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Die Erfindung geht aus von einem elektrischen Schaltelement nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Solche elektrische Schaltelemente werden als Kontaktelemente für elektrische Schalter verwendet. Insbesondere können die elektrischen Schaltelemente in Bedieneinheiten oder Bedienfeldern im Kraftfahrzeug, die beispielsweise am Lenkrad, im Armaturenbrett, in der Mittelkonsole, im Türbereich o. dgl. im Kraftfahrzeug angeordnet sind, eingesetzt werden. Des Weiteren ist auch der Einsatz dieser Schaltelemente als Fensterheber-Schalter, Lenkradschalter, Start-Stop-Schalter, Schalter für die Geschwindigkeitsregelanlage, Schalter für die Innenraumbeleuchtung o. dgl. im Kraftfahrzeug sowie als Garagenöffner möglich.
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Ein derartiges elektrisches Schaltelement umfasst einen eine erste sowie eine zweite Seite aufweisenden Träger, wobei sich am Träger ein Festkontakt befindet. Am Träger ist ein Schaltkontakt zur schaltenden Zusammenwirkung mit dem Festkontakt angeordnet. Der Schaltkontakt ist als ein Schnappelement mit einem in etwa domförmig gewölbten Bereich ausgebildet, wobei der gewölbte Bereich durch Einwirkung einer Betätigungskraft zur elektrischen Kontaktierung mit dem Festkontakt einknickt beziehungsweise umschnappt. Nachteilig bei dem bekannten Schaltelement ist, dass dieses lediglich einen einzigen Schaltvorgang auslösen kann.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Schaltelement derart weiterzuentwickeln, dass dieses zur Auslösung von wenigstens zwei Schaltvorgängen geeignet ist.
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Diese Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Schaltelement durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
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Beim erfindungsgemäßen Schaltelement sind auf dem Träger zwei Schnappelemente angeordnet, wobei das eine Schnappelement an der ersten Seite des Trägers sowie das andere Schnappelement an der zweiten Seite des Trägers angeordnet sind. In vorteilhafter Weise bietet diese Anordnung ein Schaltelement mit einem doppelten Schaltpunkt. Somit ist das Schaltelement zur Auslösung zweier voneinander unabhängiger Schaltvorgänge ausgebildet. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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In einer weiteren, platzsparenden Ausgestaltung können die beiden Schnappelemente einander gegenüberliegend auf den beiden Seiten des Trägers angeordnet sein. Bei entsprechender Erfordernis können die beiden Schnappelemente auch zueinander versetzt am Träger angeordnet sein. Des Weiteren kann die Betätigungskraft, bei der das Schnappelement einknickt beziehungsweise umschnappt, für die beiden Schnappelemente unterschiedlich sein. Dadurch bietet das Schaltelement zwei aufeinander folgende Schaltpunkte, wobei der Abstand zwischen den beiden Schaltpunkten in vorteilhafter Weise einstellbar ist. Ebenso können zur einfachen Einstellung der Betätigungskraft mehrere Schnappelemente übereinander an wenigstens einer Seite des Trägers angeordnet sein.
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In einer einfachen sowie kostengünstigen Weiterbildung kann es sich bei dem Träger um eine Leiterplatte handeln. Der Festkontakt kann aus einem elektrisch leitfähigen, und zwar insbesondere aus einem metallisierten, Bereich in der Art einer Leiterbahn auf der Leiterplatte bestehen, womit dieser in einem für die Leiterplatte üblichen Fertigungsverfahren herstellbar ist. In einfacher Art und Weise können Leiterbahnen auf der Leiterplatte zum Anlegen von elektrischer Spannung an den Festkontakt und/oder an das Schnappelement vorgesehen sein. Des Weiteren kann das Schnappelement als eine Schnappscheibe in der Art eines „Knackfrosches“ aus elektrisch leitfähigem Metall ausgebildet sein. Alternativ kann das Schnappelement als eine Schnappscheibe in der Art einer „Schalterkappe“ aus Kunststoff ausgebildet sein. An der dem Festkontakt zugewandten Seite der Schnappscheibe kann in diesem Fall eine elektrisch leitfähige Schicht, insbesondere aus Kohlenstoff, befindlich sein. Zweckmäßigerweise kann die elektrisch leitfähige Schicht bei eingeknickter Schnappscheibe zur Überbrückung von zwei nebeneinanderliegenden, elektrisch leitfähigen Bereichen auf der Leiterplatte ausgebildet sein.
