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Die Erfindung betrifft eine Schalteinrichtung für ein Eingabegerät in einem Kraftwagen nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1. Sie betrifft auch ein Eingabegerät mit solch einer Schalteinrichtung.
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Im Kraftwagen werden Eingabegeräte gemäß dem Automotive Safety Integrity Level (ASIL) eingestuft. Ab Stufe B dieser Einstufung ist eine Schalteinrichtung mit doppeltem Schaltkontakt für das Eingabegerät gefordert. Gerade bei mehrstufigen Eingabegeräten, bei welchen über das Eingabegerät zum Steuern mehrerer Funktionen noch eine oder mehrere weitere Schaltkontakte geschlossen werden müssen, nimmt die geforderte Redundanz der Schaltkontakte viel Bauraum in Anspruch und verursacht große Kosten.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Schalteinrichtung mit zweifach ausgeführten Schaltkontakten für ein Eingabegerät in einem Kraftwagen zur Verfügung zu stellen, welche Bauraum und Kosten spart.
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Diese Aufgabe wird von einer Schalteinrichtung gemäß dem unabhängigen Patentanspruch gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindungen ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen, der Beschreibung und den Figuren.
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Eine erfindungsgemäße Schalteinrichtung für ein Eingabegerät in einem Kraftwagen verfügt über eine Leiterplatte, zwei auf der Leiterplatte angeordnete erste Schaltkontakte, wobei die ersten Schaltkontakte jeweils zumindest zwei elektrisch voneinander entkoppelte Kontaktflächen aufweisen, und über zwei jeweils den ersten Schaltkontakten zugeordnete elektrisch leitfähige erste Kontaktpads, welche jeweils auf einem von der Leiterplatte beabstandeten Träger angeordnet sind und welche durch ein Bewegen des zugehörigen Trägers in Richtung der Leiterplatte jeweils in elektrischen Kontakt mit den zwei Kontaktflächen des zugeordneten Schaltkontaktes bringbar sind, sodass die zwei Kontaktflächen des zugeordneten Schaltkontaktes elektrisch gekoppelt sind. Um Kosten und Bauraum zu sparen, ist der Träger ein gemeinsamer Träger für die beiden ersten Kontaktpads. Das hat den Vorteil, dass die Schaltkontakte auf der Leiterplatte näher aneinander angeordnet sein können und somit Platz gespart wird. Des Weiteren ist nur ein gemeinsamer Träger erforderlich, weshalb der zweite Träger eingespart werden kann, was eine Kostenersparnis nach sich zieht.
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Es kann vorgesehen sein, dass der Träger hier ein elastisches Material, beispielsweise Kunststoff, Silikon, Gummi, oder einem Metallblech, umfasst oder aus diesem besteht. Insbesondere kann hier der Träger in Form eines Domes ausgeführt sein, der sich auf der Leiterplatte abstützt und gemäß dem Knackfroschprinzip funktioniert. Er ist dann also durch eine äußere Kraft, welche eine vorbestimmte Stärke übertrifft, eindrückbar, springt bei Verschwinden der äußeren Kraft aber wieder in seine ursprüngliche Domform zurück, in welcher die Kontaktpads von der Leiterplatte entfernt sind. Das hat den Vorteil, dass, wenn Träger und die Kontaktpads durch Einwirken einer äußeren Kraft an die Leiterplatte und somit die Schaltkontakte angenähert und in Kontakt gebracht werden ein Nachlassen oder Verschwinden der externen Kraft automatisch ein Entfernen des gemeinsamen Trägers von der Leiterplatte und somit eine elektrische Endkopplung der Kontaktflächen voneinander nach sich ziehen kann.
