DE4228751C1 - Elektrischer Miniaturschalter - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einem elektrischen Miniaturschal­ ter mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Merk­ malen. Solche Miniaturschalter werden als Positionsschalter eingesetzt, z. B. um die Endposition einer eingeschobenen Audio- oder Videocassette im Laufwerk eines Audio- bzw. Videorecorders elektrisch zu signalisieren. Die Miniatur­ schalter bestehen üblicherweise aus einem Kunststoffgehäuse, in welchem zwei einander gegenüberliegende Kontaktfedern an­ geordnet sind, indem diese in der Nähe ihrer Anschlußenden mit bestimmtem Abstand zueinander in eine Wand des Gehäuses eingebettet oder eingespannt sind. Eine der Kontaktfedern liegt an ihrem gegenüberliegenden Ende mit ihrer kontakt­ gebenden Seite federnd einem gehäusefesten Anschlag an. Die Rückseite der ihr gegenüberliegenden Kontaktfeder liegt hingegen federnd einem Schalthebel an, der um eine im Gehäuse gelagerte Achse schwenkbar ist. Der Schalthebel hat eine Ruhelage; wird er aus der Ruhelage ausgelenkt, drückt er die ihm anliegende Kontaktfeder gegen die gegen­ überliegende Kontaktfeder und schließt dadurch den Minia­ turschalter. Wird der Hebel wieder freigegeben, drückt ihn die Kontaktfeder durch ihre Federkraft in seine Ruhe­ lage zurück und öffnet dadurch den Miniaturschalter.

Von solchen Miniaturschaltern wird eine hohe Ortsauflösung verlangt, d. h., die Lage einer Videocassette oder eines anderen Gegenstandes, in welcher dieser auf den Schalt­ hebel einwirkt und den Miniaturschalter schließt, soll mit hoher Genauigkeit wiederholbar sein. Wie gut das ge­ lingt, hängt davon ab, wie genau innerhalb einer Schal­ terserie der Abstand der beiden Kontaktfedern und der Schaltweg angesichts unvermeidbarer Fertigungstoleranzen wiederholbar gleich gehalten werden können. Dabei stehen nicht alle technisch möglichen Wege zur Minimierung von Fertigungstoleranzen zur Verfügung, denn gleichzeitig besteht die Forderung, daß die Miniaturschalter als Massenprodukte extrem kostengünstig sein müssen. Das Ge­ häuse und der Schalthebel werden deshalb üblicherweise durch Spritzgießen aus Kunststoff hergestellt. Dabei können sich mehr als fünf Einzeltoleranzen (Lage des Anschlags für die eine Kontaktfeder, Fehler in der Maßhaltigkeit der Kontaktfedern selbst, Lage der Schwenkachse des Schalthebels, Fehler in der Maßhaltigkeit des Schalthebels) zur Toleranz des Schaltweges addieren.

Ein Schalter, der bis auf die Verwendung einer Schaltwalze an­ stelle eines Schalthebels alle im Oberbegriff des Patentan­ spruchs 1 angegebenen Merkmale aufweist, ist in der US 3,971, 904 offenbart.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Weg zur Verringerung der Schalttoleranz von solchen Miniatur­ schaltern aufzuzeigen.

Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Miniaturschalter mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen. Vorteilhafte Weiterbil­ dungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

