DE102018127428B3

DE102018127428B3 - Diagnosefähiger Schalter, insbesondere diagnosefähiger Mikro-Signalschalter und Verfahren zu seiner Herstellung

Info

Publication number: DE102018127428B3
Application number: DE102018127428.9A
Authority: DE
Inventors: Jörg Gassmann; Andrea Straniero
Original assignee: Johnson Electric Germany GmbH and Co KG
Current assignee: Johnson Electric Germany GmbH and Co KG
Priority date: 2018-11-02
Filing date: 2018-11-02
Publication date: 2020-02-20
Anticipated expiration: 2038-11-03

Abstract

Die Erfindung betrifft einen diagnosefähigen Schalter, insbesondere einen diagnosefähigen Mikro-Signalschalter, deren verlängerte Kontaktglieder montageseitig als feste Anschlüsse aus dem Schaltergehäuse herausgeführt sind und von denen mindestens zwei mit einem elektrischen Diagnosewiderstand beschaltet sind.Aufgabe ist es einen diagnosefähigen Schalter mit integrierter Schaltkreisüberwachung und ein Verfahren zu dessen Herstellung zu schaffen, der bezüglich Bauelementeaufwand, Bauraum und Fertigungsaufwand gegenüber dem bekannten Stand der Technik weiter verbessert und damit kostengünstiger ist.Erfindungsgemäß sind beim diagnosefähigen Schalter die Terminals 12 mindestens zwei mit einem elektrischen Diagnosewiderstand R1 und/oder R2 beschalten ausgeführt. Dabei sind zwischen zwei Anschlusspins 3, 4 oder 3, 6 oder 4, 6 oder zwischen allen Anschlusspins 3, 4, 6 anstelle von konkreten Widerstandsbauelementen innerhalb oder außerhalb des Schaltergehäuses 18 eine elektrisch leitfähige Schicht 5 als aufgetragene Paste angeordnet und gegebenenfalls ausgehärtet. Oder anstelle dieser leitfähigen Paste ist ein elektrisch leitfähiges Material 5 partikelweise aufgebracht angeordnet und gegebenenfalls getrocknet oder ausgehärtet. Die Herstellung erfolgt, indem zwischen die Anschlusspins 3, 4, oder 3, 6 oder 4,6 oder allen Anschlusspins 3, 4, 6 der elektrischen Terminals 12 mindestens eine elektrisch leitfähige Schicht 5, wie beispielsweise eine elektrisch leitfähige Paste mittels einer Dosiereinrichtung aufgetragen angeordnet ist oder ein elektrisch leitfähiges Material 5 partikelweise aufgesprüht oder aufgedruckt wird.