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Für das Schaltelement kann ein Gehäuse vorgesehen sein, so dass ein elektrischer Schalter in der Art eines Bauteils gebildet ist. Am Gehäuse kann ein bewegbares Betätigungsorgan für das Schalten des Schalters angeordnet sein. Beispielsweise kann ein verschwenkbar am Gehäuse gelagerter Hebel als Betätigungsorgan für den Benutzer vorgesehen sein. Um den Schaltvorgang für das Schaltelement auszulösen, kann das Betätigungsorgan zur Einwirkung auf wenigstens ein Schnappelement und/oder auf den Träger ausgebildet sein.
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In einer einfachen sowie kompakten Ausgestaltung kann der Träger beweglich, und zwar insbesondere schwimmend, im Gehäuse gelagert sein. Für die Ausbildung der schwimmenden Lagerung des Trägers kann ein Niederhalter im Gehäuse vorgesehen sein. Durch Einwirkung des Betätigungsorgans kann dann zunächst das eine Schnappelement und anschließend das andere Schnappelement einknicken beziehungsweise umschnappen, womit das Schaltelement eine Art von „Doppelhub“ bietet. In weiterer Ausgestaltung der Lagerung für die Leiterplatte kann eines der Schnappelemente an einem Ansatz im Gehäuse anliegen.
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In einer funktionssicheren Ausgestaltung kann am Betätigungsorgan ein Stößel angeordnet sein. Weiter kann eine mit einem elastischen Dichtungselement versehene Öffnung im Gehäuse befindlich sein, so dass das Gehäuseinnere gegen das Eindringen von Schadstoffen von außen geschützt ist. Der Stößel kann an der Öffnung über das Dichtungselement auf das Schnappelement und/oder auf den Träger einwirken. Während also der Stößel am Betätigungsorgan zum Schalten des Schalters auf das eine Schnappelement einwirkt, wirkt der Ansatz am Gehäuse in der Art eines Betätigungsdoms auf das andere Schnappelement ein.
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Für eine besonders bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung ist nachfolgendes festzustellen.
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Es ist ein elektrisches Schaltsystem mit folgenden Anforderungen geschaffen:
- - Starke Betätigungskraft,
- - Doppelter Schaltpunkt,
- - Ausgeprägtes haptisches Feedback,
- - Kompakter Bauraum,
- - Wenig Einzelteile und
- - Betätigungskraft beider Schaltpunkte ist einstellbar, und zwar absolut und/oder relativ zueinander.
