DE4309049A1 - Optisches Schaltelement - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein optisches Schaltelement nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Auf allen Gebieten der modernen Technik findet ein zunehmender Einsatz der Elektronik statt. Dies gilt insbesondere auch für die moderne Automobiltechnik mit einer stetigen Zunahme elektrischer Komponenten, Motoren und Aggregaten sowie elektronischer Systeme, die wenigstens teilweise durch Schalter und Bedienelemente betätigt werden müssen. Beispielsweise gilt dies für das Karosseriesystem mit Leuchten, Türsicherungen, Heizungs- und Klimaanlage, Gurt- und Sitzverstellung, usw. Da die Schalter oder Bedienelemente im Bereich des Benutzers und damit in der Regel entfernt vom jeweiligen elektronischen System angeordnet werden müssen, ist eine umfangreiche Verdrahtung der jeweiligen Schalter und Bedienelemente erforderlich. Allein im Bereich des Armaturenbretts eines modernen Kraftfahrzeuges sind oft mehr als 100 Kabel und Steckverbindungen zum Anschluß derartiger Schalter und Bedienelemente unterzubringen. Hinzu kommt, daß moderne Fahrzeug-Sicherheitssysteme, wie z. B. Bremsüberwachung, Antiblockiersystem, Antriebsschlupfregelung, usw. sowie elektronische Motor- und Getriebesteuerung eine aufwendige Sensorik erfordern, die ebenfalls verdrahtet werden muß. Aufgrund dieser immer umfangreicher werdenden Verdrahtung nehmen die Probleme, die durch elektromagnetische Störabstrahlungen der konventionellen Verdrahtungsleitungen sowie umgekehrt durch Aufnahme von Störsignalen in den Verdrahtungsleitungen auftreten, immer mehr zu.

Es ist zur Vermeidung von elektromagnetischen Störungen bei Steuersystemen an sich bekannt, beispielsweise aus der DE-OS 30 17 309, Signale in Form von Licht über Lichtleiter zu übertragen. Diese Signale müssen dann an geeigneter Stelle im Steuerungssystem wiederum in elektrische Signale zu dessen Ansteuerung umgewandelt werden.

Weiter ist es bei optischen Sensoren aus der DE-PS 38 03 529 bekannt, die Bauteile zur Verarbeitung der optischen und elektrischen Signale auf einer gemeinsamen Leiterplatte anzuordnen. So zeigt diese Patentschrift einen optischen Sensor zum Nachweis eines den Strahlengang zwischen einer Lichtquelle und einem photoelektrischen Wandlerelement beeinflussenden Objektes. Auf der Leiterplatte für die elektronischen Bauteile sind Lichtquellen und photoelektrische Wandler sowie eine optische Leiterplatte angeordnet. Die optische Leiterplatte enthält eine Lichtleiteranordnung, die das Licht von der Lichtquelle auf die zugehörigen photoelektrischen Wandler leitet, wobei mittels Kopplungselemente das von der Lichtleiteranordnung übertragene Licht schaltbar beeinflußt werden kann. Weiter befinden sich an der optischen Leiterplatte ein Ausgangs-Spiegelteil mit einem Lichtprojektions-Linsenteil und ein Eingangs-Spiegelteil mit einem Lichtaufnahme-Linsenteil, so daß das von der Lichtquelle abgestrahlte Lichtbündel über das Lichtprojektions-Linsenteil von der Leiterplatte abgestrahlt und das vom Objekt im Erfassungsbereich reflektierte Licht vom Lichtaufnahme-Linsenteil auf den photoelektrischen Wandler geführt wird.

Nachteilig bei dem bekannten optischen Sensor ist, daß die Kopplungselemente für die Lichtleiteranordnung lediglich in der Nähe der optischen Leiterplatte angeordnet sind. Dadurch können Störungen in der optischen Signalübertragung durch Umgebungs- oder Fremdlicht, das in die Lichtleiteranordnung unerwünschterweise eindringt, auftreten. Außerdem können beträchtliche Intensitätsverluste an den Kopplungselementen auftreten, wodurch die übertragenen optischen Signale verfälscht werden können. Dadurch besteht die Gefahr, daß Fehlfunktionen im angeschlossenen elektronischen Steuerungssystem ausgelöst werden. Zudem muß zum Ausgleich von Intensitätsverlusten der optische Sensor mit erhöhter optischer Leistung betrieben werden. In vielen Anwendungsfällen ist jedoch im Gegenteil erwünscht, mit niedriger Leistung auszukommen.

Die Lichtleiteranordnung auf der optischen Leiterplatte ist direkt auf der Leiterplatte für die elektronischen Bauteile angebracht. In Kraftfahrzeugen sind in der Regel die Bedienteile und die zugehörigen Steuerungssysteme getrennt angeordnet. Oft ist es sogar wünschenswert, daß räumlich an unterschiedlichen Stellen im Kraftfahrzeug befindliche Bedienteile mit lediglich einer einzigen, die elektronischen Bauteile des Steuerungssystem enthaltenden Leiterplatte in Verbindung stehen. Damit eignet sich die aus dem bekannten optischen Sensor entnehmbare Anordnung nicht für den Einsatz in einem optischen Schaltelement, das entfernt vom Steuerungssystem angeordnet ist. Insbesondere gilt dies, wenn das optische Schaltelement zur Verwendung in Kraftfahrzeugen bestimmt ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein optisches Schaltelement anzugeben, das insbesondere für die Verwendung in einem Kraftfahrzeug geeignet ist, wobei ein Betrieb mit niedriger optischer Leistung unter weitgehender Störunanfälligkeit möglich sein soll.

