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Die
Erfindung betrifft ein Schaltermodul, insbesondere ein Schaltermodul
für einen
Fahrzeugschalter. Schaltermodule für Fahrzeugschalter sind aus
dem Stand der Technik in vielfältiger
Art und Weise bekannt.
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Mit
der Erfindung soll ein Schaltermodul bereitgestellt werden, das
in verschiedenartig ausgebildeten Schalteinheiten Verwendung finden
kann. Es soll einem geringen Verschleiß unterliegen, eine einfache
Mechanik aufweisen und dabei eine kostenoptimale Bauweise auf minimalem
Bauraum ermöglichen.
Die erforderliche Schaltkraft soll möglichst gering sein, wobei
verschiedene Schaltstellungen eindeutig erkannt werden sollen. Die
Erzeugung eines Schaltsignals soll dabei insbesondere berührungslos erfolgen.
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Hierzu
schlägt
die Erfindung ein Schaltermodul mit den Merkmalen des Anspruchs
1 vor. Das Schaltermodul umfasst einen an einer Leiterplatte anordenbaren
Träger,
mit einem sich am Träger
abstützenden
Federelement, und mit einem am Träger beweglich gelagerten, gegen
das Federelement beaufschlagbaren und in wenigstens zwei Schaltstellungen
bringbaren Stellteil, wobei am Stellteil wenigstens ein Signalgeber
vorgesehen ist, der bei an der Leiterplatte angeordnetem Träger mit
wenigstens einem auf der Leiterplatte angeordneten Signalaufnehmer
zusammenwirkt. Ein derartiges Schaltermodul, bestehend aus dem Träger, dem
Federelement und dem Stellteil mit dem wenigstens einen Signalgeber, kann
als Vormontageeinheit mit oder ohne Leiterplatte selbstständig gehandhabt
werden. Insbesondere kann es als Serienbauteil in großen Stückzahlen
gefertigt werden und später
in einer Vielzahl von verschiedenartigen Schaltereinheiten verbaut
werden.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung ist der Signalgeber als Dauermagnet und der Signalaufnehmer
als Magnetfeldsensor ausgebildet. Hierdurch kann berührungslos
ein Schaltsignal erzeugt werden. Aufgrund des berührungslosen
Zusammenwirkens des Dauermagneten mit dem Magnetfeldsensor, der
beispielsweise als Hall-Sensor ausgebildet sein kann, sind zur Signalerzeugung
keine hohen Schaltkräfte
erforderlich und ein Verschleiß zwischen
den das Schaltsignal erzeugten Bauteilen tritt nicht auf.
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Die
Pole des Dauermagneten können
dabei mit dem Magnetfeldsensor derart zusammenwirken, dass in der
einen Schaltstellung der Magnetfeldsensor den einen Pol detektiert
und in der anderen Schaltstellung der andere Pol vom Magnetfeldsensor detektiert
wird. Hierdurch wird gewährleistet,
dass in jeder der Schaltstellungen der Magnetfeldsensor aktiv beeinflusst
wird. Dadurch ist die Erzeugung eines Schaltsignals auch bei äußeren Störmagnetfeldern gewährleistet.
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Vorteilhafterweise
können
mehr als zwei Schaltstellungen vorgesehen sein, wobei der Dauermagnet
dann wenigstens zwei quer zur Bewegungsrichtung des Stellteils nebeneinander
liegende, in Bewegungsrichtung des Stellteils verlaufende, jeweils aus
einzelnen Nord- und/oder Südpolen
gebildete Polspuren aufweist, wobei für jede Polspur auf der Leiterplatte
ein eigener Magnetfeldsensor vorgesehen ist. Mit einer derartigen
Ausführungsform
können folglich
mehrere, in Bewegungsrichtung des Stellteils hintereinander liegende
Schaltstellungen eindeutig erkannt werden. Über die binären Ausgangssignale der mehreren
Magnetfeldsensoren lässt
sich ein Code bestimmen, der eindeutig einer Schaltstellung zuordenbar
ist. Beispielsweise können
zwei nebeneinander liegende Polspuren Verwendung finden, wobei jede
Polspur aus vier hintereinander liegenden Einzelpolen gebildet ist.
