DE3511600A1 - Schiebeschalter - Google Patents

Description

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Beschreibung

Die Erfindung betrifft einen Schiebeschalter der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art.

Bei elektrischen Geräten sind manuell betätigbare mehrpolige Schiebeschalter zur Funktionseinstellung bekannt. Sie finden beispielsweise als Funktions-ümschalter in Geraten der Elektronik Verwendung. Bei diesen Geräten werden die betreffenden Schalter meist durch Drucktasten über die Ausnutzung von deren Hubbewegung oder aber durch an der Geräteaußenseite angeordnete Schiebegriffelemente betätigt. Bei den bekannten Schaltern sind die von den leitenden Bereichen der beweglichen Schaltschieber zu berührenden Kontaktfedern senkrecht stehend in die Leiterplatten eingelötet, wobei der Schaltschieber zwischen den Kontaktfedern in Schieberichtung bewegt wird.

Diese Anordnung hat jedoch den Nachteil, daß einerseits die stehenden Kontaktfedern einzeln eingelötet werden müssen und zum anderen der Schaltschieber ebenfalls mit einem flachen - leitende Bereiche aufweisenden Element versehen sein muß, welches innerhalb der Federn verschiebbar gelagert ist. Ferner ist nachteilig, daß mehrere parallel betätigbare Schaltschieber im wesentlichen nur mit ein und derselben Platine, die in der Schaltebene angeordnet ist, in Wechselwirkung kommen, wobei es konstruktiv schwierig zu realisieren wäre, daß das Betätigungselement durch entsprechende Ausnehmungen hindurch zu benachbarten Platinen übergreift, um auch dort Schaltvorgänge zu bewirken. Eine

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derartige Anordnung wäre schon von den bei der Montage auftretenden Schwierigkeiten her kaum kostengünstig zu fertigen.

Die Anordnung der feststehenden Teile des Schalters einschließlich der Leiterzuführungen in der Ebene einer Leiterplatine bedingt, daß für den Schalter - insbesondere bei komplexen auszuführenden Schaltvorgängen - ein wesentlicher Flächenbedarf reserviert bleiben muß, der einer kompakten Bauform eines Gerätes entgegensteht, da, wenn beispielsweise die zwischen Schaltern an der Geräteaußenseite freibleibenden Flächen noch zusätzlich für Anzeigen und dergleichen genutzt werden sollen, die betreffenden mechanischen oder elektrischen Zuführungsverbindungen für diese Funktionen kompliziert verschachtelt um einander herumgeführt werden müssen.

Demgegenüber liegt der in Anspruch 1 angegebenen Erfindung die Aufgabe zugrunde ein Schalterkonzept zu finden, welches sich unter der Verwendung eines Minimums von Teilen auf engstem Raum verwirklichen läßt.

Der Erfindung liegt dabei die Erkenntnis zugrunde, daß durch die Verwendung von U-förmigen Kontaktelementen, welehe seitlich auf der Kante einer beidseitig mit Leiterbahnen kaschierten Platine "reiten" eine Vereinfachung schon deshalb erzielt wird, weil die zum Auslösen von Schaltvorgängen an unterschiedlichen Stellen der Platine anzuordnenden zu trennenden bzw. zu verbindenden Kontaktfedern nicht in der horizontalen Ebene nebeneinander auf der Leiterplatte Raum benötigen, sondern daß die doppel-

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seitige Leiterkaschierung der Platte ausgenutzt werden kann, um an ein und derselben Stelle der Platte beide Kontaktflächen "zu versorgen". Bei der bekannten Anordnung würde ein stehend eingelötetes Federelement zwar auch beide Leiterschichten erreichen, müßte aber - weil eine derartige Kontaktierung in den meisten Fälle nicht funktionsnotwendig ist - von einer der Leiterflächen durch Unterbrechung der Leiterbahnen isoliert werden, was aufgrund der notwendigen den Lötpunkt umgebenden ringförmigen Aussparung des Leitermaterials zusätzlich Raum erfordert.

Von besonderer Bedeutung ist, daß der Raum im Bereich der Kante einer elektronischen Schaltungsplatine aus konstruktiven Gründen ohnehin keine eingelöteten Bauelemente enthalten darf und somit für die hier dargestellten Zwecke v frei ist.

Die U- bzw. omegaförmigen Kontakte werden in einem entsprechenden Schaltschieberelement geführt, wobei dessen lineare Erstreckung den Zugang zu unterschiedlichsten Bereichen der Leiterplatte ermöglicht, ohne den Einbau von Bauelementen zu behindern. Sind die zu bedienenden Kontakte dagegen auf einer Leiterplattenfläche stehend eingebaut, so würde eine mechanische Verbindung von unterschiedlichen Kontaktbereichen untereinander den Einbau von Bauelementen erheblich behindern, da insbesondere großvolumige Bauelemente durch die notwendige räumliche Unterbrechung bei im übrigen kompakter Bauweise einfach keinen Platz mehr finden.

Durch mechanische Entkopplung der U-förmigen Kontaktelemente in anderen Richtungen als es der Schieberichtung

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zur Betätigung in der Funktion als Schalter entspricht, lassen sich von einem extern geführten Schiebegriffeleraent die mechanischen Antriebsvorgänge mit den notwendigen Toleranzen auf den Schaltschieber übertragen, wobei das Schiebegriffelement mit dem Gehäuse verbunden bleiben kann und engtolerierte Kraftübertragungsflächen bevorzugt lediglich in Schieberichtung aufweist. Da das Griffelement durch entsprechende Ausnehmung im Gehäuse geführt wird, lassen sich hier auch in günstiger Weise labyrinthartige Kriechstrecken zur Erzielung der funktionellen Sicherheit vorsehen, was insbesondere bei kompakten Meßgeräten für Hochvolt-Anwendungen von wesentlicher Bedeutung ist.