Diese Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen optischen Schaltelement durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Insbesondere lassen sich mit dem erfindungsgemäßen optischen Schaltelement Drehschalter, Schlüsselschalter, u. dgl. realisieren, die sich besonders vorteilhaft in Kraftfahrzeugen als Türschloßschalter, Zündschloßschalter, Armaturenbrettschalter, Mittelkonsolenschalter, usw. einsetzen lassen.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß durch die Trennung des Schaltelements von der Leiterplatte die Signalverarbeitung an geeignetem Ort stattfinden kann. In der Regel ist dies im jeweiligen Steuerungsgerät selbst. Die Anordnung des Schaltelements ist jedoch nicht an die Leiterplatte gebunden, so daß dieses an bedienungsgerechter Stelle plaziert werden kann. Es wird somit eine verbesserte, ergonomische Bedienbarkeit der Schaltelemente trotz vereinfachter Signalverarbeitung erreicht.

Obwohl das optische Schaltelement getrennt von der Leiterplatte angeordnet werden kann, ist durch die Erfindung dennoch ein stabiler Lichtleiterschalter gegeben. Dadurch sind keine aufwendigen weiteren Gehäuse notwendig, vielmehr ist eine einfache Befestigung des Lichtleiterschalters selbst an zweckmäßiger Stelle möglich. Insbesondere in Kraftfahrzeugen kann so ein einfacher Einbau im Armaturenbrett, der Mittelkonsole, u. dgl. erfolgen.

Die Anordnung der Lichtquelle und des photoelektrischen Wandlers auf einer Leiterplatte an beliebigem Ort hat hohe technische Bedeutung hinsichtlich des Herstellverfahrens für derartige Platinen. So ist es möglich, diese gemeinsam mit den elektrischen und elektronischen Elementen bei der Fertigung zu bestücken, was separat zum Einbau des Lichtleiterschalters erfolgen kann. Man erreicht dadurch eine sehr einfache Montage des optischen Schaltelements.

Der Einfluß von Störsignalen, die von der Schalteranordnung aufgenommen oder abgegeben werden können, ist beim erfindungsgemäßen Schaltelement eliminiert. Dadurch sind Fehlfunktionen ausgeschlossen, so daß sich derartige Schalter besonders vorteilhaft für sicherheitsrelevante Funktionen, wie das Antiblockiersystem, den Airbag, usw. in Kraftfahrzeugen, einsetzen lassen. Da keine elektrischen Störsignale erzeugt werden, eignet sich das erfindungsgemäße Schaltelement auch besonders gut zum Einsatz in explosionsgefährdeten Umgebungen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen

Fig. 1 eine Prinzipskizze für die Anordnung von mehreren Schaltern in einem Kraftfahrzeug,

Fig. 2 einen Schnitt durch ein optisches Schaltelement,

Fig. 3 einen Schnitt durch ein optisches Schaltelement in einer weiteren Ausführungsform,

Fig. 4 einen Detailausschnitt eines optischen Schaltelements gemäß Fig. 2, wobei die Lichtquelle und der photoelektrische Wandler als SMD-Bauteile ausgebildet sind,

Fig. 5 einen Schnitt durch ein optisches Schaltelement in nochmals einer anderen Ausführungsform,

Fig. 6 einen Schnitt durch einen Drehschalter,

Fig. 7 einen Schnitt durch einen Schlüsselschalter und

Fig. 8 einen Schnitt durch einen Schlüsselschalter in einer weiteren Ausführungsform.

Das erfindungsgemäße optische Schaltelement kann in Schalteranordnungen für Steuergeräte in Kraftfahrzeugen eingesetzt werden, die mit einem Bus-System, beispielsweise dem bekannten CAN-Bus vernetzt sind. Zu derartigen Bus-Systemen wird auf die Literaturstelle Philips: CAN-Produkte für universelle Anwendungsfelder, Januar 1992 oder die Literaturstelle in der Zeitschrift: Elektronik 1992, Heft 22, "Offenes Buskonzept für Schalter, Sensoren, Aktoren" verwiesen.

Wie in Fig. 1 gezeigt ist, sind eine Schalteranordnung 1 am Armaturenbrett, beispielsweise zur Bedienung der Belüftung, eine als Lenkstockschalter ausgebildete Schalteranordnung 2, die zum Schalten der Blinker und der Wischanlage dient, eine als Zündschloßschalter ausgebildete Schalteranordnung 3, eine Schalteranordnung 4 am Armaturenbrett für die Beleuchtung sowie eine Schalteranordnung 5 in der Mittelkonsole, wobei die Schalteranordnung 5 für die Bedienung der elektrischen Fensterheber vorgesehen ist, mit den zugehörigen Steuergeräten 6, 7 und Anzeigeinstrumenten 8 über einen gemeinsamen Bus 9 miteinander vernetzt. Dazu ist bei den einzelnen Schalteranordnungen 1, 2, 3, 4, 5 jeweils ein Bus-IC 10 angeordnet, wie in Fig. 1 beispielhaft bei der Schalteranordnung 5 gezeichnet, das die Signale der jeweiligen Schalteranordnung 1, 2, 3, 4, 5 in ein busfähiges Signal umwandelt. Dieses busfähige Signal wird dann über den Bus 9 dem jeweiligen Steuergerät 6, 7 oder Anzeigeinstrument 8 zur weiteren Verarbeitung zugeleitet.

