DE19836968C2 - Elektrischer Zündanlaßschalter für Motorfahrzeuge - Google Patents

Description

Die Erfindung richtet sich auf einen Zündanlassschalter der im Oberbegriff des Anspruches 1 angegebenen Art. Aus technischen Gründen und Kostengründen baut man den Stator und den Rotor aus Kunststoff auf, wozu sich die Spritzgusstechnik anbietet. Als Identifikationsgeber verwendet man einen elektrischen Schlüssel, der seine Zugangsberechtigung im Zündanlassschalter auf elektrischem Wege kundtut, z. B. mittels eines sogenannten Transponders. Auch die diversen Schaltstellungen des Rotors im Stator werden auf elektrischem oder magnetischem Weg ermittelt. Für diese elektrischen Funktionen müssen elektrische Bauteile, wie Elektromagnete am Stator vorgesehen sein.

Bei dem bekannten Zündanlassschalter dieser Art (DE 195 20 211 A1), bei dem die Drehbetätigung des Rotors über einen dort einsteckbaren elektronischen Schlüssel erfolgt, wird als elektrischer Bauteil eine Antenne verwendet, die im Stirnbereich des Rotors angeordnet ist und mit einem im Schlüssel befindlichen Transponder zusammenwirkt. Von der Antenne gehen elektrische Leitungen zu einem Identifikationsnehmer. Die Herstellung und Verlegung der elektrischen Leitungen sowie ihre Kontaktierung sind mühsame und kostenaufwendige Vorgänge, die das Produkt verteuern. Außerdem ist für den Verlauf der elektrischen Leitungen ein Platz erforderlich, der bei einem Zündanlassschalter sehr begrenzt ist.

Bei Leiterplatten (EP 0 208 087 A2) ist es bekannt, in einem Formteil aus Isolationsmaterial Ausnehmungen und/oder Durchbrüche vorzusehen, in welche dann ein leitender Kunststoff als Stromweg angeordnet wird. Eine Übertragung dieser Maßnahmen auf Zündanlassschalter ist weder vorgesehen noch nahegelegt.

Räumlich spritzgegossene Schaltungsträger, auch MIDs (Molded Interconnect Devices) bezeichnet, werden im Automobilbereich angewendet (Theissig, Werner; Kriebitzsch, Ingo: 3D-Schaltungsträger im Automobil. In: F & M 103, 1995, 11-12, Carl Hanser Verlag, München). Dabei wird ein Türgriffträger für eine Fahrertür samt Schlossheizung und Heizring in einem Mehrkomponenten-Spritzguss hergestellt, wobei auch elektrisch leitender Kunststoff verwendet wird. Dieser leitende Kunststoff wird dabei in Ausnehmungen des Türgriffträgers eingespritzt. Die Fertigung solcher Träger ist mit der Herstellung von Zündanlassschaltern nicht vergleichbar.

Bei Zündanlassschaltern ist es schließlich bekannt, am inneren Ende des Gehäuses eine Kunststoffplatte zu fixieren, durch welche eine Schar von metallischer Zungen hindurchragen (US 57 56 947 A). Diese Zungen besitzen einerends Anschlüsse für elektrische Leitungen und anderends elektrische Kontakte für bewegliche Gegenkontakte einer, von einem mechanischen Schlüssel mitdrehbaren Kontaktscheibe. Natürlich liegen an der Innenseite der Kunststoffplatte sämtliche Kontaktteile in der Drehebene der Kontaktscheibe. Wegen übereinstimmender Zungenlängen befinden sich dann die auf der Außenseite der Kunststoffplatte befindlichen Anschlussenden dieser Zungen ebenfalls in der gleichen Ebene. Eine elektrische Steckverbindung dieser Anschlussenden ist nicht vorgesehen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen zuverlässigen Zündanlassschalter der im Oberbegriff des Anspruches 1 genannten Art zu entwickeln, der den Platzaufwand verringert, die Montage vereinfacht und sich kostensparend herstellen lässt. Dies wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruches 1 angegebenen Maßnahmen erreicht, denen folgende besondere Bedeutung zukommt.