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In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass die zwei ersten Kontaktpads elektrisch gekoppelt sind, insbesondere ineinander übergehen und ein Gesamtkontaktpad bilden. Das hat den Vorteil, dass der Aufbau nochmals vereinfacht wird. Zudem wird, falls es sich um einen elastischen Träger handelt, dieser durch das Gesamtkontaktpad mechanisch stabilisiert.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass eine Kontaktfläche von einem der zwei ersten Schaltkontakte mit einer Kontaktfläche von dem anderen der zwei ersten Schaltkontakte elektrisch gekoppelt ist, insbesondere die beiden Kontaktflächen ineinander übergehen und eine Gesamtkontaktfläche bilden. Insbesondere bietet es sich hier an, die beiden Kontaktflächen miteinander elektrisch zu koppeln, welche in einem eingebauten Zustand der Schalteinrichtung für eine Kontaktierung mit einer Fahrzeugmasse vorgesehen sind. Das hat den Vorteil, dass weniger Zuleitungen zu den Schaltkontakten erforderlich sind.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass die beiden ersten Kontaktpads die Form eines Teils einer Ellipse, insbesondere eines Kreises, haben oder die beiden Kontaktpads eine Ellipse, insbesondere einen Kreis, bilden, insbesondere das Gesamtkontaktpad eine Ellipse, insbesondere einen Kreis, bildet. Der Kreis ist hier also im mathematischen Sinne als ein Spezialfall der Ellipse zu verstehen. Das hat den Vorteil, dass durch die Ellipsen- bzw. Kreisform bei geringem Platzverbrauch eine große Fläche für den elektrischen Kontakt bereit gestellt werden kann. Besonders vorteilhaft ist diese Formgebung, wenn der Träger als ein Dom ausgeführt ist, da solche Dome im Allgemeinen rund bzw. elliptisch ausgeführt sind, sodass durch die elektrisch leitfähigen, insbesondere metallischen, Kontaktpads die mechanischen Eigenschaften des Trägers, insbesondere eine gegebenenfalls vorhanden Knackfroschmechanik des Trägers nicht oder kaum beeinflusst wird.
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In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Kontaktflächen der beiden ersten Schaltkontakte die Form eines Teils einer Ellipse, insbesondere eines Teils eines Kreises, oder eines Ellipsenbogens, insbesondere eines Kreisbogens, haben, und insbesondere die Kontaktflächen eine Ellipse, insbesondere einen Kreis, bilden, insbesondere die Gesamtkontaktfläche eine Ellipse oder einen Ellipsenbogen, insbesondere einen Kreis oder einen Kreisbogen, bildet. Das hat den Vorteil, dass über die kreis- bzw. ellipsenförmige Form die Kontaktflächen bei einem geringen Platzbedarf eine große Fläche aufweisen können. Sind auch die Kontaktpads entsprechend in der Form eines Kreises oder einer Ellipse geformt, ergibt sich auch der Vorteil, dass die elektrische Kopplung über die dann deckungsgleichen Kontaktflächen und Kontaktpads besonders materialsparend erfolgen kann.
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In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass zwei weitere Schaltkontakte mit jeweils zumindest zwei weiteren Kontaktflächen auf der Leiterplatte angeordnet sind, und zwar in einem Umgebungsbereich, der einen konvexen Kernbereich, in dem die beiden ersten Schaltkontakte angeordnet sind, umgibt. Dabei sind insbesondere die beiden ersten Schaltkontakte zwischen den beiden weiteren Schaltkontakten angeordnet. Ferner sind auf dem gemeinsamen Träger zwei jeweils den weiteren Schaltkontakten zugeordnete elektrisch leitfähige weitere Kontaktpads angeordnet, welche durch ein Bewegen des Trägers in Richtung der Leiterplatte jeweils in elektrischem Kontakt mit den zwei weiteren Kontaktflächen des zugeordneten weiteren Schaltkontakts bring bar sind, sodass die zwei Kontaktflächen des jeweiligen zugeordneten weiteren Fallkontaktes elektrisch gekoppelt sind. Der konvexe Kernbereich ist hier als konvexe zweidimensionale Punktmenge im mathematischen Sinne zu verstehen, sodass eine gerade Verbindung zwischen zwei Punkten des konvexen Kernbereichs stets innerhalb des Kernbereichs verläuft. Das hat den Vorteil, dass durch die Schalteinrichtung zusätzliche Funktionen steuerbar sind, da mehr elektrische Kontakte herstellbar sind. Gerade wenn der Träger in Form eines Domes ausgeführt ist, ist die Anordnung der weiteren Schaltkontakte bzw. der Kontaktpads in dem Umgebungsbereich um den konvexen Kernbereich herum vorteilhaft, da hier wieder die gewünschten mechanischen Eigenschaften des Doms weitgehend erhalten bleiben.
