CN114999850A - 步进式键控开关 - Google Patents

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Ai Lebao Two Cos
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Abstract

本发明涉及一种步进式键控开关，其包括：传递单元，该传递单元具有第一端部和与所述第一端部相对置的第二端部；设于第一端部的操作单元；以及设于第二端部且在第一导向部中沿轴向受引导的接通单元，其中操作单元和/或接通单元构造为相对于传递单元可轴向运动，其中，在使用工况中相对第一导向部发生的操作行程不同于在使用工况中相对第一导向部发生的、通过中介传递而达成的接通行程，其中操作行程与接通行程之比大于1:1，特别是等于2:1，其中操作行程为≥2mm。

Description

步进式键控开关
技术领域
本发明涉及一种步进式键控开关(Stufenhubtaster)，其包括传递单元、操作单元和在第一导向部上受引导的接通单元，其中操作单元和/或接通单元构造为相对于传递单元可轴向运动，特别是用于在建筑及农业技术领域的车辆和作业设备中使用。
背景技术
这种作业设备和车辆的控制常常是通过多功能操纵杆和设于其上或其旁的键控开关(Taster，按钮)来进行，用以选择和控制设备或者车辆的某些特定运动过程。由于操作者通常处在强噪声和振动环境之中，所以，正确且防失误地操作所述键控开关，特别是辨识所发生的和成功达成的操作过程，变得愈发困难。而这一点却正是设备、车辆运行当中避免失误的根本基础。
用于对成功操作发出信号的一种可能方案是采取长的键控开关操作行程，使得操作者在操纵键控开关时，即便在振动影响下或者透过他的手套，依然能够获得明晰的触觉反馈。然而，长的操作行程还需要增大键控开关的结构空间。在通常的应用环境中，往往并没有这种结构空间可供使用，此外还因为许多键控开关是安置在操作面板上，而不可能以同样程度来增大该操作面板。
另外，这种键控开关还应该按照人机工程学交互设置，以避免较大的操作动作，这在结构空间增大的情况下并非总是能够实现的。最后，长的操作行程还会使键控开关使用寿命缩短，这是因为：存在着更多/更大的磨损及污损面。
发明内容
因此本发明的目的便是，提出一种能够安全可靠操作的、带有触觉反馈的步进式键控开关。
该目的通过这样一种步进式键控开关得以实现，其包括：传递单元，该传递单元具有第一端部和与所述第一端部相对置的第二端部；设于所述第一端部的操作单元；以及设于所述第二端部且在第一导向部中沿轴向受引导的接通单元，其中操作单元和/或接通单元构造为相对于传递单元可轴向运动，其中，在使用工况中相对第一导向部发生的操作行程不同于在使用工况中相对第一导向部发生的、通过中介传递而达成的(vermittelt)接通行程，其中操作行程与接通行程之比大于1:1。
根据本发明，操作和接通单元在传递单元上的设置构造为点接触、线接触或者面接触。由于接触平面垂直于轴向升降轴线之故，线接触或者面接触有利地减少了出现的横向力的影响。这样就能在操作单元、传递单元、接通单元和第一导向部之间实现损耗尽可能小的滑动。根据本发明，传递单元构造为刚性的单元，其中术语“刚性”在本发明的意义下意味着：该单元在操作力作用于其上时不出现变形或者只出现很小的变形。根据本发明，操作单元将操作者的动作经由传递单元传递到接通单元上，该接通单元则又断开或者闭合一电触点。在此特别有利的是，操作行程与接通行程之间的比值大于1。根据本发明，经过操作单元最初的空程来实现路程转换，其中，操作单元在该空程之内对处于其静止位置状态的接通单元不施加作用。只有在超过空程时，操作单元的运动才通过传递单元被传递到接通单元上，从而产生操作单元和接通单元相同且同向的运动。这样便给予操作者一个充分的触觉反馈，而无须同时影响或者改变键控开关的有效行程。
非常有利的是，该行程长度比例关系允许维持这种键控开关以往所沿用的结构尺寸大小，增大的操作行程并不需要调整键控开关本身的外部尺寸。非常有利的是，根据本发明，操作单元、传递单元和接通单元相互同轴设置，使得所述操作单元的空程能够被接纳于各相应单元的结构之中。通过这种方式，还有利地省去了铰接件或者带有径向运动组件的其他元件，因而运动传递的损耗做到了尽可能地小。
