DE10134895C1

DE10134895C1 - Drucktastenschalter mit Rasthaltung

Info

Publication number: DE10134895C1
Application number: DE2001134895
Authority: DE
Inventors: Andreas Neufeld
Original assignee: Hella KGaA Huek and Co
Current assignee: Hella GmbH and Co KGaA
Priority date: 2001-07-18
Filing date: 2001-07-18
Publication date: 2003-01-09
Anticipated expiration: 2021-07-19

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf einen Drucktastenschalter mit Rasthaltung, der eine herzförmige Rastkurve und eine gummielastische Schaltmatte aufweist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Drucktastenschalter mit Rasthaltung. Ein gattungsgemäßer Drucktastenschalter besteht aus einem Gehäuse, in dem ein Schaltteil angeordnet ist, das durch Drücken einer Drucktaste entgegen einer Federkraft verschiebbar ist. Dabei wirkt das Schaltteil auf ein Kontaktelement, das infolge der Verschiebung des Schaltteils zur Bewirkung eines elektrischen Schaltkontakts gegen eine Leiterplatte gedrückt wird. Der Rastmechanismus besteht aus einer an dem Schaltteil angeformten herzförmigen Rastkurve, in der bei Verschiebung des Schaltteils ein gehäuseseitig gelagerter, verschwenkbarer Rasthebel geführt wird. Bei einer Betätigung der Drucktaste (d. h. Drücken und anschließendes Loslassen) wird das Schaltteil von einer Ausgangs-Schaltstellung, in der das Kontaktelement von der Leiterplatte beabstandet ist, in eine Raststellung, in der das Kontaktelement gegen die Leiterplatte drückt, verbracht. In der Rasthaltung befindet sich der Rasthebel in der Raststellung der herzförmigen Rastkurve. In der Raststellung wird das Kontaktelement über die Federkraft federelastisch gegen die Leiterplatte gedrückt. Bei einer erneuten Betätigung der Drucktaste wird das Schaltteil dann von der Raststellung in die Ausgangsstellung verbracht, wobei das Kontaktelement wieder von der Leiterplatte abhebt.

Ein derartiger Drucktastenschalter ist beispielsweise aus der DE 198 39 602 A1 bekannt. Dort ist zur Erzeugung der Federkraft eine Druckfeder vorgesehen. Die Verwendung einer Druckfeder sowie dessen Montage ist jedoch aufwendig und dem entsprechend hochpreisig. Aus der FR 2 584 528 A1 ist bereits ein gattungsgemäßer Drucktastenschalter gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs bekannt, der eine Schaltmatte in Form einer zurückschnappenden Rückstellmembran verwendet und somit keine Druckfeder benötigt.

Aufgabe der Erfindung ist es, den gattungsgemäßen Drucktastenschalter dahingehend weiterzuentwickeln, daß der Stößel des Schaltteils gegenüber dem Schaltdom der Schaltmatte besser fixiert ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Stößel als Zylinder ausgebildet ist, an dem stirnseitig eine ebenfalls hohlzylindrische Führungshülse mit einem geringeren Durchmesser angeformt ist, wobei die Führungshülse zur Fixierung des Stößels in den Schaltdom eingreift.

Anhand der beigefügten Zeichnungen soll die Erfindung nachfolgend näher erläutert werden. Es zeigt:

Fig. 1 eine Explosionsdarstellung einer Schalteinrichtung mit drei Drucktastenschaltern,

Fig. 2 einen Schnitt durch das Schaltteil mit Schaltmatte,

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht des Schaltteils mit herzförmiger Rastkurve,

Fig. 4 eine Darstellung der herzförmigen Rastkurve mit dem Bahnverlauf des Rasthebels,

Fig. 5 den Kraft-Weg-Verlauf der Schaltmatte korrespondierend zur Stellung des Rasthebels in der Rastkurve,

Fig. 6 das Höhenprofil innerhalb der Rastkurve,

Fig. 7 einen Schnitt durch die Schaltmatte in der Ausgangsstellung,

Fig. 8 einen Schnitt durch die Schaltmatte am Ende des Schalthubbereichs, wo die Kontaktpille die Leiterplatte kontaktiert.

