CN101689854B - 开关装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种开关装置(10)，用于接通或者断开用电设备，尤其是车辆中的发动机或类似装置，该开关装置具有壳体(20)、操纵元件(30)、开关元件(40)和显示器(50)，其中显示器(50)布置在操纵元件(30)上，开关元件(40)可以通过操纵元件(30)来激活，借助于开关元件(40)可以产生至少一个用于控制单元(15，15’)的开关信号(17)。根据本发明设计为：开关元件(40)是压电开关，其中压电开关这样布置，即在将操纵元件(30)推入(31)壳体(20)中时，该压电开关产生开关信号(17)。
Description
技术领域
本发明涉及一种开关装置，用于接通或者断开用电设备，尤其是车辆中的发动机或类似装置，该开关装置具有壳体、操纵元件、开关元件和显示器，其中显示器布置在操纵元件上，开关元件可以通过操纵元件来激活，借助于开关元件可以产生至少一个用于控制单元的开关信号。
背景技术
在DE 101 64 558 A1中描述了一种点火开关，该开关用于启动或者关闭车辆发动机。点火开关布置在转向柱附近并且具有布置在壳体中的可移动的主体。除此之外在点火开关中集成有开关主体，该开关主体将可移动的主体保持为是可移动的，并用于探测可移动的主体的推移。此外用来显示出车辆状态的指示装置位于可移动的主体附近。在这种型式的点火开关中，司机用其手指将可移动的主体推入壳体中，开关元件由此启动或者关闭发动机。在这种形式的点火开关中已经证实为不利的是：这种点火开关由于推入行程长而具有较差的操作方便性，而且复杂的机械装置的功能容易受到外界环境影响的干扰。
发明内容
本发明的目的是提出一种用于接通或者断开用电设备的开关装置，在该装置中避免了前述的缺点，尤其是提出一种价廉和紧凑的、用于接通或者断开用电设备的开关装置，这种装置确保了容易和方便的操作。
为了实现该目的提出了一种具有权利要求1所述特征的、用于接通或者断开用电设备的开关装置。在从属权利要求中给出了优选的改进方案。
根据本发明设计为：开关元件是压电开关，其中压电开关这样布置，即在将操纵元件推入壳体中时，该压电开关产生开关信号。
本发明的基础在于：压电开关一方面只需要特别小的开关行程以用于实现释放。另一方面压电开关以其根本不受或仅很少受到环境的影响而著称。因此通过应用压电开关就实现了一种操作特别方便的并且可以不受外界环境影响的开关装置。
第一个有利的实施变体在于：操纵元件和显示器是一体的。这种实施变体的特点在于将显示元件(显示器)与操纵元件组合起来。由此产生一种节省空间的开关装置。在这种实施变体中，显示器的壳体用作被推入壳体中的操纵元件。操纵者因此接触到显示器的表面并将由操纵元件与显示器组成的机械组合推入壳体中，由此将一机械的压力施加到压电开关上，该压电开关促成了开关信号的产生。通过显示器与操纵元件的机械组合，不仅减少了所需空间，而且减少了开关装置的元件数量。元件数量的减少同时也提高了开关装置的可靠性。
此外有利的是：开关装置具有推入位和零位，其中推入位可以通过将操纵元件推入壳体中来达到，而在零位上开关元件不被操纵。这样设计的装置可以由此来补充完善，即：壳体具有蓄能器，其中蓄能器使操纵元件可逆地从推入位转移到零位。如果使用者想要释放开关信号，就将操纵元件推入壳体中。在这样达到的推入位置上，开关元件产生开关信号。为了接着使根据本发明的开关装置可以用于重新产生开关信号，蓄能器将操纵元件从推入位置推回到零位。蓄能器可以有利地是弹簧或弹性体元件。
