-
Die
Erfindung betrifft einen elektrischen Schalter nach dem Oberbegriff
des Patentanspruchs 1.
-
In
der Art eines Joystick- oder Cursor-Schalters ausgebildete elektrische
Schalter dienen zur Eingabe von Daten für ein elektrisches Gerät durch
einen Benutzer. Beispielsweise werden solche Schalter für Autoradios,
Navigationsgeräte,
Bordcomputer oder auch zur Steuerung sonstiger Funktionen in Kraftfahrzeugen
verwendet. Dabei kann der Schalter beispielsweise am Lenkrad des
Kraftfahrzeugs angeordnet sein, was zur Steigerung des Komforts
für den Benutzer
führt.
Insbesondere läßt sich
ein solcher elektrischer Schalter auch als Multifunktionsschalter zur
Menüsteuerung
von Funktionen über
ein Display im Kraftfahrzeug verwenden.
-
Ein
derartiger elektrischer Schalter ist aus der US-A-4 459 440 bekannt
und besitzt ein verschwenkbar gelagertes Betätigungsorgan, das in wenigstens
zwei, aufeinander senkrecht stehende Richtungen verstellbar ist.
Das Betätigungsorgan
ist aus einer neutralen Stellung in eine der jeweiligen Richtung
zugeordnete Schwenkstellung durch den Benutzer bewegbar. Die Schwenkstellungen
sind als Schaltstellungen ausgebildet, derart daß das Betätigungsorgan in der Schaltstellung
auf ein Schaltelement schaltend einwirkt. Weiter ist am Betätigungsorgan
ein separates, verschiebbares Betätigungselement angeordnet,
mit dessen Hilfe auf ein weiteres Schaltelement schaltend einwirkbar
ist.
-
Der
bekannte Schalter kann somit durch Verschwenken des Betätigungsorgans
betätigt
werden. Es mangelt diesem Schalter jedoch an weiteren Betätigungsmöglichkeiten
mit Hilfe dieses Betätigungsorgans,
so daß dessen
Funktionalität
für manche
Anwendungen nicht ausreicht.
-
Ein
elektrischer Schalter mit erweiterter Funktionalität ist aus
der
DE 296 04 717
U1 bekannt. Dieser Schalter besitzt ein verschwenkbares
Betätigungsorgan,
so daß das
Betätigungsorgan
in zwei aufeinander senkrecht stehenden Richtungen aus einer neutralen
Stellung in Schwenkstellungen verschwenkbar ist. Das Betätigungsorgan
ist weiter um eine Strecke aus der neutralen Stellung in eine Verschiebestellung
linear bewegbar. Die Schwenkstellungen sowie die Verschiebestellung
können
entsprechend der US-A-4 459 440 jeweils als Schaltstellung ausgebildet
sein, in der das Betätigungsorgan auf
ein Schaltelement schaltend einwirkt.
-
In
der
DE 296 04 717
U1 sind zur Ausbildung der Mittel zum Verschwenken und
Verschieben keine näheren
Angaben gemacht. Insbesondere erhält man dort keine Hinweise,
wie die Funktionalität
Verschwenken und Verschieben mittels eines einzigen Betätigungsorgans
realisierbar ist. Schließlich
ist auch nicht weiter ersichtlich, ob dieser Schalter zum Einsatz
in einem Kraftfahrzeug mit beengten Einbauräumen, beispielsweise am Lenkrad,
geeignet ist.
-
Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Mittel zu schaffen, mit deren
Hilfe das Verschwenken und Verschieben des einzigen Betätigungsorgans
ermöglicht
ist. Insbesondere sollen diese Mittel derart ausgestaltet sein,
daß der
mit hoher Funktionalität versehene
Schalter mit kleinem Bauraum auskommt.