Wenigstens einzelne der Schaltelemente in den Schalteranordnungen 1, 2, 3, 4, 5 sind als optische Schaltelemente ausgebildet. Ein derartiges optisches Schaltelement ist in einer ersten Ausführungsform in Fig. 2 näher zu sehen. Auf einer Leiterplatte 11 sind die elektronischen Bauteile 12 zur Signalverarbeitung, unter anderem auch das Bus-IC 10, gemeinsam mit einer Lichtquelle 13 sowie einem photoelektrischen Wandlerelement 14 angeordnet. Als Lichtquelle 13 eignet sich beispielsweise eine herkömmliche Glühbirne, vorzugsweise wird jedoch eine Leuchtdiode verwendet. Bei dem photoelektrischen Wandlerelement 14 kann es sich um eine Photodiode oder einen Phototransistor handeln. Die vom optischen Schaltelement erzeugten optischen Signale werden mittels des photoelektrischen Wandlerelements 14 in ein elektrisches Signal umgewandelt, das vom Bus-IC 10 schließlich in ein Bus-Signal weiterverarbeitet und dann über den Bus 9 (siehe Fig. 1) weiter übertragen wird.

Ein Lichtleiterschalter 15 ist getrennt von der Leiterplatte 11 angeordnet und zwar derart, daß er außerhalb der Ebene der Leiterplatte 11 verläuft. In vorliegendem Fall steht der Lichtleiterschalter 15 ungefähr senkrecht zur Ebene der Leiterplatte 11. Dieser Lichtleiterschalter 15 besteht aus einer Lichtleiteranordnung 16 und einem Kopplungselement 17, wobei das Kopplungselement 17 und wenigstens ein Teilbereich 18 der Lichtleiteranordnung 16 in den Lichtleiterschalter 15 als gemeinsames Bauteil integriert sind. Mittels weiterer optischer Verbindungselemente 19 ist der Lichtleiterschalter 15 mit der Leiterplatte 11 derart verbunden, daß eine durch den Lichtleiterschalter 15 beeinflußbare optische Kopplungsverbindung zwischen der auf der Leiterplatte 11 angeordneten Lichtquelle 13 und dem photoelektrischen Wandlerelement 14 gebildet wird.

Der Teilbereich 18 der Lichtleiteranordnung 16 ist vorzugsweise als ein massives Element ausgebildet. Dazu besteht in vorliegendem Ausführungsbeispiel die Lichtleiteranordnung 16 aus vier starren und massiven, in der Art einer U-Brücke miteinander verbundenen Schenkeln 23, 24, 25, 26. Die Schenkel 23, 26 verlaufen ungefähr in vertikaler Richtung und die Schenkel 24, 25 in horizontaler Richtung. Zwischen den beiden Schenkeln 24, 25 befindet sich eine Trennstelle 27, in die das Kopplungselement 17, das vorliegend aus einer in vertikaler Richtung 20 verschiebbaren Blende mit einer Öffnung 21 besteht, eingreift. Der Teilbereich 18 wird folglich durch die Schenkel 24, 25 gebildet, während die optischen Verbindungselemente 19 durch den Teil der Schenkel 23, 26 dargestellt sind, der der Leiterplatte 11 zugewandt ist. Das Kopplungselement 17 wird, wie nicht näher dargestellt ist, durch ein damit in Wirkverbindung stehendes Betätigungsorgan, beispielsweise eine Drucktaste bewegt.

Die Lichtleiteranordnung 16 besteht, wie an sich bekannt, aus einem Kernbereich und einem umgebenden Mantel, der einen vom Kernbereich unterschiedlichen Brechungsindex besitzt, derart daß das eingestrahlte Licht durch Totalreflexion innerhalb des Kernbereichs geführt wird. Als Material für die Lichtleiteranordnung 16 kann Glas oder auch ein optisch transparenter Kunststoff mit dem entsprechenden Brechungsindex gewählt werden. Grundsätzlich ist es auch möglich, den Lichtleiterschalter 15 als ein auf einem Substrat integriertes optisches Bauteil auszubilden. Man wird dann das Kopplungselement 17 bevorzugterweise ebenfalls in das Substrat integrieren, beispielsweise in Form einer bewegbaren Membran.

Die Funktionsweise des optischen Schaltelements soll nun im folgenden näher erläutert werden.

Das von der auf der Leiterplatte 11 befindlichen Lichtquelle 13 abgestrahlte Licht wird in den als optisches Verbindungselement 19 dienenden Teil des Schenkels 23 der Lichtleiteranordnung 16 eingespeist. Von dort wird das Licht bis in den Schenkel 24 und damit in den Teilbereich 18 geführt, wo es durch das Kopplungselement 17 schaltbar beeinflußt werden kann. Ist das Kopplungselement 17 in einer ersten, in Fig. 2 sichtbaren Stellung, so befindet sich die Öffnung 21 außerhalb der Trennstelle 27 und das Licht wird vom Kopplungselement 17 absorbiert. Dadurch wird vom photoelektrischen Wandler 14 kein elektrisches Signal erzeugt, so daß sich der Lichtleiterschalter 15 in "Aus"-Stellung befindet. In einer zweiten, beispielhaft in Fig. 3 gezeigten Stellung, befindet sich die Öffnung 21 innerhalb der Trennstelle 27, so daß das Licht vom Kopplungselement 17 hindurchgelassen wird und über den Schenkel 25 sowie den als optischen Verbindungselement 19 dienenden Teil des Schenkels 26 dem photoelektrischen Wandler 14 zugeführt wird. Dadurch erzeugt der photoelektrische Wandler 14 ein entsprechendes elektrisches Signal, womit sich der Lichtleiterschalter 15 in "Ein"-Stellung befindet. Wie man also sieht, ist die Lichtquelle 13 mit dem photoelektrischen Wandler 14 über die Lichtleiteranordnung 16 optisch verbindbar, wobei mittels des Kopplungselements 17 das übertragene Licht schaltbar beeinflußt werden kann.