Die U- oder omegaförmigen Federelemente justieren sich völlig selbstätig und üben auf beide Kontaktflächen eine identische Druckkraft aus. Die einzelnen Elemente sind bezüglich ihrer Führung quer zur Schaltrichtung völlig unabhängig voneinander.

Bei gestapelter Anordnung der Platinen läßt sich mit einem einzigen Griffelement eine Mehrzahl von Schaltschiebern betätigen, welche auf unterschiedliche Platinen einwirken, so daß bei einer vorteilhaften Weiterbildung entsprechend den jeweiligen Anforderungen für komplexe mehrere Schaltstufen beeinflussende Umschaltungen im Zusammenhang mit einer Betriebsarten-Umschaltung etc. ein Zugriff zu mehreren Platinen bei kompakter Bauform möglich ist. Eine derartige Lösung wäre bei konventioneller Schaltertechnik kaum zu realisieren. Die Platinen können trotzdem entsprechend den am Markt erhältlichen Bauelementen der Mikroelektronik relativ eng benachbart vorgesehen sein, da die

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Schaltschieber ebenfalls eine nur kleine Bauform aufweisen. Durch das Vorsehen einer mechanischen Schalteranordnung, mit der sich umfangreichste Schaltvorgänge ausführen lassen, wird kaum zur Vergrößerung des Bauvolumens des fertigen Geräts beigetragen.

Da die Toleranz in Schieberichtung bei der Kraftübertragung relativ klein gewählt werden muß, werden - bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung - die Schaltrasten ebenfalls mit dem Gehäuse in Form von Stiften oder Verzahnungen verbunden, so daß hierfür keine zusätzlichen Maßnahmen auf den Schaltplatinen getroffen werden müssen. Derartige Rastungen lassen auf Schaltungsplatinen nur mit relativ aufwendigen Maßnahmen erzeugen, während sie an einem Kunststoffgehäuse ohne weiteres mit angespritzt werden können.

Bei einem Meßgerät nach Art eines universellen Signalverarbeitungsgerätes mit einem flachen rechteckigen Gehäuse wird der erfindungsgemäße Schiebeschalter an einer der Schmalseiten angebracht und läßt sich dort ergonomisch günstig - beispielsweise mit dem Daumen - betätigen, wenn das Gerät in der Hand gehalten wird. Dabei ist die gesamte Frontfläche dem Blick der Bedienungsperson freigegeben und mit der anderen Hand können über an der Frontfläche vorhandene Betätigungselemente weitere Umschaltungen im Geräteinneren vorgenommen werden, welche allerdings bevorzugt softwaremäßige Umschaltungen im Meßprogramm bewirken, während das hier vorgestellte erfindungsgemäße Schalterkonzept bevorzugt auf den Signalweg in der Weise Einfluß nimmt, daß vollständige galvanische Trennungen erzeugt

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werden, welche durch programmgesteuerte Schaltelemente nicht ohne weiteres bewirkt werden können.

Durch eine transparente Frontfläche lassen sich die Einstellelemente des Schiebeschalters und insbesondere auffällige Kennzeichnungen erkennen, so daß - bevorzugt mit entsprechenden Termometersskalen - die Einstellung des Schalters jederzeit kontrolliert werden kann, ohne daß der Blick erst der Seitenfläche des Gerätes zugewandt werden muß, wo die Einstellung des Schalters ohnehin schlecht erkennbar wäre, da der mechanische Betätigungsgriff in seinen verschiedenen Stellungen jeweils einen Teil der auf den dort zur Verfügung stehenden Flächen aufgebrachten Symbole und Bezeichnungen verdecken würde.

Abschirmungen für die Schaltkontakte, welche zur Sicherstellung des ungestörten Betriebs des Gerätes erforderlich sind, lassen sich in U-fÖrmiger Ausgestaltung und dabei die ebenfalls U-förmigen Kontakte innerhalb des Schalt-Schiebers flächenhaft übergreifend - ober- und unterhalb der entsprechenden vom Schaltschieber beeinflußten Bereiche der Leiterplatine anbringen, wobei entsprechend einer bevorzugten Ausführung der Erfindung die bewegliche U-förmige Abschirmung, welche mit dem Schaltschieber verbunden ist, mittels Schleifern den notwendigen Kontakt zu den auf der Platine oberhalb und unterhalb fest angebrachten oder als Leiterbahnen auf der Karte ausgebildeten Abschirmungen herstellt.

Die Führung des Griffelements für den Schaltschieber erfolgt durch ein Gleitstück bevorzugt in der Weise, daß

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die Schienen an einer Trennstelle des Gehäuses gebildet werden, so daß das Griffteil vor der Montage des Gehäuses eingelegt und beim Verbinden der Gehäuseteile (mit Ausnahme der Schieberichtung) fixiert ist. Auch diese Schienen tragen durch ihre in verschiedenen winklig zueinander stehenden Oberflächen zu einer Vergrößerung der zur elektrischen Sicherheit notwendigen Kriechstrecken bei.

Der Schiebeschalter läßt sich auch bei abgenommenem Gehäuse zu Prüfzwecken einsetzen, so daß die komplette Funktion des Gerätes auch bei abgenommenem Gehäuse für Montage und Service sichergestellt ist.

Bei der hier beschriebenen Gerätegattung bestehen bei der Konstruktion besondere Schwierigkeiten. Da extrem wenig Raum zur Verfügung steht und die Komplexität der Schalterfunktionen vergleichsweise sehr hoch ist und da zusätzlich der Bedienungskomfort, das Design und die Sicherheit von diesem Konstruktionselement berührt werden, mußte der Schalter somit nach teilweise völlig neuen Konstruktionsprinzipien entwickelt werden.

