DE102006011930B3

DE102006011930B3 - Elektrischer Schalter mit einer schwenkbar gelagerten Kontaktwippe

Info

Publication number: DE102006011930B3
Application number: DE200610011930
Authority: DE
Inventors: Eduard Ruff
Original assignee: ZF Electronics GmbH
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2006-03-15
Filing date: 2006-03-15
Publication date: 2007-02-22
Anticipated expiration: 2026-03-16

Abstract

Ein elektrischer Schalter im Subminiaturbereich hat einen Sockel 1 aus elektrisch isolierendem Kunststoff und einen Deckel 3. Die Spannung liegt an einem gemeinsamen Kontaktkörper 4 an, der mit einer an ihm gelagerten Kontaktwippe 9 ständig in elektrisch leitender Verbindung steht. Die Kontaktwippe hat zwei Paar Kontaktfinger 32, 33, die Kontaktbereiche an zwei Wahlkontaktkörpern 5 und 6 überstreichen. Eine Stellfeder 10 von C- oder Omega-Form zieht die Kontaktwippe 9 in eine erste Schwenkstellung, in der die Schaltfinger 32, 33 beidseitig an dem Kontaktbereich des ersten Wahlkontaktkörpers 5 anliegen. Durch Druck auf ein Betätigungsglied 12, das in dem Deckel 3 verschiebbar und durch eine Dichtmanschette 13 abgedichtet ist, wird die Kontaktwippe 9 in ihre entgegengesetzte zweite Schwenkstellung gemäß der Darstellung gezwungen, in der die Kontaktfinger 32, 33 beidseitig an dem Kontaktbereich des zweiten Wahlkontaktkörpers 6 anliegen.

Description

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Schalter mit den Merkmalen a bis d des Anspruchs 1. Ein derartiger Schalter ist aus der US-A-4 740 661 bekannt. Der gemeinsame Kontaktkörper dieses Schalters ist zwischen zwei Wahlkontaktkörpern angeordnet und trägt eine Kontaktwippe, deren Enden mit Kontaktbereichen der Wahlkontaktkörper in elektrisch leitende Verbindung gebracht werden können. Hierbei spannt eine im Inneren der Kontaktwippe untergebrachte Schraubenfeder die Kontaktwippe in Richtung auf den ersten Wahlkontaktkörper vor. Durch Druck auf ein Betätigungsglied wird die Kontaktwippe in eine entgegengesetzte Schwenkstellung gebracht, in der elektrisch leitende Verbindung mit dem zweiten Wahlkontaktkörper besteht.

Elektrische Schalter dieser Art dienen als Subminiaturschalter in vielen Anwendungsbereichen wie z.B. in der Automobil- und der Haushaltsgerätetechnik. Wertvoll ist bei diesen Schaltern die Eigenschaft der Selbstreinigung, weil sie mit Schleifkontakten arbeiten, die selbsttätig Fremdschichten und unerwünschte Ablagerungen im ständigen Betrieb von den Kontaktflächen entfernen.

Bei dem Schalter gemäß der US-A-4 740 661 besteht die Kontaktwippe aus einem U-förmig gebogenen Federblech mit zwei verhältnismäßig großflächigen und steifen Seitenwangen von etwa dreiecksförmiger Grundform. Die Seitenwangen umschließen je nach Schwenkstellung der Kontaktwippe den ersten oder zweiten Wahlkontaktkörper. Die Berührungsstelle ist dabei der Übergangsbereich an der Kontaktwippe, wo die Seitenwangen in den sie verbindenden Mittelsteg der U-Form übergehen. An dieser Stelle kann die Federwirkung der Seitenwangen nur sehr gering sein.

Die Wahlkontaktkörper des bekannten Schalters haben die Form von abgewinkelten Blechstreifen und werden an ihren Schmalseiten von der Kontaktwippe umfasst; sie haben daher nur einen geringen schaltwirksamen Kontaktbereich. Der gemeinsame Kontaktkörper und die Wahlkontaktkörper bilden eine Reihe in streng symmetrischer Anordnung, wobei die Breitseiten aller Kontaktkörper senkrecht zur Richtung der Reihe verlaufen und die Abstände zwischen den Kontaktkörpern verhältnismäßig groß sind. Durch die symmetrische Ausbildung der Kontaktwippe und ihre Lagerung an dem gemeinsamen Kontaktkörper genau in der Mitte zwischen den Wahlkontaktkörpern ergeben sich Zwänge in der Gestaltung der Kontaktbereiche. Das steht einer optimalen Gestaltung der schaltwirksamen Kontaktbereiche an den Übergangsstellen zwischen der Kontaktwippe und den Wahlkontaktkörpern entgegen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, einen elektrischen Schalter der genannten Art zu schaffen, bei dem der Schaltvorgang entsprechend den elektrotechnischen und mechanischen Forderungen optimal gestaltet werden kann, so dass trotz wirtschaftlicher Herstellung ein langjähriger zuverlässiger Dauerbetrieb gewährleistet ist.

Die Lösung dieser Aufgabe wird durch einen elektrischen Schalter mit der Gesamtheit der Merkmale des Anspruchs 1 erreicht.