Erfindungsgemäß ist der die Ruhelage der zweiten Kontaktfeder bestimmende Anschlag nicht mehr ortsfest im Gehäuse angeordnet, sondern an dem schwenkbar gelagerten Schalthebel ausgebildet. Anders als beim Stand der Technik liegt beim erfindungsgemäßen Miniaturschalter daher nicht nur die erste Kontaktfeder, son­ dern auch die zweite Kontaktfeder am Schalthebel an. Die bei­ den Oberflächenbereiche des Schalthebels, an welchen die bei­ den Kontaktfedern anliegen, werden hier nachstehend als "Schalt­ konturen" bezeichnet. Für die Toleranz des gegenseitigen Ab­ standes der Kontaktfedern und ihres Schaltweges addieren sich beim erfindungsgemäßen Miniaturschalter nicht länger eine Vielzahl von Einzeltoleranzen, vielmehr kommt es lediglich auf die Toleranz in der Gestalt und Lage der beiden Schalt­ konturen relativ zueinander an. Da beide an ein und dem­ selben Bauteil ausgebildet sind, nämlich am Schalthebel, kommt es nur noch auf die Fertigungsgenauigkeit für dieses eine Bauteil an. Maßtoleranzen des Gehäuses, der Lage der Kontaktfedern im Gehäuse und der Lage der Schwenkachse des Schalthebels sind auf die Schaltgenauigkeit ohne Ein­ fluß. Es genügt deshalb, für das Spritzgießen des Schalt­ hebels ein Präzisionswerkzeug herzustellen; die Spritz­ gießwerkzeuge für die Gehäuseteile dürfen hingegen Standardtoleranzen aufweisen. Auf diese Weise wird nicht nur die Schaltgenauigkeit des Miniaturschalters erhöht, sondern auch seine Herstellung verbilligt. Eine weitere Verbilligung ergibt sich daraus, daß infolge der er­ reichbaren höheren Schaltgenauigkeit die Ausschußrate in der Herstellung der neuen Miniaturschalter verringert werden kann.

Bei einem bekannten Miniaturschalter beträgt der vorge­ gebene Kontaktabstand 0,15 mm, welcher mit einer Genauig­ keit von ± 0,07 mm eingehalten werden konnte. Bei einem für denselben Einsatzzweck hergestellten erfindungsgemäßen Schalter konnte hingegen eine Toleranz von ± 0,04 mm eingehalten werden, die Schaltgenauigkeit mithin fast ver­ doppelt werden.

Die Schwenkachse des Schalthebels kann in unterschied­ licher Richtung in Bezug auf die Kontaktfedern orientiert werden. Vorzugsweise verläuft die Schwenkachse jedoch rechtwinklig zur Längserstreckung und zur Bewegungs­ richtung der Kontaktfedern; das hat den Vorteil, daß die Schaltkonturen symmetrisch zur Längsmittellinie der Kontaktfedern auf diese einwirken können, so daß kein Kippmoment um die Längsmittellinie der jeweiligen Kon­ taktfeder erzeugt wird. Um einen solchen symmetrischen Angriff der Schaltkontur gleichzeitig an beiden Kontakt­ federn zu erreichen, sind zwei Weiterbildungen der Er­ findung besonders geeignet: In der einen Ausführungs­ form hat eine der Kontaktfedern, nämlich die der Schwenk­ achse des Schalthebels nächstliegende, einen Ausschnitt, durch welchen die vorspringende Schaltkontur für die andere Kontaktfeder hindurchgreift. Bei der zweiten Aus­ führungsform ist eine der Kontaktfedern, und zwar eben­ falls die der Schwenkachse des Schalthebels nächstliegen­ de, wenigstens auf einem Teil ihrer Länge schmaler als die andere Kontaktfeder und die Schaltkontur für die breitere Kontaktfeder greift beidseits an der schmalen Kontaktfeder vorbei, so daß die schmalere Kontaktfeder in einer Ausnehmung der Schaltkontur für die breitere Kontaktfeder liegt, wobei der Boden der Ausnehmung die Schaltkontur für die schmalere Kontaktfeder bildet, welche dadurch sogar eine seitliche Führung erhält.

