DE10025058A1 - Elektrischer Schalter - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Schalter (1), insbesondere in der Art eines Joystick- oder Cursor-Schalters. Der Schalter (1) besitzt ein in einer Verschwenkebene (16), in wenigstens zwei Richtungen bewegbar gelagertes Betätigungsorgan (3), wobei das Betätigungsorgan (3) aus einer neutralen Stellung in eine der jeweiligen Richtung zugeordnete Schaltstellung bewegbar ist. In der Schaltstellung wirkt das Betätigungsorgan (3) auf ein Schaltelement (4) schaltend ein. Das Schaltelement (4) ist als an sich bekanntes Tastschaltelement mit zwei Festkontakten und einer als Schaltkontakt zur schaltenden Überbrückung der Festkontakte sowie als Rückstellelement dienenden Schnappscheibe (6) augebildet. Weiter ist das Schaltelement (4) in etwa senkrecht zur Verschwenkebene (16) des Betätigungsorgans (3) angeordnet.

Description

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Schalter nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

In der Art eines Joystick- oder Cursor-Schalters ausgebildete Schalter dienen zur Eingabe von Daten für ein elektrisches Gerät durch einen Benutzer. Insbesondere werden solche Schalter für Autoradios oder Navigationsgeräte in Kraftfahrzeugen verwendet.

Ein derartiger elektrischer Schalter ist aus der US-A-4 459 440 bekannt und besitzt ein in einer Verschwenkebene bewegbar gelagertes Betätigungsorgan, das in wenigstens zwei Richtungen verstellbar ist. Das Betätigungsorgan ist aus einer neutralen Stellung in eine der jeweiligen Richtung zugeordnete Schaltstellung durch den Benutzer bewegbar. In der Schaltstellung wirkt das Betätigungsorgan auf ein Schaltelement schaltend ein.

Da der Schalter mehrere Schaltstellungen besitzt, ist dessen Kontaktsystem im allgemeinen auf komplexe Art und Weise ausgestaltet. So sind bei dem bekannten Schalter mehrere Mikroschalter parallel zur Verschwenkebene als Schaltelemente angeordnet. Eine solche Anordnung ist aufwendig und die Herstellkosten des Schalters verteuern sich. Außerdem steigt die Fehleranfälligkeit für das Kontaktsystem des bekannten Schalters.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen derartigen elektrischen Schalter bei gleicher Funktionalität einfacher auszugestalten.

Diese Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen elektrischen Schalter durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Der erfindungsgemäßen Lösung liegt der Gedanke zugrunde, als Schaltelement für das Kontaktsystem an sich bekannte Tastschaltelemente in der Art eines "Knackfrosches" zu verwenden. Diese aus Festkontakten und einer Schnappscheibe bestehenden Tastschaltelemente sind in etwa senkrecht zur Verschwenkebene des Betätigungsorgans angeordnet, so daß deren Betätigung durch das Betätigungsorgan auf einfache Art und Weise ermöglicht ist. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Das Betätigungsorgan des Schalters kann als länglicher, in etwa senkrecht aus der Verschwenkebene herausragender Schalthebel ausgebildet sein. Dieser Schalthebel ist in wenigstens vier bis bevorzugterweise in acht Richtungen in der Art einer Windrose bewegbar. Jeweils zwei Richtungen, in denen der Schalthebel bewegbar ist, liegen einander paarweise gegenüber, wobei die neutrale Stellung des Betätigungsorgans sich in etwa im Schnittpunkt der Bewegungsrichtungen befindet.

Zweckmäßigerweise befindet sich die Verschwenkebene für das Betätigungsorgan im wesentlichen in der Gehäusewand des Gehäuses für den Schalter, an der das Betätigungsorgan angeordnet ist. Es bietet sich dabei an, das Betätigungsorgan mittels eines Kugelgelenks in der Verschwenkebene zu lagern. Hierfür kann ein in etwa domartiger Aufsatz an der Gehäusewand angeordnet sein.