Dadurch, dass erfindungsgemäß die Kontaktbereiche der Wahlkontaktkörper als Flachkörper, zum Beispiel als Kontaktzungen, ausgebildet sind, die an ihren Breitseiten von Kontaktfingern überstrichen werden, stehen große schaltwirksame Übergangsflächen zur Verfügung, wobei die Kontaktfinger als elastisch ausgebildete Teile federnd nachgiebig und zuverlässig an den Übergangsflächen anliegen. Kontaktfinger können lang ausgeführt werden und haben eine flache Kraft-Weg-Kennlinie, wodurch sich sehr konstante Kontaktkräfte ergeben. Bei der erfindungsgemäßen Ausbildung liegen zudem die Kontaktkörper in einer Reihe, die durch die Breitseiten der Kontaktbereiche an den Wahlkontaktkörpern definiert ist. Das erlaubt eine schmale Bauweise und weitgehende Freiheit in der Gestaltung des Zusammenwirkens von Schaltfingern und Kontaktbereichen. Da der gemeinsame Kontaktkörper, an dem die Kontaktwippe gelagert ist, in der genannten Reihe einen äußeren Platz einnimmt, besteht im Vergleich zum Stand der Technik eine größere Freiheit in der Wahl des Schwenkweges, den die Kontaktwippe zurücklegen kann, und des sich daraus ergebenden Umschaltweges, den die Kontaktfinger an den Kontaktbereichen der Wahlkontaktkörper zurücklegen.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Schalters sind in den rückbezogenen Ansprüchen angegeben.

Wenn gemäß Anspruch 2 der Kontaktbereich eines Wahlkontaktkörpers mittels eines Auslegerarms in die Nähe des Kontaktbereiches des Anderen Wahlkontaktkörpers geführt ist, wird die Gestaltung und gegenseitige Zuordnung der Kontaktbereiche weitgehend unabhängig von der Lage der Kontaktkörper zueinander.

Durch die Ausbildung des gemeinsamen Kontaktkörpers und der Wahlkontaktkörper in Form von flachen scheibenförmigen Körpern gemäß Anspruch 3 ergibt sich eine besonders wirtschaftliche Herstellung des erfindungsgemäßen Schalters. Insbesondere kann die gegenseitige Anpassung der Kontaktbereiche an den Wahlkontaktkörpern, die sogenannte Schnittkontur, leicht geändert und an unterschiedliche Schaltvorgänge angepasst werden. Hierzu ist lediglich eine andere Einstellung oder ein Auswechseln der Schnittwerkzeuge erforderlich.

Gemäß Anspruch 4 werden sämtliche Kontaktkörper so weit, wie es die elektrischen und mechanischen Funktionen erlauben, in den elektrisch isolierenden Kunststoff eines Sockels eingebettet. Das verleiht den Kontaktkörpers die erforderliche Steifigkeit und gewährleistet einen glatten Übergang der Kontaktfinger von dem Kontaktbereich des einen Wahlkontaktkörpers auf den des anderen, weil auch der unumgängliche Zwischenraum zwischen den beiden Kontaktbereichen durch den elektrisch isolierenden Kunststoff des Sockels ausgefüllt ist.

Anspruch 5 zeigt eine Möglichkeit zur Optimierung des Schaltvorganges auf, indem durch Abstimmung der Schnittkontur zwischen den Kontaktbereichen und die Anordnung von zwei Paar Schaltfingern mit unterschiedlicher Länge mehrere Kontaktstellen während des Umschaltvorganges wirksam werden und eine bestimmte Schaltcharakteristik verwirklicht werden kann.

Besonders vorteilhaft ist es dabei, wenn die an den Wahlkontaktkörpern befindlichen Kontaktbereiche gemäß Anspruch 6 stufenförmig ineinandergreifen.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen zeigen die Ansprüche 8 bis 12 auf. Von diesen sind besonders 8 und 10 hervorzuheben. Anspruch 8 enthält die Vorschrift eines Auslegerarms, der die Anordnungsstelle des Wippenlagers in Bezug auf die Anordnungsstelle des gemeinsamen Kontaktkörpers verlagert und dadurch eine freiere Gestaltung der Schaltwippe und weitere Funktionsmöglichkeiten eröffnet.

Anspruch 10 gibt die vorteilhafte Gestaltung der Stellfeder und ihren einfachen Einbau in den Schalter an. Trotz einfacher mechanischer Ausführung erfüllt die Stellfeder zwei Funktionen: Sie zieht die Kontaktwippe gegen das Wippenlager und zwingt zugleich die Kontaktwippe und das Betätigungsglied in ihre Ausgangs- oder Ruhestellung. Obwohl die Stellfeder ständig als Rückstellfeder wirkt, gibt es keine instabilen Zwischenzustände beim Übergang und in der zweiten Schaltstellung.

