DE10353438A1

DE10353438A1 - Kontaktanordnung für Dreh- und Schiebeschalter

Info

Publication number: DE10353438A1
Application number: DE2003153438
Authority: DE
Inventors: Hans-Joachim Horn
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2003-11-12
Filing date: 2003-11-12
Publication date: 2005-06-16

Abstract

Es werden Dreh- und Schiebeschalter beschrieben, bei denen ein federndes Kontaktteil sowohl die Rast- als auch die Kontaktfunktion übernimmt. Das Kontaktteil ist z. B. eine abgefederte Kugel, die in Bohrungen einer Leiterplatte rastet, deren Bohrungsränder mit sektionierten Leiterbahnen versehen sind, wobei die leitfähige Kugel die Sektionen miteinander verbindet.

Description

Dreh- und Schiebeschalter werden in elektrischen und elektronischen Schaltungen und Geräten in vielen unterschiedlichen Anordnungen und Anwendungen eingesetzt. Bei diesen Schaltern bewegen sich federnde und nichtfedernde Kontakteile auf einer vorgegebenen Bewegungslinie relativ zueinander während des Schaltvorgangs mit reibender oder rollender Kontaktgabe.

Sowohl am Schalter ortsfeste als auch Bewegung ausübende federnde Kontaktteile sind üblich.

Damit die Kontaktteile zueinander an bestimmten Stellen der Bewegungslinie in einer festen Position verharren können, sind die Schalter mit separaten Rastwerken ausgerüstet. Diese Rastwerke arbeiten z.B. mit Kugeln, die in Bohrungen eines Materialstücks durch Federkraft einrasten und so eine sichere Rastposition für den Schaltkontakt liefern. Dabei werden üblicherweise entlang der Bewegungslinie gleiche Rastschritte oder Rastwinkel angewendet. Für jede gewünschte Unterteilung einer Bewegungslinie in Schritte muß ein angepasstes Rastwerk zur Verfügung stehen.

Hier setzt die Erfndung an.

Kugeln, die federnd gegen den Rand einer Bohrung gedrückt werden, deren Durchmesser kleiner als der Kugeldurchmesser ist, haben mit dem Bohrungsrand mindestens an 2 Stellen, häufiger an 3 oder mehr Stellen einen mechanischen Kontakt. Umgibt man den Bohrungsrand z.B. je zur Hälfte mit elektrisch leitenden flachen Materialstücken, die voneinander isoliert sind, so kann eine auf den Bohrungsrand gedrückte leitfähige Kugel die beiden Materialstücke am Bohrungsrand leitend miteinander verbinden und gleichzeitig "rastend" tätig sein. Dasselbe trifft auch für kugel- und keilförmige oder Walzen und walzenförmige Oberflächen von Materialstücken zu.

Mit dem so gewonnenen "Rastkontakt" lassen sich ohne Aufwand für ein angepasstes Rastwerk außer allen gebräuchlichen regelmäßigen Rastschritten auch unregelmäßige Rastschritte realisieren.

Die Vertiefungen geben die Rastpositionen vor.

Als Vertiefungen eignen sich besonders gut Bohrungen in Leiterplatten, deren Ränder von Leiterbahnen umgeben sind, die von Kontaktkugeln miteinander verbunden werden. Kugelförmig nachgeprägte Randzonen verbessern dabei die Kontaktierung. Auch sog. flexible Schaltungen mit formgeprägten Rast-/ Kontaktzonen sind gut geeignete Materialien für Schalter der erfindungsgemäßen Art.

Mit dem Verhältnis Kugeldurchmesser zu Bohrungsdurchmesser und dem Federdruck läßt sich das Kraftmoment für die Schalterbetätigung in weiten Grenzen festlegen.

Unter Berücksichtigung von erfindungsgemäßen Anordnungen lassen sich auch 3 oder mehr Kontaktteile pro Rastposition miteinander verbinden, was besonders für sog. Kodierschalter von Vorteil ist. Für diese Schalter sind auch Leiterplattenscheiben mit Rastkontakten von Vorteil, die an ortsfesten federnden Kontaktkugeln vorbeirotieren. Sowohl diese Leiterplattenscheiben als auch ortsfest angeordnete Leiterplatten mit Kontaktbohrungen können auf Vor- und Rückseite solche Kontaktbohrungen aufweisen, was den Materialaufwand und das Bauvolumen reduziert.