一种改进本发明的措施这样设置，即：压电开关的压电元件的机械变形产生开关信号，优选为电的开关信号。压电元件集成在压电开关中并且产生电开关信号。压电元件可以是晶体或陶瓷，其在机械压力作用下产生电压。为此所必需的压电效应基于以下现象：当某些材料变形时，在其表面上出现电荷。可用于压电元件的晶体尤其是石英、铌酸锂和正磷酸镓。另外还可以使用的有：块磷铝矿物、电气石族中的材料、酒石酸钾钠盐和所有的铁电物质，如钛酸钡(BTO)。陶瓷同样也适合在压电元件中应用，该陶瓷由人造的、无机的、铁电体的和多晶体的材料，例如锆钛酸铅(PZT)和铅镁铌酸盐(PMN)构成。
另外一个有利的实施变体的特点在于，显示器应用下列装置中的至少一个：发光二极管(LEDs)、有机发光二极管(OLEDs)、液晶显示器(LCDs)、等离子屏幕、阴极射线管、表面传导电子发射显示器(SED)或者场致发射屏幕(FED)。发光二极管(LED)是一种半导体构件，它以窄的光谱发射非相干性的光。发射光的波长取决于半导体构件以及可能的掺杂。同样可以利用的有机发光二极管(OLED)是一种特殊类型的LED，在该有机发光二极管中发光层由有机成分形成。液晶显示器以应用特种液晶为基础，这些液晶可以影响光的极化方向，以显示标记、符号或者图形。这种LCD屏幕由多个区段组成，在这些区段中可以利用电场分别单独地控制液晶的取向。SED屏幕具有与阴极射线屏幕类似的功能。发射器在每个单个的子象素中应用了SED屏幕而取代单个的电子发射器。这样设计的屏幕的优点是快速的反应时间以及可达到的对比度。应该选择哪一种所列举类型的显示器应用在开关装置中，这一般取决于使用位置或者说使用条件。如果开关装置受到强烈的环境影响，那么已经证实为有利的是：尤其是应用LEDs或者LCD显示器。前述的装置也可以不受强烈的环境影响、例如湿度的损害，并因此允许即使在越野汽车或船舱上也应用根据本发明的开关装置。如果开关装置只受到少的环境影响，但要显示出更多数量的信息，那么尤其是可以应用SED或FED显示器。
为了实现节省空间的开关装置，已经证实，当开关元件成型为薄膜状时是有利的。这里尤其是开关元件可以是布置在壳体与显示器之间。压电开关的压电元件可以由石英或者陶瓷制成，其高度可以仅为几毫米，并且可以布置在操纵元件与壳体之间。通过开关元件的薄膜状的设计方案，尤其是操纵元件的整个背面可以配有压电开关。由此确保了：即使在接触发生在操纵元件的边缘区域中时，也可靠地产生开关信号。
根据本发明的开关元件应该由使用者来接触，以便释放开关信号。相应的接触应该借助于操纵元件而在压电开关上传递。因此已经证实：当操纵元件具有大约手指大小的底面并设计成帽状时是有利的。显示器可以布置在该操纵元件上。另一个有利的实施方式的特征在于，壳体具有支承，其中显示器布置在支承中。出于结构上的原因，壳体的支承可以呈环状包围住显示器和操纵元件。因此支承不仅实现了促使操纵元件在推入位与零位之间运动的目的，而且也防止显示器受到在边缘区域中的影响。
此外，支承可以与操纵元件的滑动元件共同作用。滑动元件布置在操纵元件的侧面区域上，并且可以使操纵元件几乎无摩擦地推入壳体中。除此之外，滑动元件使得操纵元件相对于支承密封，因此不会有如脏物或者水气之类的环境影响侵入壳体内部。
一种改进本发明的措施是：可以在显示器上显示车辆的状态，尤其是在显示器上可以显示出发动机的启动和/或停止的准备情况。现代的机动车具有许多的传感器和执行器，它们都可以单独地调整。为了提高车辆的操作方便性，可以在根据本发明的开关装置的显示器上显示出机动车的各个传感器和执行器的调整情况，因此可以简单而直观地显示出所有重要的调整情况。尤其是在显示器上显示出发动机的启动和/或停止准备情况，这已证实为是有利的。现代的汽车发动机常常是很低声的，因此不能总是由噪声水平直接得知发动机是否运转。通过开关装置的相应的显示则因此允许使用者在机动车中进行以视觉的方式监控发动机是否运转。由此阻止了用于发动机的启动过程的第二次触发，这种启动过程的第二次触发可能会损坏机动车起动器。