Besonders vorteilhaft ist es, die als Lichtquelle 13 dienende Leuchtdiode sowie das photoelektrische Wandlerelement 14 als SMD-Bauteile (surface mounted device) auszubilden. Wie näher in Fig. 4 zu sehen ist, besitzen die Lichtquelle 13 sowie das photoelektrische Wandlerelement 14 einen Sockel 28, der auf der Oberfläche der Leiterplatte 11 befestigt ist und die elektrischen Kontakte zu den Leiterbahnen auf der Leiterplatte 11 herstellt.

Gleichzeitig dient der Sockel 28 als Träger für das Leuchtdiodenelement 29 bzw. das photoelektrische Wandlerelement 30. Die Schenkel 23, 26 der Lichtleiteranordnung 16 besitzen nun an ihrer Unterseite einen Ausschnitt 31, der querschnittlich dem Leuchtdiodenelement 29 bzw. dem photoelektrischen Wandlerelement 30 angepaßt ist. Dadurch lassen sich die beiden Schenkel 23, 26 zentriert auf die Sockel 28 aufsetzen, so daß der Lichtleiterschalter 15 auf der Leiterplatte 11 befestigt ist. Die Halterung des Lichtleiterschalters 15 erfolgt dabei derart, daß er außerhalb der Ebene der Leiterplatte 11 verläuft. Vorteilhafterweise erübrigt sich dadurch eine zusätzliche Befestigung des Lichtleiterschalters 15 an einem Gehäuse o. dgl.

Bei der in Fig. 3 gezeigten Ausführungsform für das optische Schaltelement kann die Leiterplatte 11 mit der Lichtquelle 13 und dem photoelektrischen Wandler 14 an beliebiger, zweckmäßig gewählter Stelle, beispielsweise im zugehörigen Steuergerät angeordnet sein, während der Lichtleiterschalter 15 beliebig weit davon entfernt, entsprechend den Erfordernissen für seine Bedienbarkeit angeordnet sein kann. Dazu sind die optischen Verbindungselemente als Lichtleiter 22, vorzugsweise flexible Lichtleiter-Kabel, ausgebildet. Die Anschlüsse der Lichtleiter 22 an den Lichtleiterschalter 15 können beispielsweise durch Kleben oder Ultraschall-Schweißen erfolgen. Es sind jedoch auch separate Steckverbindungen zwischen den Lichtleitern 22 und dem Lichtleiterschalter 15 denkbar. Weiter ist es auch möglich, die Lichtquelle 13 und den photoelektrischen Wandler 14 auf verschiedenen Leiterplatten 11 anzuordnen.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel für ein optisches Schaltelement ist in Fig. 5 dargestellt. Der dort gezeigte Lichtleiterschalter 32 besteht aus den vertikalen Schenkeln 33, 34 und einem diese in der Art einer U-Brücke verbindenden horizontalen Schenkel 35. Der horizontale Schenkel 35 ist als auftrennbares Glied mit einer Trennstelle 36 ausgebildet. Dieser Schenkel 35 wird durch den Schaltnocken 37 eines Schiebeelements 38 bzw. eines nicht dargestellten Druckelements betätigt, so daß der Schenkel 35 als Kopplungselement zur schaltbaren Beeinflussung des über den Lichtleiterschalter 32 übertragenen Lichtes dient.

Selbstverständlich ist es auch möglich, mehrere derartige Lichtleiterschalter 15, 32 zu einer Mehrfach-Schalteranordnung anzuordnen, die mit einer einzigen Leiterplatte 11 in optischer Verbindung stehen. So ist in Fig. 1 eine Schalteranordnung 5 für eine Mittelkonsole in einem Kraftfahrzeug gezeigt, die mit mehreren hintereinander angeordneten Bedienschaltern 39 für die elektrischen Fensterheber sowie mit weiteren nebeneinander angeordneten Bedienschaltern 40 für die elektrische Einstellung der Außenspiegel versehen ist. Diese Bedienschalter 39, 40 sind wiederum als optische Schaltelemente gemäß den beschriebenen Ausführungsformen ausgestaltet. Lediglich eine einzige Leiterplatte 11 ist in der Mittelkonsole angeordnet, die die Lichtquellen 13 und photoelektrischen Wandlerelemente 14 für die Lichtleiterschalter 15, 32 aufweist.

In Weiterbildung der Erfindung kann es sogar genügen, nur eine einzige Lichtquelle 13 auf der Leiterplatte 11 anzuordnen, von der das Licht in die einzelnen Lichtleiterschalter 15, 32 eingespeist wird. Dazu kann ein optisches Verbindungselement 19, das die Lichtleiterschalter 15, 32 mit der Leiterplatte 11 verbindet, beispielsweise als Faserbündel von Lichtleitern ausgebildet sein. Das gesamte Faserbündel steht in optischem Kontakt mit der Lichtquelle 13. Zwischen der Leiterplatte 11 und den Lichtleiterschaltern 15, 32 wird das Faserbündel aufgetrennt und wenigstens je eine Lichtleitfaser zum jeweiligen Lichtleiterschalter 15, 32 geführt.