Es ergibt sich zunächst eine Vereinfachung der Montage, wenn man die diversen Anschlussstellen für die im Motorfahrzeug vorgesehenen Steuerungen und Energieversorgungen als in einer gemeinsamen Ebene des Stators angeordnete Kontaktteile ausbildet. Besonders vorteilhaft ist es hierfür, das hintere Stirnende des Stators zu nutzen. Damit ist eine elektrische Steckverbindung zwischen dem Zündanlassschalter und den entsprechenden Anschlussstellen im Motorfahrzeug erreicht. Dieses ist bedeutsam, weil, gemäß einem weiteren Vorschlag der Erfindung, die von diesen Stellen ausgehenden elektrischen Verbindungen für die elektrischen Bauteile bereits bei der Spritzgussherstellung aus dem zum Aufbau des Stators dienenden Spritzgussmaterials erzeugt werden. Man verwendet dazu zwei unterschiedliche Spritzgussmaterialien, von denen wenigstens das eine Material elektrisch leitend ist und nachfolgend kurz "Leitungsmaterial" bezeichnet werden soll. Das oder die anderen Materialien des Stators sind dagegen nicht elektrisch leitend und werden nachfolgend "Isolationsmaterial" genannt. Beide Materialien werden spritzgusstechnisch zusammengebracht und bauen den Stator auf. Das Leitungsmaterial kann auch durch eine besondere Nachbehandlung des Stators nach der Spritzgussherstellung erst elektrisch leitend gemacht werden. Das Leitungsmaterial ist im Isolationsmaterial linienförmig angeordnet, so dass jede Linie eine elektrische Verbindung zwischen dem einen Pol des betreffenden elektrischen Bauteils im Stator und dem zugehörigen Kontaktteil in der genannten gemeinsamen Ebene des Stators erzeugt. Diese Verbindungslinien aus Leitungsmaterial machen die sonst üblichen elektrischen Leitungen überflüssig.

Weitere Maßnahmen und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen. In den Zeichnungen ist die Erfindung in einem Ausführungsbeispiel schematisch dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 einen Axialschnitt durch einen Zündanlassschalter nach der Erfindung bei abgezogenem elektronischen Schlüssel,

Fig. 2, in Draufsicht, die verschiedenen Drehstellungen des elektronischen Schlüssels im Zündschalter von Fig. 1,

Fig. 3, in perspektivischer, schematischer, nicht maßstabgerechter Darstellung, ein Teilstück aus der Wandung im Stator des erfindungsgemäßen Zündanlassschalters von Fig. 1 und

Fig. 4, schematisch, ein Teilstück des Zündanlassschalters mit darin eingestecktem elektronischen Schlüssel, dessen elektrische Schaltung veranschaulicht ist.

Der in Fig. 1 gezeigte elektrische Zündschalter umfasst einen ortsfest in einem strichpunktiert angedeuteten Motorfahrzeug 40 angeordneten Stator 10 und einen darin drehbar gelagerten Rotor 20. Der Stator 10 kann seinerseits von einem Gehäuse 30 umschlossen sein, aus dessen vorderem Stirnende der Rotor 20 mit flügelartigen Handhaben 21 herausragt. Diese Bauteile 10, 20, 30 bestehen aus Kunststoff.

Der Aufbau des Stators 10 lässt sich in einen zylindrischen Teil 15 und einen flanschartigen Teil 16 gliedern. Das hintere Stirnende 17 bestimmt eine Ebene, in welcher möglichst alle Kontaktteile angeordnet sind, von denen in Fig. 1 lediglich zwei zusammengehörige Kontakt-Paare 13, 13' und 14, 14' gezeigt sind. Diese Kontaktteile sind hier Steckerstifte, die zueinander parallel verlaufen und mit entsprechenden Buchsenelementen 43 bis 44' eines im Motorfahrzeug 40 vorgesehenen, in Fig. 1 gestrichelt angedeuteten Schaltkastens 41 kuppelbar sind.