Die Erfindung wird anschließend anhand eines Ausführungsbeispiels, das in den Zeichnungen dargestellt ist, noch näher erläutert. Die Figuren zeigen das Folgende:
1 ist ein Längsschnitt durch einen erfindungsgemäß ausgeführten elektrischen Schalter.
2 ist eine räumliche Darstellung und entspricht der 1, jedoch bei abgenommenem Deckel.
3 zeigt den Schalter gemäß den 1 und 2 in einem Längsschnitt in seiner Ruhestellung.
4 stellt die drei Kontaktkörper des erfindungsgemäßen Schalters in ihrer räumlichen Zuordnung zueinander dar.
5 ist eine räumliche Einzeldarstellung der zu dem erfindungsgemäßen Schalter gehörenden Kontaktwippe.
6 lässt in einer Einzeldarstellung die Form der Stellfeder besonders gut erkennen.
7 zeigt einen Blick von oben auf den zusammengebauten Schalter bei abgenommenem Deckel.
8 gibt anhand von sechs ausgewählten Phasen des Schaltvorgangs den Übergang von einem Schaltzustand in den anderen wieder.
9 ist eine Darstellung des Kraft-Weg-Verlaufs bei dem erfindungsgemäßen Schalter.
Die 1 bis 3 zeigen den elektrischen Schalter gemäß der Erfindung mit einem Sockel 1 und einem Deckel 3, der über an dem Sockel 1 ausgebildete Befestigungsvorsprünge 2 an dem Sockel 1 durch Verrasten befestigt ist. Sockel 1 und Deckel 3 bilden zusammen ein Schaltergehäuse. In das isolierende Material des Sockels 1 sind drei aus Flachmaterial bestehende Kontaktkörper eingelassen, nämlich ein gemeinsamer Kontaktkörper 4, ein erster Wahlkontaktkörper 5 und ein zweiter Wahlkontaktkörper 6. Die Kontaktkörper 4, 5 und 6 haben je eine Bohrung 7, die von Befestigungswülsten 8 des Sockels 1 durchdrungen wird (3 und 4).
Im oberen Bereich der Kontaktkörper 4, 5 und 6 befindet sich eine Kontaktwippe 9, die an dem gemeinsamen Kontaktkörper 4 schwenkbar angelenkt und mit diesem über ein Schneidenlager ständig elektrisch leitend verbunden ist. Eine Stellfeder 10 zieht die Kontaktwippe 9 in die aus 3 ersichtliche erste Schaltstellung. Diese ist die Ruhestellung, in der der erste Wahlkontaktkörper 5 mit dem gemeinsamen Kontaktkörper 4 elektrisch verbunden ist. Eine zweite Schaltstellung kommt zustande, indem die Kontaktwippe 9 durch Druck auf ein Betätigungsglied 12 in die aus 1 ersichtliche Stellung geschwenkt wird. Das Betätigungsglied 12 ist in dem Deckel 3 geführt und wird von der Kontaktwippe 9 in der ersten Schaltstellung (Ruhestellung) gegen einen oberen Anschlag an den Deckel 3 gedrückt. Zum Zusammenwirken mit dem Betätigungsglied 12 ist die Kontaktwippe 9 daher in ihrem Endbereich mit einer Wölbung 11 im Sinne eines Betätigungsbogens versehen. In der zweiten Schaltstellung ist der zweite Wahlkontaktkörper 6 mit dem gemeinsamen Kontaktkörper 4 elektrisch leitend verbunden. Sobald der Druck auf das Betätigungsglied 12 aufgehoben wird, kehrt die Kontaktwippe 9 selbsttätig in die erste Schaltstellung gemäß der 3 zurück.
Das Betätigungsglied 12 ist von einer Dichtmanschette 13 umgeben, die die Führungsöffnung im Deckel 3 gegen das Eindringen von Fremdkörpern und Feuchtigkeit nach außen abdichtet.
Im Folgenden werden die Funktionsteile des Schalters in ihren Einzelheiten beschrieben.
4 zeigt allein die Kontaktkörper 4, 5 und 6 des Schalters gemäß den 1 bis 3, das aber in derselben räumlichen Zuordnung wie in ihrem eingebauten Zustand. Die Kontaktkörper 4, 5 und 6 sind sämtlich kostengünstig aus einem elektrisch leitenden Flachmaterial hergestellt, können noch in der Bandform veredelt werden und haben eine scheibenförmige Grundform. Sie sind in einer Reihe hintereinander angeordnet, wobei ihre Schmalseiten einander zugekehrt sind, so dass sich die Breitseiten aller Kontaktkörper 4, 5 und 6 in einer gemeinsamen Ebene befinden. Entgegen der Darstellung in 4 müssen die Abstände zwischen den Kontaktkörpern nicht gleich sein.
Der erste Wahlkontaktkörper 5 hat in der Seitenansicht die Grundform eines Rechtecks, das zum größeren Teil in das Isoliermaterial des Sockels 1 eingebettet wird und hierzu die Bohrung 7 aufweist. Die Bohrung 7 dient der thermischen Entkopplung, z.B. beim Löten, und der mechanischen Entkopplung gegen Verbiegen zwischen außen liegenden Bereichen und der innen liegenden Kontaktanordnung. Das untere Ende des Rechtecks dient als Anschlusskontakt 14 und ragt aus dem Sockel heraus. An das in der Darstellung gemäß 4 obere Ende des Rechtecks ist ein Kontaktbereich 15 in der Form einer Kontaktzunge angesetzt.
Der zweite Wahlkontaktkörper 6 hat ebenfalls die Grundform eines Rechtecks mit einer Bohrung 7 und einem Anschlusskontakt 16. Über einen an die rechteckförmige Grundform angesetzten, zweifach abgewinkelten Auslegerarm 17 ist bei dem zweiten Wahlkontaktkörper 6 ein Kontaktbereich 18 in der Form einer Kontaktzunge bis dicht über den Kontaktbereich 15 des ersten Wahlkontaktkörpers 5 geführt. Der Abstand zwischen den Kontaktbereichen 15 und 18 ist in 4 mit a bezeichnet.
Auch der gemeinsame Kontaktkörper 4 ist von rechteckförmiger Grundform. Er weist ebenfalls eine Bohrung 7 und einen Anschlusskontakt 19 auf. Ein Auslegerarm 20 des gemeinsamen Kontaktkörpers 4 ist schräg aufwärts bis über den zweiten Wahlkontaktkörper 6 und dessen Auslegerarm 17 gezogen; der Auslegerarm 20 endet in einer Lagerstrebe 21, die etwa parallel zu seiner rechteckförmigen Grundform gerichtet ist und sich annähernd in Verlängerung der rechteckförmigen Grundform des zweiten Wahlkontaktkörpers 6, aber im Abstand zu diesem befindet. Die Lagerstrebe 21 weist eine weitere Bohrung 22 auf, welche der besseren Verankerung in dem Sockel 1 dient.
