DE19629006A1 - Schnappschalter mit verstärktem Druckpunkt - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Schalter, insbe­ sondere für Kraftfahrzeuge, bei dem ein zwischen zwei End­ stellungen bewegbarer Kontakthebel im Schaltergehäuse schwenkbar gelagert ist. Der elektrische Schalter ist mit einem beweglich gelagerten Schaltstück zur Einleitung des Umschaltvorgangs und mit mindestens einem Festkontakt verse­ hen. Einer der beiden Elemente Kontakthebel oder Schaltstück trägt ein Keilprofil, während das andere der beiden Elemente ein Schaltelement besitzt, welches beim Umschalten die Kon­ tur des Keilprofils abtastet. Weiterhin sind die beiden mit­ einander zusammenwirkenden Elemente in Abtastrichtung zuein­ ander vorgespannt, wobei die Abtastrichtung in der Regel senkrecht zu einer Bewegungsrichtung verläuft, in der die beiden miteinander zusammenwirkenden Elemente beim Umschal­ ten gegeneinander verschoben werden.

Ein derartiger Schalter ist beispielsweise in der DE-OS 33 36 877 beschrieben, wobei hier sowohl das Schaltelement als auch das Keilprofil jeweils durch einen Keil gebildet sind. Aus der DE-OS 44 18 707 ist ein entsprechender Schalter der Anmelderin bekannt, bei dem das bekannte keilförmige Schalt­ element durch eine vorgespannte Abtastrolle ersetzt wurde.

Es ist auch bereits vorgeschlagen worden, bei dem Aufbau gemäß der DE-OS 44 18 707 Keilprofil und das eine gekrümmte Abtastfläche aufweisende Schaltelement miteinander zu ver­ tauschen, so daß das Schaltstück mit einem federnd vorge­ spannten Keilprofil versehen ist.

Die Erfindung geht daher aus von einem elektrischen Schalter der sich aus dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ergebenden Gat­ tung. Bei den bekannten Schaltern ist die Kontur der Keil­ fläche gerade. Hierdurch ergibt sich, daß die von dem Schaltstück beim Eindrücken ausgehende Gegenkraft etwa der Strecke proportional ist, um die das Schaltstück eingedrückt wurde. Somit wächst bei manueller Betätigung des Schalt­ stücks der von dem Schaltstück auf die Bedienungsperson aus­ geübte Gegenkraft linear an bis zu dem Punkt, an dem die Keilspitze von dem Schaltelement erreicht wird. Ab diesem Punkt beginnt die Schnappwirkung des Schalters, durch welche der Kontakthebel selbsttätig in seine zweite Kontaktlage gebracht wird. Durch den linearen Kraftanstieg in der ersten Betätigungsphase des Schaltstücks ist für die Bedienungs­ person nicht erkennbar, in welchem Bereich der Umschaltpunkt tatsächlich erreicht wird. Der Schalter schaltet somit zu einem Zeitpunkt um, der von der Bedienungsperson nicht prä­ zise zu bestimmen ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, bei einem Schalter der sich aus dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ergebenden Gattung das Herannahen des Druckpunkts für die Bedienungsperson deutlich erkennbar zu machen.

Die Aufgabe wird durch die sich aus dem kennzeichnenden Teil ergebende Merkmalskombination gelöst. Die Erfindung besteht im Prinzip darin, von der bekannten linearen Abhängigkeit der von dem Schaltstück ausgeübten Gegenkraft in bezug auf den zurückgelegten Weg des Schaltstücks abzugehen und hier eine nicht lineare Abhängigkeit einzuführen. Diese nicht lineare Abhängigkeit wird mit Hilfe eines gekrümmten Profils erreicht. Weiterhin läßt sich auch durch eine derartige ge­ krümmte Kurve in gewissen Bereichen die Geschwindigkeit und die Beschleunigung regeln, mit der die miteinander elek­ trisch zu verbindenden Kontakte zusammengeführt werden. So­ mit läßt sich in gewissen Grenzen die Prellneigung von auf­ einander aufsetzenden Kontakten oder die Geschwindigkeit, mit der die Kontakte schließlich zusammengeführt werden (Vermeidung von Lichtbogen) regulieren.