在本发明的构造设计中规定：操作行程与接通行程之比在1.0001:1与2:1之间，优选为1.5:1，且特别优选等于2:1，和/或操作行程≥1.5mm，特别是≥2mm。这些转换比例或者行程长度是步进式键控开关的尽可能小的结构尺寸与使用者的最佳操作可靠性之间的最佳折衷。然而，大于2:1的比例关系也符合本发明，同样，大于等于5mm、直至20mm的操作行程亦符合本发明。
在本发明的构造设计中规定：操作者在使用工况中施加到操作单元上的轴向力至少部分通过传递单元作用到接通单元上。这种构造设计使得设置复位单元成为可能，根据本发明按下述方式选择复位单元的复位力，即：操作者能够毫无困难地克服该复位力使步进式键控开关(按钮)轴向移动，以操纵该步进式键控开关。通常的轴向操纵力在2至10N之间，复位单元的反力相应地设计为：该反力总计不超过10N。同样，根据本发明将传递单元本身构造为一弹性单元，特别是构造为压力弹簧单元。根据弹性常数的选择，接通行程相比于操作行程被滞延和/或缩短。根据本发明，弹性常数在这种使用环境内选择得如此之软，即：使操作行程与接通行程之比大于1:1，特别是，按照本发明的弹性常数处在2,000至10,000N/m之间。
在本发明的发展设计中规定：至少一个第一复位单元至少间接地作用于接通单元和操作单元，特别是，至少一个第二复位单元至少间接地作用于操作单元。非常有利的是，第一复位单元直接地作用于接通单元并且间接地作用于操作单元，第二复位单元直接地作用于操作单元。由于与接通行程相比更大的操作行程并不能通过接通行程的复位使操作单元完全复位，故而设置了第二复位单元，该第二复位单元将操作单元经过空程移向其初始位置。
根据本发明还提出，第一复位单元设置在第一导向部与接通单元之间以及在传递单元与壳体之间。对于第一复位单元的该设置方式，在传递单元与接通单元之间采取刚性连接是有利的，因为这样第一复位单元还能使传递单元复位。根据本发明，所述刚性连接通过粘合、钎焊或者螺接予以实现。对于第一复位单元直接作用于接通单元的情形，这种刚性连接同样是符合本发明的。根据本发明，第二复位单元设置在操作单元与壳体之间、在操作单元与传递单元之间、在传递单元与接通单元之间或者在传递单元与壳体之间。由于第二复位单元至少间接地作用于操作单元，故而在设置有第二复位单元的那个单元与接通单元之间还存在一松动的连接。优选，第一复位单元以特别有利的方式构造为板簧，该板簧设置在接通单元(优选为一微动开关)下方。这样就实现了构件的高可靠性，并避免了否则必需的操控单元，于是有利地将复杂性和尺寸降低到最小程度。根据本发明，第一和第二复位单元构造为螺旋弹簧、机电或电磁式致动器，或者构造为气动或液压单元。
在本发明的构造设计中规定：所述步进式键控开关具有壳体，其中该壳体优选具有第一和第二壳体件，其中，第一导向部、接通单元、第一复位单元、传递单元和操作单元被接纳于第一壳体件中，而第二复位单元被接纳于第二壳体件中。为了减小壳体的复杂性并从而降低壳体制造成本以及节省材料，所述壳体有利地设计为由多部件组成。根据本发明，第二和/或第一壳体件还构造为用于容纳多个并排的步进式键控开关。优选将壳体分成两部分是有利的，因为这样可以将密封件设置在壳体件上和它们之间并且能够省去另外附加的固定机构。
在本发明的发展设计中规定：第二复位单元是弹性折囊，特别是设置在操作单元与壳体之间，且优选构造为压力弹簧单元。该弹性折囊能够以简单的方式匹配于操作单元和壳体的几何结构，它优选由橡胶类材料构成，诸如NBR(丁腈橡胶)或者EPDM(三元乙丙橡胶)或者特别是硅橡胶。对于这些材料，变形会导致一复位力，该复位力可使折囊回复至其初始位置。
此外，在本发明的构造设计中规定：第二复位单元构造为设在操作单元与壳体之间的密封件，特别是构造为一种设置于第二壳体件上的迷宫式密封。这样的密封件特别有利地将两种重要功能集于一个单元之中：一方面，此配置保护位于壳体腔中的构件免遭污物、水的侵袭和其他外界环境影响。另一方面，这样提高了开关或者说键控按钮的密封性，使得能够利用大水量以高速度毫无问题地清洗本发明的键控开关，即可以使用高压喷射器/蒸汽喷射器。根据本发明，第二复位单元与壳体之间的密封件具有至少IP69K的保护等级。