Eine zweite Kugel, zwischen Kontaktkugel und Druckfeder angeordnet, unterstützt eine rollende Kontaktierung, da die Bremswirkung der Federwendel reduziert wird. Eine Druckfeder, zwischen 2 Kugeln angeordnet, ermöglicht einen gemeinsamen Rotor, der zwischen 2 Rastkontakt-Leiterplatten angeordnet ist und ermöglicht auch die elektrische Verbindung der beiden Schalteranordnungen auf den Leiterplatten.

Um den Durchgangswiderstand der Schalteranordnung zu verringern, ist eine Durchkontaktierung der Kontaktbohrungen von Vorteil, sodaß beide Seiten der Leiterplatte für die Leiterbahnenführung zur Verfügung stehen. Diese Durchkontaktierung an den Wänden der Bohrung kann auch in 2 oder mehr Segmente unterteilt werden, damit in einer Bohrung z.B. 3 Zuleitungen mit Kontakten untergebracht werden können, was den Flächenbedarf reduziert.

Die kleine Bauweise, die der erfindungsgemäße Schalter ermöglicht, erlaubt den Einbau sowohl nur des federnden Kontaktteils, als auch des vollständigen Schalters mit dem nicht federnden Kontaktteil (Leiterplatte) in einen Drehknopf zur Schalterbetätigung, insbesondere dann, wenn eine Version mit flexibler Schaltung als nicht federndem Teil gewählt wird und die Zuführungs-Leitungen zum Schalter einstückig mit dem federndem Teil verbunden sind.

Mit den beschriebenen erfindungsgemäßen Schalteranordnungen lassen sich sowohl separate Dreh- und Schiebeschalter realisieren, als auch in Leiterplatten integrierte, mit übrigen Bauteilen bestückte Schalteranordnungen aufbauen, bei denen der Anwender lediglich das federnde Kontaktteil mit Rotor und dessen Lagerung als sog. Fremdteil benötigt. Die Leiterplatten mit den Rastkontakten von erfindungsgemäßen Schaltern können außer diesen Teilen auch übrige Bauteile einer Schaltung tragen, sodaß kurze Verbindungen zu Kontakten gewährleistet werden können.

Die Zeichnungen zeigen weitere Einzelheiten zu den Vorteilen der Anordnungen.

Zeichnungen

1 zeigt als Schnitt CD durch 2 den prinzipiellen Aufbau des Rastkontaktes. Die leitfähige Kugel (1), unter Druck durch die Wendelfeder (2), kontaktiert die leitfähigen Schichten (3), (3a), die auf einer isolierendenSchicht (4) aufgebracht sind und durch Bohrung (5) und Abstand (5a) voneinander isoliert sind. Die Kugel (1) rastet gleichzeitig in der Bohrung (5).

2 zeigt die Draufsicht auf 1.

3 zeigt im Prinzip eine Anordnung, bei der eine leitfähige Walze (6), durch 2 Druckfedern (7) bewirkt, ebenfalls zur Kontakierung von 2 leitenden Flächen eingesetzt werden kann, wenn diese an den Rändern eines Schlitzes sich gegenüberliegen.

4 deutet an, daß auch keilförmige leitende Materialstücke (8) die gleiche Funktion ausüben können.

5 ist ein weiteres Beispiel für gefederte Kontaktstücke, bei denen eine Flachfeder (11) die Kugel (10) führt, damit sie die leitfähigen Schichten (12) kontaktiert, wobei diese in der Bohrung (14) des Materialstücks (13) auch einen senkrecht verlaufenden Teil haben

6 stellt einen Teil des Leiterbildes auf einer Trägerplatte (15) dar, das für einen Drehschalter mit 12 Positionen erforderlich ist. (16) ist der noch nicht in einzelne Kontaktflächen unterteilte Rest der leitfähigen Schicht., (17) die zentrale Bohrung für die Achse eines Drehschalters. Die Vertiefungen (18), (19), (20) zeigen unterschiedliche Formen für kugelförmige, ellipsenförmige, walzenförmige federnde Kontaktstücke. Die Vertiefung (25) zeigt einmal, daß auch sog. Sacklöcher als Vertiefung möglich sind und zum anderen, daß die Ränder der Vertiefungen (26) durch Prägung geformt sein können. Die Kontaktflächen (21), (27), (28), die zu einem inneren Kontaktring gehören, werden mit den äußeren Kontaktflächen (18a), (19a), (20a), (22), (23)), (27a) über das Rastkontakt-Element elektrisch verbunden. Die Teile der Kontaktflächen (21), (22), (23) sind z.B. mit einer Goldschicht überzogen, um den Kontaktwiderstand zu verringern. Die Zwischenräume (29), (30) isolieren z.B. die angrenzenden Kontaktflächen voneinander.

