DE102013011815A1

DE102013011815A1 - Vorrichtung zum Schalten und Ansteuern elektrischer Apparaturen

Info

Publication number: DE102013011815A1
Application number: DE201310011815
Authority: DE
Inventors: Udo Balgheim; Gerhard FANGMANN; Martin Koepsell
Original assignee: Johnson Electric Germany GmbH and Co KG
Current assignee: Johnson Electric Germany GmbH and Co KG
Priority date: 2013-07-16
Filing date: 2013-07-16
Publication date: 2015-01-22
Also published as: US20150021154A1; JP6803129B2; US9299512B2; CN104299823A; CN104299823B; JP2015026613A

Abstract

Bei einer Vorrichtung zum Schalten und Ansteuern elektrischer Apparaturen mit einem Führungslager, das wenigstens ein als Schaltergehäuse ausgebildetes Lagerteil sowie wenigstens ein als Betätigungsglied ausgebildetes Lagerteil aufweist, ist vorgesehen, dass das Führungslager wenigstens eine an mindestens einem seiner Lagerteile ausgebildete Steuerbahn sowie wenigstens eine an dem jeweils anderen Lagerteil ausgebildete Wälzkörperaufnahme aufweist, dass in der Wälzkörperaufnahme des einen Lagerteils wenigstens ein Wälzkörper gehalten ist, und dass die Wälzkörperaufnahme wenigstens eine den Wälzkörper auf die Steuerbahn des jeweils anderen Lagerteiles drückende Haptikfeder aufweist. Der Aufbau dieser Vorrichtung ist zur Ausbildung einer Haptik geeignet, ohne dass damit die Betriebssicherheit und die Lebensdauer des Führungslagers nennenswert beeinträchtigt sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Schalten und Ansteuern elektrischer Apparaturen mit einem Führungslager, das wenigstens ein als Schaltergehäuse ausgebildetes Lagerteil sowie wenigstens ein als Betätigungsglied ausgebildetes Lagerteil aufweist.
Mit dem Schalten und Ansteuern können die elektrischen Apparaturen in verschiedene Betriebszustände versetzt werden. Hierzu geeignete Vorrichtungen sind vorzugsweise als hand- oder fingerbetätigbare Stufenschalter oder Gasgebeschalter ausgebildet, bei denen das Betätigungsglied regelmäßig in eine von der menschlichen Hand zu erfassende Griffstruktur eingelassen ist. Um mit einem einzigen Betätigungsglied möglichst viele Betriebszustände sicher schalten oder ansteuern zu können, ist es bekannt, im Stellweg des Betätigungsgliedes Widerstände anzuordnen, die es ermöglichen, ein Erreichen, ein Verlassen oder einen Wechsel von Betriebszuständen über eine den menschlichen Tastsinn stimulierende Haptik wahrzunehmen. Derartige Vorrichtungen weisen jedoch regelmäßig technisch aufwendige Konstruktionen auf, mit denen die Betriebssicherheit und die Lebensdauer des Führungslagers nachteilig herabgesetzt sind.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Gattung aufzuzeigen, deren Aufbau zur Ausbildung einer Haptik geeignet ist, ohne dass damit die Betriebssicherheit und die Lebensdauer des Führungslagers nennenswert beeinträchtigt sind.
Diese Aufgabe ist durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass das Führungslager wenigstens eine an einem seiner Lagerteile ausgebildete Steuerbahn sowie wenigstens eine an dem jeweils anderen Lagerteil ausgebildete Wälzkörperaufnahme aufweist, dass in der Wälzkörperaufnahme des einen Lagerteils wenigstens ein Wälzkörper gehalten ist, und dass der Wälzkörperaufnahme wenigstens eine seinen Wälzkörper auf die Steuerbahn des jeweils anderen Lagerteils drückende Haptikfeder aufweist. Die bei einer Betätigung des Betätigungsgliedes zwischen den Lagerteilen im Stellweg des Betätigungsgliedes wirkenden Widerstände basieren somit auf einem vorteilhaft verschleißarmen Abrollen und/oder Abgleiten des Wälzkörpers an wenigstens einem der beiden Lagerteile. Der dabei von der Steuerbahn gegen die Haptikfeder ausgelenkte Wälzkörper stellt für das Betätigungsglied einen besonders verschleißarm überwindbaren Widerstand dar, dessen auf der Steuerbahn abgebildetes Widerstandsprofil sowohl von der Federkennlinie der Haptikfeder als auch vom Bahnverlauf der Steuerbahn abhängig ist. Mit dem Widerstandsprofil wird schließlich beim Betätigen des Betätigungsgliedes eine Haptik erzeugt, bei der der wälzkörpergestützte Eingriff der Lagerteile zu einer signifikanten Erhöhung der Betriebssicherheit sowie der Lebensdauer des Führungslagers führt.