Bekanntlich werden in üblichen Meßgeräten, selbst in kleine "Hand-Held" Ausführungen, Schalter meist als Kauf- oder Zubauteile fremdbezogen. Das hat den Nachteil übergroßer Volumina und den Zwang zur Ausbildung von Durchbrüchen und Schalterformen nach den Gegebenheiten der ausgewählten Standardelemente zur Folge.

Andererseits sind Schalterelemente vielfach Ursache mangelnder Zuverlässigkeit von Geräten. Einen Schalter zu

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entwickeln, der den speziellen Erfordernissen nach Dichte und Komplexität moderner Schaltungen sowie nach kostengünstiger Herstellung und zuverlässiger Reproduzierbarkeit in der Fertigung gleichzeitig gerecht wird, ist eine im Hinblick auf ein zu schaffendes Gerätegesamtkonzept wesentliche Aufgabe, zumal von dem erfindungsgemäßen Schalter eine Reihe physikalischer und technologischer Anforderungen gleichzeitig erfüllt werden, die im folgenden aufgezählt sind:
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Der Schalter soll ein kleines Bauvolumen aufweisen.

Es sollen Rastmöglichkeiten vorhanden sein.
Es sind möglichst wenig Bauteile zu verwenden.

Es sollen möglichst geringe Toleranzanforderungen an die Einzelteile gestellt werden.

Die verwendeten Materialien sollen für den Bereich der Elektronik und Feinmechanik gängig sein.

Die Herstellung soll in allen ihren Schritten reproduzierbar sein.
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Der Schalter soll Verbindungselemente enthalten zur Erzeugung von Brücken zwischen in Abständen vorgesehenen feststehenden Kontakten.

Der Schalter soll mit den elektronischen Leiterplatten fest verbunden werden können, wobei die

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festehenden Kontakte Brücken zwischen Leiterbahnen auch in relativ größeren Abständen bilden sollten.

über Federelemente soll ein gewisser Kontaktdruck ausgeübt werden können.

Die Kontaktgabe soll möglichst flächig erfolgen.

Es sollen möglichst oxydationsfreie Oberflächen zur Verfügung stehen.

Die Materialien sollen korrosionsfrei sein.

Der Schalter soll einen Selbstreinigungseffekt aufweisen.

Der Schalter soll abriebsicher sein, d.h. keine metallenen Abfälle dürfen durch Abrieb entstehen und die Reibung sollte möglichst gering jedoch zur Selbstreinigung ausreichend sein.

Der Schalter soll möglichst tolerant gegenüber Fertigungsstreuungen aufgebaut sein, d.h. die elektrischen Kontaktflächen dürfen nicht durch die Toleranzen der mechanischen Fertigung beeinflußt werden.

Die auf das Betätigungselement des Schalters ausgeübten Kräfte müssen gegenüber den Kontaktelementen entkoppelt sein.
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Alle diese Forderungen erfüllt der erfindungsgemäße Schalter in überraschend einfacher Weise. Darüber hinaus ergeben sich noch die wesentlichen Vorteile:

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Ein Schiebeschalter in einem rechteckförmigen Handmeßgerät ist leichter zu bedienen als ein Drehknopf, der immer eine zweite Hand zum Festhalten des Gerätes erforderlich macht. Die Kontaktelemente können am Rande der Karte so untergebracht werden, daß sie den übrigen Aufbau des Gerätes nicht stören und ferner kann die Anordnung des Schalters so erfolgen, daß die Schalterknöpfe im wesentlichen den Raum der Gehäusewandung einnehmen. Damit wird das gesamte Innenvolumen des Gehäuses kaum beeinträchtigt und bleibt für andere mechanische Einbauten erhalten.

Auf diese Weise tragen die hier dargestellten Schaltelemente wesentlich zu einem universellen Meßgerätekonzept bei, welches es gestattet, in ein und demselben Gehäuse unter Verwendung weitgehend überstimmender elektronischer Schaltungsplatinen ein Geräteprogramm zur Erfüllung unterschiedlichster Meß- und Prüf- sowie Signalverarbeitungsfunktionen zu realisieren.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet bzw. werden nachstehend zusammen mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführung der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigen:

Figur la das Ausführungsbeispiel in zusammengesetztem Zustand und

Figuren Ib bis d das Ausführungsbeispiel gemäß Figur la in einer Explosionsdarstellung,
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Figur 2 eine Draufsicht des Gerätes,

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Figur 3 einen in Figur 2 angegebenen perspektivischen Querschnitt (B-B) durch das zusammengefügte Gerät und

Figur 4 eine vergrößerte Detaildarstellung eines Schaltelements.

Die Beschreibung der konstruktiven Ausführung erfolgt unter gleichzeitiger Bezugnahme auf die verschiedenen Figuren, welche die Bauelemente in unterschiedlichen Ansichten - als Explosionsdarstellung oder montiert zeigen. Die Beschreibung erfolgt in der Reihenfolge der späteren Montage, wobei diese - wie nachfolgend ausgeführt werden wird - jedoch in invertierter Lage des Gerätes mit der Tastatur nach unten auf diese aufbauend erfolgt.

Bei dem dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiel ist eine Folientastatur 1 vorgesehen, die aus mehreren Isolier- und Leiterschichten besteht, wobei einzelne Bereiche der internen matrixförmigen Leiteranordnungen durch Druck auf die entsprechenden Oberflächenbereiche miteinander in Berührung kommen und somit Drucktaster eines Tastenfeldes bilden. Die Folientastatur weist weiterhin auf der Frontseite Beschriftungen auf, die über die jeweiligen Kontaktbereiche des Tastenfeldes auszulösenden Funktionen bezeichnen. Auf der Frontplatte sind zusätzlich weitere Kennzeichnungen 2 angebracht, welche Funktionspositionen von weiteren Schaltelementen bezeichnen, die an den Seitenwänden des Gehäuses angebracht sein Durch weitere Aussparungen sind die Positionen der betreffenden Elemente von oben her ablesbar, wenn diese Teile bewegliche Anzeigeelemente in Form von Skalenzeigern oder dergleichen tra-

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gen. Die Kennzeichnungen umrahmen eine Aussparung für ein Display. Sämtliche für die Bedienung und Ablesung optisch aufzunehmenden Informationen werden somit an der Oberseite des Gerätes - dem Bediener zugewandt - dargeboten. Eine Lasche 3 trägt in Form von parallelen Leiterbahnen alle Anschlüsse für die Folientastatur.

