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Die Erfindung betrifft einen elektrischen Schalter, insbesondere einen Wipp- oder Kippschalter.
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Wippschalter, die in Kraftfahrzeugen, insbesondere in Lenkrädern, zum Einsatz kommen, unterliegen meist strengen Bauraumbeschränkungen. Eine flache Bauweise von Wippschaltern ist unter Verwendung von Mikroschaltelementen oder Schnappscheiben möglich, die unmittelbar durch eine Wippbewegung eines Betätigungsteils betätigt werden können. Diese Bauteile sind jedoch verhältnismäßig teuer, sodass solche Wippschalter nicht kostengünstig herstellbar sind.
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Es sind auch andere Wippschalterkonzepte bekannt, die den Einsatz von kostengünstigeren Schaltmatten erlauben. So ist in der
DE 102 06 777 A1 ein gattungsgemäßer Schalter mit einer schwenkbar gelagerten Schalterwippe gezeigt. Ausgehend von ihrer Neutralstellung ist die Schalterwippe bezüglich der Neutralstellung in gegenüberliegende Funktionsstellungen schwenkbar, in denen durch die Schalterwippe jeweils ein oder mehrere elektrische Schalterelemente betätigt werden. Die bei diesem Konzept vorgesehene ”schräge” Betätigung der Schalterelemente geht jedoch mit einem nicht unwesentlichen Haptikverlust einher.
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Aufgabe der Erfindung ist es, einen für den Kraftfahrzeugbereich geeigneten, kostengünstigen und zuverlässigen elektrischen Schalter mit angenehmer Haptik beim Schaltvorgang zu schaffen, der mit einer kleinen Bauhöhe realisierbar ist.
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Gelöst wird diese Aufgabe durch einen elektrischen Schalter mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen elektrischen Schalters sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Der erfindungsgemäße elektrische Schalter, insbesondere ein Wipp- oder Kippschalter, umfasst ein dreh- oder schwenkbar gelagertes, manuell bedienbares Betätigungsteil, das aus einer Neutralstellung in eine Betätigungsstellung auslenkbar ist. Der elektrische Schalter umfasst ferner ein elektrisches Schaltelement, das mechanisch betätigbar ist, und ein auf das Schaltelement einwirkendes Betätigungselement. Das Betätigungselement ist so an das Betätigungsteil und an das Schaltelement gekoppelt, dass eine Dreh- oder Schwenkbewegung des Betätigungsteils aus der Neutralstellung in die Betätigungsstellung in eine im Wesentlichen lineare Bewegung des Betätigungselements umgesetzt wird.
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Der erfindungsgemäße Aufbau erlaubt den Einsatz einer Schaltmatte als elektrisches Schaltelement, sodass der Schalter insgesamt sehr flach ausgelegt werden kann. Die besondere Kopplung des Betätigungsteils, die die Dreh- oder Schwenkbewegung des Betätigungsteils in eine lineare Bewegung des Betätigungselements umwandelt, ermöglicht eine senkrechte Einwirkung des Betätigungselements auf die Schaltmatte. Dadurch ist eine zuverlässige und haptisch angenehme Betätigung der Schaltmatte gewährleistet.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Betätigungselement drehbar an das Betätigungsteil gekoppelt. Dadurch erhält das Betätigungselement gegenüber dem Betätigungsteil einen zusätzlichen Freiheitsgrad, sodass ein ansonsten durch die Dreh- bzw. Schwenkbewegung des Betätigungsteils verursachtes Kippen des Betätigungselements aus der bevorzugten linearen Schaltrichtung des Schaltelements ausgeglichen werden kann.
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Eine einfach umzusetzende Möglichkeit der drehbaren Kopplung des Betätigungselements an das Betätigungsteil besteht darin, wenigstens einen Achsabschnitt des Betätigungselements in einer vorzugsweise schlüssellochförmigen oder U-förmigen Aufnahme des Betätigungsteils drehbar zu lagern.
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Ein unerwünschtes Ausweichen des Betätigungselements beim Betätigen des Schalters kann dadurch vermieden werden, dass die drehbare Kopplung des Betätigungselements an das Betätigungsteil so ausgelegt ist, dass dem Betätigungselement keine lineare Bewegung in einer zur Drehachse des Betätigungselements senkrechten Richtung gestattet ist.
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Damit das (begrenzt) bewegliche Betätigungselement während des Schaltvorgangs eine definierte Orientierung relativ zum Schaltelement beibehält, weist das Betätigungselement vorzugsweise einen Kontaktabschnitt auf, der zumindest in der Betätigungsstellung auf einer Erhöhung des Schaltelements aufliegt.
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Vorteilhaft kann gemäß einer Fortführung des obigen Aspekts eine stabile Neutralstellung des Schalters vorgegeben werden, indem der Kontaktabschnitt (auch) in der Neutralstellung unter Vorspannung auf der Erhöhung des Schaltelements aufliegt (selbstverständlich ohne dass dadurch ein Schaltvorgang ausgelöst wird).