Nach einer ersten Weiterbildung der Erfindung ist der Wälzkörper eine Kugel. Kugeln weisen aufgrund ihrer zweidimensional gekrümmten Oberfläche eine hohe Oberflächenfestigkeit auf, mit der die Betriebssicherheit und die Lebensdauer des Führungslagers weiter erhöht sind. Für die Kugeln geeignete Werkstoffe sind insbesondere korrosionsbeständige Metalle, Glas oder Keramik, welche die erfindungsgemäße Vorrichtung sogar für den Einsatz in chirurgischen Apparaturen geeignet machen. Grundsätzlich ist es jedoch ebenso denkbar, dass der Wälzkörper eine andere rotationssymmetrische Geometrie, beispielsweise die eines Zylinders oder einer Tonne aufweist. Die Wälzkörperaufnahme weist vorzugsweise eine die Haptikfeder in einem der Lagerteile aufnehmende Federkammer mit wenigstens einer der Steuerbahn zugekehrten Öffnung für den Wälzkörper auf. Es liegt jedoch im Rahmen der Erfindung, die Wälzkörperaufnahme nach Art eines Wälzkörperkäfigs als separates, zwischen den Lagerteilen festsetzbares Bauteil auszubilden.
Um die erfindungsgemäße Vorrichtung konstruktiv einfach bauen und möglichst klein dimensionieren zu können, ist die Steuerbahn nach einer nächsten Weiterbildung der Erfindung am Betätigungsglied und die Wälzkörperaufnahme am Schaltergehäuse ausgebildet. Eine kinematische Umkehr dieser Zuordnung kann in Bezug auf Sonderlösungen durchaus sinnvoll sein, so dass diese ebenfalls Bestandteil der Erfindung ist.
In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist das Führungslager zu einem Linearlager ausgebildet, wie es regelmäßig in hand- oder fingerbetätigbaren Stufenschaltern, Gasgebeschaltern oder Trigger-Schaltungen Anwendung findet. Dazu verläuft jede Steuerbahn vorzugsweise in einer längs in Führungsrichtung des Betätigungsgliedes ausgerichteten Normalebene. Die Erfindung ist jedoch keinesfalls auf die Ausbildung des Führungslagers als Linearlager beschränkt, sondern umfasst bei einem entsprechend geänderten Bahnverlauf der Steuerbahn auch die Ausbildung des Führungslagers zu einem Drehlager, wie es regelmäßig in sogenannten Drehschaltern Anwendung findet.
Zur Ausbildung eines die haptische Wahrnehmung verschiedener Betriebszustände verbessernden Widerstandsprofils wird nach einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung vorgeschlagen, dass die Steuerbahn wenigstens eine in ihrem Bahnverlauf angeordnete Rastmulde aufweist. Derartige Rastmulden weisen ein markantes Widerstandsprofil auf, das insbesondere dazu geeignet ist, verschiedene Betriebszustände haptisch zu erfassen. Im Falle eines als Kugel ausgebildeten Wälzkörpers weist die Rastmulde vorzugsweise eine die Kugel formschlüssig aufnehmende Muldengeometrie auf. Zur Ausbildung eines weicheren Widerstandsprofils kann die Rastmulde jedoch auch ein auf die Wälzkörpergeometrie bezogenes Übermaß aufweisen. Auch kann die Rastmulde zur Beeinflussung des Widerstandsprofils zu ihrer Umgebung abgerundete Muldenränder aufweisen.