另外一种改进本发明的措施是：显示器通过总线系统与至少一个信息源连接，其中总线系统用于单向地和/或双向地在显示器与信息源之间交换至少一个信息，尤其是该信息可以在显示器上显示。这样设计的开关装置还可以进一步通过如下途径加以改进：借助于总线系统可以通过串行的或并行的结构来传输信息。可替换地或者附加地可以这样设置：信息源是下列装置中的至少一个：GPS系统、无线电收发设备、手机、暖气装置，尤其是停车采暖装置、停车系统、车辆管理系统或发动机管理系统。
对于使用者来说，通过所描述的对改进措施的组合可以了解到不同的信息源的调整情况和/或状态。为此尤其可以在显示器上显示出一些图形符号，这些图形符号分别与单独的信息源相联系。因此对于使用者来说可以容易地例如检查空调机的调整情况。为此对于这个信息源并不需要单独设计的显示元件。而根据本发明的开关装置则更好地用于简单、直观地为使用者显示出信息源的所有信息。
一种改进本发明的措施是：开关装置具有接口，尤其是该接口包含下列技术中的一种：Wireless LAN(IEEE802.11)，Firewire(IEEE1394)、USB(通用串行总线)、HDMI(高清晰度多媒体接口)、IrDA(红外数据组织)、蓝牙、Unilink、ATA/ATAPI(具有包接口的高技术配置)、IEEE488或IEEE1284。所列举的接口尤其可以用于在开关装置与外部计算机单元之间进行通信。因此可以将信息源的信息、发动机或者关闭系统的数据传输到外部计算机单元上。这被证实尤其对于在车间进行检查时寻找可能的故障来说是有利的。
另外一种改进本发明的措施是：开关装置可以布置在车辆中的下列位置中的至少一个上：在方向盘上、尤其是在厂牌的或者挡板面或操作面的区域中，在换挡杆上，在中心托架上，在仪表板上的多功能操作单元上，在车门的内衬上，在车顶上，在内倒车镜上或在方向盘的左边或者右边。只有一条或者几条电导线从该开关装置中引出，因此在方向盘自身中的布线也可以比较简单。因此根据本发明的开关装置不必隐蔽地和几乎不可接近地布置，例如机械的方向盘锁。因此在启动发动机或者类似装置时操作的舒适性可以得到明显的提高，这是因为能够考虑到司机的人机工程学方面的要求。
本发明的目的同样也通过一种安全系统来实现，这种系统用来激活或去激活设备或者仪器，尤其是车辆中的方向盘锁或发动机，该系统具有：根据前述权利要求中的一项所述的开关装置；移动式ID发送器，其中在开关装置与ID发送器之间可以进行数据传输；以及控制单元，该控制单元控制在开关装置与移动式ID发送器之间的数据传输。
这种安全系统配备有：根据权利要求1至15中的一项所述的开关装置；和移动式ID发送器，其中在开关装置与ID发送器之间可以进行数据传输。除此之外在该安全系统中设有控制单元，该控制单元至少控制在开关装置与移动式ID发送器之间的数据传输。在这种安全系统中，车辆的司机或者说操作人员不必主动地参与其中来使系统断电或激活。识别过程仅仅通过操作开关装置、尤其是操纵元件来自动地启动，其中数据传输被用来将编码的振铃信号或激活信号从开关装置传输到ID发送器上。在移动式ID发送器接收到并校验过该振铃信号之后，该发送器将原本的识别码发送回到安全系统上。这一方面也可以通过数据传输或通过附加的接收单元来进行，该接收单元通过无线电来接收移动式ID发送器的识别数据并将该识别数据继续传送到控制单元。控制单元随后将识别数据与预定的识别数据进行比较，然后在肯定的识别的情况下进行对单个用电设备或者仪器的相应控制，这取决于现有的是开关装置的哪个开关位置或哪个开关信号。因此例如可以使电的方向盘锁解锁并使发动机管理系统断电，以便启动在车辆中的发动机。
附图说明