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Hier kann auch vorgesehen sein, dass der Träger gewölbt ist, sodass bei einem Bewegen des Trägers in Richtung der Leiterplatte zunächst die ersten oder die weiteren Kontaktpads ihre jeweils zugeordneten Schaltkontakte berühren, und erst danach, insbesondere nach einem reversiblen elastischen Verformen des Trägers, die verbleibenden anderen Kontaktpads die jeweils den anderen Kontaktpads zugeordneten Schaltkontakte berühren. Es wird hier also eine Zweistufenschalteinrichtung realisiert, bei der bei einem Annähern des Trägers an die Leiterplatte zunächst eine elektrische Kopplung eines Teils der Schaltkontakte miteinander erfolgt und mit einer zeitlichen Verzögerung die vollständige elektrische Kopplung der Schaltkontakte erzielt wird. Das hat den Vorteil, dass über den gemeinsamen Träger eine zweistufige Schalteinrichtung sehr günstig und bauraumkompakt realisiert werden kann.
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Die Erfindung umfasst auch ein Eingabegerät, dass den Anforderungen der Automotive Safety Integrity Level, abgekürzt ASIL, Stufe B entsprechend der Norm ISO 26262 genügt, mit einer Schalteinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche. Die Vorteile ergeben sich entsprechend.
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Weitere Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele, sowie den Figuren.
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Dabei zeigen:
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1 eine erste beispielhafte Ausführungsform einer Schalteinrichtung mit einem gemeinsamen Träger;
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2 eine weitere beispielhafte Ausführungsform einer Schalteinrichtung mit einem gemeinsamen Träger und einem Gesamtkontaktpad; und
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3 eine andere beispielhafte Ausführungsform einer Schalteinrichtung mit einem Gesamtkontaktpad und zwei weiteren Kontaktpads, welche weiteren Schaltkontakten zugeordnet sind.
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Gleiche und funktionsgleiche Elemente werden in den Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform einer Schalteinrichtung. Die Schalteinrichtung 1 umfasst dabei eine Leiterplatte 2 mit zwei ersten Schaltkontakten 3 mit jeweils zwei ersten Kontaktflächen 4, 4', 4'', 4'''. Zwei erste Kontaktpads 5, 5' sind auf einem gemeinsamen Träger 6 angeordnet. Dargestellt sind hier die Leiterplatte 2 und der gemeinsame Träger 6 jeweils von der Seite, die in der Schalteinrichtung 1 dem jeweils anderen Element zugewandt ist. Werden also in der Schalteinrichtung 1 die Leiterplatte 2 und der gemeinsame Träger 6 aneinander angenähert, so berühren sich schließlich die beiden in der 1 dargestellten Flächen. Vorliegend sind die beiden ersten Kontaktpads 5, 5' jeweils als Hälfte einer Ellipse ausgeführt. Die ersten Schaltkontakte 3 weisen hier ebenfalls eine elliptische Form auf. Dabei sind zwei innere Kontaktflächen 4', 4'' ähnlich den ersten Kontaktpads 5, 5' jeweils als Hälfte einer Ellipse ausgeführt. Wie die ersten Kontaktpads 5, 5' sind die ersten Kontaktflächen 4', 4'' je Hälften einer Ellipse, welche entlang ihrer Nebenachse getrennt wurde. Um die ersten Kontaktflächen 4', 4'' herum sind zwei weitere