Die Schaltelemente können einander paarweise diametral gegenüberliegend im Gehäuse angeordnet sein, womit die Schaltelemente gleichmäßig an einer Umfangsline im Inneren des Gehäuses des Schalters verteilt sind. Ist das Gehäuse für den Schalter in etwa zylinderförmig ausgebildet, so befinden sich die Schaltelemente beispielsweise an der inneren Mantelfläche des zylinderförmigen Gehäuses.

In weiterer Ausgestaltung ist am Betätigungsorgan im Inneren des Gehäuses des Schalters ein Betätigungselement zur Betätigung der Schaltelemente angeordnet, und zwar befindet sich das Betätigungselement an dem dem benutzerseitigen Ende abgewandten Ende des Betätigungsorgans. Zweckmäßigerweise ist das Betätigungselement kugelabschnittsförmig ausgebildet. Die Oberfläche des Betätigungselements kann zusätzlich mit einem elastomeren Material beschichtet sein. Ein zusätzliches Schaltelement kann unterhalb des Betätigungselements im Gehäuse des Schalters angeordnet sein, wobei das zusätzliche Schaltelement durch Drücken des Betätigungsorgans schaltbar ist. Dieses zusätzliche Schaltelement ist dann der neutralen Stellung des Betätigungsorgans zugeordnet.

Bevorzugterweise ist die Schnappscheibe des Schaltelements aus Metall in der Art eines Knackfroschs ausgebildet. Im Inneren des Gehäuses des Schalters, und zwar an der inneren Mantelfläche des zylinderförmigen Gehäuses und/oder an einem Gehäuseeinsatz, befinden sich Halteelemente zur Befestigung der Schnappscheibe. Es bietet sich dann an, die Halteelemente einstückig integriert mit dem Gehäuse und/oder dem Gehäuseeinsatz auszubilden. Ein Halteelement kann jeweils zur Befestigung zweier nebeneinanderliegender Schnappscheiben dienen. Das Halteelement ist etwas vorstehend in Richtung zum Betätigungselement ausgebildet, so daß das Betätigungselement lediglich ein Schaltelement betätigen kann, womit ein eindeutiges Schaltverhalten des Schalters gewährleistet ist.

Es kann sich weiterhin anbieten, die Festkontakte in etwa senkrecht zur Verschwenkebene des Betätigungsorgans radial im Gehäuse des Schalters anzuordnen. Die zugehörigen Anschlüsse von den Festkontakten können aus dem Gehäuse herausragen. Die Festkontakte sind bevorzugterweise im Gehäuse und/oder einem Gehäuseeinsatz des Schalters integriert. Hierfür bietet sich das Einspritzen eines Stanzgitters oder die Ausbildung des Gehäuses bzw. des Gehäuseeinsatzes mitsamt der Festkontakte als MID(Moulded-Interconnected-Device)- Bauteil an.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß der Schalter trotz hoher Funktionalität sehr einfach aufgebaut ist. Damit ist der Schalter in der Herstellung kostengünstig. Beim erfindungsgemäßen Schalter lassen sich Teile des Kontaktsystems als ein MID(Moulded-Interconnected-Device)-Bauteil ausgestalten, was insbesondere bei hohen Stückzahlen zu weiteren Kosteneinsparungen führt. Weiter ist der Schalter fehlerunanfällig und besitzt eine hohe Lebensdauer, die wenigstens eine Million Betätigungen erreicht.

Insbesondere ist das Kontaktsystem des Schalters unempfindlich für Verschmutzungen, da die Festkontakte des Schaltelementes von der Schnappscheibe überdeckt sind. Der erfindungsgemäße Schalter läßt sich somit vorteilhaft in rauhen Umgebungsbedingungen, beispielsweise in Kraftfahrzeugen, einsetzen. Außerdem weist der Schalter eine gute Haptik mit Druckpunkt und Nachlaufweg auf, wobei Fehlbedienungen, wie ein Überschalten o. dgl., mit Sicherheit vermieden werden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung mit Weiterbildungen ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen

Fig. 1 einen elektrischen Schalter in Seitenansicht,

Fig. 2 einen Längsschnitt entlang der Linie 2-2 in Fig. 1,

Fig. 3 einen Schnitt entlang der Linie 3-3 in Fig. 2,

Fig. 4 einen Schnitt entlang der Linie 4-4 in Fig. 2 und

Fig. 5 schematisch die Anordnung der elektrischen Anschlüsse, von der Unterseite des Schalters aus gesehen.