本发明的其它措施和优点在权利要求书、以下的说明和附图中给出。在附图中示出了本发明的多个实施例。附图所示为：
图1：根据本发明的开关装置在零位上时的示意性的剖视图；
图2：图1所示的开关装置在推入位上；
图3：根据本发明的开关装置的另一种实施方式在零位上时的示意性的剖视图；
图4：开关装置和总线系统；以及
图5：根据本发明的开关装置的正视图。
具体实施方式
图1示出了开关装置10的第一种有利的设计方案，这种开关装置用于接通或断开用电设备，尤其是车辆中的发动机或类似装置。开关装置10具有壳体20、操纵元件30、开关元件40和显示器50。显示器50布置在操纵元件30上，并且开关元件40可以通过操纵元件30来激活。借助于开关元件40可以产生至少一个用于控制单元15，15’的开关信号17。根据本发明设计为：开关元件40是压电开关。这种压电开关这样布置，即在将操纵元件30推入31壳体20中时，产生了开关信号17。
图2示出了将操纵元件30推入31壳体20中。可以看出，操纵元件30相对于壳体20发生推移并在压电开关40上施力。通过压电开关40的机械变形优选地产生电信号17。布置在壳体中的蓄能器21(这里是弹簧)用于在将操纵元件30推入31之后，可逆地又推出到零位。零位是指在操纵元件30的这个位置上没有开关信号17由压电开关40释放。
在壳体20中布置了具有相应的支承部件的支承22。操纵元件布置在该支承22的内部，其中支承部件用于在从推入位转移至零位时或者进行相反操作时对操纵元件30进行引导。为此操纵元件30具有与支承部件共同作用的滑动元件32。
如图2所示，在操纵根据本发明的开关装置时，将操纵元件30以及与该操纵元件相连接的显示器50都推入壳体中。因此操纵元件30与显示器50固定连接。两者尤其是可以成型为一体。因此例如可以考虑将操纵元件30同时用作为显示器50的壳体。在这种情况下，在操纵该操纵元件30时同时将显示器50推入壳体20中。使用者因此必须接触51显示器的表面，以便将显示器推入31壳体20中。
开关装置10的另一种有利的实施变体在图3中示出。开关元件/压电开关40几乎遮盖操纵元件30的整个底面。开关元件/压电开关40在这种实施变体中尤其是可以成型为薄膜状。这种实施变体的优点在于：与接触操纵元件30的表面的位置无关地，总是确保了产生开关信号17。因此阻止了：操纵元件30在进行操纵31时发生歪斜以及因此不产生开关信号17。除此之外，开关装置40的这种类型的设计方案可以使开关装置10的结构高度变小，这是因为薄膜状的构造只有很少的空间需求。除此之外，操纵元件30必须返回直至在推入31时产生开关信号17的推入行程是很小的。这样所达到的根据本发明的开关装置10的操作方便性的提高与占用位置的减少相结合。因此开关装置10尤其是还可以随后集成装入在车辆中，而对于所要提供使用的结构空间不必提出特别的要求。
如图4所示，在一个有利的实施变体中，根据本发明的开关装置10可以连接于总线系统70，该总线系统将开关装置10与信息源80相连接。这里，总线系统70可以实现至少一个信息81的单向的和/或双向的交换。总线系统70可以是导线连接的或基于无线电波的总线系统。因此可以通过总线系统70由信息源80，例如类似传感器和/或执行器将信息81发送到显示器50上。这些信息81可以是执行器的调整情况或者传感器的测量值。在该实施方式的一个有利的变体中，信息81则可以显示于显示器50上，以便实现可视的显示。为了传输信息81，已经证实当总线系统70具有串行的或并行的结构时是有利的。在多个位同时地，也就是并行地进行传输时的数字传输称为并行的结构。与之相反，在串行数据传输时，信息是逐位依次地通过数据传输介质来传输。总线系统更为有利地具有以下的并行的结构中的一种：ATA(高技术配置)、GPIB(通用目的接口总线)或者HIPPI(高性能并行接口)。