erste Kontaktflächen 4, 4''' in Form eines Ellipsenbogens angeordnet. Beide erste Kontaktflächen 4, 4''' sind hier jeweils ausschließlich um das entsprechende innenliegende erste Kontaktfläche 4', 4'' herum angeordnet. Beide Ellipsenbogenhälften sind hier nicht ganz vollständig, da zu den innenliegenden ersten Kontaktflächen 4' 4'' Zuleitungen auf der Leiterplatte 2 erforderlich sind, welche in dem durch die ersten Kontaktflächen 4, 4''' gebildeten Ellipsenbogen eine Lücke erfordern. Insgesamt ergänzen die Kontaktflächen 4, 4', 4'', 4''' sich also im Wesentlichen zu einer Ellipse, die über unterschiedliche, voneinander elektrisch entkoppelte Teilflächen verfügt. Diese Ellipse hat hier die gleichen oder im Wesentlichen gleichen Außenabmessungen wie die Ellipse, welche von den ersten Kontaktpads 5, 5' gebildet wird.
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Werden nun die dargestellten Seiten des gemeinsamen Trägers 6 und der Leiterplatte 2 aneinander angenähert und in Kontakt gebracht, sodass die ersten Kontaktpads 5, 5' mit den ersten Kontaktflächen 4, 4', 4'', 4''' in Berührung kommen, also die von den ersten Kontaktpads 5, 5' und von den ersten Kontaktflächen 4, 4', 4'', 4''' gebildeten Ellipsen deckungsgleich aufeinander zu liegen kommen, so wird hierdurch das in der 1 linke erste Kontaktpad 5 die linken ersten Kontaktflächen 4, 4' elektrisch miteinander gekoppelt, und durch das in der 1 rechte erste Kontaktpad 5' die beiden rechten ersten Kontaktflächen 4'', 4'''. Da sowohl die bei den Kontaktpads 5, 5' als auch die entsprechenden ersten Kontaktflächen 4, 4', 4'', 4''' entlang der Nebenachse der von ihnen gebildeten Ellipsen elektrisch getrennt sind, kommt die elektrische Kopplung tatsächlich nur zwischen den beiden linken ersten Kontaktflächen 4, 4' und den beiden rechten Kontaktflächen 4'', 4''' zustande.
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Der gemeinsame Träger 6 kann hier beispielsweise als ein gewölbter Dom ausgeführt sein, sodass er in einem betriebsbereiten Zustand in einem von den ersten Kontaktflächen 4, 4', 4'', 4''' entfernten Bereich auf der Leiterplatte 2 aufliegt, und sich nach Art einer Kuppel über den Bereich der Leiterplatte 2 wölbt, in dem die ersten Kontaktflächen 4, 4', 4'', 4''' angeordnet sind. Zum Beispiel am höchsten Punkt dieser Kuppel sind dann die ersten Kontaktpads 5, 5' angeordnet, so dass die ersten Schaltkontakte 3 und die ersten Kontaktpads 5, 5' an gegenüberliegenden Seiten eines Hohlraums angeordnet sind, welcher von der Leiterplatte 2 und dem gemeinsamen Träger 6 gebildet wird. Der gemeinsame Träger 6 kann hier beispielsweise aus Silikon gefertigt sein und eine Knackfroschmechanik aufweisen, sodass nach einem Eindrücken des Doms und dem elektrischen Koppeln der jeweiligen ersten Kontaktflächen 4, 4' und 4'', 4''' in Abwesenheit einer äußeren Kraft der Dom wieder in die Ursprungsform zurückschnellt und die elektrische Kopplung unterbrochen wird. Der Dom kann hier bspw. eine elliptische oder runde Grundfläche aufweisen, was es erleichtert den gemeinsamen Träger 6 mit einer Knackfroschmechanik zu versehen. Dadurch ist die elliptische Form der ersten Kontaktpads 5, 5' auch besonders vorteilhaft, da durch diese dann die besagte Knackfroschmechanik nicht oder nur wenig beeinträchtigt wird.
