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Die Erfindung betrifft einen elektrischen Schalter
nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Solche Schalter werden als Ein-Aus-Schalter für Elektrogeräte, Haushaltsgeräte o. dgl.
verwendet. Insbesondere kommen solche Schalter in Kraftfahrzeugen,
beispielsweise als Bedienschalter sowie in Kraftfahrzeug-Innenleuchten,
zum Einsatz.
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Aus der
DE 42 02 214 A1 ist ein
derartiger elektrischer Schalter bekannt, der ein aus wenigstens
einem Festkontakt sowie einem Schaltkontakt bestehendes, zwei Schaltstellungen
besitzendes Kontaktsystem aufweist. Der Schalter besitzt ein Betätigungsorgan,
das gegen die Kraft eines Rückstellelements,
beispielsweise einer Druckfeder, aus einer Ausgangsstellung in eine
Betätigungsstellung
bewegbar ist. Das Betätigungsorgan
wirkt bei dessen Bewegung zwischen der Ausgangs- und der Betätigungsstellung
derart mit dem Schaltkontakt zusammen, daß das Kontaktsystem in die
jeweils andere Schaltstellung rastend umschaltet.
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Der bekannte Schalter ist vergleichsweise großbauend
ausgestaltet. Dabei legt das Betätigungsorgan
zwischen der Ausgangs- und der Betätigungsstellung einen relativ
langen Betätigungsweg zurück. Außerdem verbleibt
das Betätigungsorgan nach
dem Umschalten des Kontaktsystems in der Betätigungsstellung, womit das
Betätigungsorgan korrespondierend
mit dem Kontaktsystem verrastet ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde,
einen Schalter mit rastendem Kontaktsystem und nichtrastendem, also
ohne Zwischenstellung tastendem Betätigungsorgan zu schaffen. Insbesondere soll
der Schalter einen kleinen Betätigungsweg
besitzen und kleinbauend ausgestaltet sein.
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Diese Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen elektrischen
Schalter durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
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Das Kontaktsystem des erfindungsgemäßen Schalters
besitzt eine Schaltwippe, an der Schaltkontakt befestigt ist. Die
Schaltwippe ist zwischen zwei zu den Schaltstellungen korrespondierenden
Wippenstellungen verschwenkbar. Das Rückstellelement wirkt nun in
der Ausgangsstellung derart auf die Schaltwippe ein, daß die Schaltwippe
rastend in einer der beiden Wippenstellungen gehalten ist. Dadurch erfolgt
die Bewegung des Betätigungsorgans
tastend ohne Zwischenstellung, indem das Betätigungsorgan nach dem Umschalten
von selbst in die Ausgangsstellung zurückkehrt. Dennoch ist das Kontaksystem in
dessen beiden Schaltstellungen, bei denen beispielsweise das Kontaktsystem
offen oder das Kontaktsystem geschlossen ist, rastend, was von den beiden
festen Wippenstellungen der Schaltwippe bewirkt wird. Gleichwohl
ist lediglich ein einziges Rückstellelement
sowohl für
die tastende Bewegung des Betätigungsorgans
als auch für
die rastenden Schaltstellungen des Kontaktsystems notwendig. Weitere Ausgestaltungen
der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Der Schalter kann ein Gehäuse besitzen, das
zweckmäßigerweise
aus einem Sockel und einem Deckel besteht. Der Festkontakt ist am
Sockel des Schalters befestigt. Bei Verwendung des Schalter als
kleinbauender Lastschalter ist es vorteilhaft, am Sockel zwei Festkontakte
anzuordnen, wobei der Schaltkontakt zwei miteinander verbundene
Arme zur Überbrückung der
beiden Festkontakte in der einen Schaltstellung des Kontaktsystems
aufweist. Weiter bietet es sich an, die Schaltwippe an einem Drehlager
im Sockel zu lagern. Schließlich
kann sich am Sockel noch wenigstens ein Ansatz befinden, der als
Widerlager für
das Rückstellelement
dient. Bevorzugterweise sind zwei in etwa senkrecht vom Sockel abstehende
Ansätze
als Widerlager für
das Rückstellelement
vorgesehen, wobei die Schaltwippe dann zwischen diesen Ansätzen aufgenommen
ist. Damit ist der Sockel in der Art eines Multifunktions-Bauteils zur
Aufnahme wesentlicher Elemente des Kontaktsystems ausgestaltet.