Obwohl erfindungsgemäß beide Kontaktfedern an ein und demselben Schalthebel anliegen, müssen nicht beide Kontaktfedern bewegt werden, wenn der Miniaturschalter geschlossen oder geöffnet wird. Es genügt vielmehr, eine der Kontaktfedern (hier als die erste Kontaktfeder bezeichnet) durch eine der Schaltkonturen (hier als die erste Schaltkontur bezeichnet) durch Verschwenken des Schalthebels auszulenken, wobei der Winkel, um welchen der Hebel verschwenkt werden muß, um den offenen Schal­ ter zu schließen, abhängt vom Kontaktabstand, von der Gestalt der ersten Schaltkontur und ihrem Abstand von der Schwenkachse des Schalthebels. Wenn die zweite Schaltkontur, welche an der zweiten Kontaktfeder an­ greift, einen Verlauf in Gestalt eines Kreisbogens hat, dessen Mittelpunkt auf der Schwenkachse des Schalthebels liegt, dann wird die zweite Kontaktfeder beim Verschwenken des Schalthebels nicht ausgelenkt, solange sie nicht mit der ersten Kontaktfeder Kontakt macht und durch deren Bewegung vom Schalthebel abgehoben wird.

Es ist aber auch durchaus möglich, die Schaltkontur für die zweite Kontaktfeder abweichend zu gestalten, ins­ besondere um den Schaltvorgang zu verkürzen: Dies gelingt dadurch, daß man die zweite Schaltkontur so ausbildet, daß sich die beiden Kontaktfedern beim Verschwenken des Schalthebels gegenläufig bewegen, beim Schließen des Miniaturschalters aufeinander zu und beim Öffnen des Miniaturschalters voneinander weg. Auf diese Weise kann bei vorgegebenem Kontaktabstand im geöffneten Schal­ ter der zum Schließen erforderliche Schwenkwinkel ver­ kleinert oder bei vorgegebenem Schwenkwinkel der Kontakt­ abstand im geöffneten Schalter vergrößert und dadurch die Spannungsfestigkeit erhöht werden. Das Rückstellen des Schalters kann wie beim Stand der Technik durch die Eigen­ federung der Kontaktfedern bewirkt werden.

Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Miniatur­ schalters besteht darin, daß er anders als die bekannten Miniaturschalter problemlos nicht nur als Schließer, sondern auch als Öffner ausgebildet werden kann. Hat man beispiels­ weise einen Miniaturschalter, dessen eine Schaltkontur kreisbogenförmig verläuft mit dem Mittelpunkt auf der Schwenkachse des Schalthebels, und dessen andere Schalt­ kontur eine von der Kreisbogenform abweichende Gestalt hat, dann bildet man einen Schließer am einfachsten Fall dadurch, daß man die kreisbogenförmige Kontur für die von der Schwenk­ achse des Schalthebels weiter entfernt liegende Kontaktfeder vorsieht und die der Schwenkachse nächst liegende Kontaktfe­ der der anderen Schaltkontur anlegt; umgekehrt verwirklicht man einen Öffner am einfachsten dadurch, daß man die kreis­ bogenförmige Schaltkontur für die der Schwenkachse nächst­ liegende Kontaktfeder vorsieht und die andere Kontaktfeder der nicht kreisbogenförmigen Schaltkontur anlegt.

Ein besonderer Vorteil der Erfindung liegt darin, daß man mehrere der erfindungsgemäßen Schalter zu einer Reihenan­ ordnung zusammenfassen kann, die en bloc die Positionen unterschiedlicher Elemente abfragen und signalisieren. Dieses für jeden Miniaturschalter der Reihenanordnung mit einer ebenso niedrigen Schalttoleranz zu verwirklichen wie für einen einzelnen Miniaturschalter war mit dem durch Spritz­ gießen hergestellten Miniaturschalter nach dem Stand der Technik nicht möglich, ergibt sich aber bei einer aus erfindungsgemäßen Miniaturschaltern gebildeten Reihen­ anordnung ohne weiteres, da die Gehäusetoleranzen, welche sich in der Reihenanordnung addieren, für die Schaltge­ nauigkeit einer erfindungsgemäßen Reihenanordnung irrelevant sind, weil die Schaltgenauigkeit in jedem Schalterelement der Reihenanordnung im wesentlichen nur durch die Genauigkeit des einzelnen Schalthebels be­ stimmt ist.