Will man nun erreichen, daß kurz vor Erreichen des Druck­ punkts die Gegenkraft des Schaltstücks nicht linear an­ steigt, so empfiehlt sich in Weiterbildung der Erfindung die Merkmalskombination nach Anspruch 2. Selbstverständlich kann bei einem in zwei Richtungen wirkenden Umschalter, bei dem also der Kontakthebel in seinen beiden Endstellungen jeweils einen Festkontakt kontaktiert, das Prinzip auf beiden Keil­ flächen angewendet werden.

Eine besonders einfache Konstruktion ergibt sich durch die in Anspruch 3 vorgegebene Merkmalskombination. Hierdurch wird der Kontakthebel in seinem Aufbau stark vereinfacht, so daß auch andernfalls gegebene Probleme bei dessen Lagerung wegfallen. Im übrigen wird der Kontakthebel hierdurch leich­ ter, so daß er sich besser beschleunigen läßt und weniger zum prellen neigt.

Die Ansprüche 4 und 5 geben an, daß die Krümmung des Keil­ profils sowohl konvex als auch konkav sein kann, je nach den hiermit zu erreichenden Zielen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend an­ hand der Zeichnung erläutert. Darin zeigt:

Fig. 1 einen Ausschnitt aus einer geschnittenen Darstellung eines gattungsgemäßen Schalters,

Fig. 2 ein erfindungsgemäßes Keilelement mit Keilprofil und

Fig. 3 in stark vereinfachter und symbolisierter Darstel­ lung die wesentlichen Elemente der vorliegenden Er­ findung.

Der Schalter bildet einen Ausschnitt aus einem manuell be­ tätigbaren Tastenschalter, auf den beispielsweise eine manu­ ell betätigbare Taste aufsetzbar sein kann. Innerhalb des Schaltergehäuses 1 sind zwei Festkontakte 2, 3 vorgesehen, die mit zwei bewegbaren Kontakten 4, 5 zusammenwirken, welche an einem Kontakthebel 6 befestigt sind. Der Kontakthebel 6 ist in einem Schneidenlager 7 schwenkbar aufgehängt, wobei das freie Ende des Kontakthebels 6 als Schaltelement 7 aus­ gestaltet ist. Ein Keilelement 8 ist unter der Wirkung einer Vorspannfeder 9 in einem Schaltstück 10 horizontal ver­ schiebbar geführt. Das Schaltstück selbst kann mit Hilfe einer nicht dargestellten Taste in senkrechter Richtung S eingedrückt werden. Mittels einer nicht dargestellten Feder, die auf das untere Ende des Schaltstücks einwirkt, kann das Schaltstück 10 nach Betätigen des Kontaktes entgegen der Pfeilrichtung S selbsttätig zurückgeholt werden. In der dar­ gestellten Normallage liegt durch die Kraft der Feder 9, welche über ein Keilprofil am freien Ende des Keilelementes 9 anteilig über das Schaltelement 10 auf das Schneidlager 6 übertragen wird, der bewegliche Kontakt 5 mit einer defi­ nierten Kraft auf dem Festkontakt 2 auf. Wird nun das Schaltstück 6 in Richtung S vorzugsweise manuell nach unten gedrückt, so wandert das Schaltelement 7 entlang der unteren Keilfläche 12 bis zu der Keilspitze 13, wobei sich die Auf­ lagekraft des beweglichen Kontaktes 5 stetig vergrößert.

Wird schließlich die Keilspitze 3 erreicht, so wird durch die Vorspannfeder 9 und das Zusammenwirken von Keilprofil 11 und Schaltelement 12 eine entgegengesetzt gerichtete Kraft ausgeübt, welche einerseits versucht, das Schaltstück 10 nach unten zu drücken und gleichzeitig den Kontakthebel 6 nach oben zu schwenken. Als Folge davon wird der bewegliche Kontakt 4 auf den Festkontakt 3 aufgesetzt. Ohne die Wirkung der nicht gezeigten Rückstellfeder würde somit der Schalter in der zuletzt genannten Stellung verbleiben, bis schließ­ lich das Schaltstück 10 entgegen der Pfeilrichtung S zurück­ geholt wird.