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Gemäß einer Weiterbildung des Betätigungselements weist dessen Kontaktabschnitt einen Rand auf, der die Erhöhung des Schaltelements umgreift, vorzugsweise mit einem Spiel. Der dadurch mehr oder weniger erreichte Formschluss zwischen dem Betätigungselement und dem Schaltelement sichert die gewünschte Positionierung des Betätigungselements relativ zum Schaltelement zusätzlich ab. Ein gewisses Spiel zwischen dem Rand des Betätigungselements und der Erhöhung des Schaltelements lässt während des Schaltvorgangs eine prinzipbedingte minimale translatorische Verschiebung des Betätigungselements relativ zum Schaltelement ohne einen haptisch störenden Widerstand zu.
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Das erfindungsgemäße Schalterkonzept kann ausgedehnt werden auf einen Wippschalter mit zwei Betätigungsstellungen, die durch Schwenken oder Drehen eines zweiarmigen Betätigungselements in entgegengesetzte Dreh- bzw. Schwenkrichtungen erreicht werden (rocker switch). Hierzu sind auf gegenüberliegenden Seiten einer Dreh- oder Schwenkachse, um die das Betätigungsteil auslenkbar ist, zwei Betätigungselemente an das Betätigungsteil und jeweils an ein auf einer Seite der Achse angeordnetes elektrisches Schaltelement so gekoppelt, dass Dreh- oder Schwenkbewegungen des Betätigungsteils aus der Neutralstellung in entgegengesetzte Richtungen jeweils in eine im Wesentlichen lineare Bewegung des Betätigungselements umgesetzt werden.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den beigefügten Zeichnungen, auf die Bezug genommen wird. In den Zeichnungen zeigen:
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1 eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Schalters nach einer ersten Ausführungsform im unbetätigten Zustand;
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2 den Schalter aus 1 im betätigten Zustand in einem perspektivischen Halbschnitt;
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3 eine perspektivische Ansicht eines Betätigungselements für einen erfindungsgemäßen Schalter nach einer ersten Ausführungsvariante;
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4 das Betätigungselement aus 3 in Zusammenwirkung mit einem Schaltelement;
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5 eine perspektivische Ansicht eines Betätigungselements für einen erfindungsgemäßen Schalter nach einer zweiten Ausführungsvariante;
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6 eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Schalters nach einer zweiten Ausführungsform im unbetätigten Zustand; und
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7 den Schalter aus 6 in einem betätigten Zustand.
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In den 1 und 2 ist eine erste Ausführungsform eines elektrischen Wippschalters mit einer manuell bedienbaren Drucktaste 10 gezeigt. Die Drucktaste 10 ist Teil eines Betätigungsteils 12 des Schalters, das aus einer Neutralstellung (1) in eine Betätigungsstellung (2) auslenkbar ist. Hierzu ist das Betätigungsteil 12 an einem relativ zur Bewegung des Betätigungsteils 12 feststehenden Bauteil dreh- oder schwenkbar um eine Dreh- bzw. Schwenkachse 14 gelagert.
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Ebenfalls auf einem relativ zur Bewegung des Betätigungsteils 12 feststehenden Bauteil ist ein elektrisches Schaltelement 16 in Form einer Schaltmatte (Gummischaltmatte) angebracht. Das Schaltelement 16 hat eine Erhöhung 18. Durch Niederdrücken der Erhöhung 18 in einer Schaltrichtung 20 wird ein elektrischer Schaltvorgang ausgelöst. Charakteristisch für eine Schaltmatte ist dabei die taktile Rückmeldung, die als Schnappen empfunden wird.
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Der Schalter umfasst ferner ein auf das Schaltelement 16 einwirkendes Betätigungselement 22, das mechanisch einerseits an das Betätigungsteil 12 und andererseits an das Schaltelement 16, genauer gesagt an dessen Erhöhung 18 gekoppelt ist. Die Besonderheit dieser Kopplung liegt darin, dass eine Dreh- oder Schwenkbewegung des Betätigungsteils 12 aus der Neutralstellung in die Betätigungsstellung in eine im Wesentlichen lineare Bewegung des Betätigungselements 22 umgesetzt wird, wie nachfolgend im Detail erläutert wird.
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Das in 3 einzeln gezeigte Betätigungselement 22 weist einen mittleren Kontaktabschnitt 24 auf, von dem sich in entgegengesetzten Richtungen zwei Achsabschnitte 26 erstrecken. Wie am besten in 4 zu erkennen ist, liegt das Betätigungselement 22 mit seinem Kontaktabschnitt 24 auf der Erhöhung 18 des Schaltelements 16 auf. Die Auflageflächen des Kontaktabschnitts 24 und der Erhöhung 18 sind ebenso wie die Achsabschnitte 26 senkrecht zur Schaltrichtung 20 orientiert.