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In weiterer Ausgestaltung wirkt das
Betätigungsorgan
mit einem Stößelelement
zusammen, und zwar ist das Stößelelement
kippbar in einer der Schaltwippe zugewandten Aufnahme am Betätigungsorgan
geführt.
Das Rückstellelement,
das zwischen dem Stößelelement
und dem Ansatz am Sockel des Schalters angeordnet ist, liegt teilweise
mit dem dem Ansatz zugewandten Ende an der Schaltwippe an, und zwar
an einer dem Drehlager gegenüberliegenden
Erhebung der Schaltwippe. Dadurch übt das Rückstellelement eine Druckkraft
auf die Schaltwippe aus, wodurch die Rastung der Schaltwippe erfolgt.
Weiterhin ist dadurch gewährleistet, daß die Druckkraft
nicht nur in der Ausgangsstellung sondern auch während des Umschaltvorgangs
auf die Schaltwippe einwirkt, womit das Rückstellelement zusätzlich zur
Erzeugung der Haptik für
die Betätigung
des Schalters dient.
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Zur Bewegung der Schaltwippe in einfacher Art
und Weise in die jeweilige Wippenstellung bietet sich nachfolgende
Ausgestaltung an. Das Stößelelement
weist einen an der der Schaltwippe zugewandten Seite abstehenden
Stößel auf
sowie die Schaltwippe besitzt eine in etwa W-förmig ausgestaltete Kulisse.
Bei Bewegung des Betätigungsorgans
in die Betätigungsstellung
greift dann der Stößel derart
in die Kulisse an der Schaltwippe ein, daß die Schaltwippe mittels des
Stößels zwischen
den beiden Wippenstellungen verschwenkbar ist.
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Eine fertigungstechnisch einfache
und kostengünstige
Ausgestaltung der Schaltwippe sieht vor, daß die Kulisse sowie die Erhebung
in der Art eines scheibenförmigen,
und zwar insbesondere einstückigen
Schaltwippenelements ausgebildet sind. Um eine symmetrische Krafteinwirkung
beim Umschalten zu gewährleisten,
sind zwei beabstandet einander gegenüberliegende Schaltwippenelemente
mittels einer Achse miteinander zur Schaltwippe verbunden. Zwei
dazu korrespondierend beabstandete Stößel sind im Stößelelement
für die
jeweilige Kulisse befindlich. In platzsparender Weise sind die beiden Schaltwippenelemente
sowie die beiden als Widerlager für das Rückstellelement dienenden Ansätze in etwa
rechteckförmig
am Sockel angeordnet.
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In einfacher Art und Weise ist der
Schalter auch mit einer Beleuchtung zu versehen, wobei am Sockel
ein Leuchtmittel, beispielsweise eine LED, zur Beleuchtung des Betätigungsorgans
angeordnet ist. Das Leuchtmittel läßt sich sowohl zwischen den
beiden als Widerlager für
das Rückstellelement
dienenden Ansätzen
als auch der Schaltwippe im Sockel, insbesondere in etwa mittig
zwischen den beiden Schaltwippenelementen, anordnen. Damit ist zum
einen eine platzsparende Anordnung des Leuchtmittels gegeben, so
daß der
beleuchtete Schalter nicht größer als
der unbeleuchtete Schalter ist. Zum anderen gewährleistet eine derartige mittige
Anordnung, die durch die Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Kontaktsystems
ermöglicht
ist, auch eine gleichmäßige Ausleuchtung
des Betätigungsorgans
sowie eventuell dort angebrachter Symbole. Falls notwendig kann
dann noch ein Vorwiderstand für
das Leuchtmittel am Sockel befestigt sein. Der Vorwiderstand befindet
sich bevorzugterweise außerhalb
des von den beiden Schaltwippenelementen sowie den beiden Ansätzen gebildeten
Rechtecks.