Description

Die Erfindung betrifft einen diagnosefähigen Schalter, insbesondere einen diagnosefähigen Mikro-Signalschalter, dessen Betätigungsglied unter Federkraft eine innerhalb eines Schaltergehäuses verbaute Öffner-, Schließer- oder Wechsler-Kontakteinrichtung beaufschlagt, deren verlängerte Kontaktglieder montageseitig als feste Anschlüsse aus dem Schaltergehäuse herausgeführt sind und von denen mindestens zwei mit einem elektrischen Diagnosewiderstand beschaltet sind.
Mikro-Signalschalter werden in sehr großer Anzahl für komplexe industrielle und insbesondere automotive Anwendungen eingesetzt, beispielsweise für das Schalten von Steuerströmen in Schließsystemen von Kraftfahrzeugen zwecks Abtastens der Position von Türen, Fenstern, Kofferklappen, Motorhauben, Verdecken usw. Aber auch Sitzapplikationen, Sicherheitsgurte, Klimaanlagen und weitere Komponenten von Kraftfahrzeugen werden mit Mikro-Signalschaltern überwacht oder gesteuert. Die Auswertung der Steuerströme erfolgt jeweils zentral in den elektronischen Steuereinheiten der Fahrzeuge. Typischerweise besitzen Mikro-Signalschalter nur die Schaltzustände „EIN“ und „AUS“ bzw. „1“ und „0“, die als Signale von den Steuereinheiten auslesbar sind. Erkennt aber der Mikroprozessor einer Steuereinheit das Schaltsignal „0“, ist deshalb noch nicht gesagt, ob der Mikro-Signalschalter tatsächlich in seiner „AUS“-Stellung ist oder ob nicht vielmehr die elektrische Kabelverbindung zwischen den Anschlüssen des Mikro-Signalschalters und der Steuereinheit unterbrochen ist. Gerade in technischen Systemen, die oftmals mechanisch stark belastet werden, ist diese Unsicherheit über das Vorliegen eines Defekts im Schalter oder der Verkabelung von sehr großem Nachteil.
Damit die Mikroprozessoren in den Steuereinheiten die einzelnen Mikro-Signalschalter erkennen und voneinander unterscheiden können, aber auch, um deren Zustand und deren Verdrahtung zu diagnostizieren, ist es bekannt, in Reihe und/oder parallel zu der Kontakteinrichtung des Mikro-Signalschalters ein elektronisches Bauelement zu verschalten, wie insbesondere einen elektrischen diskreten Widerstand, der entweder direkt in das Innere des Schaltergehäuse integriert wird oder unmittelbar am Boden des Schaltergehäuses die aus dem Schaltergehäuse herausgeführten elektrischen Anschlüsse kontaktiert. Der Mikro-Signalschalter wird durch die zwischengeschalteten Widerstände diagnosefähig und kann ständig überwacht werden.
Aus der in das Deutsche übersetzten europäischen Patentschrift EP 1 533 822 B1 , der DE 60 2004 001 118 T2 , ist ein gattungsgemäßer Mikroschalter für den Kraftfahrzeugbau bekannt, welcher je nach zu erfüllender Schaltfunktion als Schließer, Öffner oder Wechsler arbeitet. Entsprechend sind aus dem Boden des Isolierstoffgehäuses mehrere Anschlüsse herausgeführt. Im speziellen Fall ist der Mikroschalter mit einem Schnappschaltmechanismus ausgerüstet. Wahlweise ist mindestens ein elektronisches Bauteil - beispielsweise ein diskreter Widerstand - auf der Oberfläche oder im Inneren des Mikroschalters montiert und elektrisch direkt mit zwei benachbarten Anschlüssen verbunden. Offenbart sind unter anderem Schaltbilder mit Widerständen in serieller und/oder paralleler Verschaltung zu einem Schließer oder Öffner. Die Beschaltung mit elektronischen Bauelementen dient dabei der Realisierung einer großen Anzahl von Funktionen des Mikroschalters.
Aus der CN 2 04 966 328 U bzw. US 2017 / 0 092 445 A1 ist ein weiterer Mikroschalter mit drei Anschlüssen für Steuerungsaufgaben unter Berücksichtigung unterschiedlich vorzufindender Bordnetze bekannt, dessen Betätigungsstößel gegen eine Schraubenfeder arbeitet und wobei ein mit einem Betätigungsstößel über einen Schleifkontakt als bewegliches Schaltglied je nach Abgriff an einem der beiden weiteren Anschlüssen parallel zu einem oder mehreren Widerständen oder in einer Parallel-Reihenschaltung zu einem oder mehreren Widerständen liegt. Die SMD-Widerstände bzw. Einsteckwiderstände sitzen mit dem Schleifer im Inneren des Schalters auf einer besonderen Leiterplatte.
Die DE 10 2014 008 410 A1 offenbart einen Mikroschalter für komplexe technische Maschinen oder umfassende technische Anwendungen wie z. B. in Personenkraftwagen mit wenigstens zwei Anschlüssen, zu denen erfindungsgemäß wenigstens ein zusätzlicher Anschluss vorgesehen ist. Zwecks Schaffens eines flexiblen, diagnosefähigen Mikroschalters wird vorgeschlagen, die aus dem Mikroschaltergehäuses herausgeführten wenigstens drei Anschlüsse außerhalb des Schaltergehäuses mit Beschaltungselementen durch Löten, Schweißen, Schneidklemmtechnik, Crimpen o. ä. elektrisch und mechanisch geeignet zu verbinden, so dass sich insgesamt eine neue diagnosefähige Funktionseinheit ergibt, die individuell von einer Steuereinheit diagnostiziert werden kann, beispielsweise durch entsprechend anliegende Spannungsabfälle an den Anschlüssen. Die Steuereinheit kann somit erkennen, ob ein Mikroschalter angeschlossen ist, ob er sich im geöffneten oder geschlossenen Zustand befindet oder ob ein Kurzschluss vorliegt. Bei Verwendung von Dioden können zusätzlich Informationen über die Polarität erhalten werden.
Nach der DE 10 2012 001 985 A1 betreffend einen elektrischen Schalter, insbesondere für Kaffeemaschinen, ist es bekannt, dass der Schalter einen Widerstand in der Art eines Shunts zur Strommessung aufweist, wobei der Widerstand vorzugsweise mäanderförmig in einen Anschluss des Schalters integriert ist. Auf diese Weise lässt sich der Betriebszustand der Kaffeemaschine genau detektieren.