Der in Fig. 1 gezeigte elektrische Schalter 1 ist in der Art eines Joystick- oder Cursor- Schalters bzw. Mehrfunktionsschalters ausgebildet und wird als Eingabemittel für Navigationssysteme in Kraftfahrzeugen eingesetzt. Der Schalter 1 besitzt ein Gehäuse 2, das in etwa zylinderförmig ausgebildet ist und beispielsweise einen im wesentlichen runden Querschnitt mit einem gegebenenfalls polygonal abgesetzten Anteil aufweisen kann, wie näher aus Fig. 3 und 4 hervorgeht. An der Oberseite des Gehäuses 2 ist ein in einer Verschwenkebene 16, die in Fig. 2 zu sehen ist, in wenigstens zwei Richtungen bewegbar gelagertes Betätigungsorgan 3 angeordnet. Das Betätigungsorgan 3 ist durch den Benutzer aus einer neutralen Stellung, die in Fig. 2 zu sehen ist, in eine der jeweiligen Richtung zugeordnete Schaltstellung bewegbar, womit die Bewegungsrichtungen des Betätigungsorgans 3 im wesentlichen in der Verschwenkebene 16 verlaufen. Das in einer solchen Schaltstellung befindliche Betätigungsorgan 3 ist in Fig. 1 gezeigt.

Das Betätigungsorgan 3 wirkt in der jeweiligen Schaltstellung auf ein in Fig. 4 gezeigtes, jeweils zugehöriges Schaltelement 4 schaltend ein. Das Schaltelement 4 ist als an sich bekanntes Tastschaltelement mit zwei Festkontakten 5, 5' und einer Schnappscheibe 6 ausgebildet. Die Schnappscheibe 6 dient als Schaltkontakt zur schaltenden Überbrückung der Festkontakte 5, 5' sowie als Rückstellelement. Die Kontaktflächen der Festkontakte 5, 5' sind vertikal im Gehäuse 2 des Schalters 1 angeordnet. Weiter sind die Festkontakte 5, 5' der einzelnen Schaltelemente 4 radial nebeneinanderliegend im Gehäuse 2 angeordnet. Die ebenfalls vertikal angeordnete Schnappscheibe 6 überdeckt die Festkontakte 5, 5'. Somit ist das Schaltelement 4 in etwa senkrecht zur Verschwenkebene des Betätigungsorgans 3 angeordnet.

Wie der Fig. 2 zu entnehmen ist, ist das Betätigungsorgan 3 als in das Gehäuse 2 reichender, länglicher Schalthebel 7 ausgestaltet. Die Verschwenkebene 16 befindet sich im wesentlichen in der an der Oberseite des Gehäuses 2 gelegenen Gehäusewand 17, an der das Betätigungsorgan 3 angeordnet ist, und verläuft im wesentlichen entlang der Linie 3-3 sowie senkrecht zur Zeichenebene der Fig. 2. Das Betätigungsorgan 3 ist mittels eines Kugelgelenks 18 in der Verschwenkebene 16 gelagert. An der Oberseite der Gehäusewand 17 befindet sich ein domartiger Aufsatz 19, in dem das Kugelgelenk 18 aufgenommen ist. Der Schalthebel 7 ragt in etwa senkrecht aus der Verschwenkebene 16 heraus.