Für die Erfindung wichtig ist nun, daß das Keilprofil 11 wie aus Fig. 2 an dem dort gezeigten Keilelement 8 ersichtlich, nicht einen geraden Verlauf hat, sondern gekrümmt ist. Dabei besteht die gesamte Keilfläche 12 aus zwei spitz aufeinander zulaufenden Einzelkeilflächen 15, 16, wobei die Kontur der Einzelkeilfläche 15 nach innen gewölbt ist (konkav), während die Einzelkeilfläche 16 nach außen gewölbt ist (konvex).

In Fig. 3 ist die Arbeitsweise der Erfindung symbolisch dar­ gestellt, wobei die Krümmung der Keilflächen stark übertrie­ ben gezeigt wurde. Die Konturen a1 und a2 zeigen den an sich bekannten Verlauf der Keilflächen, bei denen die von der Vorspannfeder 9 in Richtung der Feder S ausgeübte Kraft li­ near von den durch das Schaltstück 10 zurückgelegten Weg abhängt. Dabei bewegt sich das Schaltstück 10 in Längsrich­ tung des Pfeiles S innerhalb des Gehäuses, während der Kon­ takthebel 6 um das Schneidenlager 14 schwenken kann. In der Ausgangslage befindet sich das Schaltstück 10 in einer Posi­ tion, in der wie in Fig. 3 angedeutet der Kontakthebel 6 an der Stelle A1 mit seinem Schaltelement 7 an der Einzelkeil­ fläche 15 anliegt. Somit ist das Keilelement 8 unter der Wirkung der Feder 9 weit herausgefahren. Dabei liegt der bewegliche Kontakt 5 unter der anteiligen Kraft der weit­ gehend entspannten Feder 9 auf dem Festkontakt 2 an. Wird nun das Schaltstück 10 beispielsweise manuell in Richtung des Pfeiles S eingedrückt, so wandert der Punkt A1 entlang der Einzelkeilfläche 15 schräg nach oben, wobei der Keil durch die Wirkung des Schaltstücks 10 immer mehr in Fig. 3 nach links verschoben wird. Durch die wachsende, von der Vorspannfeder 9 ausgeübte Kraft, wächst linear die Kraft, mit der der Kontakt 5 auf den Kontakt 2 gepreßt wird. Dies geht soweit, bis schließlich der Punkt A0 (in Fig. 3 dar­ gestellt) durch das Schaltstück 10 erreicht wird. In diesem Moment kehren sich die Verhältnisse um. Die Feder 9 kann sich nunmehr dadurch entspannen, indem das Schaltstück 10 entlang der zweiten Einzelkeilfläche 16 in Richtung zu dem Endpunkt A2 wandert. Die von der Feder anteilig auf das Schaltelement 7 ausgeübte Kraft verschwenkt dieses gleich­ zeitig um das Schneidenlager 14 nach oben, so daß nunmehr der bewegliche Kontakt 4 an dem Festkontakt 3 anliegt.

In Fig. 3 sind noch die erfindungsgemäß gekrümmten Konturen b1 und b2 eingezeichnet. Man erkennt, daß ausgehend von der Lage B1 die Feder sich anfangs nur langsam spannt, bis schließlich über kleine Wegbewegungen des Schaltstücks 10 sehr große Wegänderungen des Keilelementes 8 nach links be­ wirkt werden müssen, was zu einer erheblichen Änderung der von der Bedienungsperson je Wegelement ausgeübten Kraft führt. Diese plötzlich ansteigende Kraft, die in einer schlagartigen Entlastung endet, führt dazu, daß die Bedie­ nungsperson sehr deutlich einen Druckpunkt empfindet, wo­ durch sie erkennt, daß der Umschaltvorgang nunmehr unmittel­ bar bevorstehen muß. Die zweite Einzelkeilfläche b1 ist in Fig. 3 stark übertrieben nach außen gekrümmt gezeichnet. Hierdurch können sich Vorteile bei dem Umschaltvorgang des Kontakthebels 6 und damit des Umschaltens des Schalters er­ geben. Es zeigt sich, daß sich die Feder 9 anfangs nur lang­ sam entspannen kann, wobei deren Entspannung gegenüber dem zurückgelegten Weg stark zunimmt, je näher der Punkt B2 dem Schaltelement 7 kommt. Durch eine derartige Maßnahme läßt sich die auf den Kontakt 4 ausgeübte Kraft verstärken, indem anfangs eine vergleichsweise große Federkraft zur Verfügung steht, deren Anteil in Bewegungsrichtung des Kontakten 4 aber verhältnismäßig klein ist. Im Punkt B2 kehren sich dann die Verhältnisse um, so daß die Federkraft vergleichsweise klein wird, während deren auf den Kontakt 4 wirkende Anteil recht groß ist. An Erfinder: Ist das richtig?

