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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen mehrstufigen Schalter. Es sind
mehrstufige Schalter unterschiedlichster Bauart bekannt. Beispielsweise ist
aus der
EP 0 222 106
A2 ein mehrstufiger Drucktaster bekannt, bei dem die verschiedenen
Schaltzustände
durch mehrere Schaltelemente mit unterschiedlichem Hub bereitgestellt
und so die verschiedenen Schaltzustände bei Betätigung des Drucktasters in
Abfolge erreicht werden. Aus der
DE 44 01 314 A1 ist ebenfalls ein mehrstufiger
Schalter bekannt, bei dem im Schalter mehrere Schaltelemente vereint
sind, die bei Betätigung
des Schalters nacheinander ansprechen. Bei dem vorgenannten Stand der
Technik unterscheidet sich das haptische Feedback für eine den
Schalter betätigte
Person bei den unterschiedlichen Schaftzustände kaum, so dass die verschiedenen
Schaltstufen nachteilig kaum wahrgenommen werden.
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Aus
der
DE 39 19 099 A1 ist
ein mehrschichtiger Folienschalter bekannt, bei dem durch Variation der
Schaltkraft der einzelnen Schaltelemente mehrere Schaltvorgänge ausgelöst werden. Ähnlich ist
aus der
DE 10
2005 046 621 A1 ein mehrstufiger Druckschalter bekannt,
bei dem mittels elastischer Verformung von mehreren Federn ein,
jeweils den verschiedenen Schaltzuständen entsprechender Widerstand
für das
haptische Feedback erzeugt wird. Die auf elastischer Verformung
beruhenden Schaltkräfte verursachen
einen hohen Verschleiß,
so dass derartige Schalter nicht verwendet werden, wenn die Gewährleistung
einer hohen Anzahl von störungsfreien Schaltvorgängen erwünscht ist
und/oder eine sicherheitsrelevante Schaltfunktion von dem betreffenden Schalter übernommen
werden soll. Allen bisher bekannten mehrstufigen Schaltern ist zudem
nachteilig gemeinsam, dass weder die Schaltwege noch die Schaltkräfte einfach
modifiziert werden können.
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Ein
Schalter mit einer Betätigungsmechanik zur
Bewirkung unterschiedlicher Schaltzustände von in einem zugehörigen Schaltkörper angeordneten Schaltkontakten
in Abfolge mit steigender Betätigungskraft
der Betätigungsmechanik
in einer Betätigungsrichtung
ist aus der
DE 102
29 488 B3 beschrieben. Zwei Signalgeber einer Taste sind
mittels eines Betätigungselementes
betätigbar
und wieder freigebbar. Beim Betätigen
wird stets zuerst der erste Signalgeber betätigt, beim Freigeben stets
zuerst der zweite Signalgeber wieder freigegeben.
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Ein
elektrischer Schalter mit Kurzhubtasten ist aus der
US 5,990,772 bekannt. Der Schalter
besitzt zwei beabstandete Kontakte, die bei einer Betätigung ein
zweistufiges Schalten ermöglichen.
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Vor
dem Hintergrund der oben beschriebenen Nachteile des Standes der
Technik ist es daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen mehrstufigen
Schalter bereitzustellen, der ein verbessertes haptisches Feedback
bei der Betätigung
bereitstellt, verschleißarm
und preiswert herzustellen sowie leicht den Anforderungen entsprechend
zu modifizieren ist. Diese Aufgabe wird durch einen mehrstufigen Schalter
gemäß Anspruch
1 gelöst.
Eine entsprechend vorteilhafte Verwendung ist Gegenstand des Anspruchs
8, ein vorteilhaftes Kraftfahrzeug ist Gegenstand des Anspruchs
9, sowie ein vorteilhaftes Haushaltsgerät ist Gegenstand des Anspruchs
10. Die jeweils abhängigen
Ansprüche
betreffen vorteilhafte Ausgestaltungen.
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Der
erfindungsgemäße, mehrstufige
Schalter umfasst allgemein eine Betätigungsmechanik zur Bewirkung
unterschiedlicher Schaltzustände
von in einem zugehörigen
Schaltkörper
angeordneten Schaltkontakten in Abfolge mit steigender Betätigungskraft
der Betätigungsmechanik
in einer vorgegebenen Betätigungsrichtung.
Der erfindungsgemäße Schalter
zeichnet sich dadurch aus, dass die Betätigungsmechanik wenigstens
zwei verschwenkbar gelagerte Hebel umfasst, deren Verschwenkzustand jeweils
einen der Schaltzustände
definiert. Die Hebel sind jeweils in einer Ruhestellung durch eine
auf einer Magnetkraft beruhende Fixierung gegenüber dem Schaltkörper fixiert.