如果应用串行系统的结构，那么使用以下的结构中的一种也已证实为是有利的：ACCESS总线，ASI总线，ByteFlight，控制器区域网络(CAN)、欧洲安装总线(EIB)、ISYGLT(用于大楼控制技术的革新系统)、KNX、局部控制网络(LCN)、FlexRay、通用串行总线(USB)、Firewire、eSATA(外部串行ATA)、Profibus、MOST总线、时间触发协议(TTP)、LIN总线、ControlNet、INTERBUS、MIL总线，SafetyBusp或者Spacewire。
在所示开关装置10的壳体20中或者在外部在总线系统70上还可以布置有计算机单元16。其在这里可以是微控制器、FPGA(现场可编程门阵列)或者数字信号处理器(DSP)。这样的计算机单元16既可用于控制显示器50，也可用于与总线系统70实现通信。除此之外也可以在计算机单元16中集成显卡或者其它的电子单元用于控制显示器50。在图1和2中，计算机单元16布置在壳体20内部。当根据本发明的开关装置10的显示器50也用于显示其他的信息源的信息时，尤其证实为是有利的。在这种情况下，计算机单元16不仅可以用于控制显示器50，而且也可用于通过总线系统70的信息流。除此之时，可以在计算机单元16中集成有计算机程序产品，这些产品识别各自所连接的信息源并在规律的时间段中查询信息。因此通过计算机单元16就确保了在总线系统70内对数据流的集中控制。与此相反，在图4中计算机单元16分散地布置并通过总线系统70与开关装置10连接。因为现代的机动车常常具有自身的计算机单元16，因此可能就不需要在开关装置10中集成计算机单元16。因此开关装置10只需与总线系统70连接，以可靠地评估开关信号17。
图5示出了根据本发明的开关装置10的前视图。环状壳体20包围住显示器50。在显示器50上一方面显示了信息源80的信息81。在所示的实施例中这是指空调器的当前温度。除此之外还示出了机动车发动机的启动和/或停止的准备情况82，82’。在本实施例中假定发动机正在运转。因此只能通过开关装置10发出停止信号82’。为了在视觉上确认这一事实，停止准备情况82’用彩色存储在所示的显示器50上。因此使用者明白：压入显示器50会导致发动机相应地停下。
参考标号表
10开关装置 15，15’控制单元
16计算机单元 17开关信号
20壳体21蓄能器
22用于操纵元件30的支承 30操纵元件
31操纵元件的推入 32滑动元件
40开关元件 50显示器
51接触显示器 52显示器的表面
70总线系统 80信息源
81信息
82，82’启动和/或停止的准备情况
Claims (20)
1.一种开关装置(10)，用于接通或者断开车辆中的用电设备，所述开关装置具有：壳体(20)、操纵元件(30)、开关元件(40)和显示器(50)，其中所述显示器(50)布置在所述操纵元件(30)上；所述开关元件(40)可以通过所述操纵元件(30)来激活；借助于所述开关元件(40)可以产生至少一个用于控制单元(15，15’)的开关信号(17)，其特征在于，所述开关元件(40)是压电开关，其中所述压电开关这样布置，即在将所述操纵元件(30)推入(31)所述壳体(20)中时，所述压电开关产生所述开关信号(17)，其中，所述操纵元件(30)和所述显示器(50)是一体的。
2.根据权利要求1所述的开关装置(10)，其特征在于，所述开关装置(10)具有推入位和零位，其中所述推入位可以通过将所述操纵元件(30)推入(31)所述壳体(20)中来达到，而在所述零位上所述开关元件(40)不被操纵。
3.根据权利要求2所述的开关装置(10)，其特征在于，所述壳体(20)具有蓄能器(21)，其中所述蓄能器(21)使所述操纵元件(30)可逆地从所述推入位转移到所述零位。