-
Diese
Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen elektrischen Schalter durch
die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
-
Beim
erfindungsgemäßen Schalter
ist das Betätigungsorgan
linear beweglich an einem in der Art einer Wippe ausgestalteten
Schwenkelement gelagert. Das Schwenkelement ist wiederum mittels
eines in der Art eines Kardangelenks ausgebildeten Kreuzgelenks
an einem Trägerelement
schwenkbar gelagert, derart daß das
Betätigungsorgan
zum einen relativ zum Schwenkelement in die Verschiebestellung und
zum anderen mitsamt dem Schwenkelement in die Verschwenkstellungen
bewegbar ist. Das Schwenkelement mitsamt Kreuzgelenk benötigt einen
lediglich geringen Platzbedarf, womit der Schalter trotz hoher Funktionalität sehr kleinbauend
ist.
-
Der
erfindungsgemäße Multifunktionsschalter
mit Kardangelenk bietet ein Multifunktionsbedienfeld mit fünf Funktionen.
Gegebenenfalls kann noch eine weitere sechste Funktion separat plaziert
sein. Die Bedienung der fünf
Funktionen erfolgt über
eine in sich geschlossene Oberfläche.
Dabei sind die Wege und Kräfte
für die
Bedienung im wesentlichen identisch dargestellt, lediglich die zentrale
Betätigung kann
gegebenenfalls hiervon minimal differieren.
-
Weitere
Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
-
Der
einfachen Montierbarkeit halber bietet es sich an, daß die Schaltelemente
auf einer Leiterplatte befindlich sind. Falls der Schalter weitere
elektrische und/oder elektronische Bauteile enthält, können diese dann ebenfalls auf
der Leiterplatte angeordnet werden. Die Leiterplatte, das Trägerelement
sowie das Schwenkelement können
in einem Gehäuse
befindlich sein, aus dem das Betätigungsorgan
zur manuellen Bedienung durch den Benutzer ragt.
-
Um
die Leiterplatte mit den Schaltelementen an geeigneter Stelle im
Gehäuse
des Schalters unterbringen zu können,
wird die Bewegung des Betätigungsorgans
in die Verschwenkstellungen mittels eines Übertragungselements auf das
jeweilige Schaltelement zu dessen Betätigung übertragen. In einfacher Weise
kann das Betätigungsorgan,
insbesondere dort befindliche Symbole, dann beleuchtet werden, indem
das Schaltelement beleuchtbar sowie das Übertragungselement als Lichtleiter
ausgestaltet ist. Zur Gewährleistung
der Funktionssicherheit sowie einer guten Haptik ist das Übertragungselement
in einer Führung
am Trägerelement,
insbesondere in einer direkt über
dem jeweiligen Schaltelement befindlichen linearen Führung mit
einem Bewegungsanschlag, beweglich.
-
Die
Plazierung der Leiterplatte an zweckmäßiger Stelle im Gehäuse des
Schalters wird weiterhin dadurch unterstützt, daß die Bewegung des Betätigungsorgans
in die Verschiebestellung mittels eines am Betätigungsorgan angeordneten Zapfens
auf das zugehörige
Schaltelement zu dessen Betätigung übertragen
wird. Der einfachen Herstellbarkeit halber kann dabei der Zapfen
einstückig
am Betätigungsorgan
angebracht sein. Zur Realisierung einer Funktionsbeleuchtung am
Betätigungsorgan
ist ebenfalls das Schaltelement beleuchtbar sowie der Zapfen als Lichtleiter
ausgestaltet.
-
Schließlich kann
der Zapfen noch in einer Führungshülse am Schwenkelement
angeordnet sein. Um eine präzise
Bedienung des Betätigungsorgans
durch den Benutzer zu gewährleisten,
können Anschläge in der
Art eines Führungskreuzes
am Trägerelement
angeordnet sein, derart daß das Schwenkelement
bei dessen Verschwenkung in die Schwenkstellungen mittels der Führungshülse geführt ist.