Als weiteres Ausführungsbeispiel ist in Fig. 6 ein Drehschalter 41 gezeigt, der beispielsweise in einem Kraftfahrzeug als Armaturenbrettschalter für die Beleuchtung einsetzbar ist. Dieser Drehschalter 41 besitzt ein Gehäuse 42, das an einer Seite durch eine Leiterplatte 11 zur Aufnahme von elektronischen Bauteilen 12 und einem Bus-IC 10 abgeschlossen ist. Auf der Leiterplatte 11 befindet sich weiter eine Lichtquelle 13 und ein photoelektrischer Wandler 14. In optischer Verbindung mit der Lichtquelle 13 und dem photoelektrischen Wandler 14 steht ein Lichtleiterschalter 15, der gemäß der Fig. 2 aus einer U-brückenförmigen Lichtleiteranordnung 16 mit einer Trennstelle 27 besteht.

Am Gehäuse 42 ist ein Drehknopf 43 gelagert, an dem sich eine ins Innere des Gehäuses 42 reichende Welle 44 befindet. An der Welle 44 ist eine Scheibe 45 mit einer Öffnung 46 befestigt. Die Scheibe 45 reicht in die Trennstelle 27 hinein, so daß bei entsprechender Drehung des Drehknopfes 43 die Öffnung 46 in der Trennstelle 27 befindlich ist.

Die jeweiligen Raststellungen des Drehknopfes 43 werden durch eine an der Scheibe 45 angeordnete Rasteinrichtung 47 in Zusammenwirkung mit dem Gehäuse 42 festgelegt. Dazu befindet sich in der Rasteinrichtung 47 eine Kugel 48, die mittels einer Feder 49 mit einer gegen das Gehäuse 42 wirkenden Kraftkomponente beaufschlagt ist. Die Kugel 48 rastet in entsprechende, am Gehäuse 42 befindliche Vertiefungen 50 bei der jeweiligen Drehstellung ein.

Entsprechend der Anzahl der Raststellungen sind Lichtleiterschalter 15, von denen in Fig. 6 nur ein Lichtleiterschalter 15 dargestellt ist, derart im Gehäuse 42 mit jeweils einer Lichtquelle 13 und einem photoelektrischen Wandler 14 auf der Leiterplatte 11 angeordnet, daß bei jeder Raststellung die Öffnung 46 sich in der Trennstelle 27 des jeweiligen Lichtleitschalters 15 befindet und in diesem Lichtleitschalter 15 ein optisches Signal übertragen wird. Dieses optische Signal wird im entsprechenden photoelektrischen Wandler 14 in ein elektrisches Signal für die jeweilige Drehstellung des Drehschalters 41 und dann im Bus-IC 10 in ein dazu korrespondierendes Bus-Signal umgewandelt. Das Bus-Signal wird über den an der der Außenseite des Gehäuses 42 zugeordneten Seite der Leiterplatte 11 befindlichen Bus-Stecker 51, der gleichzeitig auch die Anschlüsse für die Spannungsversorgung des Drehschalters 41 beinhaltet, auf den Bus 9 (siehe Fig. 1) weitergeführt.

Mittels einer weiteren Lichtquelle 52 und einem Lichtleiter 53, der eine optische Verbindung zur Drehachse 44 herstellt, die ebenfalls aus einem optisch transparenten Material bestehen kann, kann der Drehknopf 43 beleuchtet werden. Falls es sich um einen Drehschalter für die Kraftfahrzeug-Beleuchtung handelt, kann dadurch eine Funktionsanzeige, beispielsweise eingeschaltetes Standlicht, gekennzeichnet werden. Weiter kann an der Außenseite des Gehäuses 42 ein Symbol für die Funktion des Drehschalters 41 angeordnet sein, das über eine weitere auf der Leiterplatte 11 befindliche Lichtquelle 54 sowie einen Lichtleiter 55 ebenfalls beleuchtbar sein kann.

In Fig. 7 ist als nochmals weiteres Ausführungsbeispiel ein Schlüsselschalter 56 gezeigt, der beispielsweise als Türschloßschalter in einem Kraftfahrzeug verwendbar ist. Dieser Schlüsselschalter 56 besitzt ein Gehäuse 57, in dessen Inneren eine Leiterplatte 11 angeordnet ist. Ein mit der Leiterplatte 11 in Verbindung stehender Bus-Stecker 61 befindet sich an der Unterseite des Gehäuses 57 und dient gleichzeitig der Spannungsversorgung für den Schlüsselschalter 56. Auf der Leiterplatte 11 befindet sich eine Lichtquelle 68, die über die Lichtleiterschalter 70a, 70b, 70c mit den photoelektrischen Wandlern 69a, 69b, 69c in optischer Verbindung steht. Die Lichtleiterschalter 70a, 70b, 70c sind vergleichbar zum Lichtleiterschalter 15 gemäß Fig. 2 aufgebaut, wobei die Schenkel 23, 26 (man vergleiche dazu Fig. 2) der einzelnen Lichtleiterschalter 70a, 70b, 70c allerdings unterschiedlich lang sind, so daß die Trennstellen 27 in vertikaler Richtung übereinander angeordnet sind.

Entlang den Trennstellen 27 der Lichtleiterschalter 70a, 70b, 70c ist eine in vertikaler Richtung verlaufende Aufnahme 62 angeordnet, die Lichtdurchtrittsöffnungen 71 im Bereich der Trennstellen 27 besitzt. Durch lineares Einbringen eines schlüsselartigen Schiebers 58 in diese Aufnahme 62 durch die Schloßöffnung 59 des Gehäuses 57, wobei der schlüsselartige Schieber 58 zu den Trennstellen 27 korrespondierende Kodierungslöcher 60, die entsprechend der Kodierung geöffnet oder verschlossen sind, aufweist, werden von den photoelektrischen Wandlern 69a, 69b, 69c bestimmte elektrische Signale erzeugt. Die elektrischen Signale werden dann von einer auf der Leiterplatte 11 angeordneten, in Fig. 7 nicht dargestellten Auswerteelektronik daraufhin überprüft, ob der schlüsselartige Schieber 58 die richtige Kodierung aufweist und nur in diesem Fall die entsprechenden Steuerfunktionen über den Bus-Stecker 61 ausgelöst.

