DE102011087232A1

DE102011087232A1 - Schalter mit Schaltkappe und damit bewegbarer Elektrode

Info

Publication number: DE102011087232A1
Application number: DE201110087232
Authority: DE
Inventors: Steffen Neubauer; Kevin Fritz; Oliver Eisenmann; Maik Rienecker
Original assignee: Preh GmbH
Current assignee: Preh GmbH
Priority date: 2011-09-01
Filing date: 2011-11-28
Publication date: 2013-03-07
Also published as: WO2013029851A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Schalter, der folgendes aufweist: eine bewegbare Schalterkappe, ein mit der Schalterkappe zusammenwirkendes elektrisches Schaltelement, um eine durch die Bewegung der Schalterkappe bewirkbare Schaltfunktion bereitzustellen und wenigstens eine unter der Schalterkappe mit der Schalterkappe mitbewegbare Elektrode, um ein elektrisches Feld für einen kapazitiven Annäherungssensor bereitzustellen sowie elastische Kontaktierungsmittel, um die wenigstens eine Elektrode elektrisch zu kontaktieren. Der Schalter zeichnet sich dadurch aus, dass die Elektrode aus einem leitfähigen Kunststoff hergestellt ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Schalter sowie die Verwendung des Schalters in einem Kraftfahrzeug.
Schalter sind aus dem Stand der Technik in einer großen Vielzahl bekannt. Immer häufiger finden Schalter mit integrierten Elektroden Anwendung. Durch die Elektrode wird beispielsweise eine Annäherung beziehungsweise eine Berührung eines Fingers detektiert. Insbesondere werden hierfür Elektroden aus Metall verwendet. Nachteilig bei diesen Schaltern ist jedoch, dass sich bei diesen oftmals ein Luftspalt zwischen der Elektrode und Schalterkappe befindet, durch den die Schalter ein relativ schlechtes Signal-Rausch-Verhältnis besitzen. Des Weiteren müssen die bekannten Schalter zumindest partiell vergoldet werden. Hierdurch ist die Herstellung dieser bekannten Schalter aufwendig und teuer.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, einen Schalter bereitzustellen, der einfach und preiswert herstellbar ist und zudem ein gutes Signal-Rausch-Verhältnis besitzt und somit eine Annäherung bzw. Berührung des Benutzers zuverlässig detektiert und den vom Benutzer gewünschten Schaltbefehl sicher ausführt.
Gelöst wird diese Aufgabe durch einen Schalter mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind jeweils Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Es ist darauf hinzuweisen, dass die in den Patentansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale auch über die verschiedenen Kategorien der Ansprüche hinweg in beliebiger, technologisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden können und weitere Ausgestaltungen der Erfindung aufzeigen.
Ein erfindungsgemäßer Schalter umfasst eine bewegbare Schalterkappe, ein mit der Schalterkappe zusammenwirkendes elektrisches Schaltelement, um eine durch die Bewegung der Schalterkappe bewirkbare Schaltfunktion bereitzustellen, wenigstens eine unter der Schalterkappe mit der Schalterkappe mitbewegbare Elektrode, um ein elektrisches Feld für einen kapazitiven Annäherungssensor bereitzustellen, elastische Kontaktierungsmittel, um die wenigstens eine Elektrode elektrisch zu kontaktieren, wobei die Elektrode aus einem leitfähigen Kunststoff hergestellt ist.
Der erfindungsgemäße Schalter hat gegenüber dem Stand der Technik den Vorteil, dass die Gefahr einer Korrosion, wie sie bei der Verwendung der bekannten Schalter oftmals beobachtet werden kann, wodurch letztendlich eine sichere Signalübertragung gefährdet ist, vermieden wird. Ferner wird der Luftspalt zwischen Elektrode und Schalterkappe aufgrund der Elastizität des leitfähigen Kunststoffes minimiert.
Neben der elektrischen Kontaktierung der wenigstens einen Elektrode können die elastischen Kontaktierungsmittel auch dazu verwendet werden, dass sie die Elektrode gegen die Schalterkappe drücken. Hierdurch kann ein Zwischenraum, beispielsweise ein Luftspalt, zwischen der Tastenkappe und der Elektrode vermindert bzw. vermieden werden. Das Signal-Rausch-Verhältnis und somit das Verhältnis zwischen Nutzsignal und Rauschleistung des Störsignals werden vergrößert. In einer vorteilhaften Ausgestaltung wird die Elektrode durch die elastischen Kontaktierungsmittel gegen eine Innenfläche der Schalterkappe vorgespannt. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass der Luftspalt weiter minimiert werden kann und somit das Signal-Rausch-Verhalten noch weiter verbessert wird. Um ein ausreichendes Vorspannen gewährleisten zu können, wird als elastisches Kontaktierungsmittel bevorzugt wenigstens eine Feder, beispielsweise aus Federstahl, verwendet. Besonders bevorzugt kommen Schraubenfedern bzw. Tellerfedern zur Anwendung.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist der Schalter eine Leiterplatte auf. Die elastischen Kontaktierungsmittel sind zwischen Leiterplatte und der wenigstens einen Elektrode angeordnet. Die Leiterplatte umfasst bevorzugt eine mit Epoxidharz getränkte Glasfasermatte (FR4). Diese Art von Leiterplatten besitzt eine besonders gute Kriechstromfestigkeit und eine gute Hochfrequenzeigenschaft. Die Leiterplatte umfasst ferner Kontaktflächen, die bevorzugt mit den elastischen Kontaktierungsmittel in Kontakt stehen. Die Kontaktflächen bestehen dabei bevorzugt aus Gold. Das Schaltelement ist in einer vorteilhaften Ausgestaltung auf der Leiterplatte angeordnet sein.