In Fig. 3 ist noch eine Kontur c angedeutet, welche symme­ trisch zur Kontur b2 ist. In diesem Falle werden die hin­ sichtlich b2 weiter oben beschriebenen Vorteile einer nach innen gewölbten Krümmung der Keilkontur bei beiden Einzel­ keilflächen wirksam etwa für den Fall, daß der Schalter in beiden Richtungen manuell geschaltet wird und hier in beiden Richtungen verbesserte Druckpunkte erreicht werden sollen.

Die Erfindung läßt sich daher kurz wie folgt angeben: Bei den bis jetzt bekannten Schnappschaltern sind die Schrägen der Umschaltteile gleichmäßig ausgeführt. Dadurch bedingt erfolgt bis zum Umschaltpunkt ein gleichmäßiger Kraftanstieg (bedingt durch das Spannen der Druckfeder). Die Erfindung zeigt nun einen Schalter, bei welchem die Schrägen des Um­ schaltteiles auf die jeweiligen Schaltcharakteristiken abge­ stimmt sind. D.h. beim Betätigen der Schaltertaste wird auf der einen Seite des Schaltstückes durch die unterschiedlich ausgeführte Schräge ein Kraftanstieg (Druckpunkt) erzielt und beim Loslassen der Taste und somit Zurückschalten wird durch die Radien-Form - trotz Vorspannen der Druckfeder - ein gleichmäßiger Rückstellverlauf erzielt. Durch Verände­ rung dieses Betätigungsflächen können sich fast alle Kraft- Weg-Verläufe erzielt werden.

Claims (5)

1. Elektrischer Schalter, insbesondere für Kraftfahrzeuge mit einem Gehäuse (1), mit einem zwischen zwei Endstel­ lungen bewegbaren Kontakthebel (6), der im Gehäuse (1) schwenkbar gelagert ist und mit einem beweglich gelager­ ten Schaltstück (10) und mindestens einem Festkontakt (2, 3), der starr im Gehäuse (1) angeordnet ist und in einer Endstellung des Kontakthebels (6) von diesem be­ aufschlagt wird, wobei der Kontakthebel (6) bzw. das Schaltstück (10) ein Keilprofil (11) trägt und das Schaltstück (10) bzw. der Kontakthebel (6) ein am Keil­ profil (11) anliegendes Schaltelement (7) aufweist und wobei das Schaltstück (10) im Gehäuse (1) auf einer im wesentlichen senkrecht zur Längsrichtung des Kontakt­ hebels (6) erstreckenden geraden Bahn (S) geführt ist, und wobei das Schaltelement (7) und das Keilprofil (11) in im wesentlichen senkrecht zur Bewegungsrichtung (S) des Schaltstücks (10) verlaufende Richtung gegeneinander vorgespannt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die von dem Schaltelement (7) abgetastete Kontur (a1, a2, c) min­ destens eine der beiden Keilflächen (15, 16) gekrümmt ist (Fig. 2, Fig. 3).

2. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Krümmung der vom Beginn der Schalterbetätigung (A1) bis zum Durchschaltpunkt (A0) abgetastete Kontur derart gewählt ist, daß die auf das Schaltstück (10) ausgeübte Kraft gegenüber dem von diesen zurückgelegten Weg über­ proportional ansteigt.

3. Schalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Keil (8) in dem Schaltstück (10) in Vorspann­ richtung vorgespannt ist.

4. Schalter nach einem der vorangegangenen Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die nach dem Durchlaufen des Umschaltpunktes (A0) abgetastete Keilfläche (b1 bzw. c) konvex ist.

5. Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die nach dem Durchlaufen des auf der Keilspitze liegenden Umschaltpunktes (A0) von dem Schaltelement (7) abgetastete Fläche konkav ist.