Der schlüsselartige Schieber 58 kann gleichzeitig noch als Schlüsselbart ausgebildet sein, der mechanisch in die Aufnahme 62 eingreift, die mit einer Welle 63 für eine Drehscheibe 64 verbunden ist, so daß bei übereinsprechender mechanischer Kodierung des Schlüsselbarts mit der Aufnahme 62 die Welle 63 durch den schlüsselartigen Schieber 58 gedreht werden kann. Die Drehscheibe 64 reicht mit Öffnungen 65 in die Trennstelle 27 weiterer mit ihrer Größe und Anordnung darauf abgestimmter Lichtleiterschalter 72a, 72b, 72c hinein. Diese Lichtleiterschalter 72a, 72b, 72c bewirken eine mittels den Öffnungen 65 schaltbare optische Verbindung zwischen einer Lichtquelle 66 und jeweils einem den Lichtleiterschaltern 72a, 72b, 72c zugehörigen photoelektrischen Wandler 67a, 67b, 67c. Sowohl die Lichtquelle 66 als auch die photoelektrischen Wandler 67a, 67b, 67c befinden sich wiederum auf der Leiterplatte 11. Durch Drehung des schlüsselartigen Schiebers 58 wird die Drehscheibe 64 gedreht, so daß in der jeweiligen Drehstellung von den zugehörigen photoelektrischen Wandlern 67a, 67b, 67c elektrische Signale erzeugt werden, die zu der Drehstellung korrespondieren. Diese elektrischen Signale werden mittels der Auswerteelektronik auf der Leiterplatte 11 weiterverarbeitet und dienen beispielsweise zur Ansteuerung einer Türzentralverriegelung an einem Kraftfahrzeug.

Vorteilhafterweise besitzt der Schlüsselschalter 56 zum einen eine Kodierung über die Kodierungslöcher 60, die mittels optischer Schaltelemente ausgewertet wird und zum anderen eine mechanische Kodierung in der Aufnahme 62. Nur wenn beide Kodierungen in Ordnung sind, werden von den weiteren Lichtleiterschaltern 72a, 72b, 72c zur Auslösung bestimmter Funktionen dienende Signale entsprechend der Drehstellung des schlüsselartigen Schiebers 58 erzeugt. Durch die erläuterten Maßnahmen wird ein verbesserter Diebstahlschutz erzielt.

Eine weitere Ausführungsform für einen Schlüsselschalter 73, der als Zündschloßschalter in Kraftfahrzeugen verwendbar ist, ist in Fig. 8 zu sehen. Dieser besitzt zwei Gruppen 75, 76 von Lichtleiterschaltern, die in einem Gehäuse 74 angeordnet sind. Auf einer im Gehäuse 74 befindlichen Leiterplatte 11 sind die zugehörigen Lichtquellen 77, 78 und die photoelektrischen Wandler 79, 80 angebracht. In die Trennstelle 27 reichen wiederum Öffnungen 83, 84 auf jeweils einer Drehscheibe 81, 82 für jede Gruppe 75, 76 von Lichtleiterschaltern hinein. Die beiden Drehscheiben 81, 82 sind an einer Welle 85 angeordnet, an der sich eine mit dem Gehäuse 74 zusammenwirkende Rasteinrichtung 86 befindet. Die Rasteinrichtung 86 ist im wesentlichen vergleichbar zu derjenigen in der Fig. 6 ausgebildet.

In eine Aufnahme 87 der Welle 85 greift ein Schlüssel 88 ein, dessen Schlüsselbart wiederum mit einer mechanischen Kodierung versehen ist. Mit Hilfe des Schlüssels 88 ist die Welle 85 in die einzelnen Raststellungen drehbar. In diesen Raststellungen werden, entsprechend der Funktionsweise der Lichtleiterschalter 72a, 72b, 72c in Fig. 7, von den Gruppen 70, 71 von Lichtleiterschaltern zu der Drehstellung der Drehscheiben 81, 82 korrespondierende Signale erzeugt, die über den am Gehäuse 74 befindlichen Bus-Stecker 89 zu den zugehörigen Steuergeräten übertragen werden und dort zur Auslösung bestimmter Funktionen dienen. Handelt es sich um einen Zündschloßschalter, so kann eine derartige Funktion die Betätigung des Anlassers sein.

Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen und dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt. Sie umfaßt vielmehr auch alle fachmännischen Weiterbildungen im Rahmen des Erfindungsgedankens. So kann das erfindungsgemäße optische Schaltelement nicht nur in Kraftfahrzeugen eingesetzt werden, sondern auch an Werkzeugmaschinen, elektrischen Gebäudeinstallationseinrichtungen, Geräten der Unterhaltungselektronik, Haushaltsgeräten, usw. Verwendung finden. Von Vorteil ist dabei, wenn die Schaltelemente mit einem Bus-System zur Übermittlung der Signale in Verbindung stehen. Selbstverständlich lassen sich die optischen Schaltelemente jedoch auch als Ersatz für herkömmliche elektrische Schalter ohne Anschluß an ein Bus-System benutzen.