Letztlich zeigen die Offenlegungsschriften DE 10 2016 101 586 A1 , DE 10 2016 101 587 A1 , DE 2016 101 588 A1 und DE 10 2016 101 590 A1 einen Komplex von Mikro-Signalschaltern mit elektrisch leitenden Federkontaktelementen auf, welche bei einer Beschaltung der Kontakteinrichtung mit einem oder mehreren Widerständen sehr gut für Diagnosefunktionen einsetzbar sind. Die Schalter sind voneinander abweichend für den Gebrauch mit einer Schließerfunktion, einer Umschaltfunktion bzw. einer Öffnerfunktion konzipiert. Der oder die Widerstände sind vorzugsweise SMD-Widerstände, die innerhalb des Schalters z. B. in Reihe zum Festkontaktanschluss liegen und jeweils an diesem befestigt sind.
In der EP 1 648 208 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung eines kapazitiven Bauelements oder einer Leiterplatte beschrieben, wo zwischen zwei Metallfolien ein Dielektrikum über das Abscheiden eines Widerstandsmaterials ausgebildet wird. Damit soll die Anzahl der Lötverbindungen pro Leiterplatte erheblich reduziert werden. Das Widerstandselement wird durch Abscheiden einer Polymer-Dickschicht-Widerstandspaste mit anschließendem Aushärten dieser Widerstandspaste gebildet. Dabei kann die Widerstandspaste aus Kohlenstoffpulverpulvern hergestellt werden, welche in einem lösemittelhaltigen Epoxidharz enthalten sind, welches mittels Siebdruck aufgebracht wird. Die dielektrischen Eigenschaften werden durch Zugabe von bestimmten Tensiden eingestellt.
Die US 2011 / 0 234 365 A1 betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines niedrigen Chipwiderstandes mittels Sputtern, wobei die Herstellung mehrerer verschiedener aufeinanderfolgenden unterschiedlicher Schichten beschrieben ist. Dabei wird eine Grundschicht angeordnet, auf welcher eine Widerstandsschicht durch Zerstäuben abgeschieden wird, darauf werden mehrere leitende Schichten aufgebracht, ehe darüber mindestens einer Schutzschicht ausgebildet wird. Einzelne Schichten werden mit Hilfe in der Chipfertigung gebräuchlicher Masken und nach vorgegebenen verschiedenen Mustern abgeschieden und ausgebildet. Aufgabe ist es die Herstellungskosten in der Chipherstellung zu senken und die Ausbeuterate zu erhöhen.
Die Integration des Bauelements in den Mikro-Signalschalter erfordert eine hohe technische Komplexität durch die notwendige Miniaturisierung. Infolgedessen sind die Konstruktion des Schalters und die Bestückung mit Bauelementen im Fertigungsprozess aufwendig und somit teuer. Für gewöhnlich ist eine zusätzliche mit einem oder mehreren SMD-Widerständen bestückte Leiterplatte angeordnet und verschaltet, was den Platzbedarf ersichtlich erhöht und die Kosten in der Fertigung in die Höhe treibt. Auch kann in den meisten Ausgestaltungen lediglich der Schaltzustand des Mikro-Signalschalters erkannt werden, nicht aber dessen fehlerhafte Verbindung insbesondere mit einem Steuergerät.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen diagnosefähigen Schalter mit integrierter Schaltkreisüberwachung , insbesondere einen diagnosefähigen Mikro-Signalschalter, und ein Verfahren zu dessen Herstellung zu schaffen, dessen Herstellung bezüglich Bauelementeaufwand, Bauraum und Fertigungsaufwand gegenüber dem bekannten Stand der Technik weiter verbessert und damit kostengünstiger wird. Dabei soll ein gewöhnlicher handelsüblicher Mikro-Signalschalter als Basis für einen diagnosefähigen Signalschalter dienen. Des Weiteren soll sich in einer erweiterten Applikation im Zusammenspiel mit einem Steuergerät der Schalter zusätzlich spannungscodiert auswerten lassen.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des ersten und zehnten Patentanspruchs gelöst. Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der weiteren rückbezüglichen Unteransprüche. Beim diagnosefähigen Schalter, insbesondere einem diagnosefähigen Mikro-Signalschalter, dessen Betätigungsglied unter Federkraft mit einer innerhalb eines Schaltergehäuses 18 verbauten Öffner-, Schließer- oder Wechsler-Kontakteinrichtung 1 beaufschlagt wird, sind verlängerte Kontaktglieder montageseitig als elektrische Terminals 12 aus dem Schaltergehäuse 18 und dessen Schaltersockel 2 herausgeführt. Von diesen Terminals 12 sind mindestens zwei mit einem elektrischen Diagnosewiderstand R1 und/oder R2 beschalten ausgeführt. Erfindungsgemäß ist dabei zwischen zwei elektrischen Anschlusspins 3, 4 oder 3, 6 oder 4, 6 oder zwischen allen elektrischen Anschlusspins 3, 4, 6 anstelle von konkreten Widerstandsbauelementen innerhalb oder außerhalb des Schaltergehäuses 18 eine elektrisch leitfähige Schicht 5 als aufgetragene Paste angeordnet und gegebenenfalls ausgehärtet. Oder anstelle dieser leitfähigen Paste ist ein elektrisch leitfähiges Material 5 partikelweise aufgebracht angeordnet und gegebenenfalls getrocknet oder ausgehärtet. Diese elektrisch leitfähige Schicht 5 bzw. das elektrisch leitfähige Material 5 bilden den Diagnosewiderstand R1 oder die Diagnosewiderstände R1, R2 zwischen den jeweiligen elektrischen Anschlusspins 3, 4, 6 der Terminals 12. Die Herstellung eines solchen diagnosefähigen Schalters, d. h. eines diagnosefähigen Signal-Mikroschalters erfolgt, indem zwischen die Anschlusspins 3, 4, oder 3, 6 oder 4,6 oder allen Anschlusspins 3, 4, 6 der elektrischen Terminals 12 mindestens eine elektrisch leitfähige Schicht 5, wie beispielsweise eine elektrisch leitfähige Paste mittels einer Dosiereinrichtung, wie zum Beispiel einer Druckmaske oder Düsen, aufgetragen angeordnet ist oder ein elektrisch leitfähiges Material 5 partikelweise aufgesprüht oder aufgedruckt wird.