Wie deutlich aus den 1 bis 3 hervorgeht, ist das isolierende Material des Sockels 1 bis zu den Kontaktbereichen 15 und 18 sowie den Auslegerarmen 17 und 20 nach oben gezogen, um die flachen Kontaktkörper 4, 5 und 6 in diesen mechanisch stark beanspruchten Bereichen zuverlässig seitlich zu führen und zu stabilisieren. Die Bohrungen 7 und 22 füllen sich beim Umspritzen der Kontaktkörper 4, 5 und 6 und Ausformen des Sockels mit Kunststoff, wodurch eine stabile Verankerung der Kontaktkörper 4, 5 und 6 im Sockel erreicht wird. Mit den Anschlusskontakten 14, 16 und 19 wird die elektrische Verbindung zu der Einrichtung hergestellt, die mit dem Schalter geschaltet werden soll.
An der Lagerstrebe 21 des gemeinsamen Kontaktkörpers 4 sind zwei Lagerstellen in Form von Schneidenlagern ausgebildet. Das Wippenlager 23 hat die Form einer offenen Kerbe und nimmt eine Lagerkerbe 29 der Kontaktwippe 9 auf, wie anschließend noch näher beschrieben werden wird. In das Federlager 24 wird die Stellfeder 10 eingesetzt. Schließlich hat ein Teil des Auslegerarms 20 eine Kontur 25, welche die Montage erleichtert.
In 5 ist die Kontaktwippe 9 als Einzelteil räumlich dargestellt. Sie hat die Grundform eines Trägers von U-förmigem Querschnitt. Die U-Form entsteht durch ein mittleres Querteil 26 und ein endseitiges Querteil 27, die beide durch zwei Längswangen 28 verbunden sind. An dem mittleren Querteil 26, und zwar an seiner dem endseitigen Querteil 27 zugewandten Seite, ist die schon erwähnte Lagerkerbe 29 ausgebildet. Mit dieser wird die Kontaktwippe 9 in das an der Lagerstrebe 21 des gemeinsamen Kontaktkörpers 4 befindliche Wippenlager 23 eingesetzt. Lagerkerbe 29 und Wippenlager 23 bilden zusammen ein offenes Drehgelenk, um das die Kontaktwippe 9 schwenken kann. Ihre Schwenkebene liegt in der durch die drei Kontaktkörper 4, 5 und 6 gebildeten Ebene. Die Kontaktwippe 9 muss allerdings ständig gegen das Wippenlager 23 gezogen werden. Hierzu dient die schon erwähnte Stellfeder 10. Mit der Kontur 36 passt sich die Kontaktwippe 9 in ihrer zweiten Schaltstellung an den Platz über dem Boden des Sockels 1 an, vgl. 1.
In dem endseitigen Querteil 27 der Kontaktwippe 9 ist eine Ausnehmung 30 angebracht, deren außen liegende Kante als Widerlager 31 für die Stellfeder 10 dient. Das endseitige Querteil setzt sich nach außen hin mit verringerter Breite in Form der Wölbung (Betätigungsbogen) 11 fort.
An dem dem endseitigen Querteil 27 entgegengesetzten Ende der Kontaktwippe 9 sind zwei Paare von Kontaktfingern 32, 33 ausgebildet. Die Kontaktfinger 32, 33 haben etwa dieselbe Länge wie die Längswangen 28. Die beiden Paare der Kontaktfinger 32, 33 verlaufen in Verlängerung der Längswangen 28 und haben einen Querabstand b voneinander, vg. 3. Infolge ihrer Länge wirken die Kontaktfinger 32, 33 als Blattfedern mit einer flachen Kraft-Weg-Kennlinie. Es ergeben sich dadurch konstante Kontaktkräfte. Zudem weisen die Kontaktfinger 32, 33 ausgeprägte Berührungsflächen 34, 35 in Form von Kugelflächen auf, mit denen sie an den Kontaktbereichen 15 und 18 der beiden Wahlkontaktkörper 5 und 6 zur Anlage kommen. Die Abmessungen sind derart festgelegt, dass die beiden Paare der Kontaktfinger 32, 33 die Kontaktbereiche 15 und 18 und/oder dazwischen befindliches Isoliermaterial des Sockels 1 federnd umgreifen, wodurch sich unterschiedliche Schaltmöglichkeiten ergeben. Der elektrisch isolierende Kunststoff füllt den Zwischenraum 45 zwischen den Kontaktbereichen 15 und 18 aus. Die radialen Abstände r1 und r2 der Berührungsflächen 34, 35 von der Schwenkachse der Kontaktwippe 9 sind unterschiedlich, vgl. 3.
6 zeigt die Stellfeder 10 als Einzelteil in einer räumlichen Darstellung. Die Stellfeder 10 ist eine gebogene Blattfeder in C- oder Omega-Form. An einen gebogenen Hauptteil 37 schließen ein erster Fortsatz 38 und ein zweiter Fortsatz 39 an, die der Lagerung der Stellfeder 10 an den Funktionsteilen dienen und eine geringere Breite haben als der Hauptteil 37 der Stellfeder 10. Der erste Fortsatz 38 hat eine ebene Form mit einer angepassten Einstecköffnung 40 zum Einstecken in das Federlager 24, das sich an der Lagerstrebe 21 des gemeinsamen Kontaktkörpers 4 befindet. Der zweite Fortsatz 39 hat die Form einer gekrümmten Zunge von geringerer Breite als der Hauptteil 37. Der zweite Fortsatz geht mit zwei Auskehlungen 41 aus dem Hauptteil 37 hervor. Die Auskehlungen 41 dienen der Ausbildung zweier Anlageschultern 42. Der zweite Fortsatz 39 dient zum Einstecken in die Ausnehmung 30, die sich in dem endseitigen Querteil 27 der Kontaktwippe 9 befindet.