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist eine die Folientastatur tragende Frontplatte 4 insgesamt aus einem hochtransparenten Kunststoff geformt und umfaßt damit einstückig folgende Elemente: ein Fenster 14 zum Durchblick auf das Display, ein weiteres Fenster als Skalenfenster 18 zum Durchblick auf die beweglichen Anzeigeelemente der Schaltelemente, soeit eine Fläche 16 zur Aufnahme der Folientastatur 1. Neben diesen Funktionen besteht die hauptsächliche Aufgabe der Frontplatte 3 darin, das Gehäuse nach oben hin abzuschließen.

Damit wird erreicht, daß aufwendige Montagevorgänge und das separate Einsetzen von transparenten Fenstern sowie von Tasteneinzelteilen entfallen - wie es weiter unten im einzelen dargestellt werden wird. Auch entstehen keine schädlichen Kriechstrecken.

Die Frontplatte 4 wurde zur vorteilhaften Anwendung von aufklebbaren Folientastaturen so gestaltet, daß das rechteckförmige Anzeigefenster 14 für das Display aus der sonst ebenflächigen Frontplatte um wenige Millimeter hervortritt und daß die übrige Fläche des die Frontplatte 4 bildenden Kunststoffteiles um Teile eines Millimeters abgesenkt ist.

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In diese flächige Absenkung ist die Ausparungen aufweisende und im übrigen undurchsichtige Folientastatur 1 eingeklebt, so daß ausschließlich das Anzeigefenster 7 und Skalen 4, die sich neben diesem Anzeigefenster befinden, transparent bleiben. Der elektrische Anschluß der Tastatur 1 erfolgt bevorzugt in der Weise, daß die für die Sicherheit der Bedienungsperson einzuhaltenden Kriechstreckenbedingungen durch eine entsprechend ausgebildete Kontaktierung der Innenschaltungen des Gerätes eingehalten werden können.

An den beiden Stirnseiten befinden sich schmale, rechteckförmige Ausnehmungen 19, die die rechteckförmigen Platten 35 und 40 zur Halterung von Verbindungselementen 38, 39 und 43 aufnehmen können.

Ferner sind an der Innenseite der Frontplatte 4 vier durch Löcher 15 gekennzeichnete Aufnahmedome zum Anschrauben einer Anzeigekarte 30 vorgesehen. Weiterhin befindet sich - in etwa benachbart der Mitte der Tastatur - ein Montagezapfen 10 als Zentrierung und Aufnahme für die der einzelnen in dem Gerät vorhandenen Leiterplatten 20, 60 und 70.

An den vier Ecken der Innenseite der Frontplatte sind vier Zapfen 8, die je eine Innenbohrung aufweisen, angebracht, die später zur Aufnahme der Verschraubung des Gesamtgehäuses dienen. Ferner ist in der Frontplatte 4 im unteren Teil ein Schlitz 5 vorgesehen, durch den die bandkabelförmig ausgebildeten Kontakte 3 der Tastatur 1 geführt und an der Innenseite über kleine Zapfen 6 aufgenommen werden

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können, die als Montagehilfe dienen. Die Zapfen 8 weisen Sackbohrungen mit Gewinde auf, welche Schrauböffnungen enthalten, die zur Geräteinnenseite hin offen sind.

Durch die geschlossene Ausführung der Frontplatte ist die Geräteoberseite hermetisch geschützt. Das die Frontplatte 4 ein in sich geschlossenes isolierendes Kunststoffteil bildet, wobei eventuelle Kriechstrecken stets dessen äußeren Kantenbereich einschließen und sich somit ohne weiteres eine ausreichende Berührungssicherheit nach den entsprechenden Vorschriften ergibt, was bei einer Ausgestaltung mit separaten Tasten- und Fenstereinsätzen nicht realisierbar wäre.

Die Folientastatur 1 ist von der Frontseite her auf die Frontplatte 4 geklebt und dabei das Bandkabel 3 durch den eben erwähnten Schlitz 5 derart geführt, daß es in das Innere des Gerätes weist, so daß die Frontplatte 4 mit der Frontseite nach unten auf einfache Weise in eine so gebildete Montageaufnahme eingefügt ist. Das Bandkabel 3 ist in zwei kleine Aufnahmezapfen 6 eingesetzt, wobei ein Zebragummi 11 von zwei kleinen rahmenförmigen Justierelementen aufgenommen wird mit einer benachbarten Controller-Karte 20 verbunden ist. Der Schlitz in der massiven Frontplatte 4 ist dabei so angeordnet, daß beim im wesentlichen geradlinigen Hindurchstechen auf der benachbarten Controller-Karte keine Bezirke getroffen werden können, welgefährliehe Spannungen bzw. Ströme führen. Die zu Kontaktelementen 22 führenden Verbindungen auf der Leiterplatte 20 sind mit Schutzwiderständen R versehen, welche hochohmige Wirkwiderstände bilden und sicherstellen, daß alle

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Leiter in der entsprechenden Außenzone der Platte 20 einschließlich Folienleiter 3 und Folientastatur 1 geschützt sind. Der Bereich der hochspannungsfesten Widerstände R ist kriechstrecken- und leiterbahnfrei.