Zur Überwindung
der Fixierung und um damit ein Verschwenken des jeweiligen Hebels
in Abfolge zu bewirken, müssen
jeweils unterschiedliche Hebelwirkungen durch die Betätigungskraft
aufgebracht werden. Durch die Verwendung von Magnetkraft zur Definierung
der Schaltzustände
des mehrstufigen Schalters ist der Schalter besonders verschleißarm und
eignet sich insbesondere für
derartige Anwendungen, bei denen eine zuverlässige Funktion und/oder das
Erreichen einer hohen Anzahl von störungsfreien Schaltvorgängen zu
gewährleisten
ist.
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Bevorzugt
wird die die für
die Verschwenkung des jeweiligen Hebels spezielle Betätigungskraft
durch unterschiedliche Magnetkräfte
und/oder unterschiedliche Hebellängen
bewirkt. Dadurch kann einerseits der für jede Schaltstufe erforderliche Schaltweg
als auch die zum Erreichen der Schaltstufe erforderliche Schaltkraft
einfach modifiziert werden. Zudem wird so ein haptisches Feedback
beim Bediener für
das Erreichen der jeweiligen Schaltstufe gewährleistet.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die Betätigungsmechanik
so ausgestaltet, beispielsweise durch Wahl einer geeigneten Magnetkraft,
dass die Rückstellung
des jeweiligen Hebels durch die jeweilige Magnetkraft bewirkt wird.
Dadurch können
für die
Rückstellung
des Schalters zusätzliche
Komponenten, beispielsweise auch verschleißanfällige Federn, entfallen.
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Bevorzugt
sind die Hebel so gekoppelt oder angeordnet, dass die Hebel mit
zunehmendem Betätigungsweg
nacheinander, das heißt
in strenger Abfolge verschwenkt werden. Dadurch werden in Abhängigkeit
des Umfangs des Betätigungsweges
in Betätigungsrichtung
wohl definierte Schaltzustände erreicht.
Dadurch wird die Bedienung des Schalters und die haptische Kontrolle
hierbei erleichtert.
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In
einer besonders einfach herzustellenden Ausgestaltung sind die Hebel
als Magnete ausgebildet, die jeweils auf zwei Abstandshalter gestapelt sind,
von denen zumindest in einer Betätigungsrichtung
jeweils einer als Drehpunkt der andere der Fixierung in Ruhestellung
und gegebenenfalls der Kopplung mit dem weiteren Hebel oder weiterem
Magneten dient.
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Der
Schalter ist in einer Ausgestaltung als mehrstufiger Drucktaster
ausgebildet. Dabei wirkt beispielsweise ein durch eine Taste verschiebbar
gelagerter Stößel auf
die Hebel.
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In
einer weiteren Ausgestaltung ist der Schalter als mehrstufiger Wippschalter
ausgebildet. Beispielsweise sind zwei verschiebbar gelagerte Stößel vorgesehen,
die durch eine verschwenkbar gelagerte Wippe zu betätigen sind
und je nach Betätigungsrichtung
auf, die gegenüberliegenden
Enden der jeweils auf einem Auflagepunkt als Drehpunkt aufliegenden
Hebel einwirken.
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Die
Erfindung betrifft ferner die Verwendung des Schalters in einer
der zuvor beschriebenen, vorteilhaften Ausführungsformen als Zündschalter
für ein
Kraftfahrzeug. Der Zündschalter
eines Kraftfahrzeugs wird sehr häufig
betätigt,
zudem kommt es gerade bei diesem Schalter aus sicherheitstechnischen Überlegungen sehr
darauf an, ein haptisches Feedback für den jeweiligen Schaltzustand
zu erhalten, da der Fahrer sich unbedingt auf die sich mit der Betätigung einstellende
Reaktion des Fahrzeugs, wie Starten des Motors, einstellen muss
und ihn beispielsweise das Starten des Motors nicht überraschen
sollte. Da der erfindungsgemäße Schalter
neben seiner Zuverlässigkeit
gerade dieses haptische Feedback besonders gut bereitstellen kann,
ist der erfindungsgemäße Schalter
für diese
sicherheitsrelevante Anwendung prädestiniert. Der erfindungsgemäße Schalter ist
jedoch hinsichtlich seines Verwendungszwecks nicht eingeschränkt und
eignet sich auch für
andere Anwendungszwecke und -Gebiete. Beispielsweise wird er im
Kraftfahrzeug zur Steuerung der elektrischen Fensterheber verwendet
oder kommt bei Haushaltsgeräten
zum Einsatz.
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In
den beigefügten
Figuren ist die bevorzugte Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Schalters,
genauer dessen Funktionsweise schematisch dargestellt, ohne die
Erfindung auf die gezeigte Ausführungsformen
zu beschränken,
dabei zeigen
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1 eine
Ansicht des prinzipiellen Aufbaus des erfindungsgemäßen zweistufigen
Schalters, der sich in der Ruhestellung befindet,
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2 eine
Ansicht des Schalters aus 1 in der
ersten Schaltstufe,
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3 eine
Ansicht des Schalters aus 1 in der
zweiten Schaltstufe.