Fig. 1 zeigt eine Schalteinrichtung mit drei Drucktastenschalter (3,5) in Explosionsdarstellung, wobei alle Drucktastenschalter in einem gemeinsamen Gehäuse (1) untergebracht sind. Zwei der in der Schalteinrichtung integrierten Drucktastenschalter (3) weisen keine Rasthaltung auf. Bei diesen Drucktastenschaltern (3) wird der Schalthub der Drucktasten (3) lediglich über Stößel (4) - ohne ein Schaltteil mit Rastkurve - auf eine Schaltmatte (6) übertragen, wodurch Kontaktpillen (6B) gegen die Leiterplatte (8) gedrückt werden.

Der erfindungsgemäße Drucktastenschalter (5) mit Rasthaltung befindet sich in der dargestellten Schalteinrichtung in der Mitte zwischen den beiden Drucktastenschaltern (3) ohne Rasthaltung. Der erfindungsgemäße Drucktastenschalter (5) weist ein Schaltteil (2) mit einer herzförmigen Rastkurve (2A) auf. Beim Drücken der Drucktaste (5) als dem Bedienelement des Schalters wird das Schaltteil (2) gegenüber dem Gehäuse (1) linear verschoben und gleichzeitig ein gehäuseseitig gelagerter Rasthebel (7) in der Rastkurve (2A) geführt. Das Schaltteil (2) drückt nun seinerseits über einen Stößel (2B) auf einen an der Schaltmatte (6) einstückig angeformten Schaltdom (6A). Auf der der Leiterplatte (8) zugewandeten Seite der Schaltmatte (6) befindet sich eine Kontaktpille (6B), die bei einer Druckbeaufschlagung des Schaltdoms (6A) gegen die Leiterplatte (8) gedrückt wird und dort zum Schalten eines Schaltzustandes zwei Leiterbahnen elektrisch leitend miteinander verbindet.

Zur Reduzierung der aufzuwendenden Druckkraft ist der Stößel, der Schaltdom und die Kontaktpille jeweils zweimal vorhanden. Darüber hinaus wird durch diese Redundanz auch noch eine erhöhte Schaltsicherheit für den Fall erreicht, daß beispielsweise eine Kontaktpille defekt ist oder die Leiterbahnen im Bereich einer Kontaktpille verschmutzt sind.

Bei einer Betätigung (Drücken und anschließendes Loslassen) der Drucktaste (5) wird das Schaltteil (2) von einer Ausgangs-Schaltstellung, in der die Kontaktpille (6B) von der Leiterplatte (8) beabstandet ist, in eine Raststellung verbracht, in der dann die Kontaktpille (6B) gegen die Leiterplatte (8) drückt. In der Raststellung ist die Drucktaste (5) in der Schalteinrichtung leicht versenkt angeordnet, so daß der Bediener die Schaltposition optisch wahrnehmen kann.

Bei einer erneuten Betätigung der Drucktaste (5) wird das Schaltteil (2) von der Raststellung wieder in die Ausgangsstellung gebracht.

Der Ablauf bei einer Betätigung der Drucktaste (5) soll anhand der Fig. 4 bis 6 veranschaulicht werden. Fig. 4 zeigt die herzförmige Rastkurve (2A), die vorzugsweise einstückig mit dem Schaltteil (2) aus Kunststoff ausgebildet ist. In der Rastkurve (2A) ist der Führungsstift (7A) des Rasthebels (7) zu erkennen, der in der Rastkurve (2A) geführt wird. Da der Rasthebel (7) schwenkbar in dem Gehäuse (1) gelagert ist, ist der Führungsstift (7A) nicht nur entlang des Hubweges linear relativ zum Schaltteil (2)/Rastkurve (2A) bewegbar, sondern auch senkrecht zum Hubweg. Außerdem ist der Führungsstift (7A) elastisch aus der Zeichenebene heraus verschwenkbar, wodurch das Abfahren eines Höhenprofils entlang der Rastkurvenbahn ermöglicht wird.