Eine weitere Möglichkeit zur Ausbildung markanter Widerstandsprofile besteht darin, die Steuerbahn mit wenigstens einer in ihrem Bahnverlauf ausgebildeten Schaltstufe zu versehen. Derartige Schaltstufen sind insbesondere dazu geeignet, den Bahnverlauf in mehrere Bahnabschnitte zu unterteilen, wobei diese dann verschiedenen Betriebszuständen einer elektrischen Apparatur zugeordnet werden.
Nach einer nächsten Weiterbildung der Erfindung weist die Steuerbahn wenigstens eine in ihrem Bahnverlauf ausgebildete Spurrille auf, deren Rillenprofil zur Schaffung einer möglichst großen Lauffläche an die Wälzkörpergeometrie angepasst ist. Mit einer die Lauffläche vergrößernden Spurrille sind die im Abrollbereich des Wälzkörpers auftretenden Kerbspannungen verringert, so dass die Spurrille in der Folge zu einer Vergrößerung der Betriebssicherheit und der Lebensdauer des Führungslagers beiträgt.
Im Bereich einer Spurrille ist ein auf der Steuerbahn abgebildetes Widerstandsprofil, beispielsweise dadurch hergestellt, dass die Spurrille einen von der Führungsrichtung des Betätigungsgliedes abweichenden Bahnverlauf aufweist. In diesem Fall ist es die Abweichung, die den Wälzkörper gegen die Haptikfeder ausgelenkt und so einen für das Betätigungsglied besonders verschleißarm überwindbaren Widerstand darstellt. Mit einer sich derart über die gesamte Länge einer Spurrille erstreckenden Abweichung weist die Steuerbahn ein Widerstandsprofil auf, das insbesondere zur haptischen Wahrnehmung einer Ansteuerung eines bestimmten Betriebszustandes einer elektrischen Apparatur geeignet ist.
Um auch die Grenzen vorgegebener Steuerbereiche haptisch wahrnehmen zu können, ist nach einer nächsten Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass die Spurrille wenigstens ein von der Rastmulde begrenztes Spurrillenende aufweist. Zumindest weist die Spurrille jedoch wenigstens ein von einem Formanschlag begrenztes Spurrillenende auf. Der Formanschlag weist eine formschlüssig mit dem Wälzkörper zusammenwirkende Anschlagsfläche auf, die ebenfalls zur Ausbildung besonders markanter Widerstandsprofile geeignet ist. Zur Ausbildung eines besonderes weichen Widerstandsprofils kann die Spurrille jedoch auch wenigstens ein langgestreckt aus einer Oberfläche des Betätigungsgliedes herauslaufendes offenes Spurrillenende aufweisen.
Nach einer anderen Weiterbildung der Erfindung ist dem Führungslager wenigstens eine am Betätigungsglied angreifende Rückstellfeder zugeordnet. Das am Bahnverlauf der Steuerbahn ausgebildete Widerstandsprofil dient damit maßgeblich der Überlagerung der von der Rückstellfeder auf das Betätigungsglied übertragenden Rückstellkräfte mit Widerstandskräften aus der Haptikfeder. Grundsätzlich kann jedoch auch auf den Einbau einer Rückstellfeder verzichtet werden, da bereits ein sich über die gesamte Länge der Steuerbahn erstreckendes Widerstandsprofil grundsätzlich dazu geeignet ist, so ausgelegt zu werden, dass Widerstandskräfte eine selbsttätige Rückstellung des Betätigungsgliedes in eine Ruhestellung auslösen.
Bevorzugt weist das Führungslager mehrere Steuerbahnen auf, an den jeweils wenigstens ein in der Wälzkörperaufnahme gehaltener Wälzkörper federelastisch ansteht. Um die miteinander in Eingriff stehenden Lagerflächen des Führungslagers vor einer bauteilbelastende Kräftebelastung durch die Haptikfedern zu schützen, sind die Steuerbahnen vorzugsweise gleichmäßig, insbesondere einander gegenüberstehend am Umfang eines der Lagerteile des Führungslagers ausgebildet. Ein weiterer Vorteil eines mehrere Steuerbahnen aufweisenden Führungslagers besteht in der Möglichkeit, die Steuerbahnen mit zueinander unterschiedlich ausgebildeten Bahnverläufen zu versehen. So können am Betätigungsglied vorteilhaft komplexe Widerstandsprofile aus vergleichsweise einfach ausgebildeten Steuerbahnen zusammengesetzt werden.