Auf den Schalthebel 7 ist an seinem außerhalb des Gehäuses 2 befindlichen benutzerseitigen Ende eine Kappe 8 aufgerastet. Die Kappe 8 ist die eigentliche manuelle Handhabe für den Benutzer zur Bewegung des Betätigungsorgans 3. Der Schalthebel 7 ist in wenigstens vier, aufeinander senkrechte Richtungen bewegbar. Wie anhand der Fig. 4 näher zu erkennen ist, ist vorliegend das Betätigungsorgan 3 sogar in acht Richtungen in der Art einer Windrose bewegbar. Jeweils zwei dieser Richtungen zur Bewegung des Betätigungsorgans 3 liegen einander paarweise gegenüber. Die in Fig. 2 gezeigte neutrale Stellung des Betätigungsorgans 3 befindet sich dabei in etwa im Schnittpunkt dieser Bewegungsrichtungen.

Wie ebenfalls aus Fig. 4 hervorgeht, liegen die Schaltelemente 4 einander paarweise diametral gegenüber. Die Schaltelemente 4 sind gleichmäßig an einer Umfangsline im Inneren des Gehäuses 2 des Schalters 1 verteilt angeordnet. Die Schaltelemente 4 können sich dabei direkt an der inneren Mantelfläche 20 des zylinderförmigen Gehäuses 2 befinden oder auch, was in Fig. 4 zu sehen ist, an einem Gehäuseeinsatz 15, der wiederum an der Mantelfläche 20 angeordnet ist, angebracht sein. Im Inneren des Gehäuses 2 des Schalters 1 befindet sich ein in Fig. 2 gezeigtes Betätigungselement 9 zur Betätigung der Schaltelemente 4. Das Betätigungselement 9 ist an dem Ende des Betätigungsorgans 3 angeordnet, das dem benutzerseitigen Ende abgewandt ist, derart daß sich die Verschwenkebene 16 in etwa mittig zwischen dem benutzerseitigen Ende des Betätigungsorgans 3 und dem Betätigungselement 9 befindet. Zweckmäßigerweise ist das Betätigungselement 9 kugelabschnittsförmig ausgebildet. Die Oberfläche des Betätigungselements 9 kann mit einem elastomeren Material beschichtet sein, so daß ein gewisser Nachlaufweg in der Schaltstellung bei Betätigung des Betätigungsorgans 3 resultiert.

Wie in Fig. 2 weiter zu sehen ist, ist der neutralen Stellung des Betätigungsorgans 3 ein zusätzliches Schaltelement 10 zugeordnet, das zur Auslösung einer weiteren Schaltfunktion dient. Das zusätzliche Schaltelement 10, das eine ähnliche Ausgestaltung wie die Schaltelemente 4 aufweist, ist unterhalb des Betätigungselements 9 im Gehäuse 2 des Schalters 1 angeordnet. Das zusätzliche Schaltelement 10 ist durch Drücken des Betätigungsorgans 3 mittels des Betätigungselements 9 über einen Schieber 13 schaltbar. Als Rückstellelement für das Betätigungsorgan 3 dient eine im Gehäuse 2 befindliche, auf den Schalthebel 7 einwirkende Druckfeder 14.

Die Schnappscheibe 6 für die Schaltelemente 4, 10 besteht aus Metall und ist in der Art eines Knackfroschs ausgestaltet. Im Inneren des Gehäuses 2 des Schalters 1 können Halteelemente 11 zur Befestigung der Schnappscheibe 6 angeordnet sein, wie näher aus Fig. 4 hervorgeht. Die Schnappscheibe 6 ist zur Fixierung jeweils mit einem Ende in das Halteelement 11 einklemmbar bzw. einrastbar. Jeweils ein Halteelement 11 dient zur Befestigung zweier nebeneinanderliegender Schnappscheiben 6. Die Halteelemente 11 sind bevorzugterweise einstückig integriert mit dem Gehäuse 2 ausgebildet, und zwar zweckmäßigerweise an der inneren Mantelfläche 20 des zylinderförmigen Gehäuses 2, oder auch mit einem Gehäuseeinsatz 15 integriert, wie in Fig. 4 zu sehen ist. Weiter ist das Halteelement 11 etwas vorstehend in Richtung zum Betätigungselement 9 ausgebildet, derart daß das Betätigungselement 9 lediglich ein Schaltelement 4 in Schaltstellung betätigen kann. Eine gleichzeitige Betätigung zweier nebeneinanderliegender Schaltelemente 4, was zu einer nicht eindeutigen und damit fehlerhaften Eingabe des Benutzers führen würde, ist somit wirksam verhindert.