Die erste der elektronische Baulelemente tragenden Schaltkarten, hier Controller-Karte genannt, ist über einen Zapfen 10 gesteckt, an den beiden Schraubenzapfen festgeschraubt und durch elastische Rohrstücke 9 fixiert.

Auf der Controller-Karte 20 befinden sich zwei weitere Zebragummianordnungen 22 und 23. Die eine dient der Aufnahme der Folientastaturkontakte 22, die andere 23 der Kontaktierung mit der Anzeigekarte 30, die mittels zweier Schrauben 12 befestigt ist.

Eine weitere mittlere Karte 60 ist zusammen mit Schalterelementen 50, 47, 40, 52, 49, 41, 50, 47, 40, 52, 49, 41, 53 und 54 auf die durch mittels der untenliegenden Frontplatte Montagevorrichtung 4 in der Weise aufgesteckt, daß die Kriechstreckenleisten 19 an den jeweiligen Längskanten der Frontplatte gleichzeitig als Schiebevorrichtung für die Schalter dienen.

Zuoberst ist eine den Mikroprozessor tragende Leiterkarte 70 - ebenfalls über den mittleren Zapfen 10 aufgesteckt und durch elastische Distanzröhrchen befestigt. Die Stirnplatten 75 und 80 mit sind mit den Steckern eingesetzt und verlötet.

Das eigentliche Gehäuse wird durch das Gehäuse-Unterteil 85 gebildet. Es ist als Kunststoffteil so ausgeformt,

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daß es als Gegenstück zur Frontplatte 4 seitlich Aussparungen 89 zur Aufnahme der Schiebeschalter aufweist. Weiterhin sind Aussparungen 90 zur Aufnahme von Stirnplatten 75 und 80 und von Gehäuseschrauben 86 vorhanden.
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Das Gehäuse-Unterteil 85 ist aus einem undurchsichtigen Kunststoff gefertigt und enthält an allen Außenkanten Kriechstrecken bildende Ausformungen in Gestalt von tiefen U-förmigen Rillen 91 oder in Form von zusätzlichen Flächen, die - in das Gehäuseteil eingelassen - von außen nicht zugänglich sind.

Die vier Aufnahmezapfen 92 für die Gehäuseschrauben 86 sind derart ausgebildet, daß sie ihrerseits die Zapfen 8 der Frontplatte 4 rohrförmig umschließen, um diesen bei der Verschraubung von Kunststoffteilen zusätzlichen Halt zu geben.

Die Auflageflächen für die Gehäuseschrauben 86 sind tiefer gesetzt, um zum einen dem Sicherheitsaspekt durch eine zusätzliche Kriechstrecke Rechnung zu tragen und um zusätzlich in die Hohlzylinder der Schraubenzuführungsbohrungen zylinderförmige Abdeckteile 88 eindrücken zu können, die als Maßnahmen gegen unbefugtes öffnen, Garantiezwecken und der Sicherheit dienen.

Das Gehäuse 85 hat an seiner Bodenplatte am Rand der Seitenflächen eine Anzahl zylinderförmiger Zapfen 93, die mit dem Boden ausgespritzt werden. Diese Zapfen dienen zur Rastung der Schiebeschalter, die an diesen massiven Zylindern entlanggleiten und damit akustisch und mecha-

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nisch bei Betätigung der Schiebeschalter den Rasteffekt melden.

Diese Rastelemente können bei einer alternativen Ausführung auch in der Frontplatte 4 vorgesehen werden. Bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel wurden sie aus Gründen der räumlichen Anordnung der übrigen Bauelemente in das untere Gehäuseteil verlegt.

Geometrisch dem Zapfen 10 der Frontplatte 4 gegenüberliegend ist eine tellerförmige Aufnahme 94 zu Justagezwecken vorgesehen.

In mehr- d.h. zwölfkantige seitliche Rastungen des Gehäuseunterteils 85 ist ein Aufstellständer 95 aus transparentem Werkstoff in unterschiedlichen Winkelstellungen anfügbar, so daß ein günstiger Betrachtungswinkel entsprechend den Beleuchtungsbedingungen frei gewählt werden kann. Der Aufstellständer 95 läßt sich in um 180° gedrehter Position auch als Abdeckung für die Tastatur verwenden und schützt vor unerwünschten Fehlbedienungen. Füße 96 schützen de Ständer vor dem Verkratzen. Ein Typenschild 97 ist in den Aufstellständer eingelassen und ist in der Abdeckungsposition sichtbar.

In den Teildarstellungen gemäß Figur 3 und der Explosionsdarstellung gemäß Figur Ic ist die Schalterbaugruppe erkennbar. Sie stellt ein wesentliches Konstruktionselement in allen elektronischen Geräten, insbesondere aber in Meßgeräten, dar. Durch günstige Konstruktion dieser Baugruppe lassen sich die Kosten, das Design und die Zuver-

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!Lässigkeit eines Gerätes in wesentlichem - meist nicht vorher einschätzbaren - Umfang bestimmen.

Bei der hier beschriebenen Gerätegattung in "Hand-held"-Ausführung bestehen bei der Konstruktion besondere Schwierigkeiten. Durch die gewählte konstruktive Lösung wird einer großen Anzahl von konstruktibven Schwierigkeiten auf engstem Raum Rechnung getragen, wobei sich die gefundenen Maßnahmen in erstaunlicher Weise gegenseitig fördern.

Ausgehend von der Überlegung, daß Leiterkarten in gedruckter Ausführung heute das wesentliche Verbindungselement für elektronische Bauteile darstellen, wurden die Kontaktflächen 62 direkt in einer geometrisch günstigen Form auf die Leiterkarte 60 gebracht. Ein an sich bekanntes Konzept wurde hier in der Weise abgewandelt, daß an den Längsseiten 69 der Karten zum einen auf der Oberseite und zum anderen auf der gegenüberliegenden Unterseite als Kontaktflächen so angeordnet, daß eine in Richtung der Kartenkanten U-förmig gebogene Feder 53 jeweils die Kontaktflächen auf der Oberseite mit entsprechenden Gegenkontaktflachen auf der Unterseite verbinden kann.