Vorteilhafterweise erfolgt das Aufgetragen mit einem geeigneten Drucker, wie beispielsweise einem InkJet-Drucker, oder per Siebdruck oder einem geeigneten 3D-Drucker. Diese elektrisch leitfähige Schicht 5 bzw. das elektrisch leitfähige Material 5 verbindet die jeweiligen Anschlusspins so untereinander, dass diese im Ergebnis mit einem definierten spezifischen elektrischen Widerstand verschalten sind. Es ist auch möglich im Schaltersockel 13 des Schaltergehäuses 18 des diagnosefähigern Schalters spezielle Aussparungen auszubilden, in welche die elektrisch leitfähige Schicht 5 oder das elektrisch leitfähige Material 5 eingebracht und angeordnet ist. In Abhängigkeit von dem ausgewählten Werkstoff der Schicht 5 oder des Materials 5 wird dieses zusätzlich getrocknet oder ausgehärtet. Diese Aussparungen können innen in der Innenfläche oder außen in der Außenfläche des Schaltersockels 13 zwischen den elektrischen Anschlusspins 12 angeordnet sein. Damit sind die Widerstandsverbindungen in einfacher Art und Weise durch die räumlichen Abmessungen der Aussparungen bereits über ihre Geometrie dimensionierbar und gegen Beschädigungen geschützt.
Üblicherweise sind die Terminals 12 beim diagnosefähigen Schalter jeweils aus einem durchgehenden Stanzteil ausgebildet. Das hat fertigungstechnische Vorteile.
Die elektrische Leitfähigkeit (d. h. der spezifische Widerstand) der leitfähigen Schicht 5 oder des leitfähigen Materials 5 kann beim diagnosefähigen Schalter vorteilhafterweise je nach gewünschten Widerstandswert beispielsweise durch Beimischungen von leitfähigen Additiven in Partikel- oder Faserform, wie Kohlenstoff, Graphit, Leitruß, C-Fasern usw. oder anderen leitfähigen metallischen Partikeln oder Fasern, wie Kupfer, Aluminium oder Edelstahlfasern eingestellt ist. Von Vorteil ist es wenn dieses mit Beimischungen versehene leitfähige Material pastös ausgebildet ist.
Es ist auch möglich, dass beim diagnosefähigen Schalter als elektrisch leitfähige Schicht 5 oder als elektrisch leitfähiges Material 5 ein elektrisch selbstleitendes Polymer aufgebracht und angeordnet ist.
Von großem Vorteil ist es, wenn beim diagnosefähigen Schalter der genaue Widerstandswert der elektrisch leitfähigen Schicht 5 oder des elektrisch leitfähiges Materials 5 bereits über die Geometrie, wie Schichtdicke und/oder Breite voreingestellt ist oder durch nachträgliches Lasertrimmen oder durch einen geeigneten mechanischen Materialabtrag nachträglich eingestellt ist.
Für bestimmte Diagnosefälle können beim diagnosefähigen Schalter die Widerstandswerte der elektrisch leitenden Schicht 5 oder des elektrisch leitfähigen Materials 5 in einfacher Art und Weise unterschiedlich ausgebildet werden, indem zwischen verschiedenen Anschlusspins zur Ausbildung unterschiedlicher Widerstände unterschiedliche Geometrien oder unterschiedliche leitfähige Stoffe angeordnet werden.
Aus Sicherheitsgrünen und um Beschädigungen der elektrisch leitenden Schicht 5 oder des elektrisch leitfähigen Materials 5 zum Beispiel beim Einbau des diagnosefähigen Schalters zu verhindern ist es von Vorteil, wenn die elektrischen Anschlusspins 3, 4, 6 mit der angeordneten elektrisch leitfähigen Schicht 5 oder dem leitfähigen Material 5 im Inneren oder außerhalb des Schaltergehäuses 18 oder im Bereich des Schaltersockels 13 mit einer abdeckenden Schicht geschützt und fixiert sind.
Das Anordnen der elektrisch leitfähige Schicht 5 zur Herstellung der Widerstandsverbindung zwischen den elektrischen Anschlusspins 3, 4, 6 mit einer leitfähige Paste kann automatisiert mit einer geeigneten Dosiereinrichtung in einfacher Art und Weise erfolgen, insbesondere dann, wenn diese in eine vorher angeordnete dimensionierte Aussparung des Schaltersockels 13 eingebracht werden kann. Gleiches gilt für die partikelweise Aufbringung des elektrisch leitfähigen Materials 5, welches beispielsweise aufgesprüht, aufgedruckt oder eingetragen werden kann mit einem geeigneten Drucker. Möglich sind hierbei insbesondere das Auf- oder Eintragen per Siebdruck oder das Herstellen des Widerstandes mittels eines InkJet-Druckers oder einem speziellen 3D-Drucker. Je nach Stoffviskosität kann es erforderlich sein, die elektrisch leitfähige Schicht 5 oder das elektrisch leitfähige Material 5 zu trocknen oder in geeigneter Art und Weise auszuhärten.
Das Kalibrieren beim erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt in der Art und Weise, dass die spezifischen Widerstandswerte der elektrisch leitfähige Schicht 5 oder des elektrisch leitfähigen Materials 5 gemessen und während des Messprozesses mittels Lasertrimmen oder geeigneten mechanischen Materialabtrags so nachträglich verändert werden, um genau definierte spezifische elektrische Widerstände für eine Zuordnung zu einer Steuereinheit zu schaffen.
Von Vorteil ist es zum die Schutz der hergestellten empfindlichen Widerstandsverbindungen, wenn danach die elektrischen Anschlüsse 3, 4, 6 mit einer elektrisch nicht leitenden Kunststoffmasse so umhüllt werden, dass sich ein mechanisch stabiler und elektrisch isolierter Schaltersockel 13 ausbildet und der bzw. die definierte(n) spezifische(n) elektrische(n) Widerstand(stände) isoliert und fixiert werden.
Die Erfindung soll nachstehend in einem Ausführungsbeispiel an Hand der 1 bis 3 näher erläutert werden.