Insgesamt lassen sich so aus den jeweils benachbarten Einzelpolen
der beiden Polspuren über
die Magnetfeldsensoren vier eindeutig bestimmbare Codeworte detektieren.
Jedem Codewort ist dabei eine eindeutig erkennbare Schaltstellung
zugeordnet. Entsprechend können
drei nebeneinander verlaufende Polspuren Verwendung finden, wobei
dann drei Magnetfeldsensoren zur Abtastung der jeweiligen Polspur
auf der Leiterplatte angeordnet sind. Insgesamt lassen sich hierdurch
acht Schaltstellungen eindeutig erkennen.
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Vorteilhafterweise
sind die einzelnen Codeworte dabei derart, dass sich zwischen zwei
benachbarten Codeworten der binäre
Code sich um lediglich ein Bit unterscheidet. Dadurch lässt sich
eine Fehlerdiagnose realisieren; sollte beim Bewegen des Stellteils
von einer Schaltstellung in eine benachbarte Schaltstellung sich
das Codewort um mehr als ein Bit oder um kein Bit ändern, kann
eine Fehlfunktion diagnostiziert werden.
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Bei
einer anderen Ausführungsform
der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Signalgeber als ein
einen Lichtstrahl beeinflussendes Blendenelement und der Signalaufnehmer
als Lichtsensor ausgebildet ist. Auch hierbei erfolgt eine berührungslose Signalerzeugung
beim Bewegen des Stellteils relativ zum Signalaufnehmer.
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Für den Fall,
dass mehr als zwei Schaltstellungen vorgesehen sind, kann das Blendenelement wenigstens
zwei quer zur Bewegungsrichtung des Stellteils nebeneinander liegende,
in Bewegungsrichtung des Stellteils verlaufende, jeweils aus einzelnen Öffnungen
und/oder geschlossenen Abschnitten gebildete Blendspuren aufweisen,
wobei für
jede Blendspur auf der Leiterplatte ein eigener Lichtsensor vorgesehen
ist. Auch hierdurch lassen sich je nach Schaltstellung des Stellteils
unterschiedliche binäre Codewörter erzeugen.
Aus den jeweiligen Codewörtern
kann auf eine eindeutige Schaltstellung rückgeschlossen werden.
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Bei
einer anderen Ausführungsform
der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Signalgeber als elektrische
Kontaktbrücke
ausgebildet ist und dass der Signalaufnehmer als auf der Leiterplatte
angeordnete Kontaktbahn ausgebildet ist. Je nach Schaltstellung
des Schaltteils kontaktiert die Kontaktbrücke über zugehörige Schleifkontakte Kontaktabschnitte
der Kontaktbahn. Hierdurch können
Schaltstellungen eindeutig erkannt werden.
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Dabei
ist denkbar, dass mehr als zwei Schaltstellungen vorgesehen sind,
wobei die Kontaktbahn wenigstens zwei quer zur Bewegungsrichtung
des Stellteils nebeneinander liegende, in Bewegungsrichtung des
Stellteils verlaufende, jeweils aus Kontaktabschnitten gebildete
Kontaktspuren aufweist, wobei die Kontaktspuren je nach Schaltstellung
von der Kontaktbrücke
entsprechend kontaktiert werden. Auch hierdurch können, je
nach Schaltstellung, verschiedene binäre Codeworte erzeugt werden,
denen einzelne Schaltstellungen eindeutig zugeordnet werden können.
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Das
Stellteil kann erfindungsgemäß insbesondere über einen
Führungsabschnitt
mit einem Betätigungselement
bewegungsgekoppelt sein. Dies hat den Vorteil, dass das Stellteil
nicht direkt, sondern indirekt über
das Betätigungselement
von einer Schaltstellung in eine benachbarte Schaltstellung bewegt
wird. Das Stellteil kann folglich unabhängig von einem späteren Einsatz
des Schaltermoduls immer identisch ausgebildet sein. Je nach späterem Einsatz des
Schaltermoduls in einer Schaltereinheit können verschiedenartig ausgebildete
Betätigungselemente Verwendung
finden. Dadurch kann das erfindungsgemäße Schaltermodul vorteilhafterweise
in einer großen
Anzahl von verschiedenartig ausgebildeten Schaltereinheiten zum
Einsatz kommen.