Da die U-förmig gebogene Feder 53 durch das Aufschieben auf den Kartenrand 69 von selbst aufgebogen wird, erzeugt ihre Rückstellkraft den nötigen Kontaktdruck. Die aus einem leitenden Federwerkstoff bestehende U-förmig gebogene Feder 53 kann somit jeweils in einer bestimmten Position die entsprechenden Kontaktflächen 62 der Oberseite mit denen der Unterseite der Karte verbinden.

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Werden die einzelnen Kontaktflächen 62 auf der Ober- und Unterseite der Karte 60 mit den übrigen Schaltungsteilen derart verbunden, daß sie die jeweils erforderlichen Verbindungskonfigurationen bei einer translatorischen Bewegung der Kontaktfeder 53 in Richtung der Kartenlängskante 69 positionsweise erreichen, so läßt sich ein stellungsabhängiger Schiebeschalter aus diesem Grundelement entwickeln.

Werden mehrere solcher Federn 53 in einem Schalterbügel 50, 52, 50, 52 in gewissen Abständen so untergebracht, daß sie, parallel geführt, die Kontaktelemente 62 auf der Ober- und der Unterseite jeweils in der gleichen Konstellation verbinden, kann man mit einem derartigen Schalter und seiner positionsabhängigen Bewegung mehrere Kontaktelemente 62 gleichzeitig öffnend oder schlie-ßend verbinden und auf diese Weise komplexe Schaltfunktionen erfüllen.

In den Schalterbügeln 50, 52, 50, 52 sind jeweils eine Anzahl von quaderförmigen Aushöhlungen (beispielsweise 51) vorgesehen, in die Kontaktfedern 53 eingesteckt werden können. Diese Aushöhlungen sind derart gestaltet, daß die Feder 53 einen genügenden mechanischen Freiheitsgrad in Bewegungsrichtung senkrecht zur Karte 60 aufweist, um Maßtoleranzen, die die Position der Karten 60 selbst und die des bewegten Schalterbügels 50 betreffen, keinen Einfluß auf die Kontaktsicherheit, d.h. auf die Position der Kontaktfedern 53 nehmen können. Auf diese Weise ist sichergestellt, daß die Position der Federn 53 ausschließlich durch die Geometrie der Karte 60 und nicht durch die Lage des Schalterbügels 50 bestimmt wird.

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Allerdings ist der Schalterbügel 50 so ausgeformt, daß bei einem Verschieben des Schalterbügels in Richtung der Längskante 69 der Karte 60 die Federn 53 mitgenommen werden können, um so die anderen Schaltpositionen parallel geführt erreichen zu können.

Praktisch muß also der Schalterbügel 50 um einige Millimeter senkrecht zur Karte 60 bewegt werden können, ohne daß die in ihm gelagerten Kontaktfedern 53 von den Kontaktflächen 62 abheben. Andererseits müssen die Seitenkanten der Federn durch den Kontaktbügel bei geringster Reibung schrittweise geführt werden können. Das bedingt gratfreie Schnittflächen an den Seitenkanten der Federn und hochpolierte Seitenflächen des aus einem isolierenden Kunststoff hergestellten Schalterbügels.

In der hier vorliegenden Ausführung ist dieser Schalterbügel mit einem zusätzlichen metallenen Formteil, z.B. einem Stanzteil 47 umgeben, das in dem hier vorliegenden Applikationsfall der Abschirmung dient.

Wird der Schalterbügel 50 und das darüber gestülpte Schirmteil 47 mit einer Schraube 54 in den Schalterknopf 40 gesteckt und darauf mit der selbstschneidenden Schraube 54 festgezogen, dann bildet der Schalterknopf 40 zusammen mit dem Schirmteil 47, dem Schalterbügel 50 und den in den Schalterbügel einmontierten Schalterfedern 53 das eigentliche Schalterelement.

Kann auf die Schirmung der Schaltkontaktfedern 53 verzichtet werden, können gegebenenfalls auch die Schalter-

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knöpfe und die Schalterbügel aus je einem einzigen zusammenhängenden Kunststoffteil gefertigt werden.

Der Schalterknopf 40, 41 erfüllt gleichzeitig mehrere Funktionen. Er ist einerseits so ausgebildet/ daß sein Schalterknopf - der Funktion eines Schiebeschalters entsprechend - durch die großflächige Ausführung gleichzeitig als Sichtblende für den beim Schiebeschalter notwendigerweise vorzusehenden Schiebeweg-Schlitz 89 darstellt.

Da der Schalterknopf von der äußeren Seite des Gerätes zugänglich sein muß, wurde bei der hier vorliegenden bevorzugten Ausführungsform mit der Sichtblendwirkung auch Erfüllung der Kriechstreckenbedingungen verknüpft.

An der äußeren Seite des Schalterknopfes befindet sich eine übliche Riffelung, um den zur Bewegung notwendigen Kraftschluß mit den Hand- oder Fingerflächen zu erzeugen.

Die mechanischen Innenteile des aus einem Kunststoffstück bestehenden Schalterknopfes sind dabei so ausgeführt, daß sie schienenförmig in den Schlitzen des Gehäuses geführt werden können.

An der Unterseite des Schalterknopfes - in das Innere des Gerätes weisend - sind zwei durch Federarme beschreibbare Elemente 43 erkennbar, die als Rastfederelemente 44 wirken. Die Enden der blattfederförmig ausgebildeten Rastfeder 43 sind zylindrisch derart gestaltet 44, daß sie mit den Zylinderzapfen 93, die sich im Gehäuse 85 befinden, eine Rastung bilden.