1a zeigt schematisch einen bekannten Schalter aus dem Stand der Technik
1b zeigt schematisch einen erfindungsgemäßen Schalter mit zwei Anschlusspins 3 und 4
2a zeigt schematisch einen bekannten Schalter aus dem Stand der Technik mit drei Anschlusspins
2b zeigt schematisch einen erfindungsgemäßen Schalter mit drei Anschlusspins 3, 4, 6 und außen aufgebrachten Widerstandsmaterial 5
2c zeigt schematisch einen Schalter mit drei Anschlusspins 3, 4, 6 mit innen und außen unterschiedlich aufgebrachten Widerstandsmaterialien 5
2d zeigt schematisch einen Schalter mit drei Anschlusspins 3, 4, 6 mit innen und außen in Aussparungen eingebrachten Widerstandsmaterialien 5
3 zeigt den inneren Aufbau eines diagnosefähigen Schalters mit außen erhaben aufgebrachten elektrisch leitfähigen Schichten aus elektrisch leitfähigen Material 5
4 zeigt den inneren Aufbau eines diagnosefähigen Schalters im Schaltersockel 13 mit eingebrachten Aussparungen 20 in welche elektrisch leitfähiges Material 5 eingebracht ist
5 zeigt das Äußere eines diagnosefähigen Schalters mit drei Terminals 12