7 zeigt durch einen Schnitt schematisch, daß eine Kontaktierung zwischen Kontaktfläche (32) und Kontaktfläche (33) über ein auf diese aufgelötetes Kontaktstück (34) möglich ist, wenn die gefederte Kontaktkugel (35) in einem von 90° abweichenden Winkel angedrückt wird. Wird das Kontaktstück (34) entlang seiner Bewegungslinie im Schalter mit Vertiefungen/Einbuchtungen versehen, so rastet die Kugel entlang dieser Linie auch ohne Vertiefungen in der Schicht (31) ein.

8 zeigt schematisch eine Ausführung eines erfindungsgemäßen Schiebeschalters als Beispiel für die Verwendung von geprägten (39), (40), (41) Folien (36) mit aufgebrachten Leiterbahnen (38) und Anschlußzone (38a). Die gefederte Kugel (39a) kontaktiert in den Prägungen die Leiterbahnen und rastet gleichzeitig in ihnen eine. Diese Version ist bei Drehschaltern ebenfalls anwendbar und ist bei aufgedruckten Leiterbahnen kostensparnd. (37) ist ein stützendes Materialstück.

9 zeigt zusammenfassend Draufsicht und Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Drehschalters mit 12 Raststellungen, wobei die Kontaktflächen außen, wie z.B. (44), (45) der Schicht (52) über die Kugel (56) mit der Kontaktfläche innen (42) elektrisch leitend verbunden werden. Die innere Kontaktfläche (42) wird über durchkontaktierte Bohrungen (47), (48) und Bahn (47a) mit der Kontaktfläche (49) verbunden, die zum Anschluß dient. Die Bohrungen (51), (53) sind beispielhaft in der Trägerschicht (50) angegeben. Die Kugel (56) ist im Rastarm (55) angeordnet und geführt, der durch Achse (54) rotiert werden kann.

