the following description of exemplary embodiments with reference to the schematic drawings. It shows in not to scale representation:
<Tb> FIG. 1 <sep> is an exploded perspective view of a first embodiment of the electrical switching element;
<Tb> FIG. 2 <sep> is an axial sectional view of the assembled switching element according to FIG. 1;
<Tb> FIG. 3 <sep> is an axial section of a second embodiment of the switching element;
<Tb> FIG. 4 <sep> is an axial sectional view of a third embodiment of the switching element;
<Tb> FIG. 5 <sep> is an axial sectional concept illustration of a fourth exemplary embodiment of the switching element; and
<Tb> FIG. 6 <sep> is an axial sectional concept illustration of a further embodiment of the switching element.
An illustrated in Fig. 1 and Fig. 2 first embodiment of the invention bears overall the reference numeral 1. The switching element 1 has a housing 2, which usually consists of plastic, which can be closed with a lid 3, which likewise usually consists of plastic. The lid 3, after assembly of the switching element 1 can adhere to the housing 2 by frictional engagement, it can be screwed to the housing 2, glued or otherwise releasably or permanently connected. At the bottom in the representation of the housing two fixed contacts 4, 5 are indicated, which protrude from the housing 2 in the mounted state. The contacts 4, 5 may be inserted through recesses in the housing 2; However, they can also be injection-molded integrally with the housing 2.
The switching element 1 further comprises an annular permanent magnet 7 and a ferromagnetic attractor 6, which are arranged in the mounted state within the housing 2 closed with the cover 3 (FIG. 2). The ferromagnetic attractor 6 is arranged between the permanent magnet 7 and the cover 3 and is supported on the housing 2. The lid 3, the ferromagnetic attractor 6 and the annular permanent magnet 7 are each provided with central bores. The holes are penetrated by a plunger 9, whose one end protrudes through the hole in the lid 3. The opposite end of the plunger 9 is supported by a spring 7, for example a helical compression spring, at the bottom of the housing 2.
The plunger 9 has an annular flange 10 whose outer diameter is greater than the diameter of the holes in the lid 3 and the annular permanent magnet 7. On the other hand, the outer diameter of the annular flange 10 is smaller than the diameter of the bore in the ferromagnetic attractor. 6
To actuate the switching element 1, which is formed for example as a button, is pressed onto the protruding from the lid 3 end of the plunger 9. As a result, the plunger 9 is moved against the restoring force of the spring 8 in the direction of the bottom of the housing 2. A recess in the bottom of the housing 2 takes on the foot part of the plunger. The annular flange 10 on the plunger 9 dives into the bore of the ferromagnetic attractor 6 until it rests against the upper side of the permanent magnet 7. The distance traveled is called the forward stroke p. This is usually 0.01 mm - 5 mm in applications of the switching element in motor vehicles. In other applications, the forward stroke can be up to 2 cm. The force required for the forward stroke p force is solely dependent on the spring constant of the spring 8.
It can therefore be adjusted very easily by suitable choice of the spring. The actual switching operation takes place solely against the attractive force of the permanent magnet 7 on the ferromagnetic attractor 6. The force required to overcome the magnetic attraction force can be from 0.5 N to 15 N. These values are typical for applications of the haptic switching element in vehicle construction. In other applications, the force required to overcome the force of attraction of the permanent magnet can be as low as about 0.05 N or even as high as 100 N. After the permanent magnet 7 has been released from the attracting to the housing 2 Attractor 6, it is taken by the pressure on the plunger 9 from the annular flange 10 until it rests against the contacts 4, 5 and closes the circuit.
The permanent magnet 7 thus forms a movable contact part. The path traveled by the permanent magnet 7 from its starting position to the contacts 4, 5 is referred to as the switching path s. The switching path s is typically set to about 0.1 mm - 5 mm. This range, which is particularly suitable for applications in motor vehicles, can be from 0.1 mm to 2 cm in other applications. The expended after the separation of the permanent magnet 7 from the ferromagnetic attractor 6 for the displacement force is composed of acting on the plunger 9 restoring force of the helical compression spring 8 and the decreasing with increasing distance attraction of the permanent magnet. 7
The fixed contacts 4, 5 are not located directly on the bottom of the housing 2, but have a distance r in a kind levitating arrangement, which serves to compensate for an overstroke. Usually, the distance r for switching elements for use in motor vehicles about 0.1 mm - 5 mm. In other applications, a distance to compensate for an overstroke of up to 2 cm may prove useful.