Der weiteren Erläuterung der Erfindung dienen die beige­ fügten Zeichnungen, welche Miniaturschalter stark ver­ größert darstellen.

Fig. 1 zeigt zum Vergleich mit der Erfindung einen bekannten Miniaturschalter in einem Längs­ schnitt,

Fig. 2 zeigt einen erfindungsgemäßen Miniaturschal­ ter im Längsschnitt,

Fig. 3 zeigt denselben Miniaturschalter im Quer­ schnitt längs der Schnittlinie III-III,

Fig. 4 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Miniaturschalters im Längs­ schnitt, und

Fig. 5 zeigt den Miniaturschalter aus Fig. 4 im Quer­ schnitt längs der Schnittlinie V-V.

In den verschiedenen Figuren sind gleiche und einander entsprechende Teile mit übereinstimmenden Bezugszahlen be­ zeichnet.

Der in Fig. 1 dargestellte Miniaturschalter von bekanntem Aufbau hat ein mehrteiliges quaderförmiges Gehäuse 1 aus Kunststoff. In eine der Gehäusewände sind zwei Kontaktfedern 2 und 3 eingespritzt, welche parallel zueinander verlaufen und jeweils ein Kontaktstück 4 bzw. 5 tragen, welche aus Drahtabschnitten gebildet, auf die Kontaktfedern 2 und 3 aufgeschweißt und einander kreuzweise gegenüberliegend an­ geordnet sind. Zwischen den beiden Seitenwänden, welche parallel zu den beiden Kontaktfedern 2 und 3 verlaufen, erstreckt sich eine Achse 6 quer zur Längserstreckung und Bewegungsrichtung der Kontaktfedern 2 und 3. Die Achse. 6 ist in den beiden Seitenwänden drehbar gelagert und trägt einen Schalthebel 7, dessen eines Ende aus einer Öffnung 18 des Gehäuses nach außen ragt. Dem gegenüberliegenden Ende des Hebels 7 liegt die erste Kontaktfeder 2 mit ihrer Rückseite federnd an. Dieses im Gehäuse 1 liegende Ende des Hebels 7 hat eine sattelförmige Schaltkontur 8. Durch die Sattelform sind zwei Höcker 9 und 10 gebildet, wel­ che bei geöffnetem Schalter beide der Rückseite der ersten Kontaktfeder 2 anliegen. Wenn auf den Hebel 7 sonst keine Kräfte einwirken, drückt die erste Kontaktfeder 2 den Schalthebel 7 in die in Fig. 1 dargestellte Lage. Die Vorderseite der zweiten Kontaktfeder 3 liegt federnd einem gehäusefesten Anschlag 11 an. Wird der Schalthebel 7 in Richtung des Pfeils 11 ausgelenkt, weil z. B. ein Gegen­ stand auf den außerhalb des Gehäuses 1 liegenden Hebel­ arm trifft, dann drückt der entgegen dem Uhrzeiger­ sinn schwenkende Höcker 9 die erste Kontaktfeder 2 gegen die zweite Kontaktfeder 3 unter gleichzeitigem Abheben des Höckers 10 von der Kontaktfeder 2, bis das Kontakt­ stück 4 am Kontaktstück 5 anschlägt, dadurch den Schal­ ter schließt und bei einer weitergehenden Schwenkbewegung des Schalthebels 7 die zweite Kontaktfeder 3 vom Anschlag 11 abhebt. Die Schließkraft des Miniaturschalters ist be­ stimmt durch die Federkraft der zweiten Kontaktfeder 3. Wird der Schalthebel 7 bei geöffnetem Schalter entgegen dem Pfeil 12 verschwenkt, dann wird die Kontaktfeder 2 durch den Höcker 10 ausgelenkt unter gleichzeitigem Ab­ heben des Höckers 9. Wird danach der aus dem Gehäuse 1 herausragende Hebelarm wieder freigegeben, dann übt die Kontaktfeder 2 ein Rückstellmoment auf den Schalthebel 7 aus, so daß dieser in seine in Fig. 1 dargestellte Ruhe­ lage zurückkehrt, welche stabil ist. Die Schaltgenauigkeit des Miniaturschalters, die man an der Toleranz des Schwenk­ winkels ablesen kann, um welchen der Schalthebel 7 ver­ schwenkt werden muß, bis der Schalter geschlossen ist, hängt von mehreren Maßtoleranzen ab, von der Maßhaltigkeit des Anschlages 11, von der Toleranz seiner Lage im Gehäuse, von der Maßhaltigkeit der Achse 6 und ihrer Lage im Gehäuse, von der Maßhaltigkeit des Schalthebels 7, insbesondere von der Toleranz seiner beiden Hebelarme l₁ und l₂ und schließ­ lich auch vom Abstand der Kontaktstücke 4 und 5.