Über die Kontaktteile 13 bis 14' lässt sich somit dei Stator 10 mit Anschlussteilen des Motorfahrzeugs 40 zusammenstecken. An die Kontaktteile 13 bis 14' sind über besondere elektrische Verbindungen verschiedene elektrische Bauteile 31 bis 33 angeschlossen, von denen in Fig. 1 eine Spule 31 eines Transponders, eine weitere Spule 32, eines Elektromagneten und ein Leuchtring 33 im Stator 10 zu erkennen sind. Dazu können noch beliebig viele andere kommen. Diese Bauteile 31 bis 33 sind nur representativ für eine Vielzahl alternativ oder ergänzender elektrischer Bauteile. Entscheidend ist, dass diese Bauteile 31 bis 33 in besonderer Weise mit den zugehörigen Kontaktteilen 13 bis 14' in elektrischer Verbindung stehen. Dies soll anhand von Fig. 3 näher erläutert werden.

In Fig. 3 ist schematisch ein Wandungsteilstück 34 des Stators 10 gezeigt, das durch eine Spritzgusstechnik erzeugt wurde. Beim Spritzgießen des Stators 10 werden im vorliegenden Fall zwei unterschiedliche Spritzgussmaterialen 11, 12 verwendet. Das eine Material 11 ist elektrisch leitend und soll, wie schon eingangs erwähnt wurde, als "Leitungsmaterial" bezeichnet werden. Dieses Leitungsmaterial 11 braucht nur stellenweise in der Wandung 34 vorgesehen zu sein und erstreckt sich nur über eine Wandstärke von wenigen Mikrometern. Das restliche Spritzgussmaterial 12 ist elektrisch nicht leitend und wird daher, wie bereits erwähnt wurde, "Isolationsmaterial" genannt. Das Leitungsmaterial 11 erzeugt, wie aus Fig. 3 hervorgeht, Verbindungslinien 18, 19, die auch in Fig. 1 eingezeichnet sind und, zwischen dem einen Pol des elektrischen Bauteils 31, 32 einerseits und dem zugehörigen Kontaktteil 13 bis 14' andererseits verlaufen. Diese linienförmigen Verläufe des Leitungsmaterials 11 wirken also wie elektrische Leitungen und dienen für eine Steuerung bzw. Energieversorgung der jeweiligen Bauteile 31 bis 33.

Der Rotor 20 besitzt eine Aufnahme 22 für einen elektronischen Schlüssel 35, der hier als aktiver Transponder ausgebildet ist, was anhand der Fig. 4 verdeutlicht ist. Gemäß Fig. 4 umfasst der elektronische Schlüssel 35 eine Sekundärspule 36 des Transponders, die mit einer Kapazität 37 einen Schwingkreis bildet, der an einem IC 38 angeschlossen ist. Diese Bauteile können einen "passiven Transponder" bilden, der im Gebrauchsfall mit der bereits erwähnten Primärspule 31 des Transponders im Zylinderteil 15 des Stators 10 zusammenwirkt. Im vorliegenden Fall liegt allerdings ein sogenannter "aktiver Transponder" vor. Es gibt im vorliegenden Fall Ladeschaltungen 39 im elektronischen Schlüssel 35, die einen Akkumulator 29 versorgen. Die Transponder-Primärspule 31 kann im übrigen ganz oder teilweise auch durch geeignete Anordnung von Leitungsmaterial 11 in der Wandung des Stators 10 erzeugt sein.