In einer bevorzugten Ausführung weist der Schalter ein Schalterunterteil auf. Das Schalterunterteil ist zwischen der Elektrode und dem Schalterelement bzw. zwischen der Elektrode und der Leiterplatte angeordnet. In einer vorteilhaften Ausgestaltung wird das Schalterelement durch das Schaltunterteil betätigt. In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist das Schalterunterteil fest an der Elektrode und/oder an der Schalterkappe angeordnet. Das Schalterunterteil kann bevorzugt aus Kunststoff hergestellt sein. Dies bietet den Vorteil, dass das Schalterunterteil in einem Verfahrensschritt zusammen mit der Elektrode bzw. zusammen mit der Elektrode und der Schalterkappe hergestellt werden kann. Das Schalterunterteil kann jedoch auch aus einem metallischen oder einem anderen Werkstoff hergestellt sein.
In einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung sind die elastischen Kontaktierungsmittel außerhalb des Schalterunterteils angeordnet. Bevorzugt verlaufen die elastischen Kontaktierungsmittel teilweise entlang des Schalterunterteils. Es ist aber auch vorstellbar, dass in einer besonders vorteilhaften Ausführung zumindest ein Teil der Kontaktierungsmittel innerhalb des Schalterunterteils verläuft.
In einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung handelt es sich bei dem leitfähigen Kunststoff um einen thermoplastischen Kunststoff. Bevorzugt ist der leitfähige Kunststoff ein thermoplastisches Elastomer, beispielsweise auf Basis von Styrol-Copolymerisate, bevorzugt auf Basis von Styrol-Block-Copolymeren. Der Vorteil an Styrol-Blockpolymeren ist, dass sie eine besonders gute Verbindung mit anderen Thermoplastischen Kunststoffen eingehen können. Hierdurch werden durch Coextrusion, Über- und/oder Anspritzen zahlreiche Kombinationen mit Polyolefin-Kunststoffen ermöglicht. Bevorzugt werden die Schalterkappe und die Elektrode bzw. die Schalterkappe, die Elektrode und das Schalterunterteil in einem gemeinsamen Spritzgussverfahren hergestellt.
Durch den Annährungssensor wird eine zweite Schaltfunktion, beispielsweise das An- und Ausschalten einer Funktionsbeleuchtung, ermöglicht. Indem die Funktionsbeleuchtung erst angeschaltet wird, wenn der Benutzer beispielsweise mit seinem Finger in die Nähe des Schalters kommt, also die Bedienung des Schalters bewusst vornehmen möchte, wird erreicht, dass der Benutzer nicht unnötig vielen Informationen ausgesetzt wird. Wirken nämlich zu viele Informationen gleichzeitig auf den Benutzer ein, so führt dies lediglich zu Irritationen, wodurch die Aufmerksamkeit des Benutzers hinsichtlich der wichtigen Informationen eingeschränkt wird bzw. ganz verloren geht. Dies ist insbesondere im Straßenverkehr gefährlich und kann zu folgeschweren Unfällen führen. Durch den Annäherungssensor werden Informationen, beispielsweise Informationen zu der mit dem Schalter betätigbaren Vorrichtung, erst preis gegeben, sobald der Benutzer diese auch wirklich benötigt. Entfernt der Benutzer seinen Finger wieder vom Schalter, so geht die Funktionsbeleuchtung aus.
Bevorzugt wirkt die Elektrode als Elektrode eines Plattenkondensators.
Weiterhin ist Gegenstand der Erfindung die Verwendung eines erfindungsgemäßen Schalters in einem Kraftfahrzeug.
Die Erfindung sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Figuren eine besonders bevorzugte Ausführungsvariante der Erfindung zeigen. Die Erfindung ist jedoch nicht auf die gezeigte Ausführungsvariante beschränkt. Insbesondere umfasst die Erfindung soweit technisch sinnvoll beliebige Kombinationen der technischen Merkmale, die den Unteransprüchen aufgeführt oder in der Beschreibung als erfindungsrelevant beschrieben sind.
Es zeigt:
1: eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Schalters in einem Ausführungsbeispiel.
Der in 1 dargestellte Schalter 10 weist eine Schalterkappe 20 auf. Die Schalterkappe 20 ist bewegbar, bevorzugt verschiebbar, gelagert. Ferner weist der Schalter 10 ein elektrisches Schaltelement 32 auf, um eine durch die Bewegung der Schalterkappe 20 bewirkbare Schaltfunktion bereitzustellen. Das Schaltelement 32 ist auf einer Leiterplatte 26 angeordnet. Die Leiterplatte 26 weist Kontaktflächen 28 auf.
Unter der Schalterkappe 20 ist wenigstens eine mit der Schalterkappe 20 mitbewegbare Elektrode 22 angeordnet. Die Elektrode 22 ist aus leitfähigem Kunststoff hergestellt. Die Elektrode 22 dient dazu ein elektrisches Feld für einen kapazitiven Annäherungssensor (nicht dargestellt) bereitzustellen. Nähert sich beispielsweise ein Finger dem Schalter 10 an und/oder berührt diesen, dann ändert sich der Wert der Kapazität und ein zusätzlicher Schaltvorgang kann ausgeführt werden.
Der Schalter 10 umfasst ferner als Federn ausgebildete elastische Kontaktierungsmittel 24, die die Elektrode 22 kontaktieren. Des Weiteren stehen die Kontaktierungsmittel 24 mit den Kontaktflächen 28 in Verbindung. Zwischen der Elektrode 22 und dem Schaltelement 32 ist ein Schalterunterteil 34 angeordnet. Wird die Schalterkappe 20 nach unten, also in Richtung der Leiterplatte 26, bewegt, so wird ein Schaltvorgang ausgelöst, sobald das Schalterunterteil 34 das Schaltelement 34 berührt bzw. das Schaltelement 34 durch das Schalterunterteil 34 betätigt wird. Die elastischen Kontaktierungsmittel 24 verlaufen bevorzugt innerhalb des Schalterunterteils 34.