根据本发明，第一壳体件具有至少一个用于传递单元的第一限位止挡，且传递单元具有至少一个用于操作单元的第二限位止挡，其中，特别是所述第一限位止挡构造为径向完全环绕的限位止挡。第一和第二限位止挡以有利方式限制(通过复位单元所产生的)操作单元或者传递单元的运动。第一与第二限位止挡之间的距离越大，则可相互独立移动的轴向行程长度以及空程就越大。
在本发明的发展设计中规定：第一壳体件具有第二导向部，其中传递单元由第二导向部引导并且传递单元具有第三导向部，其中操作单元由第三导向部引导。根据本发明，第一和第二导向部分别通过模制成型部构成，特别是通过竖直延伸的筋条构成，由此有利地减少了由于线接触而导致的摩擦损耗。根据本发明，形状和位置允差在导向区域中要比在不影响导向的区域中更小，以确保可靠导向，并将制造成本控制得尽可能小。
根据本发明，所述步进式键控开关也具有显示单元，在此，操作单元或者传递单元中的至少一个单元被构造为光导体单元。显示单元根据本发明构造为LED并且是持续激活的。LED在效率高的同时使用寿命长，而且结构体积也小。然而，所有类型的发光器件均适合本发明。根据本发明，显示单元与接通单元设置在同一电路板上，以避免否则必需的附加线路。根据本发明，作为光导体，诸如完全透明或者半透明的塑料材料和玻璃纤维材料等均是适宜的。非常有利的是，光导体由于空行程之故而恒久处在光源附近，显示单元因此在光源照度相同的情况下特别明亮。换言之，光导体与光源的距离不大于或者仅仅稍微大于接通行程。
附图说明
下文将参照附图借助一种实施形式详细地阐述本发明，其中：
图1示出了步进式键控开关在初始位置中的第一剖视图；
图2示出了步进式键控开关在初始位置中的第二剖视图；
图3示出了步进式键控开关在中间位置中的第一剖视图；
图4示出了步进式键控开关在操纵位置中的第一剖视图；
图5示出了操作单元5、传递单元2及第一壳体11的分解图，局部剖切表示。
具体实施方式
图1示出了步进式键控开关1在初始位置中的第一剖视图，其中，接通单元(亦即“接触导通单元”)7借助第一导向部6可轴向移动地支承，并且与电路板17保有间距地设置。在接通单元7与电路板17之间设置有第一复位单元8。此外，在接通单元7上方设置有传递单元2。该传递单元2具有第一端部3和第二端部4，其中，第一端部3具有呈多边形的空心体，而第二端部4呈柱形。第一和第二端部3、4的成形体彼此同轴设置。传递单元2沿着与第二端部4相同的延伸方向具有一空心体状的框架18，其中该框架18的壁厚在一部分区域19内显著增加，特别是至少加倍。该部分区域19此外还具有较大的轴向长度，特别是，该部分区域19(的长度)至少为框架18的1.5倍长并且设计为偏心结构。部分区域19在初始位置中与显示单元16保有间距。显示单元16与第一导向部6邻接地设置在电路板17上。在传递单元2上方设置有操作单元5。该操作单元同样具有单侧封闭的呈多边形的空心体。所述操作单元5的一个开放的端面22设计为平行于一个相对第一端部3垂直构成的止挡面23，并且与该止挡面保有间距地设置。第一端部3同样也与操作单元5的一个内部端面24保有间距地设置。第一导向部6、接通单元7、第一复位单元8、传递单元2以及操作单元5至少部分被接纳于第一壳体件11中。第一壳体件11具有一种特别是与传递单元2和操作单元5的外部轮廓相匹配的形状，其中，框架18的侧周面25构造为与壳体件内侧面26保有间距。止挡面23与第一限位止挡15接触，其中，该第一限位止挡15构造为第一壳体件11的一个平行于止挡面23延伸的面，并且限制传递单元2向上的轴向运动。第一壳体件11的一个锥形区域28构造在第一限位止挡15上方，操作单元5设置在该锥形区域28之内。在操作单元5的外部端面32上构造有一边缘33，该边缘特别是由弹性橡胶构成。第二复位单元9的第一端部设置在操作单元5与边缘33之间。第二复位单元9同样也由弹性材料构造成弹性折囊13。第二复位单元9在其与第一端部相对置的第二端部处设置在第一壳体件11与第二壳体件12之间，在此，第二复位单元9构成为以L形包箍第二壳体件12，并且具有一个与壳体件上侧面27接触的、基本呈三角形的凸筋34。第一和第二壳体件11、12构成了步进式键控开关1的壳体10。此外，特别是所述“L”的长边29构造有多个凸起和凹槽，通过这些凸起和凹槽实现了一种迷宫式密封14。所述“L”构造设计、迷宫式密封14和凸筋34全都是为了将内部壳体腔35可靠地密封，以免受外部侵袭影响。