Es versteht sich, dass anstelle eines solchen elektronischen Schlüssels 35 auch andere, an sich bekannte Identifikationsgeber zum Wirksamsetzen des Zündanlassschalters und/oder zum Betätigen des Rotors 20 verwendet werden können. Ein solcher Identifikationsgeber 35, der im Besitz des ins Motorfahrzeug einsteigenden berechtigten Fahrers ist, kann durch Kommunikation über geeignete Sende- und Empfangseinheiten zwischen dem Identifikationsgeber 35 und dem Zündanlassschalter oder dessen fahrzeugseitige Steuergeräte den Schalter aktivieren. Die Drehbetätigung des Rotors 20 vom Zündanlassschalter kann dann auch schlüssellos, manuell, unmittelbar über die Handhabe 21 erfolgen. Der Rotor 20 hat folgenden Aufbau und folgende Wirkungsweise.

Der Rotor 20 befindet sich in Fig. 1 zunächst in der in Fig. 2 mit 45 gekennzeichneten Ausgangs-Drehstellung, in welcher der strichpunktiert in Fig. 1 angedeutete Schlüssel 35 in die Aufnahme 22 des Rotors 20 eingesteckt werden kann. Vor dem Einstecken ist die am vorderen Stirnende befindliche Öffnung 23 der Aufnahme 22 durch einen als Staubschutz dienenden federbelasteten Schieber 24 verschlossen. Beim Einstecken des elektronischen Schlüssels 35 wird der Schieber 24 gegen die Druckfeder ins Innere des Rotors 20 gedrückt und gelangt in die Position 24'. Der Schieber 24 besitzt einen Sensor, der die volle Einsteckposition 24' des Schlüssels 35 ermittelt. Dies kann z. B. durch einen im Schieber vorgesehenen Magneten geschehen, der über einen Hall-Sensor die Schlüsselposition ermittelt.

In der vollen Einsteckposition 24' des Schiebers, die in Fig. 1 strichpunktiert angedeutet ist, wird der eingesteckte Schlüssel 35 von zwei radial verschieblichen gefederten Elementen 25 gehalten. Dazu besitzt der Schlüssel 35 die in Fig. 1 ebenfalls strichpunktiert angedeuteten radialen Aussparungen 42 für diese Halteelemente 25. Bei einer Drehung des Rotors 20 in eine mit 46 gekennzeichnete Zwischen-Drehstellung 46 geht die zunächst kraftschlüssige Verbindung zwischen 25, 42 in eine formschlüssige Verbindung über. Letztere liegt auch dann bei den weiteren Arbeits-Drehstellungen 47, 48 gemäß Fig. 2 vor.

Die Drehstellungen 45, 47, 48 können durch ein Federelement 26 zwischen Rotor 20 und Stator 10 definiert sein, wofür im vorliegenden Fall eine gefederte Kugel 26 im Rotor 20 und eine entsprechende radiale Ausnehmungen im Zylinderteil 15 des Stators 10 dienen. Die Drehstellung 47 ist die Arbeitsstellung "Fahrt" für den Motor des Fahrzeugs 40 und die Drehendstellung 48, die bei 125° liegen kann, bestimmt die Arbeitsstellung "Start" für den Fahrzeugmotor. Sofern der Rotor 20 bzw. der in ihm steckende Schlüssel 35 in einer Zwischenposition zwischen den genannten Arbeitsstellungen "angehalten wird", findet eine gefederte "Zwangsrückdrehung" in die jeweils vorherige Position statt. Für diese Zwangsrückdrehung dient ein in Fig. 1 angedeutetes Federglied 27, das zwischen dem Rotor 20 und dem Stator 10 angeordnet ist.