Claims

Schalter aufweisend: eine bewegbare Schalterkappe, ein mit der Schalterkappe zusammenwirkendes elektrisches Schaltelement, um eine durch die Bewegung der Schalterkappe bewirkbare Schaltfunktion bereitzustellen, wenigstens eine unter der Schalterkappe mit der Schalterkappe mitbewegbare Elektrode, um ein elektrisches Feld für einen kapazitiven Annäherungssensor bereitzustellen, elastische Kontaktierungsmittel, um die wenigstens eine Elektrode elektrisch zu kontaktieren, wobei die Elektrode aus einem leitfähigen Kunststoff hergestellt ist.
Schalter nach Anspruch 1, wobei die Elektrode durch die elastischen Kontaktierungsmittel gegen eine Innenfläche der Schalterkappe vorgespannt wird.
Schalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die elastischen Kontaktierungsmittel wenigstens eine Feder, beispielsweise aus Federstahl, aufweisen.
Schalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einer Leiterplatte, wobei die elastischen Kontaktierungsmittel zwischen Leiterplatte und der wenigstens einen Elektrode angeordnet sind.
Schalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der leitfähige Kunststoff ein thermoplastischer Kunststoff ist.
Schalter nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei der leitfähige Kunststoff ein thermoplastisches Elastomer, beispielsweise auf Basis von Styrol-Block-Copolymeren, ist.
Schalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der leitfähige Kunststoff eine Härte von 70 bis 80 Shore A, beispielsweise 76 Shore A, aufweist.
Schalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der leitfähige Kunststoff einen Leitrußanteil von 10 bis 30 Gew.-%, bevorzugt 20 Gew.-% aufweist.
Schalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Schalterkappe linear bewegbar, bevorzugt verschiebbar, gelagert ist.
Schalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Schalter ein Taster ist.
Schalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Schalterkappe und die wenigstens eine Elektrode formschlüssig verbunden sind.
Schalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Schalterkappe und die wenigstens eine Elektrode in einem gemeinsamen Spritzguss- oder Extrusionsschritt hergestellt sind.
Schalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei durch den Annährungssensor eine zweite Schaltfunktion, beispielsweise das An- und Ausschalten einer Funktionsbeleuchtung, bereitgestellt wird.
Verwendung des Schalters nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 12 in einem Kraftfahrzeug.