图2示出了步进式键控开关1在初始位置中的第二剖视图，其中，该第二剖视图是垂直于第一剖视图定向的。传递单元2在其第一端部3上具有两个相对置且关于运动轴线成镜像设置的、呈滑雪跳台状的(
Figure BDA0003525969210000061
)凸头20。在此，所述凸头20跳台形状的第二斜面37分别朝向上方。凸头20构造为用于操作单元5的第二限位止挡30，其中，这两个凸头20分别设置在操作单元5的两个相对置的开口31之一中。凸头20与操作单元5接触，并限制该操作单元5向上的轴向移动。另外，第一壳体件11在锥形区域28之内构造为呈梯形。开放的端面22具有两个相向靠拢的斜面，其中第一斜面36分别构造为与凸头20的第二斜面37平行。
图3示出了步进式键控开关1在其操纵期间处于中间位置中的第一剖视图，其中，操作单元5通过一轴向力F向着传递单元2的方向运动，使得所述止挡面23与所述开放的端面22接触。第一端部3仍与内部端面24保有间距地设置。通过操作单元5的轴向运动，第二复位单元9发生弹性变形，并具有一个反向于轴向力F的且直接作用到操作单元5上的第二反力FG2。与图1中的图示相比，传递单元2和接通单元7并未运动，这便构成了操作单元5的一个空程。
图4示出了步进式键控开关1在操纵位置中的第一剖视图，其中，轴向力F经由操作单元5和传递单元2作用到接通单元7上，使该接通单元按下述方式运动，即：它与电路板17间接地接触，特别是经由第一复位单元8接触。操作单元5、传递单元2以及接通单元7就如同在步进式键控开关1的中间位置和操纵位置之内运动。弹性折囊13最大程度地变形，因此其具有相对轴向力F的最大第二反力FG2。构造为板簧的第一复位单元8在此位置中也具有相对轴向力F的最大第一反力FG1。所述部分区域19与所述显示单元16之间的距离与在初始位置或中间位置中相比得以缩小。传递单元2在此实施例中构造为光导体单元，该光导体单元将显示单元16发出的光引向操作单元5。由于本发明所提出的操作行程与接通行程的比例关系，显示单元16与部分区域19之间的距离在所有位置中都有效地缩短了，从而使得发出的光能够经很短距离被接收到光导体单元中，因此有利地实现了：降低例如由散射所导致的损耗。操作单元5根据本发明具有完全透明或者半透明的材料，依此，操作者可以透过操作单元5辨识出通过光导体单元引导的发射光。根据本发明，在操作单元5上设置有标签38，该标签38是不透光的。在复位时，在操纵位置与中间位置之间，第一和第二复位单元8、9都作用于操作单元5。在中间位置与初始位置之间，只有第二复位单元9作用于操作单元5，因为传递单元2和接通单元7的向上运动受到了第一限位止挡15的限制。
图5示出了操作单元5、传递单元2及第一壳体件11的分解图，局部剖切表示。第一壳体件11具有第二导向部39，其中，该第二导向部39构造为竖直延伸的筋条的形式，其中在壳体件内侧面26上每一侧面分别构造有两根筋条，这些筋条在装配位置中与框架18接触。传递单元2具有第三导向部40，其中，该第三导向部40构造为竖直延伸的筋条的形式，其中在传递单元2的每一外棱边41中分别构造有一根筋条，这些筋条在装配位置中与操作单元内周面21接触。操作单元5被从上方装配到第一壳体件11中，在装配前第一和第二斜面36、37彼此相对置。操作单元5在一开口区域42中分别具有两个竖直延伸的通槽43，这样就形成了相互对置设置的开口区域42的弹性。在装配期间，将开口区域42从上方压向凸头20，其中第一和第二斜面36、37设置为相互接触并且这样地影响(控制)作用力方向：产生的横向力使操作单元5的开口区域42向外可逆地变形，从而使得各有一个凸头20滑入一个开口31中，并且开口区域42随后恢复到其最初设置状态。锥形区域28有利地构造为部分呈梯形，以便在装配期间为开口区域42的可逆变形留出空间。在装配结束时，操作单元5的轴向运动自由度通过形状锁合得以限制，特别是通过与传递单元2的卡钩连接得以限制。这样构造设计所述第一和第二斜面36、37的其他缘由是：此结构形式接近于负载期间在该区域内所存在的作用力分布/走向，以及，实现了将模制件从模具可靠脱模所需的脱模斜度。特别是对于利用注射成型法(注塑法)制作模制件的情况，脱模斜度是重要的。传递单元2从下方装配到第一壳体件11中。