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Ferner befindet sich an der oberen Seite - ebenfalls in das Gehäuseinnere weisend - ein Steg 42 an dem Schalterknopf , der im Inneren des Gerätes zur Aufnahme von Positionsanzeigeelementen 45 bzw. 46 dient. Diese Positionsanzeigeelemente dienen später zusammen mit dem transparenten Frontteil 4 zur Anzeige innerhalb der Geräteskala.

In dem hier beschriebenen Anwendungsfall für den erfindungsgemäßen Schalter sind vier komplexe Schalterbaugruppen vorgesehen, die trotzdem insgesamt nur wenig Raum einnehmen. Das sind die beiden Betriebsartenschalter mit den Schalterknöpfen 41 und die beiden Meßbereichsschalter mit dem Schalterknopf 40.
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Ferner konnte erreicht werden, daß die eigentlichen Kontaktfedern 53 - unabhängig von etwaigen Toleranzen in ihrer Position ausschließlich durch die Position der Karte 60, auf der sich die Kontaktflächen 62 befinden, bestimmt werden.

Der Schiebeschalter und die mit ihm bewegten Kontaktfedern 53 sorgen für eine bestimmte Selbstreinigung der Kontaktelemente 62. Ihr Kontaktdruck ist durch die Ausbildung der Feder bestimmbar. Damit ist der Abrieb auf den Kontaktflächen in Grenzen zu halten.

Da der Kontaktknopf gleichzeitig die Funktionen Blende, Schiebeführung, Rastung, Verbindungselement zum Schalter und Trägerelement für die Positionsanzeige 45 und 46 darstellt und mit dem Kunststoff-Gehäuse 85 die Rastung bil-

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det, lassen sich relativ komplexe Funktionen mit geringem konstruktiven Aufwand erfüllen.

Der Schiebeschalter des hier beschriebenen Ausführungsbeispiels weist zunächst eine zusätzliche konstruktive Besonderheit auf. Ein linear bewegliches Schaltelement ist im allgemeinen nur mit einem gewissen Mehraufwand zu schirmen. Da bei einem Drehschalter die Schaltbewegung ausschließlich über eine Achse vollzogen wird und diese ohne weiteres durch ein in einem Schirmgehäuse vorgesehenes Loch geführt werden kann, ist normalerweise ein Drehschalter in der Anwendung für ein Meßgerät - zumal wenn dieses wie in dem vorliegenden Fall für eine sehr breitbandige Anwendung vorgesehen ist - bezüglich des Schirmungsaufwandes und der Schirmungssicherheit überlegen. Durch die Einfügung jeweils eines mit zusätzlichen Schiebekontakten 48 versehenen Schirmbleches 47 über dem Schaltbügel 50 konnte dieser Schwierigkeit in konstruktiv überraschend einfacher begegnet werden.

In Figur 4 ist das Prinzip des erfindungsgemäßen Schalters noch einmal separat vergrößert wiedergegeben.

Auf einem Isolierstoffträger 401 sind an der Ober- und Unterseite getrennte Kontaktflächen 402 und 403 angebracht, welche durch vergoldete Leiterbahnen gebildet sind. Zwischen den Kontaktbereichen sind Ausnehmungen 404 vorgesehen, die dafür sorgen, daß Abrieb sich nicht zwischen die Kontaktflächen absetzen und somit Brücken bilden kann.
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Ein omegaförmiges Kontaktelement 405 umklammert die Kante der Leiterplatte 401 und verbindet die einander gegenüber-

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liegenden Kontaktbereiche. Das Kontaktelement wird durch die Leiterplatte geführt und übt auf beide Kontaktflächen gleich große Kräfte aus. Das Kontaktelement hat die einfachste - seinem Zweck entsprechende - Bauform. Die Andruckflächen 406 und 407, welche die Kontaktbereiche kontaktieren, sind im wesentlichen eben ausgebildet, weisen aber dabei eine geringfügige Konvexität in Richtung auf die Leiterplatten zu auf, welche zwei Gründe hat:

Zum einen sollen die Bereiche 406 und 407 beim überwechseln von einem Kontaktbereich zum nächsten sich nicht an dem Kanten verhaken, sondern sanft übergleiten.

Zum anderen weist das Kontaktelement 405 durch die Krümmung seiner Andruckflächen die Eigenschaft auf, Höhentoleranzen zwischen Leiterplatte 401 und Halterung 408 ohne weiteres aufzunehmen. Die Richtungen möglicher Höhenabweichungen sind in Figur 4 durch ein Doppelpfeil 400 symbolisiert. Weicht die Leiterplatte in diesen Pfeilrichtungen nach oben oder unten aus, so rollt das Kontaktelement auf seiner Rückenfläche 409 ab, wobei die Bereiche 406 und 407 ebenfalls auf den Kontaktflächen 402 und 403 geringfügig "rollen" können, ohne, daß sich jedoch die Andruckverhältnisse im Hinblick auf die elektrische Kontaktwirkung nachteilig verändern.

Die Kontaktelemente sind in entsprechende Aussparungen 410 des im wesentlichen U-förmigen Trägerelementes 408 aus Kunststoff eingelassen, wobei das Trägerelement seinerseits von einer ebenfalls im Schnitt U-förmigen metallischen Abschirmung 411 umgeben ist. Die Ausnehmung 410

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begrenzt die Bewegungen des Kontaktelementes hauptsächlich in Richtung der beim Umschalten der Kontaktverbxncungen auftretenden Relativbewegungen.

Außerdem sichert es das Kontaktelement 405 gegen Herausfallen. Die Ausgleichsbewegung in Richtung der Pfeile 409 läßt es jedoch in der beschriebenen Weise zu, so daß ein Justieren der Kontakte dieses Schalters vollkommen entbehrlich ist.

Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf das vorstehend angegebene bevorzugte Ausführungsbeispiel. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von der dargestellten Lösung auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungen Gebrauch machen.

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Claims (16)

CREATEC 25. März 1985 Gesellschaft für Elektrotechnik mbH D-1000 Berlin Schiebeschalter Ansprüche

1. Mehrpoliger Schiebeschalter für ein Signale verarbeitendes elektrisches Gerät mit einem Schaltschieber, der aufweist:

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Kontaktbereiche, die beidseitig einer isolierenden Schicht vorgesehen und fest mit dieser verbunden sind, wobei die isolierende Schicht insbesondere eine Trägerschicht bildet,

beidseitig der isolierenden Schicht angeordnete Kontaktelemente zur Erzeugung von elektrischen Verbindungen in Wechselwirkung mit den Kontaktbereichen, die mit einem Schaltschieber verbunden sind,

dadurch gekennzeichnet,

daß die isolierende Schicht Teil einer feststehenden, elektrische Bauelemente tragenden Leiterplatte ist,

daß der Schaltschieber U- oder omegaförmig ausgebildete Kontaktelemente trägt, welche die Kante der Leiterplatte umgreifen und in Aussparungen des Schaltschiebers eingelassen sind, welche kraftschlüssige Verbindungen in Bewegungsrichtung bezüglich der Kontaktelemente bilden, wobei zur Herstellung einer leitenden Verbindung jeweils ein Kontaktelement an zwei einander gegenüberliegenden Kontaktbereichen federnd anliegt.

2. Schiebeschalter nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß die die Kontaktbereiche tragende Kante sich entlang der Außenwandung des äußeren Gehäuses des elektrischen Geräts erstreckt, und daß die Führung für ein äußeres Betätigungselement für den Schaltschieber durch einen im Gehäuse vorgesehenen in Bewegungsrichtung verlaufenden Schlitz gebildet wird.

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3. Schiebeschalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß an den Schlitz in Schieberichtung verlaufende Führungsflächen angrenzen, welche das an den Führengsflachen anliegende Schiebeelement in seiner Bewegung in den Raumrichtungen quer zur Schieberichtung begrenzen.

4. Schiebeschalter nach Anspruch 3_f dadurch gekennzeichnet, daß der Schlitz in jeder Stellung des Schaltschiebers durch eine Blende überdeckt ist.

5. Schiebeschalter nach einem der vorangehenden Ansprüehe, dadurch gekennzeichnet, daß die an den Schlitz angrenzenden Flächen mäanderförmig verlaufende Kriechstrecken bilden.

6. Schiebeschalter nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterplatte, auf die der Schaltschieber seitlich aufgesetzt ist, elektrische Bauelemente trägt, welche mit den Kontaktelementen verbunden sind.

7. Schiebeschalter nach Anspruch 6, dadurch g ekennzeichnet , daß mehrere Schaltschieber, welche auf einander benachbarte Leiterplatten aufgesetzt sind, durch ein Schiebeelement verbunden und gemeinsam geführt sind.

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8. Schiebeschalter nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaltschieber mittels der U-förmigen Kontaktelemente auf der die Kontaktbereiche tragenden Kante "schwimmend" gelagert ist.

9. Schiebeschalter nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die vergoldete Kontaktbereiche tragende Kante zwischen den Kontaktbereichen einschnittartige Unterbrechungen aufweist.

10. Schiebeschalter nach Anspruch 9, dadurch
gekennzeichnet, daß einschnittartige Unterbrechungen zwischen den Kontaktbereichen in Betätigungsrichtung des Schalters geringere Abmessungen aufweisen als die Kontaktelemente, wobei die Kontaktelemente bezüglich ihrer Anlagefläche konvex verrundet ausgebildet sind.

11. Schiebeschalter nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktbereiche und/oder Kontaktelemente von sich in Schieberichtung erstreckenden und gegenüber den Kontaktelementen isolierten Schirmungsblechen umgeben sind.

12. Schiebeschalter nach Anspruch 11, dadurch
gekennzeichnet , daß je ein Schirmungsblech

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mit der Unter- und der Oberseite im Bereich der das Schiebeelement führenden und die Kontaktbereiche aufweisenden Kante vorgesehen ist.

11. Schiebeschalter nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß ein weiteres Schirmungsblech mit dem die Kontaktelemente tragenden Schiebeelement verbunden ist und die Kontaktelemente ebenfalls U-förmig umgibt.

12. Schiebeschalter nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das mit dem Schiebeelement verbundene Schirmungsblech federnde Schleifer aufweist, welche mindestens eines der anderen Schirmungsbleche federnd kontaktieren.

13. Schiebeschalter nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Schiebeelement verbundene elastische Elemente in den einzelnen Schaltstellungen in mit dem Gehäuse verbundene Rastelemente eingreifen und überwindbare Hemmungen bilden.

14. Schiebeschalter nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Schiebeelement aus einem Isolierstoff hergestellt ist und zur Gehäuseaußenfläche eine den notwendigen Kraftschluß mit der Hand des Bedieners herstellende Oberflächengestaltung aufweist.

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15. Schiebeschalter nach Anspruch 14/ dadurch gekennzeichnet , daß die Oberflächengestaltung durch quer zur Schieberichtung verlaufende, nach außen weisende Rillen gebildet wird.

16. Schiebeschalter nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die u- oder omegaförmigen Kontaktelemente senkrecht zur

verschieblich oder die omegaförmigen Elemente in dieser Richtung mit ihrem Rücken auf der Anlagefläche der Ausnehmung abrollbar gelagert sind, um Höhentoleranzen zwischen Kontaktelementen und Führung des Schaltschiebers auszugleichen.

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