-
In
einer Weiterbildung ist die Betätigung durch
Verschieben bei verschwenktem Betätigungsorgan und umgekehrt
gegenseitig gesperrt. Hierfür taucht
der Zapfen bei dessen linearer Bewegung in die Verschiebestellung
in eine im Trägerelement
befindliche Aussparung ein, derart daß in der Verschiebestellung
die Verschwenkung des Schwenkelements gesperrt ist. Weiter wirken
Ansätze
am Zapfen mit dem Rand der Aussparung zusammen, derart daß in der
Schwenkstellung die lineare Bewegung des Betätigungsorgans gesperrt ist.
-
In
einfacher und montagefreundlicher Art und Weise kann das insbesondere
in der Art einer Kappe ausgestaltete Betätigungsorgan mittels einer Verrastung
am Schwenkelement befestigt sein. Soweit die von den Schaltelementen
auf das Betätigungsorgan
ausgeübte
Rückstellkraft
nicht ausreichen sollte, kann das Betätigungsorgan mittels eines elastischen
Elementes beabstandet zum Schwenkelement gehaltert sein. Als elastisches
Element bieten sich beispielsweise mehrere Druckfedern, eine Blattfeder
o. dgl. an. Das elastische Element unterstützt die Trennung zwischen Verschiebe-
und Verschwenk-Betätigung
des Betätigungsorgans.
-
Die
mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin,
daß der
Schalter trotz hoher Funktionalität mit geringem Platzbedarf
auskommt. Damit ist der Schalter für enge Bauräume, wie sie insbesondere am
Lenkrad oder auch im Armaturenbrett, der Mittelkonsole, der Armlehne
o. dgl. im Kraftfahrzeug gegeben sind, geeignet. Weiter ist der
Schalter fehlerunanfällig
und besitzt eine hohe Lebensdauer. Der erfindungsgemäße Schalter
läßt sich
somit vorteilhaft in rauhen Umgebungsbedingungen, beispielsweise
in Kraftfahrzeugen, einsetzen. Außerdem weist der Schalter eine
gute Haptik auf. Trotz hoher Funktionalität ist der Schalter einfach zu
bedienen, wobei Fehlbedienungen weitgehend ausgeschlossen sind.
Außerdem
ist der Schalter kostengünstig
herzustellen. Schließlich
ist bei einem solchen Schalter ein anspruchsvolleres Design realisierbar.
-
Ein
Ausführungsbeispiel
der Erfindung mit verschiedenen Weiterbildungen und Ausgestaltungen
ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.
Es zeigen
-
1 perspektivisch und in
Explosionsdarstellung einen durch Schwenken sowie Drücken betätigbaren
elektrischen Schalter in der Art eines Multifunktionsschalters,
-
2 den Schalter ohne Gehäuse in perspektivischer
Ansicht mitsamt einer zugehörigen
Detailansicht,
-
3 eine Draufsicht auf das
Trägerelement des
Schalters mitsamt einer zugehörigen
Detailansicht,
-
4 eine perspektivische Ansicht
des Trägerelements
mitsamt einer zugehörigen
Detailansicht,
-
5 das Trägerelement mit Anschlägen in der
Art eines Führungskreuzes
mitsamt einer zugehörigen
Detailansicht,
-
6 die Anordnung des Kardangelenks
im Schalter mitsamt einer zugehörigen
Detailansicht,
-
7 die Befestigung des Betätigungsorgans
am Schwenkelement im Schalter mitsamt von zugehörigen Detailansichten,
-
8 einen Ausschnitt aus dem
Schalter, wobei das Betätigungsorgan
in die Verschiebestellung bewegt wird, mitsamt einer zugehörigen Detailansicht
und
-
9 einen Ausschnitt aus dem
Schalter, wobei das Betätigungsorgan
in die Schwenkstellung bewegt wird, mitsamt einer zugehörigen Detailansicht.