Die 1a zeigt schematisch einen bekannten erfindungsgemäßen diagnosefähigen Mikro-Signalschalter mit einer Kontakteinrichtung 1 und zwei aus einem Sockel 2 herausgeführten elektrischen Anschlusspins 3, 4, welche über einen hochohmigen diskreten elektrischen Widerstand R1 elektrisch verbunden sind. Beispielhaft sind die beiden Kontakte der Kontakteinrichtung 1 geschlossen gezeigt. Ist dies die Grundstellung der Kontakteinrichtung 1, handelt sich bei dem Schalter um einen Öffner. Ist es hingegen die Arbeitsstellung, handelt es sich bei dem Schalter um einen Schließer. Ein nicht dargestelltes Diagnosegerät z. B. eines Kraftfahrzeuges kann hier drei Zustände erkennen:

- Der Widerstandswert über beide Anschlüsse 3, 4 ist 0, die Kontakte der Kontakteinrichtung 1 sind folglich geschlossen. Es liegt kein Fehler vor.
- Der Widerstandswert über beide Anschlüsse 3, 4 ist gleich dem Widerstand über R1. Die Kontakte der Kontakteinrichtung 1 sind folglich geöffnet. Es liegt kein Fehler vor.
- Der Widerstandswert über beide Anschlüsse 3, 4 ist unendlich groß. Es liegt ein Fehler in der Zuleitung oder in der Kontaktierung des Signalschalters vor.

Beim schematisch dargestellten erfindungsgemäßen Schalter gemäß der 1b ist der diskrete Widerstand R1 durch eine elektrisch leitfähige Schicht oder ein elektrisch leitfähiges Material 5 ersetzt, wobei der herkömmliche Schaltersockel 2, wie üblich ausgebildet ist. Die elektrisch leitfähige Schicht oder das elektrisch leitfähiges Material bildet den spezifischen Widerstand und ist außen erhaben auf dem Schaltersockel 5 zwischen den beiden Anschlusspins 3, 4 aufgebracht und mit diesen leitend verbunden. Der Widerstandswert der elektrisch leitfähigen Schicht oder des elektrisch leitfähigen Materials 5 kann beispielsweise dem Widerstandswert des diskreten Widerstands R1 gemäß 1a entsprechen. Elektrisch gesehen sind folglich keine
Unterschiede zwischen einer Lösung nach 1a und 1b vorhanden. Allerdings verbilligt sich die Herstellung des Schalters erheblich, denn es können sowohl Fertigungskosten als auch Materialkosten eingespart werden, wenn der diskrete Widerstand R1 in dieser Art und Weise ersetzt wird. Außerdem kann der Schalter noch weitergehend miniaturisiert werden, weil der Einbauraum für den Widerstand und ggf. dessen Leiterplatte entfällt. Als elektrisch leitfähige Schicht oder elektrisch leitfähiges Material 5 können elektrisch selbstleitende Polymere oder mit Additiven versetzte Polymere eingesetzt werden. Entsprechend der Additiv-Konzentration letzterer lässt sich ein gewünschter spezifischer Widerstandswert einstellen. Als Additive kommen Leitruß, Kohlenstoff, Graphit, Kohle- oder Carbonfasern, Edelstahlfaser, Kupfer oder Aluminium in Betracht.
Die 2a zeigt stark symbolisiert einem bekannten diagnosefähigen Mikro-Signalschalter eine Kontakteinrichtung 1 und drei aus dem Sockel 2 herausgeführte elektrische Anschlusspins 3, 4, 6, von denen zwei Anschlüsse 3, 4 über einen ersten diskreten hochohmigen elektrischen Widerstand R1 elektrisch verbunden sind und der zweite Anschluss 4 mit dem dritten Anschluss 6 über einen zweiten hochohmigen Widerstand R2 elektrisch verbunden sind. Die Kontakteinrichtung 1 ist als Wechsler dargestellt. Ein nicht dargestelltes Diagnosegerät z. B. eines Kraftfahrzeuges kann hier folgende Zustände erkennen:

- Der Widerstandswert über die beiden Anschlüsse 3, 4 beträgt 0, die Kontaktvorrichtung 1 ist folglich über die untere Schaltstellung des Wechslers geschlossen. Es liegt kein Fehler vor.
- Der Widerstandswert über die beiden Anschlüsse 3, 4 ist gleich dem Widerstand über R1. Der untere Kontakt der Kontakteinrichtung 1 ist folglich geöffnet. Die Kontakteinrichtung 1 des Wechslers hat umgeschaltet. Es liegt kein Fehler vor.
- Der Widerstandswert über die beiden Anschlüsse 3, 4 ist unendlich groß. Es liegt ein Fehler in der Zuleitung oder in der Kontaktierung des Signalschalters vor.
- Der Widerstandswert über die beiden Anschlüsse 3, 6 beträgt 0, die Kontakteinrichtung 1 ist folglich über die obere Schaltstellung des Wechslers geschlossen. Es liegt kein Fehler vor.
- Der Widerstand über die beiden Anschlüsse 3, 6 ist gleich dem Widerstand über R2. Die Kontakteinrichtung 1 ist folglich über die untere Schaltstellung geschlossen, der Wechsler hat umgeschaltet. Es liegt kein Fehler vor.
- Der Widerstand über die beiden Anschlüsse 3, 6 ist unendlich groß. Es liegt ein Fehler in der Zuleitung oder in der Kontaktierung des Signalschalters vor.

Nach 2b sind die diskreten Widerstände R1 und R2 durch elektrisch leitfähige Schichten oder elektrisch leitfähiges Material 5 ersetzt. Diese sind hier direkt außen auf den Schaltersockel 2 zwischen den Anschlusspins 3, 4, 6 aufgetragen. Der Widerstandswert der elektrisch leitfähige Schichten oder des elektrisch leitfähigen Materials nach 2b zwischen den elektrischen Anschlüssen 3 und 4 kann beispielsweise dem Widerstandswert des diskreten Widerstands R1 gemäß 2a entsprechen und der Widerstandswert zwischen den elektrischen Anschlusspins 4 und 6 dem Widerstandswert R2 aus 2a. Elektrisch gesehen sind folglich keine Unterschiede zwischen einer Lösung nach 2a und 2b vorhanden. Allerdings verbilligt sich die Herstellung des Schalters erheblich, denn es können Fertigungskosten und Materialkosten eingespart werden. Außerdem kann der Schalter noch weitergehend miniaturisiert werden, weil der Einbauraum für die Widerstände R1, R2 und ggf. deren Leiterplatte entfällt. Die Widerstandswerte von R1 und R2 können sich ersichtlich unterscheiden durch ihre unterschiedliche Dicke oder breite des Auftrages, d. h. der Leitwert innerhalb der elektrisch leitfähige Schicht oder des elektrisch leitfähiges Material kann leicht hier durch unterschiedlich Schichtdicken oder breiten bzw. durch unterschiedlich aufgebrachte Materialien eingestellt werden. Es ist aber auch möglich die elektrisch leitfähige Schicht oder das elektrisch leitfähige Material 5 im Inneren des Schaltergehäuses 18 auf der Innenfläche des Schaltersockels 2 anzubringen. Damit sind die Widerstände gegen mechanische Beschädigungen und klimatische Einflüsse geschützt.
In der 2c ist schematisch eine ähnlicher Schalter mit drei Anschlusspins 3, 4, 6 mit innen und außen unterschiedlich aufgebrachten Widerständen R 1 und R2 gezeigt. Die elektrisch leitfähige Schicht oder das elektrisch leitfähiges Material 5 mit den gewünschten Widerstandseigenschaften ist innen direkt auf dem Schaltersockel 2 auf der Oberfläche zwischen den elektrischen Anschlusspins 4 und 6 erhaben aufgebracht, während es zwischen den Anschlusspins 3 und 4 außen auf dem Schaltersockel, d. h. außerhalb des Schaltergehäuses 18 in einer Aussparung im Schaltersockel 2 angeordnet ist. Das hat den Vorteil, dass die elektrisch leitfähige Schicht oder das elektrisch leitfähiges Material 5 mit seinen geforderten Widerstandseigenschaften zum Beispiel beim Einbau gegen mechanische Beschädigungen geschützt ist. Ebenso ist eine Ausführung nur außen in einer durchgehenden Aussparung oder in zwei voneinander abgegrenzten Aussparungen möglich.
In der 2d ist schematisch eine weitere mögliche Ausführungsform eines ähnlichen Schalters gezeigt, wo die elektrisch leitfähige Schicht oder das elektrisch leitfähiges Material mit Widerstandseigenschaften zwischen den Anschlusspins 3 und 4 außen in einer Aussparung des Schaltersockels 2 und zwischen den elektrische Anschlusspins 4 und 6 innen in einer Aussparung des Schaltersockels 2 eingebracht ist. Das hat insbesondere Vorteile hinsichtlich des mechanischen Schutzes der Widerstandsmaterialien. Zudem ist ein wegfließen während des Aufbringens beispielsweise pastöser Widerstandsmaterialien ausgeschlossen.
In der 3 ist ein innerer Aufbau eines diagnosefähigen Wechselschalters mit außen auf dem Schaltersockel 13 erhaben aufgebrachten elektrisch leitfähigen Schichten 5, hier beispielsweise als zwei gedruckte äußere Materialblöcke ausgebildet und zwischen den Anschlusspins 3, 4, 6 angeordnet, aus elektrisch leitfähigen Material 5 gezeigt. Die drei Terminals 12 sind als durchgehende Stanzteile ausgebildet und die Anschlusspins 4 und 6 sind im Inneren so abgebogen ausgebildet, das diese die Schalterkontakte der Kontakteinrichtung 1 bilden. An den abgebogenen Schalterkontakten sind innen zum Kontaktglied 11 hin gerichtet Kontakte 7 befestigt. Die Terminals 12 sind in den Schaltersockel 13 fest eingegossen und die Schalteinheit wird durch den Aufnahmekörper 15 gehalten. Auf dem Aufnahmekörper 15 ist einer Kontaktfeder 14 gehalten und geführt, so dass das Kontaktglied 11 die Schalterkontakte jeweils kontaktieren kann. Die Kontaktfeder 14 wird über ein Betätigungsglied 16 betätigt und durch seine federnden Eigenschaften jeweils geschalten. Wird das Betätigungsglied 16 entspannt, d. h. auf dieses wirkt keine Kraft wird die Kontakteinrichtung 1 zurück geschalten und die Anschlusspins 3 und 4 sind verbunden. Das Betätigungsglied 16 ist auf dem Anschlusspin 3, einem durchgehend ausgebildeten Terminal 12 beweglich federbelastet geführt und gelagert. An beiden Schmalseiten des Schaltersockels 13 sind je eine Befestigungsnoppe 19 und an den Längsseiten des Schaltersockels 13 sind je zwei Befestigungsnoppen 19 angeordnet. Diese Befestigungsnoppen 19 positionieren das Schaltergehäuse 18, welches als eine aufsteckbare Gehäusekappe 18 ausgebildet ist. Zur sicheren Kontaktierung der elektrisch leitfähige Schicht 5 oder des elektrisch leitfähigen Material 5 mit den erforderlichen Widerstandseigenschaften sind an den Anschlusspins zusätzliche Anschlusspinschultern angeordnet die die elektrisch leitfähige Schichten 5 ein Stück übergreifen.
4 zeigt den inneren Aufbau eines diagnosefähigen Wechselschalters, wobei außen im Boden des Schaltersockels 13 Aussparungen 20 eingebracht sind in die die elektrisch leitfähige Schicht 5 oder das elektrisch leitfähiges Material 5 mit den entsprechenden Widerstandseigenschaften eingebracht ist. Der weitere Aufbau ist mit der Ausführung wie in 3 beschrieben identisch.
In der 5 ist das Äußere eines diagnosefähigen Mikro-Signalschalters mit drei Terminals 12 abgebildet. Dieser Wechsler zeigt die kompakte Bauweise eines solchen erfindungsgemäßen Schalters, wobei die drei Anschlusspins untereinander wie vorstehend beschrieben mit elektrisch leitfähigen Schichten 5 oder elektrisch leitfähigen Material 5 mit speziell dimensionierten Widerstandseigenschaften untereinander verschalten sind. Das Schaltergehäuse 18 wird von den längsseitlichen Befestigungsnoppen 19 gehalten und positioniert. Die schmalseitigen Befestigungsnoppen dienen der Befestigung in den betreffenden Trägerteil in das der Schalter eingesteckt werden soll. Das Betätigungsglied 16, welches unter Federkraft schaltbar ist, ist durch das Schaltergehäuse 18 hindurch nach Außen geführt und dessen Betätigungsknopf ist gegenüber dem Schaltergehäuse mit einem Gummibalg 17 abgedichtet. Mit diesem Mikro-Signalschalter erfolgt eine zuverlässige Schaltkreisüberwachung und in Verbindung mit einem geeigneten Steuergerät ist dieser Schalter sich zusätzlich spannungscodiert auswertbar. Von Vorteil sind der reduzierte Bauelementeaufwand, der geringe erforderliche Einbauraum und auch der Fertigungsaufwand kann gegenüber dem bekannten Stand der Technik verringert werden. Somit ist dieser Schalter insgesamt erheblich kostengünstiger herstellbar.
Als Beispiel für eine geeignete elektrisch leitfähige Schicht 5 oder als ein elektrisch leitfähiges Material mit den einstellbaren Widerstandseigenschaften kann folgendes Material gelten: Polypropylen mit einem spezifischen elektrischen Widerstand von 2,4 × 10⁶ Ohm mm²/m, d. h. was ca. 1 kOhm zwischen den Anschlusspins ergibt. Die bevorzugten Widerstandswerte des einen Widerstandes liegen bei 1kΩ, die des anderen Widerstandes liegen beispielsweise bei 10kΩ.
Dieser Mikro-Signalschalter ist einsetzbar für komplexe industrielle und insbesondere für Automotive-Anwendungen.
Bezugszeichenliste