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In 2 ist eine weitere beispielhafte Ausführungsform einer Schalteinrichtung mit einem gemeinsamen Kontaktpad dargestellt. Nach Art von 1 sind hier die Leiterplatte 2 und der gemeinsame Träger 6 wieder von der auf das jeweils andere Bauelement weisenden Seite dargestellt. Die beiden ersten Kontaktpads 5, 5' aus 1 sind hier ineinander übergehend ausgeführt, sodass nur noch ein einziges erstes Kontaktpad 5 vorhanden ist, welches die Form einer Ellipse aufweist. Die weiteren Merkmale entsprechen hier 1. Wird nun der gemeinsame Träger auf die Leiterplatte 2 gedrückt, so kommen die beiden von dem ersten Kontaktpad 5 und den ersten Schaltkontakten 3 gebildeten Ellipsen aufeinander zu liegen und die ersten Kontaktflächen 4, 4', 4'', 4''' werden elektrisch über das als Gesamtkontaktpad ausgeführte erste Kontaktpad 5 gekoppelt. Im Gegensatz zu dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel sind hier die ersten Kontaktflächen 4, 4', 4'', 4''' mit jeweils allen anderen Kontaktflächen 4, 4', 4'', 4''' elektrisch gekoppelt. Das als vollständige Ellipse ausgeführte erste Kontaktpad 5 kann nicht nur besonders einfach realisiert werden, sondern ist auch besonders vorteilhaft bei einem als runder oder elliptischer Dom ausgeführten gemeinsamen Träger 6. In diesem Fall wird nämlich wieder die besagte Knackfroschmechanik durch die Form des ersten Kontaktpads 5 unterstützt bzw. aufrecht erhalten.
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Es ist hier auch möglich jeweils eine der ersten Kontaktflächen 4, 4', 4'', 4''' eines der ersten Schaltkontakte 3 mit einer jeweiligen Kontaktfläche 4, 4', 4'', 4''' des anderen ersten Schaltkontaktes 3 direkt auf der Leiterplatte 2 elektrisch zu koppeln. Dies kann beispielsweise erfolgen, indem vorliegend die ersten Kontaktflächen 4 und 4''' oder 4' und 4'' im Bereich der Nebenachse der von den ersten Schaltkontakten 3 gebildeten Ellipse miteinander elektrisch verbunden werden. Dadurch ist eine elektrische Anschlussmöglichkeit weniger erforderlich, vorliegend werden also nur drei statt der zuvor vier Anschlussmöglichkeiten für die Kontaktfläche 4, 4', 4'', 4''' benötigt.
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In 3 ist eine andere beispielhafte Ausführungsform einer Schalteinrichtung mit weiteren Schaltkontakten und weiteren Kontaktpads dargestellt. Die in 2 dargestellte Ausführungsform ist hier um weitere Elemente ergänzt worden. So ist das erste Kontaktpad 5 hier spiegelsymmetrisch zur Nebenachse der Ellipse um zwei weitere Kontaktpads 9 ergänzt, welche je eine Sichelform haben. Dabei umgreifen die konkaven Bereiche der Sicheln die von dem ersten Kontaktpad 5 gebildete Ellipse teilweise. Grundsätzlich können die weiteren Kontaktpads 9 hier auch eine andere Form, beispielsweise eine Kreisform aufweisen. Sie müssen auch nicht spiegel- oder punktsymmetrisch bezüglich der Ellipse, welche durch das erste Kontaktpad 5 gebildet ist, angeordnet sein, sondern können vielmehr z. B. auch auf einer gleichen Seite des ersten Kontaktpads 5 angeordnet sein. Jedoch ist die gegenüberliegende Anordnung der weiteren Kontaktpads 9 um das erste Kontaktpad 5, und gerade die sichelförmige Ausführung vorteilhaft, um die bereits mehrmals erwähnte Knackfroschmechanik des gemeinsamen Trägers 6 aufrecht zu erhalten.