Bei einer Betätigung der Drucktaste (5) wird der Führungsstift (7A) ausgehend von einer Ausgangsstellung - knapp unterhalb der herzförmigen Rastkurve (2A) - in die Rastkurvenbahn hinein geführt. Dabei wird der Führungsstift (7A) im dargestellten Ausführungsbeispiels rechts um das herzförmige Zentrum der Rastkurve (2A) herum entgegen dem Uhrzeigersinn geführt. Die andere Richtung ist durch eine Stufe (S6) als Abweisfläche in der Rastkurve (2A) gesperrt. Auf seinem Weg von der Ausgangsstellung (A) hin zur Position (P1) passiert der Führungsstift (7A) eine erste Stufe (S1), die die Rastkurvenbahn in eine schiefe Ebene überführt. Wenn der Führungsstift (7A) in der Rastkurve (2A) die Position (P1) erreicht hat, drückt die Kontaktpille (6B) auf die Leiterplatte (8). Der korrespondierende Hubbereich, den das Schaltteil (2) entgegen der Federkraft der Schaltmatte (6) bis hierher zurückgelegt hat, wird als Schalthubbereich (h) bezeichnet. Dabei ist die Federkonstante der auf der Leiterplatte (8) angeordneten Schaltmatte (6) in diesem Hubbereich kleiner als in dem sich daran anschließenden Hubbereich, wobei die Schaltmatte (6) in diesem Schalthubbereich so elastisch verformt wird, daß die Kontaktpille (6B) in Richtung auf die Leiterplatte (8) bewegt wird.

Sobald die Kontaktpille (6B) auf die Leiterplatte (8) drückt (vgl. Position (P1) in der Rastkurve) schließt sich ein Überhubbereich an, in dem der Führungsstift (7A) des Rasthebels (7) in seine Raststellung gebracht wird. In diesem Überhubbereich findet lediglich eine elastische Deformation der Schaltmatte (6) ohne eine Verschiebung der Kontaktpille (6B) statt. Die Federkonstante der Schaltmatte (6) in diesem Überhubbereich ist dabei größer als in dem Schalthubbereich. Damit wird sichergestellt, daß die anfängliche Deformation immer eine Verschiebung der Kontaktpille (6B) in Richtung der Leiterplatte (8) bewirkt.

Auf seinem Weg innerhalb des Überhubbereiches von der Kontaktposition (P1) zu einer Umkehrposition (P3) passiert der Führungsstift eine weitere steile Stufe (S2) als Abweisfläche, die verhindert, daß der Führungsstift (7A) nach dem Loslassen der Drucktaste (5) von der Umkehrposition (P2) in die Ausgangsstellung (A) gelangen kann. Stattdessen wandert der Führungsstift (7A) nach dem Loslassen der Drucktaste infolge der Federkraft der Schaltmatte (6) in die Raststellung (P3), wo der Führungsstift (7A) in einer Mulde des herzförmigen Zentrums der Rastkurve (2A) gehalten wird. Beim Überschreiten der Stufe (S2) springt der Führungsstift (7A) im Höhenprofil der Rastkurve (2A) und erzeugt ein Schaltgeräusch, das dem Bediener signalisiert, daß nach dem Loslassen des Druckschalters (5) die Rasthaltung sichergestellt ist. Beim Wandern von der Umkehrposition (P2) in die Rastposition (P3) passiert der Führungsstift (7A) eine weitere Stufe (S3), die als Abweisfläche bei einer erneuten Betätigung der Drucktaste (5) dient.