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Wie
zuvor erwähnt
zeigen die Figuren einen zweistufigen Schalter, hier Drucktaster.
Wie der Fachmann leicht erkennen wird, ist der gezeigte Aufbau leicht
um weitere Stufen zu erweitern. Der Aufbau umfasst 3 Magnete 1, 2, 3,
die, wie in 1 gezeigt ist, gestapelt sind.
Zur Bewirkung einer Anziehung zwischen den Magneten sind sie bezüglich ihrer Pole
alternierend gestapelt, das heißt
der Nordpol des Magnets 2 kommt auf dem Südpol des
Magneten 3 zu liegen und der Südpol des Magneten 1 liegt
auf dem Nordpol des Magneten 2; Entsprechendes gilt jeweils
für die
anderen Pole. Zwei der Magnete 1, 2 sind als Hebel
ausgebildet, wobei jeweils zwei Abstandshalter 5 zwischen
den Magneten 1, 2, 3 angeordnet sind.
Diese Anstandshalter 5 wirken ferner als Drehpunkt (jeweils
der rechte in den Figuren), wenn die Hebel 1, 2 über den
Stößel 4 betätigt werden.
Der auf dem, dem Stößel 4 abliegen den
Ende des Hebels 1, 2 liegende Abstandshalter 5 (in
den Figuren jeweils der linke Abstandshalter 5) dient der
Vorgabe der Ruhestellung des Hebels 1, 2 und/oder
der magnetischen Kopplung der Hebel 1, 2 untereinander
beziehungsweise mit dem Magneten 3. Um die magnetische
Kopplung zu erreichen, ist der Abstandhalter 5 beispielsweise
aus einem ferromagnetischen Material hergestellt. Der Hebel 1 wird
in seiner Ruhelage durch die Magnetkraft zwischen den Magneten 1 und 2 und
gegebenenfalls durch die darauf beruhende Kopplung über den
Abstandshalter 5 fixiert. Es ist eine symmetrische Anordnung
und Abmessung der Abstandshalter 5 gezeigt; bei Bedarf
können
diese jedoch variiert werden. Der Abstand zwischen dem Stößel 4 genauer
dessen Angriffspunkt p am Hebel 1 und dem Abstandselement 5 als
Drehpunkt beträgt
a und gibt die Hebellänge
und damit die Hebelwirkung vor, die von der Betätigungskraft des Stößels 4 ausgeübt wird.
Der zuvor beschriebene Aufbau wiederholt sich zwischen dem Hebel 2 und
dem Magneten 3, wobei der Abstand b gegenüber dem
Abstand a verkleinert ist. Wird der Stößel 4 nach unten gedrückt und
die Hebelwirkung so groß,
dass dadurch die durch die Magnetkraft zwischen den Magneten 1 und 2 bewirkte
Fixierung überwunden
wird, verschwenkt der Hebel 1 um seinen rechten Abstandhalter 5 als Drehpunkt,
wie in 2 gezeigt, und verursacht eine Schaltzustandsänderung
des Schaltkontakts 6, wobei diese „Betätigung" des Schaltkontakts 6 in 2 nur
schematisch angedeutet ist. Aufgrund der kürzeren Hebellänge b des
Hebels 2 wird dieser zunächst nicht verschwenkt. Erst
wenn die Hebelwirkung so groß wird,
dass dessen Fixierung durch die Magnetkraft zwischen dem Hebel 2 und
dem Magneten 3 überschritten
wird, erfolgt dessen Betätigung,
siehe 3, um den Schaltzustand des Schaltkontakts 7 zu ändern. Die
Kraft/Weg-Kennlinien des Stößels 4 können durch
Variation der Hebellängen
a, b, der Wahl der Magnetstärken,
die Art deren Kopplung und das Maß des Abstandes zwischen den
Magneten 1, 2, 3 leicht eingestellt werden.
Da die auf der Magnetkraft beruhende Fixierung der Hebel 1, 2 keinem
Verschleiß unterliegt,
bleibt das haptische Feedback, das durch den Aufbau erreicht wird, über die
gesamte Lebensdauer konstant. Die Lebensdauer des Schalters wird
vorteilhaft im Wesentlichen durch die Lebensdauer der elektrischen
Kontakte beziehungsweise Schaltelemente und nicht mehr, wie bisher,
durch die der Betätigungsmechanik
bestimmt. Der Aufbau lässt
sich leicht auf einen Wippschalter übertragen, indem beispielsweise
auf der der Schaltkontaktseite (rechte Seite in den Figuren) gegenüberliegenden Seite
weitere Schaltkontakte vorgesehen werden und ein weiterer Stößel auf
das andere freie Ende der Hebel 1, 2 einwirkt.
Beide Stößel können von
einer Wippe betätigt
werden.