1: Kontakteinrichtung
2: herkömmlicher Schaltersockel
3, 4, 6: elektrische Anschlusspins
5: elektrisch leitfähige Schicht oder elektrisch leitfähiges Material mit Widerstandseigenschaften
7: Kontakt
R1, R2: diskrete Widerstände
11: Kontaktglied
12: Terminals
13: Schaltersockel
14: Kontaktfeder
15: Aufnahmekörper
16: Betätigungsglied
17: Gummibalg
18: Schaltergehäuse, Gehäusekappe
19: Befestigungsnoppen
20: Aussparungen

Claims

Diagnosefähiger Schalter, insbesondere diagnosefähiger Mikro-Signalschalter, dessen Betätigungsglied unter Federkraft eine innerhalb eines Schaltergehäuses (18) verbaute Öffner-, Schließer- oder Wechsler-Kontakteinrichtung (1) beaufschlagt, deren verlängerte Kontaktglieder montageseitig als elektrische Terminals (12) aus dem Schaltergehäuse (18) und dessen Schaltersockel (2) herausgeführt sind und von denen mindestens zwei mit einem elektrischen Diagnosewiderstand (R1, R2) beschaltet sind, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen zwei elektrischen Anschlusspins (3, 4 oder 3, 6 oder 4, 6) oder zwischen allen elektrischen Anschlusspins (3, 4, 6) innerhalb oder außerhalb des Schaltergehäuses (18) mindestens eine elektrisch leitfähige Schicht (5) als aufgetragene Paste angeordnet ist, oder ein elektrisch leitfähiges Material (5) partikelweise aufgebracht und so angeordnet ist, dass diese Schicht oder das Material (5) den Diagnosewiderstand (R1) oder die Diagnosewiderstände (R1, R2) zwischen den elektrischen Anschlusspins (3, 4, 6) der Terminals (12) auf oder im Schaltersockel (13) ausbilden.
Diagnosefähiger Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Schaltersockel (13) des Schaltergehäuses (18) eine oder mehrere Aussparungen (20) ausgebildet sind, in welche die elektrisch leitfähige Schicht (5) oder das elektrisch leitfähige Material (5) eingebracht und angeordnet ist.
Diagnosefähiger Schalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Terminals (12) jeweils aus einem durchgehenden Stanzteil ausgebildet sind.
Diagnosefähiger Schalter nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Leitfähigkeit (d. h. der spezifische Widerstand) der leitfähigen Schicht (5) oder des leitfähigen Materials (5) durch Beimischungen von leitfähigen Additiven in Partikel- oder Faserform, wie Kohlenstoff, Graphit, Leitruß, C-Fasern usw. oder anderen leitfähigen metallischen Partikeln oder Fasern, wie Kupfer, Aluminium oder Edelstahlfasern eingestellt ist.
Diagnosefähiger Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass als elektrisch leitfähige Schicht (5) oder als elektrisch leitfähiges Material (5) ein elektrisch selbstleitendes Polymer angeordnet ist.
Diagnosefähiger Schalter nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Basiswert des Widerstands der elektrisch leitfähigen Schicht (5) oder des elektrisch leitfähiges Materials (5) durch seine Geometrie, wie Schichtdicke und/oder Breite definiert wird.
Diagnosefähiger Schalter nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, ein wesentlich genauerer Widerstandswert durch nachträgliches Lasertrimmen oder durch einen geeigneten mechanischen Materialabtrag eingestellt ist.
Diagnosefähiger Schalter nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Widerstandswerte der elektrisch leitenden Schicht (5) oder des elektrisch leitfähigen Materials (5) zwischen verschiedenen elektrischen Anschlusspins (3, 4 oder 3, 6 oder 4, 6) sich zur Ausbildung unterschiedlicher Widerstände voneinander unterscheiden.
Diagnosefähiger Schalter nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrischen Anschlusspins (3, 4, 6) mit der elektrisch leitfähige Schicht (5) oder dem leitfähigen Material im Inneren oder außerhalb des Schaltergehäuses (18) oder im Bereich des Sockels (2) mit einer abdeckenden Kunststoffschicht geschützt und fixiert sind.
Verfahren zur Herstellung eines diagnosefähigen Schalters, insbesondere eines diagnosefähigen Signal-Mikroschalters, dessen Betätigungsglied unter Federkraft eine innerhalb eines ein- oder mehrteiligen Schaltergehäuses verbaute Öffner-, Schließer- oder Wechsler-Kontakteinrichtung (1) beaufschlagt, deren verlängerte Kontaktglieder montageseitig als feste Terminals (12) aus dem Schaltergehäuse (18) und dessen Schaltersockel (2) herausgeführt sind, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen die elektrischen Anschlusspins (3, 4, oder 3, 6 oder 4,6) oder allen elektrischen Anschlusspins (3, 4, 6) mindestens eine elektrisch leitfähige Schicht (5) mittels einer Dosiereinrichtung, wie zum Beispiel einer Druckmaske oder Düsen aufgetragen oder das elektrisch leitfähige Material (5) partikelweise aufgebracht und so angeordnet ist, dass damit die elektrischen Anschlusspins (3, 4, oder 3, 6 oder 4,6) oder alle elektrischen Anschlusspins (3, 4, 6) untereinander mit einem definierten spezifischen elektrischen Widerstand verschalten sind.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, das die elektrisch leitfähige Schicht (5) mit einer Dosiereinrichtung als eine leitfähige Paste aufgetragen oder eingetragen wird oder dass das elektrisch leitfähige Material (5) partikelweise aufgesprüht, aufgedruckt oder eingetragen wird mit einem geeigneten Drucker, per Siebdruck oder mit einem InkJet-Drucker oder einem 3D-Drucker und bei Bedarf diese elektrisch leitfähige Schicht (5) oder das elektrisch leitfähige Material (5) getrocknet oder ausgehärtet wird.
Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die spezifischen Widerstandswerte der elektrisch leitfähige Schicht (5) oder des elektrisch leitfähigen Materials (5) gemessen und während des Messprozesses mittels Lasertrimmen, eines geeigneten mechanischen Materialabtrags oder anderweitig nachträglich kalibriert werden, um genau definierte spezifische elektrische Widerstände für eine Zuordnung zu eine Steuereinheit zu schaffen.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrischen Anschlüsse (3, 4, 6) mit einer elektrisch nicht leitenden Kunststoffmasse so umhüllt werden, dass sich ein mechanisch stabiler und elektrisch isolierter Schaltersockel (13) ausbildet und der bzw. die definierte(n) spezifische(n) elektrische(n) Widerstand(stände) isoliert und fixiert werden.