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Basierend auf dem Konzept, auf Leiterplatten Schnappscheiben als elektromechanisches Schaltelement einzusetzen, beinhaltet das erfindungsgemäße Schaltsystem eine spezielle Anordnung dieser Schnappscheiben, sodass die oben genannten Anforderungen erfüllt werden können. Dazu werden die Schnappscheiben auf beiden Seiten der Leiterplatte, und zwar auf der Ober- und der Unterseite, angeordnet. Die Leiterplatte ist damit in der Lage, sowohl eine Betätigung der auf der Oberseite, als auch eine Betätigung der auf der Unterseite befindlichen Schnappscheiben zu erkennen und ein diesbezügliches elektrisches und/oder elektronisches Signal weiterzuleiten. Das aus der Leiterplatte und den Schnappscheiben aufgebaute Federpaket ist das Herzstück des elektrischen Schaltsystems und hat einen doppelten Schaltpunkt. Bei dessen Betätigung, beispielsweise über einen Hebel, löst ab einer bestimmten Kraft die schwächere Schnappscheibe zuerst aus, die sich beispielsweise auf der Oberseite befindet. Funktionsbedingung für den zweiten Schaltpunkt ist ein im Gehäuseboden befindlicher Betätigungsdom, der die zwischen der Unterseite der Leiterplatte und dem Gehäuse befindliche Schnappscheibe aktiviert. Dabei fungiert die Leiterplatte nicht nur als Signalabnehmer, sondern auch als Betätiger-Element und sollte sich in horizontaler Richtung bewegen können. Dazu ist die Leiterplatte beweglich, beispielsweise schwimmend, im Gehäuse gelagert oder hat eine Anbindung über einen Niederhalter, der der Leiterplatte einen Drehpunkt vorgibt. Letzteres kann genutzt werden, um Belastungen auf die Kabelanbindung zu verringern, wenn die Kabel in der Nähe des Drehpunktes angeschlagen sind. Damit bei Krafteinwirkung die beidseitigen Schnappscheiben nicht unmittelbar aufeinander folgend auslösen, können je Seite eine unterschiedliche Anzahl, die stapelbar sind, oder unterschiedliche Typen von Schnappscheiben, die verschiedene Auslösekräfte besitzen, verwendet werden.
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Über das Verhältnis der Betätigungskräfte der auf der Oberseite der Leiterplatte befindlichen Schnappscheiben zu den auf der Unterseite befindlichen Schnappscheiben kann der Abstand der Schaltpunkte justiert werden. Auch über die Auswahl der Position der Schnappscheiben auf der Leiterplatte ist dies möglich. Diese können beispielsweise auf der Leiterplatte direkt gegenüberliegend angeordnet sein, was zusätzlich Biegebeanspruchungen der Leiterplatte verringern kann.
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Geschaffen ist somit mittels der Erfindung ein elektrisches Schaltsystem mit auf einer Leiterplatte doppelseitig bestückten Schnappscheiben.
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Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass ein elektrisches Schaltsystem in der Art eines Doppelhubtasters geschaffen ist. Das Schaltsystem bietet eine äußerst kompakte Bauform. Es benötigt lediglich wenige Einzelteile und besitzt einen einfachen sowie kostengünstigen Aufbau. Für das Schaltsystem sind bei Bedarf hohe Betätigungskräfte möglich.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung mit verschiedenen Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen
- 1 einen elektrischen Schalter in perspektivischer Ansicht,
- 2 den Schalter in einer Draufsicht gemäß Richtungspfeil II in 1 und
- 3 einen Schnitt entlang der Linie 3-3 in 2.
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In 1 ist ein elektrischer Schalter 1 zu sehen, der ein Gehäuse 2 aufweist. Am Gehäuse 2 ist ein bewegbares Betätigungsorgan 3 angeordnet, und zwar ist das Betätigungsorgan 3 als ein an einem Lager 4 verschwenkbar am Gehäuse 2 angelenkter Hebel ausgebildet. Somit ist der Schalter 1 durch eine Schwenkbewegung des Betätigungsorgans 3, beispielsweise manuell von einem Benutzer, schaltbar.