Claims

Kontaktanordnung für elektrische Dreh- und Schiebeschalter mit Rotor, Drehachse mit Lager oder Schieber mit Führung sowie Kontaktebene und Kontaktteile dadurch gekennzeichnet, daß die unter Federdruck (2) stehenden Kontaktteile (1) des Schalters eine kugel-, keil- oder walzen förmige Kontaktfläche aufweisen, die durch Federkraft bewirkt, in formschlüssige Vertiefungen de nicht federnden Kontaktteile (3), (3a) einrasten können, sodaß durch Anordnung und Ausformung der federnden und der nicht federnden Kontaktteile zueinander außer der elektrischen Kontaktgabe gleichzeitig auch gesicherte Rastpositionen des Schalters bewirkt werden.
Anordnung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß das federnde Kontaktteil eine unter Federdruck stehende, elektrisch leitfähige Kugel (6), (8) oder Walze ist.
Anordnung nach vorstehenden Ansprüchen dadurch gekennzeichnet, daß das nicht federnde Kontaktteil eine Bohrung (18) oder ein Schlitz (20) in einer Leiterplatte ist, zu deren Bohrungs- oder Schlitzrändern Leiterbahnen (18a), (20a) führen, die durch das federnd einrastende Kontaktteil elektrisch miteinander verbunden werden.
Anordnung nach vorstehenden Ansprüchen dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Kontaktkugel oder Kontaktwalze und Feder eine zweite Kugel oder Walze angeordnet ist.
Anordnung nach vorstehenden Ansprüchen dadurch gekennzeichnet, daß die Wände der Bohrungen oder Schlitze in einer ein- oder mehrschichtigen Leiterplatte elektrisch leitend durchkontaktiert (12), (27) sind und an den Kontakträndern zum federnden Kontaktteil hin vergoldet (21), (22), (23) sind.
Anordnung nach vorstehenden Ansprüchen dadurch gekennzeichnet, daß in einer Bohrung oder Schlitz 2 oder mehr elektrisch gegeneinander isolierte Durchkontaktierungssektionen (43), (44) sich befinden und zu 2 oder mehr Leiterbahnen führen, die durch das federnde Kontaktteil miteinander verbunden werden.
Anordnung nach vorstehenden Ansprüchen dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrungsränder oder Schlitzränder zum federnden Kontaktteil hin kugel-, keil- oder walzenförmig nachgeprägt sind. (36), (39), (40), (41).
Anordnung nach vorstehenden Ansprüchen dadurch gekennzeichnet, daß auf Ober- und Unterseite einer Leiterplatte Rastkontaktanordnungen der beschriebenen Art sich befinden.
Anordnung nach vorstehenden Ansprüchen dadurch gekennzeichnet, daß entlang der Bewegungslinie des federnden Kontaktteils zwischen benachbarten nicht federnden Kontaktteilen kontaktfähige Leiterbahnen solange parallel geführt sind, daß beim Wechsel von einer zur nächsten Rastposition eine kurzschließende Kontaktgabe entsteht.
Anordnung nach vorstehenden Ansprüchen dadurch gekennzeichnet, daß entlang der Bewegungslinie des federnden Kontaktteils die Kontakt- und Rastpositionen in unterschiedlichen Winkeln/Abständen zueinander angeordnet sind.
Anordnung nach vorstehenden Ansprüchen dadurch gekennzeichnet, daß die nicht federnden Kontaktteile als Leiterbahnen (38) auf einer Folie (36) für flexible Schaltungen sich befinden und die formschlüsssigen Vertiefungen in die Folie eingeprägt sind.
Anordnung nach vorstehenden Ansprüchen dadurch gekennzeichnet, daß die Folie gleichzeitig die Zuleitungen (38a) und die Anschlußkontakte für den Schalter aufweist.
Anordnung nach vorstehenden Ansprüchen dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eines der nicht federnden Kontaktteile eine Widerstandsbahn für einstellbare Widerstände (Potentiometer) ist oder mit einer solchen Widerstandsbahn verbunden ist.
Anordnung nach vorstehenden Ansprüchen dadurch gekennzeichnet, daß der federnde Kontaktteil oder der vollständige Schalter mit nicht federndem Kontaktteil in einem Dreh- oder Schiebeknopf integriert ist, wobei die Leiterplatte mit nicht federndem Kontaktteil mit Befestigungsmitteln zur Montage von außen oder innen an Gehäuseteile eines elektronischen Gerätes versehen ist.
Anordnung nach vorstehenden Ansprüchen dadurch gekennzeichnet, daß ein Rotor zwischen 2 Leiterplatten mit Rastkontakten angeordnet ist, der zu jeder Leiterplatte hin ein federndes Kontaktteil trägt, die untereinander mit einer leitfähigen Wendelfeder verbunden sind.
Anordnung nach vorstehenden Ansprüchen dadurch gekennzeichnet, daß die federnden Kontaktteile ortsfest am Schalter angeordnet sind und die nicht federnden Kontaktteile in Form einer Leiterplattenscheibe mit ein- oder zweiseitiger Kontaktbelegung sich an den federnden Kontaktteilen kontaktierend vorbeibewegt.
Anordnung nach vorstehenden Ansprüchen dadurch gekennzeichnet, daß die nicht federnden Kontaktteile Teil einer Leiterplatte sind, die mit anderen elektronischen Bauteilen bestückt ist oder der nicht federnde Kontaktteil des Dreh- oder Schiebeschalters auch andere elektronische Bauteile trägt.
Anordnung nach vorstehenden Ansprüchen dadurch gekennzeichnet, daß das federnde Kontakteil allein oder mitsamt der Druckfeder aus magnetischem Material besteht und/oder das nicht federnde Kontaktstück mit magnetischem Material ausgestattet ist, sodaß die Kontaktkraft zumindest teilweise durch die Magnetkraft zwischen federndem und nicht federndem Kontaktteil zustandekommt.
Anordnung nach vorstehenden Ansprüchen dadurch gekennzeichnet, daß zumindest einer der beiden Teile des nicht federnden Kontaktsatzes, die sich entlang der Bewegungslinie des federnden Kontaktsatzes gegenüberliegen, aus metallischen Materialstücken besteht, die auf die für den nicht federnden Kontaktteil vorgesehenen Leiterbahnflächen aufgelötet sind. (33), (34).
Anordnung nach vorstehenden Ansprüchen dadurch gekennzeichnet, daß auf der Leiterplatte für den nicht federnden Kontakteil elektronische Anzeigeelemente untergebracht sind, die die Schalterposition anzeigen können.