-
In 1 ist ein erfindungsgemäßer elektrischer
Schalter 1 zu sehen, der in der Art eines Joystick- oder
Cursor-Schalters bzw. Multifunktionsschalters ausgestaltet ist.
Der Schalter 1 besitzt ein Betätigungsorgan 2, das
insbesondere in der Art einer Kappe ausgebildet ist. Der Schalter 1,
dessen Betätigungsorgan 2 von
einer Blende 3 umgeben ist, kann beispielsweise am Lenkrad
eines Kraftfahrzeugs angeordnet sein.
-
Das
Betätigungsorgan 2 ist
vom Benutzer auf mehrere unterschiedliche Arten manuell betätigbar.
Zunächst
ist das Betätigungsorgan 2 in
wenigstens zwei Richtungen aus einer neutralen Stellung in Schwenkstellungen
verschwenkbar. Diese beiden Richtungen können in der Art eines Achsenkreuzes aufeinander
senkrecht stehen. Weiterhin ist das Betätigungsorgan 2 um
wenigstens eine Strecke aus der neutralen Stellung in eine Verschiebestellung
linear bewegbar. Die Schwenkstellungen sowie die Verschiebestellung
sind jeweils als Schaltstellungen ausgebildet, derart daß das Betätigungsorgan 2 in der
jeweiligen Schaltstellung auf ein zugehöriges Schaltelement 4 schaltend
einwirkt.
-
Zur
Ermöglichung
der beschriebenen Funktionalität
des Schalters 1 ist das Betätigungsorgan 2 linear
beweglich an einem in der Art einer Wippe ausgestalteten Schwenkelement 5 gelagert.
Das Schwenkelement 5 ist seinerseits mittels eines in der Art
eines Kardangelenks ausgebildeten Kreuzgelenks 6 an einem
Trägerelement 7 schwenkbar
gelagert, wie in 6 gezeigt
ist. Dadurch ist das Betätigungsorgan 2 zum
einen relativ zum Schwenkelement 5 in die Verschiebestellung
und zum anderen mitsamt dem Schwenkelement 5 in die Verschwenkstellungen
bewegbar.
-
Die
Schaltelemente 4 sind auf einer Leiterplatte 8 befindlich,
und zwar, wie man vor allem anhand der 1 und 8 erkennt,
sind vier, den Schwenkstellungen zugeordnete Schaltelemente 4 in der
Art eines Achsenkreuzes und das fünfte, der Verschiebestellung
zugeordnete Schaltelement 4 im Ursprung des Achsenkreuzes
angeordnet. Die Leiterplatte 8, das Trägerelement 7 sowie
das Schwenkelement 5 befinden sich in einem Gehäuse 9 des Schalters 1.
Das Betätigungsorgan 2 ragt
zur manuellen Bedienung durch den Benutzer aus dem Gehäuse 9 sowie
der umgebenden Blende 3 heraus.
-
Die
Bewegung des Betätigungsorgans 2 in die
Verschwenkstellungen ist mittels eines Übertragungselements 10 auf
das jeweilige Schaltelement 4 zu dessen Betätigung übertragbar.
Bevorzugterweise ist das Betätigungsorgan 2 des
Schalters 1 mit beleuchtbaren Funktionsanzeigen, beispielsweise
für dessen
Betätigungrichtungen
versehen. Hierzu ist das Schaltelement 4 beleuchtbar und
das Übertragungselement 10 als
Lichtleiter ausgestaltet. Dadurch wird das Licht vom Schaltelement 4 auf
der Leiterplatte 8 zur entsprechenden Stelle am Betätigungsorgan 2 geleitet.
Das Übertragungselement 10 ist
in einer Führung 11 am
Trägerelement 7 beweglich.
Die Führung 11 ist
näher in 3 und 4 zu sehen und besteht aus einer linearen
Führung
mit einem Bewegungsanschlag 12 für das Übertragungselement 10.