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Zum Schalten des elektrischen Schalters 1 wirkt das Betätigungsorgan 3 auf ein im Gehäuse 2 befindliches elektrisches Schaltelement 5 ein, das näher in 3 zu sehen ist. Das Schaltelement 5 umfasst einen Träger 6, welcher eine erste Seite 7 sowie eine zweite Seite 7' aufweist. An der ersten Seite 7 des Trägers 6 befindet sich ein Festkontakt 8 und ein weiterer Festkontakt 8' befindet sich an der zweiten Seite 7' des Trägers 6. Auf dem Träger 6 sind zwei Schnappelemente 9, 9' angeordnet. Und zwar ist das eine Schnappelement 9 an der ersten Seite 7 des Trägers 6 dem Festkontakt 8 zugewandt sowie das andere Schnappelement 9' an der zweiten Seite 7' des Trägers 6 dem Festkontakt 8' zugewandt angeordnet. Das jeweilige Schnappelement 9, 9' dient als Schaltkontakt zur schaltenden Zusammenwirkung mit dem jeweiligen Festkontakt 8, 8'. Hierfür ist das Schnappelement 9, 9' mit einem in etwa domförmig gewölbten Bereich 10 ausgebildet, wobei der gewölbte Bereich 10 durch Einwirkung einer Betätigungskraft zur elektrischen Kontaktierung mit dem Festkontakt 8, 8' einknickt. Mit anderen Worten schnappt der gewölbte Bereich 10 bei Erreichen einer vorgegebenen, auf den gewölbten Bereich 10 einwirkenden Kraft von der gewölbten Form in eine eingeknickte Form um und kommt dabei in Anlage an den Festkontakt 8, 8'.
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In kompakter Ausgestaltung sind die beiden Schnappelemente 9, 9', wie in 3 zu sehen ist, einander gegenüberliegend an den beiden Seiten 7, 7' des Trägers 6 angeordnet. Die Betätigungskraft, bei der das jeweilige Schnappelement 9, 9' einknickt beziehungsweise umschnappt, kann für die beiden Schnappelemente 9, 9' durch entsprechende Ausgestaltung unterschiedlich sein. Damit erhält man entsprechend dem Umschnappen zwei aufeinander folgende Schaltpunkte in der Art eines „Doppelhubs“. Durch entsprechende Wahl der notwendigen Betätigungskräfte für das Umschnappen der Schnappelemente 9, 9' können die Schaltpunkte wunschgemäß eingestellt werden. Falls gewünscht kann die Anordnung der Schnappelemente 9, 9' auf den beiden Seiten 7, 7' am Träger 6 auch gegeneinander versetzt sein, was jedoch nicht weiter gezeigt ist, um so unterschiedliche Schaltpunkte für die beiden Schnappelemente 9, 9' zu schaffen. Des Weiteren können mehrere Schnappelemente 9, 9' auf der jeweiligen Seite 7, 7' des Trägers 6 übereinander angeordnet sein, um dadurch weitere Schaltpunkte für das Schaltelement 5 zu schaffen.
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Bei dem Träger 6 kann es sich um eine Leiterplatte handeln. Der Festkontakt 8, 8' besteht aus einem elektrisch leitfähigen und/oder einem metallisierten Bereich in der Art einer Leiterbahn auf der Leiterplatte 6. Selbstverständlich kann der Träger 6 auch aus einem Kunststoffteil mit entsprechend aufgebrachten Festkontakten bestehen. Des Weiteren bietet es sich an, dass Leiterbahnen auf der Leiterplatte 6 zum Anlegen von elektrischer Spannung an den Festkontakt 8, 8' und/oder an das Schnappelement 9, 9' vorgesehen sind. Das Schnappelement 9, 9' ist als eine Schnappscheibe aus elektrisch leitfähigem Metall ausgebildet. Damit bildet der gewölbte Bereich 10 der Schnappscheibe 9, 9' gleichzeitig die Kontaktfläche für den Schaltkontakt. Das Schnappelement 9, 9' kann auch als eine Schnappscheibe aus Kunststoff ausgebildet sein. In diesem Fall ist an der dem Festkontakt 8, 8' zugewandten Seite des gewölbten Bereichs 10 der Schnappscheibe 9, 9' eine elektrisch leitfähige Schicht, die insbesondere aus Kohlenstoff besteht, als Kontaktfläche für den Schaltkontakt befindlich. Zweckmäßigerweise kann dann die elektrisch leitfähige Schicht bei eingeknickter Schnappscheibe 9, 9' zur Überbrückung von zwei nebeneinanderliegenden, elektrisch leitfähigen Bereichen als Festkontakte auf der Leiterplatte 6 ausgebildet sein.