Zur Entrastung wird die Drucktaste (5) erneut gedrückt. Dadurch wird eine Bewegung des Führungsstifts (7A) von der Rastposition (P3) in eine weitere Umkehrposition (P4) bewirkt. Beim Wandern von der Rastposition (P3) in die Umkehrposition (P4) passiert der Führungsstift (7A) eine weitere Stufe (S4) als Abweisfläche, die ein Zurückwandern des Führungsstiftes (7A) beim Loslassen der Drucktaste (S) in die Rastposition (P3) verhindern soll. Stattdessen wandert der Führungsstift (7A) nach dem Loslassen der Drucktaste (5) in seine Ausgangsposition (A) zurück.

Den Kraft-Weg-Verlauf der Schaltmatte (6) zeigt in den Umkehrpunkten (P2, P4) einen steilen Anstieg, so daß eine weitere Verformung kaum noch möglich ist und der Bediener eine Endposition wahrnimmt, die ihn zum Loslassen der Drucktaste (5) veranlasst.

Die Fig. 7 und 8 zeigen die Schaltmatte (6) im Bereich der Kontaktpille (6B) im Detail. Dabei zeigt Fig. 7 die Schaltmatte (6) in der Ausgangs-Schaltstellung (vgl. Punkt A in der Rastkurve), also am Anfang des Schalthubbereiches, wo die Kontaktpille (6B) von der Leiterplatte (8) beabstandet ist. Fig. 8 zeigt die Schaltmatte (6) am Ende des Schalthubbereiches (vgl. Punkt P2 in der Rastkurve), wo die Kontaktpille (6B) bereits auf die Leiterbahn (8) drückt.

Die Schaltmatte (6) ist zur Bewirkung des Schalthubes und des Überhubes im relevanten Bereich um die Kontaktpille (2B) speziell ausgebildet. Die Beschreibung bezieht sich auf die entspannte Ausgangs-Schaltstellung der Schaltmatte. Diese weist eine umlaufende Auflagefläche (6C) auf, mit der sie auf der Leiterplatte (8) aufliegt. Von der Auflagefläche (6C) erstreckt sich einstückig eine umlaufende, zylinderförmige Wandung (6D), die von einem einstückig angeformten Boden (6E) abgeschlossen wird. Im Zentrum des Bodens (6E) ist ein die Kontaktpille (6B) tragender zylindrischer Block (6F) einstückig angeformt. Auf der der Kontaktpille (6B) abgewandten Seite des Bodens (6E) ist ein Schaltdom (6A) als Hohlzylinder einstückig angeformt. Die Schaltmatte besteht aus einem gummielastischen Material, z. B. Silikonkautschuk.

Der Stößel (2B) des Schaltteils (2) drückt gegen die Stirnseite des hohlzylindrischen Schaltdoms (6A). Der Stößel (2B) ist ebenfalls als Hohlzylinder ausgebildet, an dem stirnseitig eine hohlzylindrische Führungshülse (2C) mit einem geringeren Durchmesser angeformt ist, die in den Schaltdom (6A) zur Fixierung des Stößels (2B) eingreift. Im Überhubbereich kann der zylindrische Block (6F), welcher die Kontaktpille (6B) trägt, dann in vorteilhafter Weise in der hohlzylindrischen Führungshülse (2C) eintauchen.

Während des Schalthubes werden die Wandung (6D) der Schaltmatte (6) und der Boden (6E) nach innen gewölbt, wobei der Kraft-Weg-Verlauf in diesem Bereich im wesentlichen konstant und linear verläuft. Am Ende des Schalthubbereiches, wenn also die Kontaktpille (6B) auf die Leiterplatte (8) drückt, haben sich im Schnitt zwei gewölbte Kammern ausgebildet, die ein umlaufendes Gewölbe über der Leiterplatte (8) bilden. Bei einer weiteren elastischen Deformation der Schaltmatte (6) im Überhubbereich muß dieses Gewölbe eingedrückt werden. Dieser Verformung entspricht dann eine größere Federkonstante als im Schalthubbereich.