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Auf der Leiterplatte 2 sind nun entsprechend zu den weiteren Kontaktpads 9 weitere Schaltkontakte 7 angeordnet. Diese entsprechen in ihrer Anordnung relativ zu den ersten Schaltkontakten 3 der Anordnung der weiteren Kontakte 9 zu dem ersten Kontaktpad 5 auf dem gemeinsamen Träger 6. Bei einem Annähern des gemeinsamen Trägers 6 kommt also nicht nur das erste Kontaktpad 5 deckungsgleich auf der ersten Schaltkontakten 3 zu liegen, sondern auch die weiteren Kontaktpads 9 deckungsgleich auf den weiteren Schaltkontakten 7. Ist nun also diese Kontaktierung hergestellt, so sind im vorliegenden Beispiel die in der 3 linken weiteren Kontaktflächen 8, 8' und die rechten weiteren Kontaktflächen 8'', 8''' jeweils in Kurzschluss miteinander gebracht.
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Von den zwei jeweils einen Schaltkontakt 3, 7 bildenden Kontaktflächen 4, 4', 4'', 4''', 8, 8', 8'', 8''' kann auch jeweils eine mit jeweils einem der zu den anderen Schaltkontakten 3, 7 gehörigen Kontaktflächen 4, 4', 4''; 4''', 8, 8', 8'', 8''' elektrisch gekoppelt werden. Es können also bspw. die Kontaktflächen 8, 4, 4''' und 8''' direkt auf der Leiterplatte 2 elektrisch miteinander gekoppelt werden. Das bringt den Vorteil mit sich, dass die jeweiligen dann verbundenen Kontaktflächen 8, 4, 4''', 8''' nicht einzeln mit einer Anschlussmöglichkeit versehen werden müssen, sondern dass eine einzige gemeinsame Anschlussmöglichkeit ausreicht.
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Der Träger 6 kann hier so gestaltet sein, dass bei einem Annähern des gemeinsamen Trägers 6 zunächst beispielsweise die weiteren Kontaktpads 9 die zugeordneten weiteren Schaltkontakte 7 schließen. Erst bei einem weiteren Bewegen des gemeinsamen Trägers 6 in Richtung der Leiterplatte 2 kommt dann auch durch das erste Kontaktpad 5 ein Schließen der ersten Schaltkontakte 3 zustande. Dies kann beispielsweise durch die Ausführung des gemeinsamen Trägers 6 als ein Doppeldom erfolgen, bei welchem durch einen Druck zunächst ein Außenbereich des Doms, in dem die weiteren Kontaktpads 9 angeordnet sind, einbricht, der zentrale Bereich, in dem das erste Kontakpad 5 angeordnet ist, jedoch noch von der Leiterplatte 2 entfernt bleibt. Dann schließen hier die weiteren Kontaktpads 9 die weiteren Schaltkontakte 7. Erst bei einem weiteren, erhöhten Druck, bricht hier auch der zentrale Bereich des gemeinsamen Trägers 6 ein, sodass das erste Kontaktpad 5 die ersten Schaltkontakten 3 schließt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Schalteinrichtung
- 2
- Leiterplatte
- 3
- erster Schaltkontakt
- 4, 4', 4'', 4'''
- erste Kontaktfläche
- 5, 5'
- erstes Kontaktpad
- 6
- gemeinsamer Träger
- 7
- weiterer Schaltkontakt
- 8, 8', 8'', 8'''
- weitere Kontaktfäche
- 9
- weiteres Kontaktpad
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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