In Kenntnis der Einzelheiten der Kontaktkörper 4, 5 und 6, der Kontaktwippe 9 und der Stellfeder 10 lassen sich nunmehr die Feinheiten im Zusammenwirken der Funktionsteile des beschriebenen Schalters erklären. Die Kontaktwippe 9 ist mit der Lagerkerbe 29, die sich an dem mittleren Querteil 26 befindet, in das Wippenlager 23 eingeschoben, das sich an dem gemeinsamen Kontaktkörper 4 befindet. Zugleich ist die Stellfeder 10 mit der an ihrem ersten Fortsatz 38 befindlichen Einstecköffnung 40 in das Federlager 24 des gemeinsamen Kontaktkörpers 4 eingesteckt. Das gegenüberliegende Ende der Stellfeder 10 wird mit dem zweiten Fortsatz 39 in die Ausnehmung 30 eingesteckt, die sich im endseitigen Querteil 27 der Kontaktwippe 9 befindet.
Im zusammengebauten Zustand befindet sich die Stellfeder 10 mit ihrem Hauptteil 37 oberhalb der in der Kontaktwippe 9 gebildeten Ausnehmung, die durch den Abstand zwischen dem mittleren Querteil 26 und dem endseitigen Querteil 27 zustande kommt. Die Stellfeder 10 greift aber mit ihren beiden Fortsätzen 38 und 39 in diese Ausnehmung ein; außerdem hat der Hauptteil 37 zu den Fortsätzen hin eine abnehmende Breite, wie insbesondere aus den 2 und 7 hervorgeht. Diese Art des Zusammenbaus führt zu einer sehr kompakten Bauweise. Die Auskehlungen 41 und Anlageschultern 42 führen dazu, dass die Stellfeder 10 satt und symmetrisch an der Kontaktwippe 9 anliegt; außerdem werden Spannungsspitzen mit Bruchgefahr vermieden.
Die Stellfeder 10 ist damit zwischen zwei Drehgelenken verspannt, die durch das Federlager 24 und die Einstecköffnung 40 einerseits sowie durch das Widerlager 31 und den zweiten Fortsatz 39 andererseits gebildet werden. In dem Bestreben, sich zu entspannen, erfüllt die Stellfeder 10 zwei Funktionen: Zum einen zieht sie die Kontaktwippe 9 gegen das an dem gemeinsamen Kontaktkörper 4 befindliche Wippenlager 23, das erst dadurch zum funktionsfähigen Dreh- oder Schwenklager wird. Zum anderen zwingt sie die Kontaktwippe 9 in die erste Schaltstellung gemäß den 2 und 3. Dies ist die stabile Ruhestellung des Schalters, die nur mittels des Betätigungsgliedes 12 verändert werden kann.
Das Betätigungsglied 12 ist in dem Deckel 3 geführt und verdrehsicher gelagert. Es wird von der Kontaktwippe 9 in seine Ruhestellung gegen die obere Endlage im Deckel 3 gedrückt und dient dann seinerseits als Anschlag für die Kontaktwippe. Das Betätigungsglied 12 umfasst mit zwei Armen 43 das Ende der Kontaktwippe 9, siehe 2. Beim Niederdrücken des Betätigungsgliedes 12 dient der Boden des Sockels 1 als Anschlag.
Trotz der Wirkung der Stellfeder 10, welche für die Funktion des Schalters notwendig ist, gibt es keine instabilen Zwischenzustände im Bereich der zweiten Schaltstellung. Wenn die Stellwirkung auf das Betätigungsglied 12 aufhört, kehrt die Kontaktwippe 9 selbsttätig in die erste Schaltstellung zurück.
Bei gemeinsamer Betrachtung der 1, 3 und 7 wird besonders deutlich, dass die drei Kontaktkörper 4, 5 und 6 weitgehend in das Isoliermaterial des Sockels 1 eingebettet sind. So ist aus der Grundplatte des Sockels 1 herausragend ein Block 44 aus Isoliermaterial gebildet, der einen trapezförmigen Querschnitt hat (2 und 7). Dieser Verlauf des Blockes 44 entspricht der Form der beiden Paare von Kontaktfingern 32, 33. Die Kontaktwippe 9 muss sich nämlich in diesem Bereich von der Breite des mittleren Querteils 26 bis etwa auf die Breite der Kontaktbereiche 15 und 18 verringern. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass die Kontaktkörper 4, 5 und 6 lagegenau in dem Sockel 1 eingebettet sind, dass sich die Kontaktfinger 32, 33 nicht etwa in unerwünschter Weise durchbiegen können und dass die als Kugelflächen 34, 35 ausgebildeten Kontaktflächen glatt zwischen den Kontaktbereichen 15 und 18 hin und her gleiten können.
Hinsichtlich der elektrotechnischen Funktion wird die Betriebsspannung an dem gemeinsamen Kontaktkörper 4 angelegt. Sie wird an zwei Stellen auf die Kontaktwippe 9 übertragen: Die erste Stelle ist das Wippenlager 23 in Verbindung mit der Lagerkerbe 29. Die zweite elektrische Kontaktbrücke besteht in der Stellfeder 10 und ist zwischen der Lagerstrebe 21 an dem gemeinsamen Kontaktkörper 4 und dem Widerlager 31 an der Kontaktwippe 9 wirksam. Damit ist ein geringer Durchgangswiderstand von dem Anschlusskontakt 19 bis zu den Kontaktfingern 32, 33 gewährleistet. Dasselbe gilt für den Übergang an den Kontaktflächen der Kontaktfinger 32, 33 auf die Kontaktbereiche 15 und 18. Der Abstand der beiden Kontaktbereiche 15 und 18 voneinander sowie ihre Zuordnung an den Drehweg der Kontaktfinger 32, 33 ermöglicht verschiedene Schaltmöglichkeiten. Die Kontaktkräfte bleiben unabhängig von der Betätigungsposition konstant. Auf Grund dessen ist der hier beschriebene Schalter im Gegensatz zu einem Schnappschalter nicht darauf angewiesen, den Nachlaufweg zu nutzen. Der gesamte Nachlaufweg kann z. B. zum Toleranzausgleich in der jeweiligen Anwendung genutzt werden.
In der Regel wird der Schalter in der ersten Schaltstellung gemäß den 2 und 3 stehen, in der ein Schaltkreis unterbrochen ist. Wenn aber durch Bewegung eines Funktionsteils im Anwendungsfall das Betätigungsglied 12 nach innen in das Schaltergehäuse eingedrückt wird, erfolgt der Übergang in die zweite Schaltstellung, bei der der Schaltkreis über den zweiten Wahlkontaktkörper 6 geschlossen wird. Ein typischer Anwendungsfall ist die Positionsdetektion in automatischen Fertigungsvorgängen, aber auch der Einbau in Schließsystemen von Kraftfahrzeugen oder die Verwendung zu unterschiedlichen Positionsabfragen in Haushaltsgeräten und ähnlichen Mechanismen.