附图标记列表
1 步进式键控开关
2 传递单元
3 第一端部
4 第二端部
5 操作单元
6 第一导向部
7 接通单元
8 第一复位单元
9 第二复位单元
10 壳体
11 第一壳体件
12 第二壳体件
13 弹性折囊
14 迷宫式密封
15 第一限位止挡
16 显示单元
17 电路板
18 框架
19 部分区域
20 凸头
21 操作单元内周面
22 开放的端面
23 止挡面
24 内部端面
25 侧周面
26 壳体件内侧面
27 壳体件上侧面
28 锥形区域
29 长边
30 第二限位止挡
31 开口
32 外部端面
33 边缘
34 凸筋
35 壳体腔
36 第一斜面
37 第二斜面
38 标签
39 第二导向部
40 第三导向部
41 外棱边
42 开口区域
43 通槽
FG1 第一反力
FG2 第二反力
F 轴向力

Claims (9)

1.步进式键控开关(1)，其包括：传递单元(2)，该传递单元具有第一端部(3)和与所述第一端部相对置的第二端部(4)；设于所述第一端部(3)的操作单元(5)；以及设于所述第二端部(4)且在第一导向部(6)中沿轴向受引导的接通单元(7)，其中所述操作单元(5)和/或所述接通单元(7)构造为相对于所述传递单元(2)可轴向运动，其特征在于，在使用工况中相对所述第一导向部(6)发生的操作行程不同于在使用工况中相对所述第一导向部发生的、通过中介传递而达成的接通行程，其中所述操作行程与所述接通行程之比大于1:1；以及，至少一个第一复位单元(8)至少间接地作用于所述接通单元(7)和所述操作单元(5)，且至少一个第二复位单元(9)至少间接地作用于所述操作单元(5)。
2.根据权利要求1所述的步进式键控开关(1)，其特征在于，所述操作行程与所述接通行程之比在1.0001:1与2:1之间，优选为1.5:1，且特别优选等于2:1；和/或，所述操作行程≥1.5mm，特别是≥2mm。
3.根据权利要求1或2所述的步进式键控开关(1)，其特征在于，操作者在使用工况中施加到所述操作单元(5)上的轴向力(F)至少部分通过所述传递单元(2)作用到所述接通单元(7)上。
4.根据权利要求1、2或3中任一项所述的步进式键控开关(1)，其特征在于，该步进式键控开关具有壳体(10)，其中该壳体(10)具有第一壳体件(11)和第二壳体件(12)，其中，第一导向部(6)、接通单元(7)、第一复位单元(8)、传递单元(2)和操作单元(5)被接纳于所述第一壳体件(11)中，而第二复位单元(9)被接纳于所述第二壳体件(12)中。
5.根据前述权利要求中任一项所述的步进式键控开关(1)，其特征在于，第二复位单元(9)构造为弹性折囊(13)，该弹性折囊(13)设置在操作单元(5)与壳体(10)之间，其中，所述弹性折囊(13)构造为压力弹簧单元。
6.根据前述权利要求中任一项所述的步进式键控开关(1)，其特征在于，第二复位单元(9)构造为设在操作单元(5)与壳体(10)之间的密封件，特别是构造为设置于第二壳体件(12)上的迷宫式密封(14)。
7.根据前述权利要求中任一项所述的步进式键控开关(1)，其特征在于，第一壳体件(11)具有至少一个用于所述传递单元(2)的第一限位止挡(15)，且传递单元(2)具有至少一个用于所述操作单元(5)的第二限位止挡(30)，其中特别是所述第一限位止挡(15)构造为径向完全包围的限位止挡(15)。
8.根据前述权利要求中任一项所述的步进式键控开关(1)，其特征在于，第一壳体件(11)具有第二导向部(39)，其中，传递单元(2)由所述第二导向部(39)引导，并且传递单元(2)具有第三导向部(40)，其中操作单元(5)由所述第三导向部(40)引导。
9.根据前述权利要求中任一项所述的步进式键控开关(1)，其特征在于，该步进式键控开关包括显示单元(16)，其中，操作单元(5)或者传递单元(2)中的至少一个单元构造为光导体单元，其中所述光导体单元与光源的最大距离仅仅略微大于所述接通行程。
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