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Der
Führungsabschnitt
des Stellteils kann dabei als schräg zur Bewegungsrichtung des
Stellteils verlaufende Führungsschräge ausgebildet
sein. Beim Betätigen
eines gegen die Führungsschräge bewegten
Betätigungselements
wird aufgrund der Führungsschräge eine
Bewegung des Stellteils in die vorgesehene Bewegungsrichtung erreicht.
Das Stellteil wird folglich von einer Schaltstellung in eine benachbarte
Schaltstellung sicher überführt.
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Dabei
ist vorteilhafterweise die Führungsschräge auf der
dem Federelement abgewandten Seite des Stellteils angeordnet. Aufgrund
dieser Funktionstrennung ergibt sich ein sicheres Bewegen des Stellteils
entgegen der von dem Federelement aufgebrachten Federkraft.
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Insbesondere
kann vorteilhafterweise vorgesehen sein, dass das Betätigungselement
am Träger bewegbar
gelagert angeordnet ist. Der Träger
sieht hierzu Lagerabschnitte für
das Betätigungselement vor.
Dies hat den Vorteil, dass zwischen der Bewegungsfreiheit des Betätigungselements
und der Bewegungsfreiheit des Stellelements sehr kleine Toleranzen
eingehalten werden können.
Dadurch können die
Bewegungswege des Stellteils exakt vorgegeben werden, wodurch schon
bei sehr kleinen Bewegungen des Stellteils unterschiedliche Schaltstellungen erkannt
werden können.
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Vorteilhafterweise
weist der Träger
eine Rastverbindung zur Anordnung an der Leiterplatte auf. Über eine
derartige Rastverbindung kann der Träger auf einfache Art und Weise
positionsgenau an der Leiterplatte angeordnet werden.
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Das
Federelement kann erfindungsgemäß als Schraubenfeder,
Tellerfeder, Spiralfeder oder dergleichen ausgebildet sein. Insbesondere
kann es als Federzunge ausgebildet sein, die an den Träger und/oder
an das Stellteil angeformt ist.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung bewegt sich das Stellteil entlang einer geraden Linie.
Ein derartiges Stellteil ist dann als Schiebeteil ausgebildet. Andererseits
ist denkbar, dass das Stellteil als um eine Achse drehbares Drehteil
ausgebildet ist. Hierdurch können
um eine Drehachse liegende Schaltstellungen sicher erkannt werden.
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Weitere
Einzelheiten und Vorteile der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung
zu entnehmen, anhand derer verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung
näher beschrieben
und erläutert
sind.
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Es
zeigen:
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1 und 2 eine
erste Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Schaltermoduls
in verschiedenen Schaltstellungen;
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3 eine
zweite Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Schaltermoduls;
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4 und 5 eine
dritte Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Schaltermoduls;
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6 eine
vierte Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Schaltermoduls;
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7 eine
fünfte
Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Schaltermoduls;
und
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8 eine
Draufsicht auf einen Schnitt durch eine sechste Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Schaltermoduls.
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Das
in den 1 und 2 dargestellte Schaltermodul 10 umfasst
einen Träger 12,
ein an dem Träger 12 sich
abstützendes
Federelement 14 in Form einer Schraubenfeder sowie ein
am Träger 12 beweglich,
gegen das Federelement 14 beaufschlagbar gelagertes und
in zwei Schaltstellungen bringbares Stellteil 16. Zur beweglichen
Lagerung des Stellteils 16 kann dieses beispielsweise über eine
in Bewegungsrichtung 18 des Stellteils gerichtete Nutenführung 20 am
Träger 12 angeordnet
sein. Der Träger 12 sieht
ferner eine Rastaufnahme 22 vor, in die eine Leiterplatte 24 eingerastet
ist.