Demgegenüber liegt beim erfindungsgemäßen Miniaturschalter die zweite Kontaktfeder 3 nicht an einem gehäusefesten An­ schlag 11 an, sondern an einer weiteren Schaltkontur 13 des Schalthebels 7. Im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 und 3 hat die erste Kontaktfeder zu diesem Zweck auf einem Teil ihrer Länge eine rechteckige Ausnehmung 14, durch welche die zweite Schaltkontur 13, welche beidseits von der ersten Schaltkontur 8 flankiert ist und über diese vorspringt, hin­ durchgreift, so daß die zweite Kontaktfeder 3 mit ihrer Vorderseite federnd an der zweiten Schaltkontur 13 anliegt. Die erste Schaltkontur 8 liegt mit ihren beiden beidseits der zweiten Schaltkontur 13 angeordneten Abschnitten an der Rückseite der ersten Kontaktfeder an (siehe Fig. 3).

Im Ausführungsbeispiel gemäß den Fig. 2 und 3 ist die erste Schaltkontur 8 wie in Fig. 1 sattelförmig ausgebil­ det, die zweite Schaltkontur 13 in Form eines Abschnitts einer Zylinderfläche, deren Achse mit der Schwenkachse 6 zusammenfällt. Wird der Schalthebel 7 ausgehend von der in Fig. 2 dargestellten Ruhelage, in welcher der Schalter geöffnet ist, verschwenkt, dann ändert die zweite Kontakt­ feder 3 infolge der gewählten Schaltkontur 13 ihre Lage zu­ nächst nicht, wohl aber die erste Kontaktfeder 2, welche gegen die zweite Kontaktfeder 3 bewegt wird, bis sie Kontakt machen. Wird der aus dem Gehäuse vorstehende Hebel­ arm wieder freigegeben, wird der Schalthebel 7 durch die Kontaktfeder 2 zurückgestellt in die in Fig. 2 dargestellten stabile Ruhelage.

Das in den Fig. 4 und 5 dargestellte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem in den Fig. 2 und 3 darge­ stellten Ausführungsbeispiel darin, daß die erste Kontakt­ feder 2 und der Schalthebel 7 anders ausgebildet sind. Die erste Kontaktfeder 2 ist schmaler als die zweite Kontakt­ feder 3 ausgebildet und liegt in einer Ausnehmung 15 des Schalthebels 7, deren Boden die erste Schaltkontur 8 bildet, welche ebenso wie in Fig. 2 sattelförmig ausgebildet sein könnte, im konkreten Fall jedoch ein Stück weit ebenflächig ausgebildet ist und dann an den beiden Enden des ebenen Abschnittes in einen bogenförmigen Verlauf übergeht, dort, wo sich im Beispiel gemäß Fig. 2 die Höcker 9 und 10 be­ funden haben. Auch mit einer solchen ebenen Ausbildung er­ hält man eine stabile Ruhelage bei geöffnetem Miniaturschal­ ter. Die beiden den Ausschnitt 15 des Schalthebels 7 flankieren­ den Vorsprünge 16 und 17 tragen die zweite Schaltkontur 13, an welcher die breitere, zweite Kontaktfeder 3 anliegt. Die zweite Schaltkontur 13 ist wie im Beispiel gemäß Fig. 2 durch einen Abschnitt eines Zylindermantels gebildet, dessen Achse mit der Schwenkachse 6 zusammenfällt. Der Bewegungs­ ablauf bei dem Schalter gemäß Fig. 4 und 5 ist derselbe wie bei dem gemäß Fig. 2 und 3.