In der Ausgangs-Drehstellung 45 wird der Rotor 20 von einer Drehsperre 28 festgehalten. Diese besteht aus einem im Ausschubsinne federbelasteten Kern des bereits erwähnten Elektromagneten 32, der in der Wand 15 des Stators 10 integriert ist. Die Drehsperre 28 verhindert solange eine Drehung des Rotors 20, bis die Entriegelung einer nicht näher gezeigten elektromotorischen Verriegelung des Lenkrads vom Motorfahrzeug 40 rückgemeldet wird. Diese Drehsperre 15 ist übrigens auch dann aktiv, wenn der Rotor 20 sich in der vorbeschriebenen Arbeitsstellung 47 befindet. Dadurch wird ein unkontrollierter Abzug des Schlüssels 35 verhindert. Auf dem Rotor 20 können sich noch zwei weitere Permanent-Magnete befinden, welche den Beginn der Drehbetätigung, das Erreichen der Zwischenstellung 46 und die Endstellungen 47, 48 einer elektrischen Auswerteeinheit entsprechenden Sensoren melden. Die Sensoren gehören zu einer Steuer- und Auswerteeinheit.

Das erwähnte Rückstellfederglied 27 sorgt dafür, dass der Rotor 20 aus der Start- Arbeitsstellung 48 von selbst wieder in die Fahrt-Arbeitsstellung 47 bewegt wird. Bei der Drehrichtung des Rotors 20 in entgegengesetztem Sinne muss eine Kraft gegen dieses Federglied 27 aufgewendet werden. Die vorerwähnte primäre Transponderspule 31 dient nicht nur der Transponder-Identifikation sondern kann auch die bereits erwähnte Energieübertragung vom Motorfahrzeug 40 auf den elektronischen Schlüssel 35 übernehmen. Es wird Energie sowohl für die Authentisierung des Schlüsselbenutzers als auch für die Aufladung des Schlüssels 35 bei der Verwendung von Sekundärzellen 29 im Schlüssel 35 ausgenutzt.

Der erwähnte Leuchtring 33 befindet sich am vorderen Zylinderende 45 vom Zylinderteil 15 des Stators 10. Er kennzeichnet die Öffnung zum Einführen des elektromagnetischen Schlüssels 35 und kann wirksam werden, wenn sich der Fahrzeugbenutzer oder der Schlüssel dem Zündanlassschalter nähert.

Der vorerwähnte Zusammenhalt zwischen dem Stator 10 und dem Gehäuse 30 wird durch eine rastbare Halterung 50, 51 bewirkt. Diese besteht aus radialen Haltevorsprüngen 50 am Stator 10 und Halteöffnungen 51 am Gehäuse 30.

Bezugszeichenliste

10

Stator

11

erstes Spritzgussmaterial von

10

, Leitungsmaterial

12

zweites Spritzgussmaterial von

10

, Isolationsmaterial

13

Kontaktteil, Stecker

13

' Kontaktteil, Stecker

14

Kontaktteil, Stecker

14

' Kontaktteil, Stecker

15

zylindrischer Teil von

10

, Zylinderteil

16

flanschartiger Teil von

10

17

Ebene von

10

, hinteres Stirnende von

10

18

Verbindungslinie aus

11

zwischen

13

,

31

19

Verbindungslinie aus

11

zwischen

14

,

32

20

Rotor

21

Handhabe an

20

22

Aufnahme in

20

für

35

23

Öffnung von

22

24

Schieber in

20

(Ausgangsposition)

24

' Einschubposition von

24

25

radiales Halteelement für

25

in

22

26

Federelement, gefederte Kugel in

20

27

Rückstellfederglied für

20

gegenüber

10

28

Drehsperre für

20

in

10

29

Akkumulator von

35

30

Gehäuse

31

elektrisches Bauteil, zylindrische Transponderspule

32

elektrisches Bauteil, Spule eines Elektromagneten

33

elektrisches Bauteil, Leuchtring

34

Wandungsteilstück von

10

35

elektronischer Schlüssel, Identifikationsgeber

36

Sekundärspule in

35

37

Kapazität in

35

38

IC in

35

39

Ladeschaltung für

29

in

35

40

Motorfahrzeug

41

Schaltkasten in

40

42

Aussparung in

35

für

25

43

Buchsenelement

43

' Buchsenelement

44

Buchsenelement

44

' Buchsenelement

45

Ausgangs-Drehstellung von

20

(

Fig.