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Am
Stellteil 16 ist auf der der Leiterplatte 24 zugewandten
Seite ein Dauermagnet 26 angeordnet, der einen Nordpol
N und einen Südpol
S umfasst. Auf der Leiterplatte 24 ist dem Dauermagneten 26 gegenüberliegend
ein Magnetfeldsensor 28, beispielsweise in Form eines Hall-Sensors,
vorgesehen. Bei der in der 1 dargestellten
Schaltstellung des Stellteils 16 befindet sich der Südpol S im
Detektionsbereich des Magnetfeldsensors 28.
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In
der in der 2 dargestellten zweiten Schaltstellung
des Schaltermoduls 10 gemäß 1 befindet
sich der Nordpol N im Detektionsbereich des Magnetfeldsensors 28.
Dadurch, dass in jeder der beiden Schaltstellungen des Stellteils 16 ein
Magnetpol sich im Detektionsbereich des Magnetfeldsensors 28 befindet,
wird in beiden Schaltstellungen ein eindeutiges Magnetfeld detektiert;
hierdurch kann eine Störung
der Signalauswertung durch äußere Störmagnetfelder
weitestgehend unterbunden werden.
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Wie
aus den 1 und 2 deutlich
wird, umfasst das Schaltermodul 10 ein Betätigungselement 30,
das entlang des Pfeils 32 betätigbar ist. Das Betätigungselement 30 wirkt
dabei über
eine stellteilseitige, schräg
zur Bewegungsrichtung 18 des Stellteils verlaufende Führungsschräge 34 mit
dem Stellteil 16 zusammen. Die Führungsschräge 34 kann dabei insbesondere
einen Winkel zwischen 30° und
90° und
insbesondere einen Winkel im Bereich von 45° bezüglich der Bewegungsrichtung 18 einnehmen. Bei
der in den 1 und 2 gezeigten
Ausführungsform
sieht auch das Betätigungselement 30 eine
Führungsschräge 36 vor,
die mit der stellteilseitigen Führungsschräge 34 zusammenwirkt.
Beim Betätigen
des Betätigungselements 30 in
die nach unten gewandte Richtung des Pfeils 32 wird aufgrund der
miteinander zusammenwirkenden Führungsschrägen 36, 34 das
Stellteil 16 gegen das Federelement 14 beaufschlagt.
Dabei gelangt der Nordpol N in den Detektionsbereich des Magnetfeldsensors 28, wie
in 2 dargestellt.
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In
der 3 ist ein zweites erfindungsgemäßes Schaltermodul 40 dargestellt,
dessen Aufbau weitestgehend dem Schaltermodul 10 gemäß 1 und 2 entspricht.
Entsprechende Bauteile sind mit entsprechenden Bezugszahlen versehen.
Das Betätigungselement 30 gemäß 3 ist
dabei über eine
Führung 42 in
seiner Bewegungsrichtung 32 am Träger 12 gelagert. Ferner
sieht das Betätigungselement 30 eine
Schulter 44 vor, die mit einem trägerseitigen Anschlag 45 zur
Bewegungsbegrenzung des Betätigungselements 30 dient.
Das Betätigungselement 30 selbst
wird dabei über
einen Nockenschieber 46, der in die Bewegungsrichtung 48 bewegbar ist,
angesteuert.
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Das
in den 4 und 5 dargestellte Schaltermodul 50 unterscheidet
sich von den Schaltermodulen 10 und 40 dadurch,
dass das Betätigungselement 30 am
Träger 12 schwenkbar
gelagert ist. Dazu sieht der Träger 12 einen
Lagerzapfen 52 vor, der in eine betätigungselementseitige Lageraussparung 54 eingreift.
Auf der der stellteilseitigen Führungsschräge 34 zugewandten
Seite sieht das Betätigungselement 30 eine
gerundete Oberfläche 56 vor. Diese
Oberfläche 56 wirkt
beim Betätigen
des Betätigungselements 30 mit
der Führungsschräge 34 zusammen.