Dabei wird im Umschaltpunkt der Stromfluss unterbrochen. Das Kontaktsystem kann jedoch auch so angepasst werden, dass im Umschaltpunkt alle drei Anschlüsse kurzgeschlossen sind. Dies kann z. B. für eine Positionserkennung bei langsamen Betätigungen nützlich sein.
Die Vorgänge beim Ablauf des Schaltvorganges im Einzelnen werden nunmehr anhand der 8 erläutert. Diese zeigt sechs verschiedene Phasen des Schaltvorgangs, wobei immer wieder dieselben Teile dargestellt sind: ein Kontaktfinger 32 eines ersten Kontaktfinger-Paars und ein Kontaktfinger 33 eines zweiten Kontaktfinger-Paars; die Kontaktfinger 32, 33 haben Berührungsflächen 34, 35, mit denen sie je nach Stellung an den Kontaktbereichen 15, 18 der Wahlkontaktkörper 5, 6 anliegen. Zwischen den Kontaktbereichen 15, 18 befindet sich der aus elektrisch isolierendem Kunststoff bestehende Zwischenraum 45. Die Kontaktbereiche 15, 18 bilden zusammen eine abgestufte Schnittkontur, indem sie stufenförmig, aber mit Abstand ineinandergreifen. Da die Kontaktkörper 4, 5 und 6 sämtlich aus Flachmaterial bestehen, kann für verschiedene Anwendungsfälle die Schnittkontur leicht verändert werden, indem das Schnittwerkzeug ausgewechselt oder anders eingestellt wird. Wie schon in den 1 bis 3 und 5 ist auch in 8 deutlich zu erkennen, dass die Kontaktfinger 32, 33 der beiden Paare unterschiedlich lang sind; die in den Zeichnungen oberen Finger 32 sind kürzer als die unteren Finger 33. Die zugehörigen Berührungsflächen 34, 35 haben somit einen unterschiedlichen Abstand von der Schwenkachse der Kontaktwippe 9, vgl. 3.
In einer besonders häufigen Anwendung ist der Kontaktbereich 15 ein NC-Kontakt (normally closed) und der Kontaktbereich 18 ein NO-Kontakt (normally open). Die Kontaktfinger 32, 33 bilden den COM-Kontakt (gemeinsamer Kontakt), an dem die Spannung anliegt. Der Schaltvorgang verläuft wie folgt:
8a: Die Berührungsflächen 34, 35 sämtlich zu beiden Seiten an dem Kontaktbereich 15 an. Die Schaltstellung ist NC, d.h. der erste Wahlkantaktkörper 5 ist mit dem gemeinsamen Kontaktkörper 4 elektrisch leitend verbunden.
8b: Durch Druck auf das Betätigungsglied 12 (3) setzt die Schwenkbewegung der Kontaktwippe 9 ein; die Kontaktfinger 32, 33 mit den Berührungsflächen 34, 35 bewegen sich nach oben. Die Berührungsflächen 34 haben den Kontaktbereich 15 bereits verlassen und überstreichen den Zwischenraum 45. Der Kontakt mit dem Kontaktbereich 15 wird aber noch über die Berührungsflächen 35 aufrecht erhalten.
8c: Die Aufwärtsbewegung wird fortgesetzt; auch die Berührungsflächen 35 haben den Kontaktbereich 15 verlassen und überstreichen den Zwischenraum 35. Der Stromfluss zwischen dem ersten Wahlkontaktkörper 5 und dem gemeinsamen Kontaktkörper 4 ist unterbrochen.
8d: Bei der weiteren Aufwärtsbewegung erreichen die Berührungsflächen 34 den Kontaktbereich 18 und stellen den ersten Kontakt zwischen dem zweiten Wahlkontaktkörper 6 und dem gemeinsamen Kontaktkörper 4 her. Die Berührungsflächen 35 der unteren Schaltfinger 33 überstreichen aber noch den elektrisch isolierten Zwischenraum 45.
8e: Sämtliche Berührungsflächen 34, 35 haben den Kontaktbereich 18 erreicht.
8f: Das Betätigungsglied 12 ist vollständig niedergedrückt (vgl. 1); die Schwenkbewegung der Kontaktwippe 9 nach links aufwärts ist beendet. Beide Kontaktfinger-Paare 32 und 33 befinden sich mit ihren Berührungsflächen 34 und 35 vollständig auf dem Kontaktbereich 18. In dieser Endstellung ist der zweite Wahlkontaktkörper 6 mit dem gemeinsamen Kontaktkörper 4 elektrisch leitend verbunden; die Schaltstellung NO ist zuverlässig erreicht.
Der gleiche Prozess findet auch beim Zurückschalten statt.
Die Ausführung gemäß 8 mit zwei Kontaktfinger-Paaren 32, 33 und vier Berührungsflächen 34, 35 pro Anschluss erhöht die Kontaktsicherheit im Vergleich zu Schaltmechanismen mit nur einer oder zwei Berührungsflächen. Beim Ausfall eines Kontaktpaares vergrößert sich die Umschaltzone im konkreten Ausführungsfall nur im Bereich von 0,1 bis 0,2 mm. Der Umschaltweg wird dennoch gering gehalten. Das ist eine Folge davon, dass die Kontaktbereiche 15 und 18 stufenförmig gegeneinander versetzt sind.
Zum Erreichen ausreichender Isolationswiderstände sowie aus fertigungstechnischen Gründen kann nämlich der Abstand a zwischen den Kontaktbereichen 15 und 18 nicht beliebig klein gestaltet werden. Ein Mindestabstand ist erforderlich. Der Abstand zwischen den Kontaktbereichen 15 und 18 ist aber maßgeblich für die Größe der Umschaltzone und damit für den Schaltweg. Durch die stufenförmig versetzte Schnittkontur der Kontaktbereiche 15 und 18 entsteht ein zeitlicher Versatz des Umschaltvorganges, ohne dass der Schaltweg verlängert werden muss.
9 zeigt den zeitlichen Bewegungsablauf des Schaltvorganges, wie er anhand von 8 beschrieben worden ist, noch einmal in einem gemessenen Diagramm, in dem die zum Schalten erforderliche Betätigungskraft F in cN über dem Schaltweg s in mm dargestellt ist. Dabei sind parallel zur Abszisse oben in dem Diagramm die einzelnen Bewegungsphasen mit den Buchstaben gemäß der 8a bis f eingetragen, unterhalb der Abszisse die zugehörigen Schaltzustände. Es bedeuten:

t1: den Stromfluss COM-NC,
t2: die Umschaltzone (Unterbrechung des Stromflusses) und
t3: den Stromfluss COM-NO.

Überzeugend ist dabei der lineare Verlauf der Betätigungskraft für den Schaltvorgang in beiden Richtungen.

1: Sockel
2: Befestigungsvorsprung
3: Deckel
4: gemeinsamer Kontaktkörper
5: erster Wahlkontaktkörper
6: zweiter Wahlkontaktkörper
7: Bohrung
8: Befestigungswulst
9: Kontaktwippe
10: Stellfeder
11: Wölbung
12: Betätigungsglied
13: Dichtmanschette
14: Anschlusskontakt
15: Kontaktbereich
16: Anschlusskontakt
17: Auslegerarm
18: Kontaktbereich
19: Anschlusskontakt
20: Auslegerarm
21: Lagerstrebe
22: Bohrung
23: Wippenlager
24: Federlager
25: Kontur
26: mittleres Querteil
27: endseitiges Querteil
28: Längswange
29: Lagerkerbe
30: Ausnehmung
31: Widerlager
32: Kontaktfinger (erstes Paar)
33: Kontaktfinger (zweites Paar)
34: Berührungsfläche (Kugelfläche)
35: Berührungsfläche (Kugelfläche)
36: Kontur
37: gebogener Hauptteil
38: erster Fortsatz
39: zweiter Fortsatz
40: Einstecköffnung
41: Auskehlung
42: Anlageschulter
43: Arm
44: Block mit trapezförmigem Querschnitt
45: Zwischenraum