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Wie bereits erwähnt ist das Betätigungsorgan 3 zur schaltenden Einwirkung auf das Schaltelement 5 ausgebildet. Hierzu ist am Betätigungsorgan 3 ein Stößel 11, mit dessen Hilfe das Betätigungsorgan 3 auf wenigstens eines der Schnappelement 9, 9' und/oder auf den Träger 6 einwirkt, angeordnet. Des Weiteren ist wiederum eine Öffnung 12 im Gehäuse 2 vorgesehen, welche mit einem elastischen Dichtungselement 13 versehen ist, wie in 2 zu erkennen ist. Der Stößel 11 wirkt gemäß 3 an der Öffnung 12 über das Dichtungselement 13 auf das Schnappelement 9, 9' und/oder auf den Träger 6 ein.
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Der Träger 6 ist beweglich im Gehäuse 2 gelagert. Dazu ist der Träger 6 an einem Ende mittels eines Niederhalters 14 im Gehäuse 2 fixiert. Des Weiteren ist der Träger 6 an dessen beiden Enden von Führungselementen 15 geführt. Eines der Schnappelemente 9, 9', und zwar vorliegend das Schnappelement 9' liegt an einem Ansatz 16 im Gehäuse 2 an, während der Stößel 11 auf das andere Schnappelement 9 einwirkt. Somit wird eine Art von schwimmende Lagerung für den Träger 6 erzielt, so dass beim Schalten des Schalters 1 durch Einwirkung des Betätigungsorgans 3 zunächst das eine Schnappelement 9 und anschließend das andere, am Ansatz 16 anliegende Schnappelement 9' einknickt beziehungsweise umschnappt.
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Die Erfindung ist nicht auf das beschriebene und dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt. Sie umfasst vielmehr auch alle fachmännischen Weiterbildungen im Rahmen der durch die Patentansprüche definierten Erfindung. So kann das Schaltelement nicht nur für die Ausübung eines Doppelhubes geeignet sein. Vielmehr können durch Anordnung weiterer Schnappelemente noch weitere zusätzliche Schaltvorgänge auslösbar sein. Des Weiteren kann das Schaltelement 5 nicht nur in Bedieneinheiten im Kraftfahrzeug sondern auch bei Tastaturen für Computer, Audiogeräte, Videogeräte, Maschinen o. dgl. Verwendung finden. Insbesondere kann das Schaltelement 5 im Bereich der weißen Ware und/oder des Home-Bereichs, wie bei Waschmaschinen, Staubsauger, Kaffeemaschinen, Elektrowerkzeugen, Smart Home Steuereinheiten o. dgl. sowie im Bereich der Elektro-Mobilität, wie bei einem Gangwahlschalter, einem HMI(Human-Machine-Interface)-Schalter o. dgl. zum Einsatz kommen.
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Bezugszeichenliste
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- 1:
- (elektrischer) Schalter
- 2:
- Gehäuse (von Schalter)
- 3:
- Betätigungsorgan
- 4:
- Lager
- 5:
- (elektrisches) Schaltelement
- 6:
- Träger / Leiterplatte
- 7:
- (erste) Seite (von Träger)
- 7':
- (zweite) Seite (von Träger)
- 8,8':
- Festkontakt
- 9,9':
- Schnappelement / Schnappscheibe
- 10:
- gewölbter Bereich (von Schnappelement)
- 11:
- Stößel (am Betätigungsorgan)
- 12:
- Öffnung (im Gehäuse)
- 13:
- Dichtungselement
- 14:
- Niederhalter
- 15:
- Führungselement
- 16:
- Ansatz (im Gehäuse)