4.根据权利要求1所述的开关装置(10)，其特征在于，所述压电开关的压电元件的机械变形产生所述开关信号(17)。
5.根据权利要求3所述的开关装置(10)，其特征在于，所述压电开关的压电元件的机械变形产生所述开关信号(17)。
6.根据权利要求1所述的开关装置(10)，其特征在于，所述显示器(50)应用下列装置中的至少一个：发光二极管(LEDs)、有机发光二极管(OLEDs)、液晶显示器(LCDs)、等离子屏幕、阴极射线管、表面传导电子发射显示器(SED)或者场致发射屏幕(FED)。
7.根据权利要求1所述的开关装置(10)，其特征在于，所述开关元件(40)成型为薄膜状。
8.根据权利要求7所述的开关装置(10)，其特征在于，所述开关元件(40)布置在所述壳体(20)与所述显示器(50)之间。
9.根据权利要求1所述的开关装置(10)，其特征在于，所述壳体(20)具有支承(22)，其中所述显示器(50)布置在所述支承(22)中。
10.根据权利要求1所述的开关装置(10)，其特征在于，在所述显示器(50)上可以显示出车辆的状态。
11.根据权利要求10所述的开关装置，其特征在于，在所述显示器(50)上可以显示出发动机的启动-和/或停止准备情况(82，82’)。
12.根据权利要求1所述的开关装置(10)，其特征在于，所述显示器(50)通过总线系统(70)与至少一个信息源(80)连接，其中所述总线系统(70)用于单向地和/或双向地在所述显示器(50)与所述信息源(80)之间交换至少一个信息(81)。
13.根据权利要求12所述的开关装置，其特征在于，所述总线系统(70)用于单向地和/或双向地在所述显示器(50)与所述信息源(80)之间交换至少一个信息(81)，其中所述信息(81)可以在所述显示器(50)上显示。
14.根据权利要求12所述的开关装置(10)，其特征在于，借助于所述总线系统(70)可以通过串行的或并行的结构来传输所述信息(81)。
15.根据权利要求12所述的开关装置(10)，其特征在于，所述信息源(80)是下列装置中的至少一个：GPS系统、无线电收发设备、手机、暖气装置、停车系统、车辆管理系统或发动机管理系统。
16.根据权利要求14所述的开关装置(10)，其特征在于，所述信息源(80)是下列装置中的至少一个：GPS系统、无线电收发设备、手机、暖气装置、停车系统、车辆管理系统或发动机管理系统。
17.根据权利要求1所述的开关装置(10)，其特征在于，所述开关装置(10)具有接口。
18.根据权利要求17所述的开关装置(10)，所述接口包含下列技术中的一种：Wireless LAN(IEEE802.11)、FireWire(IEEE1394)、USB(通用串行总线)、HDMI(高清晰度多媒体接口)、IrDA(红外数据组织)、蓝牙、Unilink、ATA/ATAPI(具有包接口的高技术配置)、IEEE488或者IEEE1284。
19.根据权利要求1所述的开关装置(10)，其特征在于，所述开关装置(10)可以布置在车辆中的下列位置中的至少一个上：在方向盘上，在换挡杆上，在中心托架上，在仪表板上的多功能操作单元上，在车门的内衬上，在车顶上，在内倒车镜上或在方向盘的左边或者右边。
20.一种安全系统，用于激活或去激活车辆中的设备或仪器，所述安全系统具有：根据权利要求1至19中的一项所述的开关装置(10)；移动式ID发送器，其中在所述开关装置(10)与所述ID发送器之间可以进行数据传输；以及控制单元(15，15’)，所述控制单元控制在所述开关装置(10)与所述移动式ID发送器之间的所述数据传输。
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