Claims

Elektrischer Schalter, bei dem die folgenden Merkmale vorgesehen sind: a) ein gemeinsamer Kontaktkörper (4) mit einer schwenkbar daran gelagerten Kontaktwippe (9), die mit dem gemeinsamen Kontaktkörper (4) ständig in elektrisch leitender Verbindung steht; b) ein erster und mindestens ein zweiter Wahlkontaktkörper (5, 6), an denen sich Kontaktbereiche zum Zusammenwirken mit der Kontaktwippe (9) befinden; c) eine Stellfeder (10), unter deren Wirkung die Kontaktwippe (9) in eine erste Schaltstellung geschwenkt ist, in der der gemeinsame Kontaktkörper (4) mit dem ersten Wahlkontaktkörper (5) elektrisch leitend verbunden ist; d) ein von außerhalb des Schalters aktivierbares Betätigungsglied (12), das im aktivierten Zustand die Kontaktwippe (9) entgegen der Wirkung der Stellfeder (10) in eine zweite Schaltstellung verschwenkt, in der der gemeinsame Kontaktkörper (4) mit dem zweiten Wahlkontaktkörper (6) elektrisch leitend verbunden ist, wobei die Kontaktwippe (9) selbsttätig in die erste Schaltstellung zurückkehrt, sobald das Betätigungsglied (12) nicht mehr aktiviert ist; e) die Kontaktbereiche (15, 18) der Wahlkontaktkörper (5, 6) sind als Flachkörper ausgebildet, deren beider Breitseiten dicht benachbart im überstreichenden Schwenkbereich von Kontaktfingern (32, 33) liegen, die sich an der Kontaktwippe (9) befinden; f) der gemeinsame Kontaktkörper (4) und die beiden Wahlkontaktkörper (5, 6) sind in einer Reihe hintereinander angeordnet, wobei die Kontaktbereiche (15, 18) der Wahlkontaktkörper (5, 6) in einer gemeinsamen Ebene liegen und der gemeinsame Wahlkontaktkörper (4) in der Reihe einen äußeren Platz einnimmt.
Schalter nach Anspruch 1, bei dem an mindestens einem der Wahlkontaktkörper (6) der Kontaktbereich (18) mittels eines Auslegerarms (17) angebracht und in die Nähe des Kontaktbereiches (15) geführt ist, der sich an dem anderen Wahlkontaktkörper (5) befindet.
Schalter nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der gemeinsame Kontaktkörper (4) und die Wahlkontaktkörper (5, 6) sämtlich in Form flacher scheibenförmiger Körper ausgeführt sind, die mit ihren Breitseiten die gemeinsame Ebene für die Anordnung in einer Reihe bilden.
Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, mit den folgenden Merkmalen: a) der gemeinsame Kontaktkörper (4) und die Wahlkontaktkörper (5, 6) sind in einen Sockel (1) aus elektrisch isolierendem Kunststoff eingebettet; b) der elektrisch isolierende Kunststoff des Sockels (1) umfasst den gemeinsamen Kontaktkörper (4) und die Wahlkontaktkörper (5, 6) so vollständig, wie es die elektrischen und mechanischen Funktionen des Schalters zulassen; c) der durch den Abstand a zwischen den Enden der dicht benachbarten, einander gegenüberstehenden Kontaktbereiche (15, 18) der Wahlkontaktkörper (5, 6) gebildete Zwischenraum (45) ist dabei gleichfalls mit dem elektrisch isolierenden Kunststoff des Sockels (1) ausgefüllt, so dass in dem schaltwirksamen Schwenkbereich der an der Kontaktwippe (9) befindlichen Kontaktfinger (32, 33) zwischen den elektrisch leitenden Breitseiten der Kontaktbereiche (15, 18) auch die frei liegenden Seitenflächen des den Zwischenraum (45) ausfüllenden Kunststoffs liegen.
Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, mit den folgenden Merkmalen: a) die einander mit Abstand a gegenüberstehenden Enden der an den Wahlkontaktkörpern (5, 6) befindlichen Kontaktbereiche (15, 18) weisen eine aufeinander abgestimmte Schnittkontur auf; b) die an der Kontaktwippe (9) befindlichen Kontaktfinger (32, 33) sind in zwei Paaren abgeordnet, die in Richtung der die Kontaktbereiche (15, 18) überstreichenden Schwenkbewegung einen Abstand b voneinander haben; c) die Kontaktfinger (32, 33) haben besonders ausgebildete Berührungsflächen (34, 35) zur Anlage an den Kontaktbereichen (15, 18) der Wahlkontaktkörper (5, 6); d) die von den Kontaktbereichen (15, 18) der Wahlkontaktkörper (5, 6) ausgebildete Schnittkontur, der Abstand b zwischen den beiden Paaren der Kontaktfinger (32, 33) sowie die Größe der Berührungsflächen (34, 35) und ihr radialer Abstand r1, r2 von der Schwenkachse der Schaltwippe (9) sind derart aufeinander abgestimmt, dass sich ein gewünschter Ablauf des Schaltvorganges (Schaltcharakteristik) einstellt.
Schalter nach Anspruch 5 mit einer Schnittkontur, bei der die Enden der an den Wahlkontaktkörpern (5, 6) befindlichen Kontaktbereiche (15, 18) – in der Blickrichtung senkrecht zu ihren Breitseiten – stufenförmig mit Abstand a ineinander greifen.
Schalter nach Anspruch 5 oder 6, bei dem die Berührungsflächen (34, 35) der Kontaktfinger (32, 33) als Kugelflächen ausgebildet sind.
Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 7, mit den folgenden Merkmalen: a) an dem gemeinsamen Kontaktkörper (4) ist ein Auslegerarm (20) angeformt, der seitlich bis neben den benachbarten Wahlkontaktkörper (6) reicht und in einer Lagerstrebe (21) endet, in der sich das die Kontaktwippe (9) schwenkbar lagernde Wippenlager (23) befindet; b) die Kontaktwippe (9) erstreckt sich längs der Reihe der Kontaktkörper (4, 5, 6) und ist als zweiarmiger Hebel ausgebildet, an dessen einem Arm die Kontaktfinger (32, 33) ausgebildet sind, während der andere Arm zur Wirkverbindung mit der Stellfeder (10) und/oder des Betätigungsgliedes (12) dient.
Schalter nach dem auf den Anspruch 2 rückbezogenen Anspruch 8, mit dem Merkmal, dass die Kontaktwippe (9) mittels der Kontaktfinger (32, 33), mittels zweier Längswangen (28) und mittels mindestens eines Querteils zu einem U-förmigen Querprofil geformt ist und die Kontaktbereiche (15, 18) der Wahlkontaktkörper (5, 6) sowie die Auslegerarme (17, 20) des in der Mitte der Reihe angeordneten Wahlkontaktkörpers (6) und des gemeinsamen Kontaktkörpers (4) zumindest bereichsweise beidseitig umgreift.
Schalter nach Anspruch 9, mit den folgenden Merkmalen: a) die Kontaktwippe (9) weist ein mittleres Querteil (26) und an ihrem den Schaltfingern (32, 33) entgegengesetzten Ende ein endseitiges Querteil (auf; b) an dem mittleren Querteil (26) ist eine offene Lagerkerbe (29) vorgesehen; c) mit der Lagerkerbe (29) ist die Kontaktwippe (9) in das Wippenlager (23) eingesetzt, das an der Lagerstrebe (21) in Form einer offenen Ausnehmung ausgebildet ist; d) zwischen dem Auslegerarm (20), der sich an dem gemeinsamen Kontaktkörper (4) befindet, und dem endseitigen Querteil (27) der Kontaktwippe (9) ist die als Druckfeder ausgebildete Stellfeder (10) angeordnet, durch welche die Kontaktwippe (9) in ihre erste Schaltstellung geschwenkt und ständig in das Wippenlager (23) gezogen ist.
Schalter nach Anspruch 10, mit einer Stellfeder (10) von C- oder Omega-Form, die mit an ihren Enden befindlichen Fortsätzen (38, 39) in ein Federlager (24) an dem Auslegerarm (20) des gemeinsamen Kontaktkörpers (4) und in eine ein Widerlager (31) ausbildende Ausnehmung (30) in dem endseitigen Querteil (27) eingesteckt ist.
Schalter nach Anspruch 10 oder 11, bei dem das Betätigungsglied (12) als von außerhalb des Schalters verschiebbares Schubglied ausgebildet ist, das mit dem endseitigen Querteil (27) der Kontaktwippe (9) in Wirkverbindung steht.
Schalter nach den vorhergehenden Ansprüchen, bei dem drei oder mehr Wahlkontaktkörper vorgesehen sind.