Die Führung 11 befindet
sich direkt über dem
jeweiligen Schaltelement 4.
-
Die
Bewegung des Betätigungsorgans 2 in die
Verschiebestellung ist mittels eines Zapfens 13 auf das
zugehörige
Schaltelement 4 zu dessen Betätigung übertragbar. Der Zapfen 13 ist
einstückig
am Betätigungsorgan 2 angeordnet.
Das Schaltelement 4 ist zur Funktionsanzeige am Betätigungsorgan 2 wiederum
beleuchtbar sowie der Zapfen 13 als Lichtleiter ausgestaltet.
Der Zapfen 13 schließlich
ist in einer Führungshülse 14 am
Schwenkelement 5 angeordnet.
-
Wie
man anhand der 5 sieht,
sind Anschläge 15 in
der Art eines Führungskreuzes
am Trägerelement 7 angeordnet.
Mit Hilfe dieser Anschläge 15 ist
das Schwenkelement 5 bei dessen Verschwenkung in die Schwenkstellungen
mittels der Führungshülse 14 geführt. Der
Zapfen 13 taucht bei dessen linearer Bewegung in die Verschiebestellung
in eine im Trägerelement 7 befindliche
Aussparung 16 ein, wie in 8 zu
sehen ist, derart daß in
der Verschiebestellung die Verschwenkung des Schwenkelements 5 gesperrt
ist. Weiterhin wirken Ansätze 17 am Zapfen 13 mit
dem Rand 18 der Aussparung 16 derart zusammen,
daß in
der Schwenkstellung die lineare Bewegung des Betätigungsorgans 2 gesperrt
ist, was wiederum anhand der 9 zu
sehen ist.
-
Das
kappenartige Betätigungsorgan 2 ist mittels
einer in 2 gezeigten
Verrastung 19 am Schwenkelement 5 befestigt. Weiter
ist das Betätigungsorgan 2 mittels
eines elastischen Elementes, beispielsweise mehreren Druckfedern 20,
beabstandet zum Schwenkelement 5 gehaltert, wie in 7 zu erkennen ist. Diese
Ausgestaltung gestattet einerseits das direkte Verschwenken des
Schwenkelements 5 mittels des Betätigungsorgans 2 sowie
andererseits das Verschieben des Betätigungsorgans 2 relativ
zum Schwenkelement 5. Das elastische Element kann auch
aus einer nicht weiter gezeigten Blattfeder o. dgl. bestehen.
-
Anhand
des beschriebenen Aufbaus des Schalters 1 sollen noch nachfolgende
Merkmale sowie Vorteile besonders herausgestellt werden.
-
Die
neutrale Stellung wird erreicht durch Auflage der Schwenkelements 5 an
insgesamt vier Stellen auf den Übertragungselementen 10.
Dabei ist eine leichte Vorspannung möglich (siehe auch 2).
-
Die
lineare Führung 11 der Übertragungselemente 10 befindet
sich direkt über
den Schaltelementen 4. Dadurch ist die direkte Betätigung des
Betätigungsorgans 2 von
oben und eine gute Haptik erreichbar (siehe auch 3).
-
Mit
Hilfe des Bewegungsanschlags 12 im Trägerelement 7 für die Übertragungselemente 10 sowie
durch Verschrauben der Bauteile mittels Schrauben 21 können die Übertragungselemente 10 vorgespannt
werden (siehe auch 4).
-
Eine
Steuerung gegen eine 45°-Betätigung des
Betätigungsorgans 2 ist
durch Anschläge 15 in der
Art eines Führungskreuzes
gewährleistet.