3

)

46

Zwischen-Drehstellung von

20

47

Arbeits-Drehstellung von

20

48

Dreh-Endstellung von

20

49

Endbereich von

15

für

33

50

rastbare Halterung zwischen

10

,

30

, Haltevorsprung an

10

51

rastbare Gegenhalterung zwischen

10

,

30

, Halteöffnung in

30

Claims (8)

1. Elektrischer Zündanlassschalter für Motorfahrzeuge (40)
mit einem ortsfest im Motorfahrzeug (40) angeordneten Stator (10) und mit einem darin drehbetätigbaren Rotor (20),
wobei der Stator (10) ein Kunststoff-Spritzgussteil ist,
eine Aufnahme (22) für einen im Besitz des Fahrzeugbenutzers befindlichen Identifikationsgeber (35) vorgesehen ist,
der Rotor (20) drehbetätigbar ist entweder durch ein am Rotor (20) befindliches manuelles Betätigungsmittel (21), welches aus dem Stator (10) herausragt, oder durch den Identifikationsgeber (35), dessen Aufnahme (22) im Rotor (20) angeordnet ist,
am Stator elektrische Bauteile (31, 32, 33) angeordnet sind,
und elektrische Leitungen die Bauteile (31, 32, 33) im Stator (10) mit elektrischen Anschlussstellen für im Motorfahrzeug (40) vorgesehene Steuerungen und/oder Energieversorgungen (41) verbinden,
dadurch gekennzeichnet,
dass alle elektrischen Anschlussstellen aus in einer gemeinsamen Ebene (17) des Stators (10) angeordneten Kontaktteilen (13, 13', 14, 14') bestehen, die steckverbindbar sind,
dass der Stator (10) aus wenigstens zwei unterschiedlichen Spritzgussmaterialien (11, 12) besteht, von denen das eine Material (11) elektrisch leitend ist und ein Leitungsmaterial (11) bildet, während das andere ein Isolationsmaterial (12) ist,
und dass das Leitungsmaterial (11) im Isolationsmaterial (12) mindestens eine Verbindungslinie (18, 19) zwischen dem einen Pol des jeweiligen elektrischen Bauteils (31, 32, 33) im Stator (10) und dem zugehörigen Kontaktteil (13, 13', 14, 14') bildet und daher die Funktion einer elektrischen Leitung übernimmt.

2. Elektrischer Zündanlassschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die an den Linienenden vom Leitungsmaterial (11) sitzenden Kontaktteile (13, 13', 14, 14') am hinteren Stirnende (17) des Stators (10) angeordnet sind.

3. Elektrischer Zündanlassschalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrischen Bauteile im Stator (10) Spulen (31, 32) umfassen und wenigstens eine dieser Spulen (31, 32) ganz oder teilweise aus dem zum Aufbau des Stators dienenden Leitungsmaterial (11) gebildet ist.

4. Elektrischer Zündanlassschalter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine der Spulen eine Transponder-Primärspule (31) ist, deren Sekundärspule (36) Bestandteil des Identifikationsgebers (35) ist, der sich im Besitz des Fahrzeugbenutzers befindet.

5. Elektrischer Zündanlassschalter nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Spule (32) im Stator (10) Bestandteil einer Drehsperre (28) des Rotors (20) ist.

6. Elektrischer Zündanlassschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass im Spritzgussmaterial des Rotors (20) Permanent- Magnete angeordnet sind, mit welchen seine jeweilige Drehlage (45, 47, 48) im Stator (10) ermittelt wird.

7. Elektrischer Zündanlassschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (10) an seinem vorderen Ende (49) einen Leuchtring (33) aufweist, dem als elektrische Leiter ebenfalls Verbindungslinien (18, 19) aus Leitungsmaterial (11) in der Wandung des Stators (10) zugeordnet sind.

8. Elektrischer Zündanlassschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Identifikationsgeber ein elektronischer Schlüssel (35) ist.