Ein Ausführungsbeispiel, aus dem sich weitere erfinderische Merkmale ergeben, ist in der Zeichnung dargestellt. Es zeigen:
1: eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit unbetätigtem Betätigungsglied;
2: eine perspektivische Ansicht der Vorrichtung gemäß 1, jedoch mit betätigtem Betätigungsglied; und
3: eine Teilansicht eines Betätigungsgliedes für eine erfindungsgemäße Vorrichtung.
Die 1 zeigt eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Schalten und Ansteuern elektrischer Apparaturen mit einem Führungslager, das ein als Schaltergehäuse 1 ausgebildetes Lagerteil sowie ein als Betätigungsglied 2 ausgebildetes Lagerteil aufweist. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel weist das Führungslager zur Ausbildung einer Haptik zwei am Betätigungsglied 2 ausgebildete Steuerbahnen 3, 4 sowie zwei jeweils einer Steuerbahn 3 oder 4 zugeordnete und am Schaltergehäuse 1 ausgebildete Wälzkörperaufnahmen 5, 6 auf. In diesen ist jeweils ein kugelförmiger Wälzkörper 7, 8 gehalten. Dazu weisen die Wälzkörperaufnahmen 5, 6 jeweils einen ihren Wälzkörper 7, 8 auf eine der Steuerbahnen 3, 4 des Betätigungsgliedes 2 drückende Haptikfeder 9, 10 auf. Zur Ausbildung eines das Betätigungsglied 2 im Schaltergehäuse 1 zwangsbeweglich aufnehmenden Linearlagers weist das Schaltergehäuse 1 einen Führungsdorn 11 und das Betätigungsglied 2 eine linearbeweglich auf dem Führungsdorn 11 geführte Gleithülse 12 auf. Außerdem weist das Führungslager eine am Betätigungsglied 2 angreifende Rückstellfeder 13 auf, die zusammen mit dem Führungsdorn 11, der Gleithülse 12 sowie elektrischen Schaltkontakten 14, 15, 16 in einem Federbecher 17 des Schaltergehäuses 1 gekapselt sind. Am Schaltergehäuse 1 ausgebildete Rastnasen 18, 19 dienen der Befestigung der erfindungsgemäßen Vorrichtung in der Trägerstruktur einer elektrischen Apparatur. Die Steuerbahnen 3, 4 weisen jeweils eine in ihrem Bahnverlauf angeordnete Spurrille 20, 21 sowie jeweils eine die Spurrille endseitig begrenzende Rastnase 22, 23 auf. Die 1 zeigt das Betätigungsglied 2 in einer unbetätigten Endstellung, in welcher die Wälzkörper 7, 8 in den Rastmulden 22, 23 der Steuerbahnen 3, 4 liegen.
Die 2 zeigt eine perspektivische Ansicht der Vorrichtung gemäß 1, Jedoch in einer betätigten Endstellung, in welcher die kugelförmigen Wälzkörper 7, 8 in den den Rastmulden 22, 23 abgelegenen Enden der Spurrillen 20, 21 entgegen einer wirkenden Rückstellkraft, verursacht durch die Rückstellfeder 13, gehalten werden. Die Spurrillen 20, 21 weisen einen von der Führungsrichtung des Betätigungsgliedes 2 abweichenden Bahnverlauf auf, so dass die Spurrillen 20, 21 jeweils ein langgestreckt aus einer zylindrischen Oberfläche des Betätigungsgliedes 2 herauslaufendes offenes Spurrillenende aufweisen.