Der Zapfen 13 am Betätigungsorgan 2 kann
sich bis auf ein toleranzabhängiges
Spiel nur mit den Winkeln 0°, 90°, 180°, 270° bewegen, jedoch
sind keine dazwischenliegende Winkel möglich. Aufgrund des langen Zapfens 13 ist
eine Hebelwirkung mit einem ausreichenden Steuerweg gegeben. Bei
der "Enter"-Betätigung
in die Verschiebestellung taucht der Zapfen 13 in die vierkantförmige Aussparung 16 in
der Mitte ein. Dadurch ist dann keine seitliche Auslenkung des Betätigungsorgans 2 mehr
möglich
(siehe auch 5).
-
Das
Kreuzgelenk 6 ist eingehängt in das Schwenkelement 5 und
das Trägerelement 7.
Dadurch treten lediglich kleine Toleranzen auf, die gut einstellbar
sind. Der Drehpunkt des Betätigungsorgans 2 liegt
in der Mitte der Lagerstellen. Die Auflage des Schwenkelements 5 an
den Übertragungselementen 10 liegt
auf gleicher Höhe.
Dadurch tritt nahezu keine Relativbewegung bei einer seitlichen
Betätigung
auf. Damit wird ein direkter Kraftfluß auf die Schaltelemente 4 erzielt,
was wiederum eine gute Haptik gewährleistet (siehe auch 6).
-
Das
Betätigungsorgan 2 wird
mittels einer Verrastung 19 am Schwenkelement 5 eingerastet. Durch
Druckfedern 20 wird das Betätigungsorgan 2 auf
Abstand gehalten. Bei einer "Enter"-Betätigung in die
Verschiebestellung muß die
Kraft der vier Druckfedern 20 und des Schaltelementes 4 aufgebracht werden.
Bei einer seitlichen Betätigung
des Betätigungsorgans 2 darf
die Druckfeder 20 nicht nachgeben. Damit wirkt die Federkraft
von zwei Druckfedern 20 der Kraft von einem Schaltelement 4 entgegen. Folglich
muß die
Federkraft größer sein
(siehe auch 7).
-
Bei "Enter"-Betätigung aus
der neutralen Stellung in die Verschiebestellung fährt der
breite Querschnitt des Zapfens 13 in die Aussparung 16 über dem
Schaltelement 4. Damit ist eine seitliche Auslenkung bzw.
Betätigung
des Betätigungsorgans 2 gesperrt
(siehe auch 8).
-
Bei
seitlicher Betätigung
des Betätigungsorgans 2 schwenkt
der Zapfen 13 zur Seite. Durch den Ansatz 17 unten
am Übertragungselement 10 kann keine "Enter"-Betätigung erfolgen.
Die "Enter"-Betätigung ist
nur möglich,
wenn das Übertragungselement 10 sich
in Mittelstellung befindet, d.h. wenn das Betätigungsorgan 2 nicht
seitlich betätigt
ist (siehe auch 9).
-
Die
Erfindung ist nicht auf die beschriebenen und dargestellten Ausführungsbeispiele
beschränkt. Sie
umfaßt
vielmehr auch alle fachmännischen
Weiterbildungen im Rahmen der durch die Patentansprüche definierten
Erfindung. So läßt sich
ein derartiger Mehrfunktionsschalter neben Kraftfahrzeuganwendungen
auch als Eingabemittel für
Computer, Werkzeugmaschinen, Haushaltsgeräte o. dgl. einsetzen.
-
- 1
- elektrischer
Schalter
- 2
- Betätigungsorgan
- 3
- Blende
- 4
- Schaltelement
- 5
- Schwenkelement
- 6
- Kreuzgelenk
- 7
- Trägerelement
- 8
- Leiterplatte
- 9
- Gehäuse
- 10
- Ubertragungselement
- 11
- Führung
- 12
- Bewegungsanschlag
- 13
- Zapfen
- 14
- Führungshülse
- 15
- Anschlag
(am Trägerelement)
- 16
- Aussparung
(in Trägerelement)
- 17
- Ansatz
- 18
- Rand
(von Aussparung)
- 19
- Verrastung
(von Betätigungsorgan)
- 20
- Druckfeder
- 21
- Schraube