Die Festkontakte 5, 5' der Schaltelemente 4 sind in etwa senkrecht zur Verschwenkebene 16 des Betätigungsorgans 3 radial im Gehäuse 2 des Schalters 1 angeordnet. Zu den Festkontakten 5, 5' zugehörige Anschlüsse 12 ragen aus dem Gehäuse 2 heraus, wie anhand von Fig. 2 oder 5 zu erkennen ist. Es bietet sich an, daß die Festkontakte 5, 5' sowie gegebenenfalls die Anschlüsse 12 im Gehäuse 2 des Schalters 1 integriert sind. Diese Integration kann beispielsweise durch Einspritzen eines Stanzgitters in die Mantelfläche 20 des Gehäuses 2 und/oder in den Gehäuseeinsatz 15 erfolgen. Ebensogut kann die Mantelfläche 20 des Gehäuses 2 und/oder der Gehäuseeinsatz 15 als MID(Moulded- Interconnected-Device)-Bauteil o. dgl. ausgebildet sein, wobei im an sich elektrisch isolierenden Gehäuse 2 bzw. Gehäuseeinsatz 15 elektrisch leitfähige Abschnitte für die Festkontakte 5, 5' sowie gegebenenfalls die Anschlüsse 12 befindlich sind.

Die Erfindung ist nicht auf das beschriebene und dargestellte Ausführungsbeispiel eines Schalters für Navigationssysteme beschränkt. Sie umfaßt vielmehr auch alle fachmännischen Weiterbildungen im Rahmen des Erfindungsgedankens. So läßt sich ein derartiger Mehrfunktionsschalter auch für Autoradios und/oder für Steuergeräte in Kraftfahrzeugen verwenden. Neben Kraftfahrzeuganwendungen kann ein derartiger Mehrfunktionsschalter auch als Eingabemittel für Computer, Werkzeugmaschinen, Haushaltsgeräte o. dgl. eingesetzt werden.

Bezugszeichenliste

1

elektrischer Schalter

2

Gehäuse

3

Betätigungsorgan

4

Schaltelement

5

,

5

' Festkontakt

6

Schnappscheibe

7

Schalthebel

8

Kappe

9

Betätigungselement

10

(zusätzliches) Schaltelement

11

Halteelement

12

Anschluß

13

Schieber

14

Druckfeder

15

Gehäuseeinsatz

16

Verschwenkebene

17

Gehäusewand (an der Oberseite)

18

Kugelgelenk

19

domartiger Aufsatz

20

Mantelfläche (von Gehäuse)

Claims (10)

1. Elektrischer Schalter, insbesondere in der Art eines Joystick- oder Cursor-Schalters, mit einem in einer Verschwenkebene (16), in wenigstens zwei Richtungen bewegbar gelagerten Betätigungsorgan (3), wobei das Betätigungsorgan (3) aus einer neutralen Stellung in eine der jeweiligen Richtung zugeordnete Schaltstellung bewegbar ist, und wobei das Betätigungsorgan (3) in der Schaltstellung auf ein Schaltelement (4) schaltend einwirkt, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltelement (4) als an sich bekanntes Tastschaltelement mit zwei Festkontakten (5, 5') und einer als Schaltkontakt zur schaltenden Überbrückung der Festkontakte (5, 5') sowie als Rückstellelement dienenden Schnappscheibe (6) ausgebildet ist, und daß das Schaltelement (4) in etwa senkrecht zur Verschwenkebene (16) des Betätigungsorgans (3) angeordnet ist.