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Zur elektrischen Kontaktierung der
Festkontakte, des Leuchtmittels, des Vorwiderstands o. dgl. können Leiterbahnen
im Sockel eingespritzt sein. Die Leiterbahnen lassen sich in der
Art eines Stanzgitters herstellen und damit einfach handhaben. Ebenso können die
elektrischen Anschlüsse
des Schalters, die beispielsweise in SMD(Surface Mounted Device)-Technologie
ausgestaltet sind, in den Sockel eingespritzt sein. Ein solcherart
hergestelltes Kontaktsystem ist besonders kostengünstig.
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Die mit der Erfindung erzielten Vorteile
bestehen insbesondere darin, daß der
Schalter in kleinbauender Art ausgestaltet ist, womit der Schalter auch
in Elektrogeräten
bei beengten Platzverhältnissen,
wie sie insbesondere in Kraftfahrzeugen häufig gegeben sind, einsetzbar
ist. Der Schalter weist einen kleinen Betätigungsweg auf, der vom Benutzer als
besonders ergonomisch empfunden wird, und ist dennoch für höhere Leistungen
geeignet. Damit realisiert die Erfindung einen Lastschalter in kleiner
Bauweise, also eine Art von Miniatur-Lastschalter.
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Das Kontaktsystem des Schalters verfügt über eine
eindeutige taktile Rückmeldung
für den
Benutzer, womit der Schalter eine ergonomische Haptik aufweist.
Dabei ist das Kontaktsystem so aufgebaut, daß die Betätigungskraft, die Kontaktkraft,
die Rückstellkraft
und die Haptik nur über
ein einziges Rückstellelement
erzeugt werden. Aufgrund der geringen Anzahl von benötigten Einzelteilen
ist das Kontaktsystem einfach und fehlersicher ausgestaltet und dessen
Herstellkosten werden erheblich gegenüber herkömmlichen Schaltern reduziert.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung
mit verschiedenen Weiterbildungen und Ausgestaltungen ist in den
Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen
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1 einen
elektrischen Schalter aufgeschnitten in Draufsicht,
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2 einen
Schnitt entlang der Linie 2-2 aus 1,
wobei das Betätigungsorgan
in der Ausgangsstellung befindlich ist,
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3 einen
Schnitt wie in 2, wobei
das Betätigungsorgan
in der Anlaufstellung befindlich ist,
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4 einen
Schnitt wie in 2, wobei
das Betätigungsorgan
in der Umschaltstellung befindlich ist,
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5 einen
Schnitt wie in 2, wobei
das Betätigungsorgan
in der Betätigungsstellung
befindlich ist, und
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6 ein
Kraft-Weg-Diagramm in schematischer Darstellung für die Betätigung des
Schalters.
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In 1 ist
ein in der Art eines Minitatur-Lastschalters ausbildeter elektrischer
Schalter 1 aufgeschnitten und in Draufsicht zu sehen. Der Schalter 1 weist
ein Gehäuse 2 auf,
das sich wiederum aus einem Sockel 3 und einem Deckel 4 zusammensetzt.
Weiter besitzt der Schalter 1 ein Kontaktsystem 5,
das aus wenigstens einem Festkontakt 6 sowie einem Schaltkontakt 7 besteht.