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In 5 ist eine alternative Ausführungsvariante des Betätigungselements 22 gezeigt. Das Betätigungselement 22 weist einen sich von der Auflagefläche senkrecht erstreckenden Rand 28 auf, der die Erhöhung 18 des Schaltelements 16 in der Neutralstellung des Schalters umgreift. Zwischen dem Rand 18 und der Erhöhung 18 ist ein gewisses Spiel vorgesehen.
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Die Achsabschnitte 26 des Betätigungselements 22 sind in Aufnahmen 30 des Betätigungsteils 12 drehbar gelagert. Die Aufnahmen 30 sind in Wandabschnitten 32 des Betätigungsteils 12, die sich senkrecht zu den Achsabschnitten 26 erstrecken, in Form eines Schlüssellochs gebildet. Die Schlüssellochform hat den Vorteil, dass die Achsabschnitte 26 einfach senkrecht zu ihrer Erstreckungsrichtung in die Aufnahmen 30 hineingedrückt werden können. Es sind jedoch auch andere Formen wie z. B. eine U-Form oder eine einfache Bohrung möglich. In jedem Fall ist dem Betätigungselement 22 keine lineare Bewegung in Richtung der Achsabschnitte 26 und vor allem keine lineare Bewegung in einer zur Richtung der Achsabschnitte 26 senkrechten Richtung gestattet. Somit ist das Betätigungselement 22 nur um eine zur Dreh- bzw. Schwenkachse 14 parallele Achse drehbar im Betätigungsteil 12 gelagert.
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Im Folgenden wird die Funktionsweise des Schalters erläutert. In der in 1 gezeigten stabilen Neutralstellung liegt das Betätigungselement 22 unter definierter Vorspannung auf dem Schaltelement 16 auf. Die Vorspannung ist so bemessen, dass kein Schaltvorgang ausgelöst wird, d. h. die Erhöhung 18 des Schaltelements 16 wird wenig oder gar nicht niedergedrückt.
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Durch manuelle Betätigung der Drucktaste 10 wird das Betätigungsteil 12 ausgelenkt (2), indem es eine Dreh- bzw. Schwenkbewegung um die Achse 14 vollführt. Das entfernt von der Achse 14 gelagerte Betätigungselement 22 wird dabei nicht gekippt, sondern behält seine Orientierung relativ zum Schaltelement 16 bei und drückt die Erhöhung 18 des Schaltelements 16 linear in Schaltrichtung 20, also senkrecht zu den Auflageflächen, nieder, sodass ein Schaltvorgang unter optimaler Krafteinleitung und taktiler Rückmeldung für den Bediener ausgelöst wird.
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Das Betätigungselement 22 behält seine Orientierung bei, weil es im Betätigungsteil 12 drehbar um eine zur Dreh- bzw. Schwenkachse 14 des Betätigungsteils 12 parallele Achse gelagert ist und deshalb von der Erhöhung 18 des Schaltelements 16, insbesondere von deren Auflagefläche, in dieser Orientierung gehalten werden kann.
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In den 6 und 7 ist eine zweite Ausführungsform eines Wippschalters gezeigt. Dieser Schalter ist ausgehend von einer Neutralstellung (6) in zwei Betätigungsstellungen auslenkbar. Die zweite Ausführungsform des Schalters beruht auf dem gleichen Prinzip wie die erste Ausführungsform und unterscheidet sich von dieser im Wesentlichen dadurch, dass nicht nur ein Betätigungselement 22 und ein mit diesem zusammenwirkendes Schaltelement 16 vorgesehen sind, sondern jeweils zwei. Die Schaltelemente 16 sind auf gegenüberliegenden Seiten der Dreh- bzw. Schwenkachse 14 angeordnet. Dementsprechend sind auch die Betätigungselemente 22 im Betätigungsteil 12 auf gegenüberliegenden Seiten der Dreh- bzw. Schwenkachse 14 drehbar gelagert.
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Der Aufbau des Schalters entspricht somit auf beiden Seiten dem oben beschriebenen, sodass insoweit auf die obigen Erläuterungen verwiesen werden kann, auch bezüglich der grundlegenden Funktionsweise. Je nach Dreh- bzw, Schwenkrichtung des Betätigungsteils 12 um die Dreh- bzw. Schwenkachse 14 wird hier das eine oder das andere Schaltelement 16 betätigt (7).
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Die beschriebenen Schalter eignen sich insbesondere als Wippschalter für Kfz-Lenkräder. Es sind jedoch auch andere Anwendungen denkbar, bei denen auf eine geringe Bauhöhe der Schalter und eine angenehme Haptik beim Schaltvorgang Wert gelegt wird.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Drucktaste
- 12
- Betätigungsteil
- 14
- Dreh-/Schwenkachse des Betätigungsteils
- 16
- elektrisches Schaltelement
- 18
- Erhöhung
- 20
- Schaltrichtung
- 22
- Betätigungselement
- 24
- Kontaktabschnitt
- 26
- Achsabschnitte
- 28
- Rand
- 30
- Aufnahme
- 32
- Wandabschnitt
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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