If the plunger 9 is released, the permanent magnet 7 is moved back as a result of the attraction to the ferromagnetic attractor 6 in its initial position. Already when releasing the magnet 7 from the ferromagnetic attractor 6, a crackling sound occurs. When striking the magnet 7 moved back to the attractor 7 creates a further, louder characteristic switching noise. The two switching noises provide the user with feedback about the switching process. The housing 2 with cover 3 acts as a resonator.
The illustrated in Fig. 3 second embodiment of the switching element bears overall the reference numeral 21. The housing is provided with 22, the cover with the reference numeral 23. Two fixed contact parts 24, 25 protrude through the bottom of the housing 22 and are injection molding technology integrally formed therewith. The contact parts 24, 25 have a certain distance from the bottom of the housing 2 in order to compensate for an overstroke during the switching operation. A spring 28, for example, a helical compression spring is clamped between a ferromagnetic attractor 26 and the bottom of the housing 2 and presses the attractor 26 against the cover 23 of the housing 22. A plunger 29 with a fork-like foot part protrudes through recesses in the attractor 26 and supports against a permanent magnet 27 from.
The opposite end of the attractor 26 protrudes through a hole in the cover 23. The permanent magnet 27 is formed as a pot magnet and surrounded by a flux guide plate 20. Magnetic stray fields outside the switching element are reduced or largely suppressed by the flux guide plate 20. In addition, the flux guide plate 20 serves as a mechanical protection for the permanent magnet 27, which is often made of a relatively brittle material. The flux baffle 20 intercepts the vibrations which occur on the attractor 26 upon impact of the permanent magnet 27. In the initial position, the permanent magnet 27 and the ferromagnetic attractor 26 adhere to each other.
By pressure on the protruding from the lid 23 end of the plunger 29, the system Attractor door 26 / permanent magnet 27 is moved against the restoring force of the helical compression spring 28 in the direction of the bottom of the housing 22 until it has covered the Vorhubweg p and the attractor a shoulder 30 circulating in the housing rests. By increasing the pressure of the permanent magnet 27 is separated from the attractor 26 and pushed to the contacts 24, 25. The electrical contact is closed in this embodiment of the switching element via the flux guide plate 20 surrounding the permanent magnet 27. The permanent magnet 27 in conjunction with the flux baffle 20 forms a movable contact part of the switching element.
Once the connection between the permanent magnet 27 and the attractor 26 is disconnected, attracts the attractor 26 due to the restoring force of the spring 28 back to its original position. When the plunger is released, the permanent magnet 27, driven by the attraction force to the attractor 26, also moves back to its starting position.
In this embodiment of the switching element occurs after switching to a relatively large drop in force, which is recorded by the user as positive feedback. Switching noises arise on the one hand when separating the permanent magnet 27 from the attractor 26 when the latter is driven by the spring 28 springs back to its original position, and by striking the permanent magnet 27 on the attractor 26 when the magnet returns to its original position.
The illustrated in Fig. 4 the third embodiment of the switching element bears overall the reference numeral 31. The housing and the cover are designated 32 and 33 respectively. The switching element 32 has a permanent magnet 37, which is held in a receptacle in the cover 33. The permanent magnet 37 is designed as a pot magnet and in turn surrounded by a flux guide plate 20. A plunger 39 protrudes through a central bore of the permanent magnet 27 and is supported via a return spring 38, for example a helical compression spring, opposite the bottom of the housing 32. An attractor 36 is pushed from the foot end on the plunger 39 and is in its initial position on the permanent magnet 37 and the flux guide plate 20 at. The opposite end of the plunger 39 protrudes through a hole in the cover 33rd
The plunger 39 has an annular peripheral flange 40 which bears against the ferromagnetic attractor 36. At the bottom of the housing 32 fixed contact parts 34, 35 are arranged, which protrude through the housing 32 to the outside. Several fixed contact parts can be provided, which increase the flexibility of the switching element 31 as redundant contacts.
For actuating the switching element, the plunger 39 is pressed against the restoring force of the helical compression spring 38 in the direction of the bottom of the housing 32. A recess or bore in the bottom of the housing 32 takes on the foot end of the advanced plunger 39. By the annular peripheral flange 40 of the attractor 36 is carried along by the plunger 39 and thereby separated by held in the receptacle in the cover 33 permanent magnet 37. In this embodiment of the switching element 31, the attractor 36 forms the movable contact part, via which the circuit is closed. Upon release of the plunger 39, the attractor 39, driven by the restoring force of the helical compression spring 36 and the attractive force of the stationary permanent magnet 37, returns to its original position.