Die Federkonstanten können bspw. über die Wandstärken im Bereich der Wandung (6D) und des Bodens (6E) eingestellt werden.

Bezugszeichenliste

1

Gehäuse

2

Schaltteil

2

A Herzförmige Rastkurve am Schaltteil

2

B Stößel am Schaltteil

2

C Hohlzylindrische Führungshülse am Stößel

3

Drucktasten für Drucktastenschalter ohne Rasthaltung

4

Stößel für Drucktastenschalter ohne Rasthaltung

5

Drucktaste für Drucktastenschalter mit Rasthaltung

6

Schaltmatte

6

A Schaltdom

6

B Kontaktpille

6

C Auflagefläche

6

D Umlaufende zylindrische Wandung

6

E Boden

6

F Zylindrischer Block mit Kontaktpille

7

Rasthebel

7

A Führungsstift des Rasthebels

8

Leiterplatte
A Ausgangsstellung
P1 Kontaktposition
P2 Umkehrposition
P3 Rastposition
P4 Umkehrposition
h Schalthub

Claims

1. Drucktastenschalter mit Rasthaltung bestehend aus
einem Gehäuse (1), in dem ein eine herzförmige Rastkurve (2A) aufweisendes Schaltteil (2) angeordnet ist, das durch Drücken einer Drucktaste (5) entgegen einer Federkraft verschiebbar ist,
einem gehäuseseitig gelagerten, verschwenkbaren Rasthebel (7), der bei einer Verschiebung des Schaltteils (2) in der Rastkurve (2A) geführt wird,
einer Leiterplatte (8), gegen die mindestens ein bewegliches Kontaktelement (6B) infolge der Verschiebung des Schaltteils (2) zur Bewirkung eines elektrischen Schaltkontakts gedrückt wird, wobei
das Schaltteil (2)

a) bei einer Betätigung der Drucktaste (Drücken und anschließend Loslassen) von einer Ausgangs-Schaltstellung, in der das Kontaktelement (6B) von der Leiterplatte (8) beabstandet ist, in eine Raststellung, in der das Kontaktelement (6B) gegen die Leiterplatte (8) drückt, verbringbar ist,
b) bei einer erneuten Betätigung der Drucktaste (5) von der Raststellung in die Ausgangsstellung verbringbar ist, wobei

der Drucktastenschalter (5) eine auf der Leiterplatte (8) angeordnete federelastische Schaltmatte (6) zur Bewirkung der Federkraft aufweist, wobei die Schaltmatte (6) einen vom Schaltteil (2) beaufschlagten Schaltdom (6A) und eine der Leiterbahn (8) zugewandte Kontaktpille (6B) als Kontaktelement aufweist,
die Schaltmatte (6) einen Schalthubbereich (h) mit einer ersten Federkonstanten aufweist, in dem die Kontaktpille (6B) vor Erreichen der Raststellung gegen die Leiterplatte (8) gedrückt wird,
die Schaltmatte (6) einen Überhubbereich mit einer zweiten Federkonstanten aufweist, in dem die Schaltmatte (6) bei bereits gegen die Leiterplatte (8) drückender Kontaktpille (6B) elastisch deformiert wird, wobei der Rasthebel (7) innerhalb des Überhubbereiches seine Raststellung in der Rastkurve (2A) einnimmt,
die Federkonstante im Überhubbereich größer ist als die Federkonstante im Schalthubbereich,
das Schaltteil (2) einen Stößel (2B) aufweist, der gegen die Stirnseite eines hohlzylindrischen Schaltdoms (6A) drückt,
dadurch gekennzeichnet, daß
der Stößel (2B) als Zylinder ausgebildet ist, an dem stirnseitig eine hohlzylindrische Führungshülse (2C) mit einem geringeren Durchmesser angeformt ist, wobei die Führungshülse (2C) zur Fixierung des Stößels (2B) in den Schaltdom (6A) eingreift.