Vertauscht man in den Ausführungsbeispielen gemäß Fig. 2 bis 5 die Funktionen der Schaltkonturen 8 und 13 dahin­ gehend, daß die erste Kontaktfeder an einer Schaltkontur anliegt, welche durch einen Abschnitt eines Zylindermantels gebildet ist, dessen Achse mit der Schwenkachse 6 zusammen­ fällt, wohingegen die zweite, von der Schwenkachse 6 weiter entfernt liegende Kontaktfeder 3 an einer Schaltkontur an­ liegt, welche sattelförmig oder teilweise ebenflächig aus­ gebildet ist wie in Fig. 4, dann wird bei einem Verschwenken des Schalthebels 7 die erste Kontaktfeder 2 ihre Lage bei­ behalten, aber die zweite Kontaktfeder 3 ausgelenkt und von ihr entfernt, so daß auf diese Weise anstelle eines Schließers ein Öffner verwirklicht werden kann.

Die Schaltgenauigkeit erfindungsgemäßer Schalter hängt im wesentlichen nur von der Maßgenauigkeit des Schalthebels 7 ab, und zwar von der Reproduzierbarkeit der Gestalt und dem gegenseitigen Abstand der beiden Schaltkonturen 8 und 13.

Claims (7)

1. Elektrischer Miniaturschalter mit zwei in einem Ge­ häuse (1) aus Kunststoff angeordneten, miteinander in Kontakt bringbaren Kontaktfedern (2, 3),
mit einem schwenkbar im Gehäuse (1) gelagerten Schalthebel (7) mit einem eine erste Schaltkontur bildenden Oberflächen­ bereich (8), an welchem die erste Kontaktfeder (2) federnd anliegt,
und mit einem Anschlag, an welchem die zweite Kontaktfeder (3) federnd anliegt,
dadurch gekennzeichnet, daß der Anschlag als zweite Schaltkontur des Schalthebels (7) an einem weiteren Ober­ flächenbereich (13) ausgebildet ist.

2. Miniaturschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die zweite Schaltkontur (13) im Gegensatz zur ersten Schaltkontur (8) ein Kreisringabschnitt ist, der koaxial zur Schwenkachse (6) des Schalthebels (7) an­ geordnet ist.

3. Miniaturschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Gestalt der Schaltkonturen (8, 13) so aufeinander abgestimmt ist, daß sich die Kontaktfedern (2,3) beim Schwenken des Schalthebels (7) gegenläufig bewegen.

4. Miniaturschalter nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Schaltkontur (8) eine stabile Ruhelage hat, in welcher die erste Kontakt­ feder (2) ihr längs zweier Linien oder flächig anliegt.

5. Miniaturschalter nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine (2) der Kontakt­ federn (2, 3) einen Ausschnitt (14) hat, durch welchen die Schaltkontur (13) für die andere Kontaktfeder (3) hindurch­ greift.

6. Miniaturschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine (2) der Kontakt­ federn (2, 3) wenigstens auf einem Teil ihrer Länge schmaler ist als die andere Kontaktfeder (3) und die Schaltkontur (13) für die breitere Kontaktfeder (3) vorzugsweise beidseits an der schmalen Kontaktfeder (2) vorbeigreift.

7. Reihenanordnung mehrerer Miniaturschalter nach einem der vor­ stehenden Ansprüche mit der Maßgabe, daß mehrere Gruppen von Kontaktfederpaaren und Schalthebeln in Reihe in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet oder mehrere Gehäuse samt darin befindlichen Kontaktfederpaaren und Schalthebeln in Reihe miteinander verbunden sind.