Upon impact of the attractor 36 on the permanent magnet 37 and the flux baffle 20, a characteristic switching noise, which gives the user feedback about the switching process.
The illustrated in Fig. 5 embodiment of the switching element is provided overall with the reference numeral 41. In contrast to the previous embodiments, the plunger 49 protrudes through the bottom of the housing 42. The permanent magnet 47 is secured to the bottom of the housing 42 and is penetrated by the plunger 49. An attractor 46 is fixedly connected to the plunger 49 and is supported by a return spring 48, for example, again a helical compression spring, against the cover 43 for the housing 42. In the lid 42 has a bore for receiving the foot part of the plunger 49 is provided. Two fixed contact parts 44, 45 protrude through the wall of the housing 42. It can also be provided more contact parts. The spring 48 is connected to a feed line 50, which is guided through the housing 42.
The spring 48 takes over the electrical line from the supply line 50 to the ferromagnetic attractor 46, which forms the movable contact part.
For the switching operation of this example designed as a closing switch element 41, the plunger 49 is pressed against the restoring force of the spring 46 and the attractive force of the permanent magnet 47 in the direction of the lid 43. If the force exceeds the adhesive force of the permanent magnet, the attractor 46 is separated from the stationary permanent magnet 47 and brought into contact with the contact parts 44, 45 and possibly further redundant contact parts. After the switching operation, the attractor 46 returns to its original position. When hitting the permanent magnet 47 creates the typical switching noise that provides the user feedback on the switching process.
The basic illustration in FIG. 6 shows a further exemplary embodiment of the switching element, which bears the reference numeral 51 in its entirety. Housing and lid are indicated at 52 and 53, respectively. The lid 53 is provided with a bore through which a plunger 59 projects, which is biased by a spring 56. Within the housing 52 of the switching element 51 designed as a changeover switch two fixed contact parts 54, 55 are arranged. In this case, the upper contact part 54, which is arranged in the vicinity of the lid 53, at the same time forms a ferromagnetic attractor 56. The other fixed contact part 55 is arranged in the vicinity of the bottom of the housing 52. The upper contact part 54 and the attractor 56 is provided with spring contact parts 64. These are to prevent that it comes through shocks to a break in contact.
The disposed near the bottom contact part 55 is arranged quasi floating and has the bottom of the housing 52 at a distance r, which is used for compensation of an overstroke of the movable contact member during the switching operation and to suppress shocks. A permanent magnet 57 enveloped by a flux baffle 20 is located between the ferromagnetic attractor 56 and the ground contact part 55. The flux guide plate 20 is provided, for example, with an outwardly leading electrical connection 60 which is axially displaceable in a slot guide in the housing 52. Alternatively, the terminal 60 may be formed as a sliding contact. Together with the permanent magnet 57, the flux guide plate 20 forms the movable contact part.
In the initial state, the flux guide plate 20 surrounding the permanent magnet 57 is in contact with the ferromagnetic attractor 56, which at the same time forms the first fixed contact part 54. If the plunger 59 is pressed, first the spring 56 is compressed until the plunger 59 bears against the permanent magnet 57. The distance traveled is called the forward stroke p. The expended for the forward stroke force depends solely on the spring force of the return spring 56. After overcoming the attractive force of the permanent magnet 57, it is separated from the stationary attractor 56 and moved toward the second stationary contact part 55 located near the bottom. The case covered path is referred to as switching path s. The second fixed contact part can bend in the event of an overstroke by a distance r.
When the plunger 59 is released, the permanent magnet 57 and the flux guide plate 20 return to the initial state. When striking the upper contact part 54 and the attractor 56, the characteristic switching noise, which gives the user a feedback about the switching process that has occurred.
At the bottom of the housing 52 may also be arranged an LED 61, which is activated by the actuation of the switching element 51. The light emitted from the LED is emitted to the outside through an axially extending channel 62 which extends through the flux guide plate 20 and the permanent magnet 57. For this purpose, the plunger 59 can have, for example, on its front side a light-permeable area or consist entirely of a translucent plastic. For example, a figurative symbol for the element to be switched is attached to the translucent area of the plunger.
The contact parts themselves or at least the contact zones of the fixed and movable contact parts can be finished or coated with very good conductive materials, such as silver, silver / nickel or gold.
The switching element may be formed as a button, as an opener or closer or as a changeover switch.