Das Kontaktsystem 5 besitzt zwei Schaltstellungen, nämlich Kontaktsystem 5 geschlossen,
wobei der Schaltkontakt 7 am Festkontakt 6 anliegt (siehe
auch 2), sowie Kontaktsystem 5 geöffnet, wobei
der Schaltkontakt 7 vom Festkontakt 6 beabstandet ist (siehe
auch 5). Schließlich besitzt
der Schalter 1 noch ein Betätigungsorgan 8 das
gegen die Kraft eines Rückstellelements 9 aus
einer in 2 gezeigten
Ausgangsstellung in eine in 5 sichtbare
Betätigungsstellung
manuell vom Benutzer bewegbar ist. Das Rückstellelement 9 ist
insbesondere in der Art einer Druckfeder ausgestaltet.
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Das Betätigungsorgan 8 wirkt
bei dessen Bewegung zwischen der Ausgangs- und der Betätigungsstellung
derart mit dem Schaltkontakt 7 zusammen, daß das Kontaktsystem 5 in
die jeweils andere Schaltstellung umschaltet. Hierzu ist der Schaltkontakt 7 an
einer Schaltwippe 10 befestigt. Die Schaltwippe 10 ist
zwischen zwei zu den Schaltstellungen korrespondierenden Wippenstellungen
verschwenkbar, wie anhand von 2 und 5 festzustellen ist. Wie
man weiter in 2 sieht,
wirkt das Rückstellelement 9 mit
einer Druckkraft in der Ausgangsstellung auf die Schaltwippe 10 derart
ein, daß die Schaltwippe 10 rastend
in einer der beiden Wippenstellungen gehalten ist. Gleichzeitig
wird in der Schaltstellung Kontaktsystem 5 geschlossen
die Kontaktkraft über
die Andruckkraft des Rückstellelements 9 auf
die Schaltwippe 10 erzeugt.
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Wie in 2 zu
sehen ist, ist der Festkontakt 6 am Sockel 3 des
Schalters 1 befestigt. Die Schaltwippe 10 ist
an einem Drehlager 11 ebenfalls im Sockel 3 verschwenkbar
gelagert. Das Drehlager 11 besteht aus einem am Sockel 3 befindlichen
Zapfen 12 sowie einer dazu korrespondierenden Lagerschale 13 an
der Schaltwippe 10. Schließlich ist am Sockel 3 wenigstens
ein Ansatz 14 als Widerlager für das Rückstellelement 9 angeordnet.
Zwecks symmetrischer Abstützung
bietet es sich an, zwei Ansätze 14, 14' hierfür anzuordnen.
Die Ansätze 14, 14' stehen in etwa
senkrecht vom Sockel 3 ab und nehmen dazwischen die Schaltwippe 10 auf.
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Das Betätigungsorgan 8 wirkt
mit einem Stößelelement 15 zusammen,
wobei das Stößelelement 15 kippbar
in einer der Schaltwippe 10 zugewandten Aufnahme 16 am
Betätigungsorgan 8 geführt ist,
wie vor allem anhand der 4 und 5 zu erkennen ist. Das Rückstellelement 9 ist
zwischen dem Stößelelement 15 und
dem Ansatz 14, 14' am
Sockel 3 des Schalters 1 angeordnet und liegt
teilweise mit dem dem Ansatz 14, 14' zugewandten Ende an der Schaltwippe 10,
und zwar an einer dem Drehlager 11 gegenüberliegenden
Erhebung 17, derart an, daß das Rückstellelement 9 eine
Druckkraft auf die Schaltwippe 10 ausübt. Diese Druckkraft bewirkt,
wie bereits erwähnt,
ein Festhalten der Schaltwippe 10 in deren Wippenstellungen
und damit die Rastung des Kontaktsystems 5 in seinen Schaltstellungen.
Da das Rückstellelement 9 während des
Umschaltvorgangs ebenfalls an der Erhebung 17 angreift,
wie anhand der 3, 4 und 5 zu sehen ist, wirkt die Druckkraft zusätzlich zur
Erzeugung der Haptik für
die Betätigung
des Schalters 1 durch den Benutzer.