Bezugszeichenliste

1: Schalteranordnung (am Armaturenbrett)
2: Schalteranordnung (Lenkstockschalter)
3: Schalteranordnung (Zündschloßschalter)
4: Schalteranordnung (für Beleuchtung)
5: Schalteranordnung (in Mittelkonsole)
6, 7: Steuergerät
8: Anzeigeinstrument
9: Bus
10: Bus-IC
11: Leiterplatte
12: elektronisches Bauteil
13: Lichtquelle
14: photoelektrisches Wandlerelement
15: Lichtleiterschalter
16: Lichtleiteranordnung
17: Kopplungselement
18: Teilbereich (der Lichtleiteranordnung)
19: optisches Verbindungselement
20: vertikale Richtung
21: Öffnung (im Kopplungselement)
22: Lichtleiter
23, 26: vertikaler Schenkel (der Lichtleiteranordnung)
24, 25: horizontaler Schenkel (der Lichtleiteranordnung)
27: Trennstelle
28: Sockel (SMD-Bauteil)
29: Leuchtdiodenelement
30: photoelektrisches Wandlerelement
31: Ausschnitt
32: Lichtleiterschalter (weiteres Ausführungsbeispiel)
33, 34: vertikaler Schenkel
35: horizontaler Schenkel
36: Trennstelle
37: Schaltnocken
38: Schiebeelement
39: Bedienschalter (für elektrische Fensterheber)
40: Bedienschalter (für Einstellung der Außenspiegel)
41: Drehschalter
42: Gehäuse
43: Drehknopf
44: Welle
45: Scheibe
46: Öffnung
47: Rasteinrichtung
48: Kugel
49: Feder
50: Vertiefung (im Gehäuse)
51: Bus-Stecker
52: Lichtquelle (für Beleuchtung des Drehknopfes)
53: Lichtleiter (für Beleuchtung des Drehknopfes)
54: Lichtquelle (für Beleuchtung des Funktionssymbols)
55: Lichtleiter (für Beleuchtung des Funktionssymbols)
56: Schlüsselschalter
57: Gehäuse
58: schlüsselartiger Schieber
59: Schloßöffnung
60: Kodierungsloch
61: Bus-Stecker
62: Aufnahme
63: Welle
64: Drehscheibe
65: Öffnung
66: Lichtquelle
67a, 67b,
67c: photoelektrische Wandler
68: Lichtquelle
69a, 69b,
69c: photoelektrischer Wandler
70a, 70b,
70c: Lichtleiterschalter
71: Lichtdurchtrittsöffnungen
72a, 72b, 72c: Lichtleiterschalter
73: Schlüsselschalter (weitere Ausführungsform)
74: Gehäuse
75, 76: Gruppe (von Lichtleiterschaltern)
77, 78: Lichtquelle
79, 80: photoelektrischer Wandler
81, 82: Drehscheibe
83, 84: Öffnung
85: Welle
86: Rasteinrichtung
87: Aufnahme
88: Schlüssel
89: Bus-Stecker.

Claims (35)

1. Optisches Schaltelement, insbesondere zur Verwendung im Kraftfahrzeug, bestehend aus einer Lichtquelle (13) sowie einem photoelektrischen Wandlerelement (14), die auf einer Leiterplatte (11) gemeinsam mit elektronischen Bauteilen (12) angeordnet sind, einer Lichtleiteranordnung (16), über die die Lichtquelle (13) mit dem photoelektrischen Wandlerelement (14) optisch verbindbar ist, und einem an der Lichtleiteranordnung (16) befindlichen Kopplungselement (17) zur schaltbaren Beeinflussung des über die Lichtleiteranordnung (16) übertragenen Lichtes, dadurch gekennzeichnet, daß das Kopplungselement (17) und wenigstens ein Teilbereich (18) der Lichtleiteranordnung (16) in einem Lichtleiterschalter (15, 32) als gemeinsames Bauteil integriert sind, wobei der Lichtleiterschalter (15, 32) getrennt von der Leiterplatte (11) angeordnet und mittels weiterer optischer Verbindungselemente (19) mit dieser derart verbunden ist, daß eine durch den Lichtleiterschalter (15, 32) beeinflußbare optische Kopplungsverbindung zwischen der auf der Leiterplatte (11) angeordneten Lichtquelle (13) und dem photoelektrischen Wandlerelement (14) gebildet wird.

2. Optisches Schaltelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtleiterschalter (15, 32) außerhalb der Ebene der Leiterplatte (11), vorzugsweise ungefähr senkrecht stehend zur Ebene der Leiterplatte (11) angeordnet ist.

3. Optisches Schaltelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Teilbereich (18) der Lichtleiteranordnung (16) im Lichtleiterschalter (15, 32) als massives Element ausgebildet ist.

4. Optisches Schaltelement nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtleiteranordnung (16) des Lichtleiterschalters (15, 32) aus einem Kernbereich und einem diesen umgebenden Mantel besteht, wobei der Mantel einen vom Kernbereich unterschiedlichen Brechungsindex besitzt, derart daß das Licht durch Totalreflexion im Kernbereich geführt wird.

5. Optisches Schaltelement nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtleiteranordnung (16) im Lichtleiterschalter (15, 32) aus Glas besteht.

6. Optisches Schaltelement nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtleiteranordnung (16) im Lichtleiterschalter (15, 32) aus optisch transparenten Kunststoff besteht.

7. Optisches Schaltelement nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtleiterschalter (15, 32) als ein auf einem Substrat integriertes optisches Bauteil ausgebildet ist.