2. Elektrischer Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Betätigungsorgan (3) als länglicher, in etwa senkrecht aus der Verschwenkebene (16) herausragender Schalthebel (7) ausgebildet ist, daß vorzugsweise das Betätigungsorgan (3) in wenigstens vier, insbesondere in acht Richtungen in der Art einer Windrose bewegbar ist, wobei jeweils zwei Richtungen einander paarweise gegenüberliegen, und daß weiter vorzugsweise die neutrale Stellung des Betätigungsorgans (3) in etwa im Schnittpunkt der Bewegungsrichtungen befindlich ist.

3. Elektrischer Schalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter (1) ein Gehäuse (2) besitzt, daß vorzugsweise die Verschwenkebene (16) im wesentlichen in der Gehäusewand (17) befindlich ist, an der das Betätigungsorgan (3) angeordnet ist, und daß weiter vorzugsweise das Betätigungsorgan (3) mittels eines Kugelgelenks (18) in der Verschwenkebene (16) gelagert ist, wobei insbesondere das Kugelgelenk (18) in einem in etwa domartigen Aufsatz (19) an der Gehäusewand (17) befindlich ist.

4. Elektrischer Schalter nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (2) in etwa zylinderförmig ausgebildet ist, und daß vorzugsweise die Schaltelemente (4) einander paarweise diametral gegenüberliegen, wobei weiter vorzugsweise die Schaltelemente (4) gleichmäßig an einer Umfangsline im Inneren des Gehäuses (2) des Schalters (1), insbesondere an der inneren Mantelfläche (20) des zylinderförmigen Gehäuses (2) und/oder einem Gehäuseeinsatz (15) des Schalters (1), verteilt angeordnet sind.

5. Elektrischer Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß im Inneren des Gehäuses (2) des Schalters (1), insbesondere an dem dem benutzerseitigen Ende abgewandten Ende des Betätigungsorgans (3) ein Betätigungselement (9) zur Betätigung der Schaltelemente (4) angeordnet ist.

6. Elektrischer Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Betätigungselement (9) kugelabschnittsförmig ausgebildet ist, wobei vorzugsweise die Oberfläche des Betätigungselements (9) mit einem elastomeren Material beschichtet ist.

7. Elektrischer Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der neutralen Stellung ein zusätzliches Schaltelement (10) zugeordnet ist, wobei vorzugsweise das zusätzliche Schaltelement (10) unterhalb des Betätigungselements (9) im Gehäuse (2) des Schalters (1) angeordnet ist, und daß weiter vorzugsweise das zusätzliche Schaltelement (10) durch Drücken des Betätigungsorgans (3) schaltbar ist.

8. Elektrischer Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Schnappscheibe (6) aus Metall in der Art eines Knackfroschs ausgebildet ist, und daß vorzugsweise im Inneren des Gehäuses (2) des Schalters (1) Halteelemente (11) zur Befestigung der Schnappscheibe (6) angeordnet sind, wobei weiter vorzugsweise die Halteelemente (11) einstückig integriert mit dem Gehäuse (2), insbesondere an der inneren Mantelfläche (20) des zylinderförmigen Gehäuses (2), und/oder einem Gehäuseeinsatz (15) des Schalters (1) ausgebildet sind.

9. Elektrischer Schalter nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein Halteelement (11) jeweils zur Befestigung zweier nebeneinanderliegender Schnappscheiben (6) dient, und daß vorzugsweise das Halteelement (11) etwas vorstehend in Richtung zum Betätigungselement (9) ausgebildet ist, derart daß das Betätigungselement (9) lediglich ein Schaltelement (4) betätigen kann.

10. Elektrischer Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Festkontakte (5, 5') in etwa senkrecht zur Verschwenkebene (16) des Betätigungsorgans (3) radial im Gehäuse (2) des Schalters (1) angeordnet sind, wobei insbesondere zugehörige Anschlüsse (12) von den Festkontakten (5, 5') aus dem Gehäuse (2) herausragen, und daß vorzugsweise die Festkontakte (5, 5') im Gehäuse (2) und/oder einem Gehäuseeinsatz (15) des Schalters (1), beispielsweise durch Einspritzen eines Stanzgitters, als MID(Moulded-Interconnected-Device)-Bauteil o. dgl., integriert sind.