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Das Stößelelement 15 weist
einen an der der Schaltwippe 10 zugewandten Seite abstehenden Stößel 18 auf.
Die Schaltwippe 10 besitzt eine, in etwa W-förmig ausgestaltete
Kulisse 19. Die Kulisse 19 sowie die Erhebung 17 an
der Schaltwippe 10 sind nebeneinanderliegend angeordnet,
was anhand der 1 zu
erkennen ist, und können
in der An eines scheibenförmigen,
insbesondere einstückigen Schaltwippenelements 10 ausgestaltet
sein.
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Bei Bewegung des Betätigungsorgans 8 aus der
Ausgangsstellung gemäß 2 in Richtung zur Betätigungsstellung
gelangt der Stößel 18 in
der in 3 sichtbaren
Anlaufstellung in Eingriff mit der Kulisse 19 der Schaltwippe 10,
die sich in der einen Wippenstellung befindet. Bei weiterer Bewegung
des Betätigungsorgans 8 greift
nun der Stößel 18 derart in
die Kulisse 19 an der Schaltwippe 10 ein, daß die Schaltwippe 10 mittels
des Stößels 18 in
die in 4 sichtbare Umschaltstellung,
bei der sich die Schaltwippe 10 in etwa in Mittelstellung
befindet, verschwenkt wird. Anschließend wird das Betätigungsorgan
bis in die Betätigungsstellung
gemäß 5 weiterbewegt, wobei der
Stößel 18 die
Schaltwippe 10 dann in die andere Wippenstellung weiter
verschwenkt. Der bei Bewegung des Betätigungsorgans 8 auf
der Kurve in der Kulisse 19 entlanglaufende Stößel 18 zwingt
somit die Schaltwippe 10 zum Umschalten. Läßt nun der Benutzer das Betätigungsorgan 81os,
so kehrt dieses aufgrund der vom Rückstellelement ausgeübten Rückstellkraft
wiederum in die Ausgangsstellung gemäß 2 zurück,
wobei der Stößel 18 außer Eingriff
mit der Kulisse 19 gelangt. Die Schaltwippe 10 verbleibt
jedoch in der erreichten anderen Wippenstellung aufgrund der weiterhin
einwirkenden Druckkraft des Rückstellelements 9.
Um die Schaltwippe 10 zurückzuschwenken ist eine erneute
Betätigung
des nach jeder Betätigung wieder
in Ausgangsstellung befindlichen Betätigungsorgans 8 notwendig,
so daß der
Schalter 1 ein tastendes Betätigungsorgan 8 sowie
ein rastendes Kontaktsystem 5 besitzt.
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Der Kraft-Weg-Verlauf für das Betätigungsorgan 8 und
damit dessen Haptik wird dadurch erzeugt, daß die Schaltwippe 10 durch
den Stößel 18 in den
ersten 2/3 des Betätigungsweges
in unterschiedlichem Winkel gegen das Rückstellelement 9 gedrückt wird,
was anhand der 2, 3 und 4 zu erkennen ist, womit sich die Betätigungskraft
im Verlaufe des Betätigungsweges
weiter erhöht.
Im letzten 1/3 des Betätigungsweges überfährt die
Schaltwippe 10 die Umschaltstellung gemäß 4, womit ab hier die Druckkraft des Rückstellelements 9 die
Schaltwippe 10 unterstützt,
um in eine der beiden Wippenstellungen zu gelangen. Somit fällt ab der
Umschaltstellung die Betätigungskraft
bis zur Betätigungsstellung
gemäß 5 ab. Ein solcher Verlauf
der Kraft F in Abhängigkeit
vom Betätigungsweg
s für den
Schalter 1 ist beispielhaft in 6 gezeigt.