Die 3 zeigt eine Teilansicht eines Betätigungsgliedes 2 für eine erfindungsgemäße Vorrichtung. Das dargestellte Betätigungsglied 2 weist mehrere Steuerbahnen 24, 25 mit zueinander unterschiedlich ausgebildeten Bahnverläufen auf. Die Steuerbahn 24 weist eine in ihrem Bahnverlauf angeordnete Rastmulde 26 sowie eine in ihrem Bahnverlauf ausgebildete Spurrille 27 auf, wobei die Spurrille 27 ein von der Rastmulde 26 begrenztes Spurrillenende 28 aufweist. Die Spurrille 27 weist einen von der Führungsrichtung gemäß Doppelpfeil 29 des Betätigungsgliedes 2 abweichenden Bahnverlauf auf, so dass sie ein langgestreckt aus einer zylindrischen Oberfläche 30 des Betätigungsgliedes 2 herauslaufendes offenes Spurrillenende 31 ausbildet. Die Steuerbahn 25 weist hingegen eine in ihrem Bahnverlauf ausgebildete Schaltstufe 32 sowie zwei über die Schaltstufe 32 miteinander verbundene Spurrillen 33, 34 auf. Beide Spurrillen 33, 34 weisen von der Führungsrichtung gemäß des Doppelpfeils 29 geradlinig abweichende Bahnverläufe auf, wobei lediglich die Spurrille 34 ein langgestreckt aus der zylindrischen Oberfläche 30 des Betätigungsgliedes 2 herauslaufendes offenes Spurrillenende 35 aufweist. Die Spurrille 33 weist hingegen ein von einem Formanschlag 36 begrenztes Spurrillenende 37 auf.
Alle in der vorstehenden Beschreibung und in den Ansprüchen genannten Merkmale sind in einer beliebigen Auswahl mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs kombinierbar. Die Offenbarung der Erfindung ist somit nicht auf die beschriebenen bzw. beanspruchten Merkmalskombinationen beschränkt, vielmehr sind alle im Rahmen der Erfindung sinnvollen Merkmalskombinationen als offenbart zu betrachten.

Claims

Vorrichtung zum Schalten und Ansteuern elektrischer Apparaturen mit einem Führungslager, das wenigstens ein als Schaltergehäuse ausgebildetes Lagerteil sowie wenigstens ein als Betätigungsglied ausgebildetes Lagerteil aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Führungslager wenigstens eine an mindestens einem seiner Lagerteile ausgebildete Steuerbahn (3, 4) sowie wenigstens eine an dem jeweils anderen Lagerteil ausgebildete Wälzkörperaufnahme (5, 6) aufweist, dass in der Wälzkörperaufnahme (5, 6) des einen Lagerteils wenigstens ein Wälzkörper (7, 8) gehalten ist, und dass die Wälzkörperaufnahme (5, 6) wenigstens eine den Wälzkörper (7, 8) auf die Steuerbahn (3, 4) des jeweils anderen Lagerteiles drückende Haptikfeder (9, 10) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Wälzkörper (7, 8) eine Kugel ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerbahn (3, 4) am Betätigungsglied (2) und die Wälzkörperaufnahme (5, 6) am Schaltergehäuse (1) ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Führungslager als Linearlager ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerbahn (3, 4) wenigstens eine in ihrem Bahnverlauf angeordnete Rastmulde (22, 23, 26) aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerbahn (3, 4) wenigstens eine in ihrem Bahnverlauf ausgebildete Schaltstufe (32) aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerbahn (3, 4) wenigstens eine in ihrem Bahnverlauf ausgebildete Spurrille (20, 21, 27, 33, 34) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Spurrille (20, 21, 27, 33, 34) einen von der Führungsrichtung des Betätigungsgliedes (2) abweichenden Bahnverlauf aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Spurrille (20, 21, 27) wenigstens ein von der Rastmulde (22, 23, 26) begrenztes Spurrillenende (28) aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Spurrille (33) wenigstens ein von einem Formanschlag (36) begrenztes Spurrillenende (37) aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Spurrille (20, 21, 27, 34) wenigstens ein langgestreckt aus einer Oberfläche des Betätigungsgliedes (2) herauslaufendes offenes Spurrillenende (31, 35) aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass dem Führungslager wenigstens eine am Betätigungsglied (2) angreifende Rückstellfeder (13) zugeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Führungslager mehrere Steuerbahnen (3, 4, 24, 25) aufweist, an denen jeweils wenigstens ein in der Wälzkörperaufnahme (5, 6) gehaltener Wälzkörper (7, 8) federbelastet ansteht.
Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerbahnen (24, 25) zueinander unterschiedlich ausgebildete Bahnverläufe aufweisen.