Das Betätigungselement 30 selbst
kann beispielsweise über
einen in die Richtung 58 betätigbaren Führungsstift 60 betätigt werden.
Je nach Anordnung des Führungsstifts 60 bezüglich des Lagerzapfens 52 können Betätigungshebel,
und damit Betätigungskräfte und
Betätigungswege,
vorgegeben werden. Ein günstiges
Verhältnis
kann sich beispielsweise dann ergeben, wenn der Abstand a des Führungsstifts 60 zur
Achse des Lagerzapfens 52 ungefähr die Hälfte beträgt wie der Abstand b der Führungsschräge 34 kontaktierenden
Oberfläche 56 zur
Achse des Lagerzapfens 52.
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Bei
dem in der 6 dargestellten Schaltmodul 70 ragt
die Führungsschräge 24 über die
Außenkontur
des Trägers 12 hinaus.
Die zugängliche Führungsschräge 24,
beziehungsweise ein sich an die Führungsschräge 24 anschließender Führungsabschnitt 72,
kann folglich mit einem außerhalb
des Trägers 12 vorgesehenen
Betätigungselement 30, das
senkrecht oder parallel zur Bewegungsrichtung 18 betätigbar ist,
zusammenwirken.
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Das
in der 7 gezeigte Schaltermodul 80 zeichnet
sich dadurch aus, dass das Betätigungselement 30 auf
der der Führungsschräge 34 abgewandten
Seite am Träger 12 um
die Achse 82 schwenkbar gelagert angeordnet ist. Hierdurch
kann eine in Bewegungsrichtung 18 des Stellteils kompakt
bauende Ausführungsform
erreicht werden. Zum Betätigen des
Betätigungselements 30 ist
bei der Ausführungsform
gemäß 7 ebenfalls
ein Führungsstift 60 vorgesehen.
Je nach Lage des Führungsstifts 60 bezüglich der
Schwenkachse 82 können
entsprechende Hebeverhältnisse
erzeugt werden.
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8 zeigt
einen Schnitt durch die Ebene, in der der Dauermagnet 26 angeordnet
ist. Der Dauermagnet 26 weist dabei auf der der Leiterplatte 24 zugewandten
Seite zwei quer zur Bewegungsrichtung des Stellteils nebeneinander
liegende, in Bewegungsrichtung des Stellteils verlaufende Polspuren 86 und 88 auf.
Die Polspuren 86 und 88 bestehen dabei aus einzelnen
Nord- und Südpolen.
Jede der Polspuren wird von je einem Magnetfeldsensor 28 detektiert.
Aus den beiden Ausgangssignalen der Magnetfeldsensoren 28 ergibt
sich hierdurch ein zweiteiliges binäres Codewort. Die Reihenfolge
der Codewörter
kann beispielsweise derart sein, dass sich das Codewort vom jeweils
benachbarten Codewort um nur einen Wert unterscheidet. Eine denkbare
Reihenfolge ist beispielsweise: NN, NS, SS, SN. Jedem dieser Codeworte
kann eine Schaltstellung zugeordnet werden. Insgesamt weist ein
derartiges Schaltermodul vier eindeutig erkennbare Schaltstellungen
auf. Entsprechend können
auf der Leiterplatte 24 drei Magnetfeldsensoren vorgesehen
sein, die drei nebeneinander liegende Codespuren detektieren. Hierbei können dann
maximal acht Schaltstellungen eindeutig detektiert werden.
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Bei
anderen, nicht dargestellten Ausführungsformen der Erfindung
können
anstelle von einem Dauermagneten Blendenelemente vorgesehen sein,
die beispielsweise in eine Gabellichtschranke eingreifen. Die Blendenelemente
sehen dabei Öffnungen
und geschlossene Abschnitte vor, mit welchen an wenigstens einem
Signalaufnehmer ein binäres
Codewort erzeugbar ist. Aufgrund einer eindeutigen Zuordnung der
Codeworte zu Schaltstellungen können
auch hier entsprechende Vorteile erzielt werden.
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Entsprechend
können
Kontaktfelder mit zugehörigen
Schaltbrücken
Verwendung finden.