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Bei Verwendung des Schalters 1 als
Lastschalter sind zweckmäßigerweise
am Sockel 3 zwei Festkontakte 6, 6' angeordnet,
wie der 1 zu entnehmen
ist. Der Schaltkontakt 7 weist dann zwei miteinander verbundene
Arme 7, 7' zur Überbrückung der
beiden Festkontakte 6, 6' in der einen Schaltstellung des
Kontaktsystems 5, nämlich
Kontaktsystem 5 geschlossen, auf. Weiterhin sind zwei beabstandet einander
gegenüberliegende
Schaltwippenelemente 10, 10' mittels einer Achse 20 miteinander
zur Schaltwippe 10 verbunden. Ebenso befinden sich dann zwei
dazu korrespondierend beabstandete Stößel 18 am Stößelelement 15 für die Kulisse 19 im
jeweiligen Schaltwippennelement 10, 10'. Diese Ausgestaltung gewährleistet
eine weitgehend symmetrische Krafteinwirkung auf die Schaltwippe 10,
was der Haptik für den
Schalter 1 zugute kommt.
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In einer platzsparenden Anordnung
bietet es sich an, die beiden Schaltwippenelemente 10, 10' sowie die beiden
als Widerlager für
das Rückstellelement 9 dienenden
Ansätze 14, 14' in etwa rechteckförmig anzuordnen.
Dann läßt sich
am Sockel 3 ein Leuchtmittel 21, beispielsweise
eine LED, eine Glühlampe,
eine Glimmlampe o. dgl., ohne weiteren Platzbedarf zur Beleuchtung
des Betätigungsorgans 8 anbringen,
indem das Leuchtmittel 21 sowohl zwischen den beiden als
Widerlager für
das Rückstellelement 9 dienenden
Ansätzen 14, 14' auch in etwa
mittig zwischen den beiden Schaltwippenelementen 10, 10' befindlich ist.
Soweit ein Vorwiderstand 22 für das Leuchtmittel 21 benötigt wird,
kann dieser außerhalb des
von den beiden Schaltwippenelementen 10, 10' sowie den beiden
Ansätzen 14, 14' gebildeten
Rechtecks am Sockel 3 befestigt sein.
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Wie weiter der 1 zu entnehmen ist, sind die in der Art
eines Stanzgitters ausgestalteten Leiterbahnen 23 zur elektrischen
Kontatkierung der Festkontakte 6, 6', des Leuchtmittels 21,
des Vorwiderstands 22 o. dgl. im Sockel 3 eingespritzt.
Dadurch wird eine einfache Handhabung bei der Montage des Schalters 1 erreicht.
In gleicher Weise können die
nicht weiter gezeigten elektrischen Anschlüsse des Schalters 1,
die insbesondere in SMD(Surface Mounted Device)-Technologie ausgestaltet
sind, in das Stanzgitter integriert und damit im Sockel 3 mit eingespritzt
sein.
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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 ein derartiger Schalter 1 nicht nur
als Miniatur-Lastschalter sondern auch als Bedienschalter für Kraftfahrzeuge,
für Tastenfelder
an Elektrogeräten,
Haushaltsgeräten
o. dgl. Verwendung finden.
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- 1:
- elektrischer
Schalter
- 2:
- Gehäuse
- 3:
- Sockel
- 4:
- Deckel
- 5:
- Kontaksystem
- 6,6':
- Festkontakt
- 7,7':
- Schaltkontakt
- 8:
- Betätigungsorgan
- 9:
- Rückstellelement
- 10,1
- ': Schaltwippe / Schaltwippenelement
- 11:
- Drehlager
- 12:
- Zapfen
- 13:
- Lagerschale
- 14,14
- ': Ansatz (Widerlager
für Rückstellelement)
- 15:
- Stößelelement
- 16:
- Aufnahme
(am Betätigungsorgan)
- 17:
- Erhebung
(an Schaltwippe)
- 18:
- Stößel
- 19:
- Kulisse
- 20:
- Achse
(für Schaltwippenelement)
- 21:
- Leuchtmittel
- 22:
- Vorwiderstand
- 23:
- Leiterbahn