8. Optisches Schaltelement nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Kopplungselement (17) als bewegbare Membran in das Substrat integriert ist.

9. Optisches Schaltelement nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das optische Verbindungselement (19) aus einem Lichtleiter (22) besteht.

10. Optisches Schaltelement nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtleiter (22) flexibel ist.

11. Optisches Schaltelement nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei den Anschlüssen des Lichtleiters (22) am Lichtleitschalter (15, 32) um Kleb- oder Ultraschall-Schweißverbindungen handelt.

12. Optisches Schaltelement nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei den Anschlüssen des Lichtleiters (22) am Lichtleitschalter (15, 32) um Steckverbindungen handelt.

13. Optisches Schaltelement nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (13) und der photoelektrische Wandler (14) auf verschiedenen Leiterplatten (11) angeordnet sind.

14. Optisches Schaltelement nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (13) aus einer Leuchtdiode besteht.

15. Optisches Schaltelement nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der photoelektrische Wandler (14) aus einer Photodiode oder einem Phototransistor besteht.

16. Optisches Schaltelement nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (13) und der photoelektrische Wandler (14) als SMD-Bauteile ausgebildet sind.

17. Optisches Schaltelement nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (13) und der photoelektrische Wandler (14) als Halterung für den Lichtleiterschalter (15, 32) ausgebildet sind.

18. Optisches Schaltelement nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (13) und der photoelektrische Wandler (14) einen auf der Leiterplatte (11) befestigten, als Träger für das Leuchtdiodenelement (29) oder das photoelektrische Wandlerelement (30) dienenden Sockel (28) besitzen und an der Unterseite der Lichtleiteranordnung (16) Ausschnitte (31) angeordnet sind, die querschnittlich dem Leuchtdiodenelement (29) und dem photoelektrischen Wandlerelement (30) angepaßt sind.

19. Optisches Schaltelement nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtleiteranordnung (16) aus zwei in vertikaler Richtung verlaufenden Schenkeln (23, 26) und zwei in horizontaler Richtung verlaufenden Schenkeln (24, 25) besteht, die U-brückenförmig miteinander verbunden sind, wobei sich zwischen den beiden horizontalen Schenkeln (24, 25) eine Trennstelle (27) befindet, in die das Kopplungselement (17) eingreift.

20. Optisches Schaltelement nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß das Kopplungselement (17) aus einer in vertikaler Richtung verschiebbaren Blende mit einer Öffnung (21) besteht.

21. Optisches Schaltelement nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtleiteranordnung (16) aus zwei in vertikaler Richtung verlaufenden Schenkeln (33, 34) und einem in horizontaler Richtung verlaufenden Schenkel (35) besteht, die U-brückenförmig miteinander verbunden sind, wobei der horizontale Schenkel (35) als auftrennbares Glied mit einer Trennstelle (36) ausgebildet ist.

22. Optisches Schaltelement nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Lichtleiterschalter (15, 32) mit derselben Leiterplatte (11) in optischer Verbindung stehen.

23. Optisches Schaltelement nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß eine Lichtquelle (13) auf der Leiterplatte (11) für mehrere mit ihr in optischer Verbindung stehende Lichtleiterschalter (15, 32) angeordnet ist.

24. Optisches Schaltelement nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß das optische Verbindungselement (19) für die Lichtleiterschalter (15, 32) aus einem Faserbündeln von Lichtleitern besteht, wobei das gesamte Faserbündel in optischen Kontakt mit der Lichtquelle (13) auf der Leiterplatte (11) steht und wenigstens je eine Lichtleitfaser zum jeweiligen Lichtleiterschalter (15, 32) geführt ist.

25. Optisches Schaltelement nach einem der Ansprüche 1 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß ein Bus-IC (10) auf der Leiterplatte (11) angeordnet ist, der die vom photoelektrischen Wandler (14) zu elektrischen Signalen umgewandelten optischen Schaltsignale in Bus-Signale weiterverarbeitet.

26. Optisches Schaltelement nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß eine Bus-Verbindung (9) zwischen den Leiterplatten (11) zur Übertragung der Bus-Signale angeordnet ist.

27. Drehschalter mit wenigstens einem optischen Schaltelement nach einem der Ansprüche 1 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß ein Drehknopf (43) an einem Gehäuse (47) gelagert ist, wobei sich am Drehknopf (43) eine ins Innere des Gehäuses (42) reichende Welle (44) befindet, und daß das Kopplungselement aus einer Scheibe (45) mit einer Öffnung (46) besteht, die an der Welle (44) befestigt ist.

28. Drehschalter nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß an der Scheibe (45) eine mit dem Gehäuse (42) zusammenwirkende Rasteinrichtung (47) angeordnet ist.

29. Drehschalter nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß die Rasteinrichtung (47) eine mittels einer Feder (49) gegen das Gehäuse (42) beaufschlagte Kugel (48) besitzt, die in am Gehäuse (42) befindlichen Vertiefungen (50) einrastet.

30. Drehschalter nach Anspruch 28 oder 29, dadurch gekennzeichnet, daß Lichtleiterschalter (15) entsprechend der Anzahl der Raststellungen derart im Gehäuse (42) angeordnet sind, daß sich die Öffnung (46) an der Scheibe (45) bei jeder Raststellung in der Trennstelle (27) des zugeordneten Lichtleiterschalters (15) befindet.

31. Drehschalter nach einem der Ansprüche 27 bis 30, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (42) an einer Seite durch die Leiterplatte (11) abgeschlossen ist, wobei an der der Außenseite des Gehäuses (42) zugeordneten Seite der Leiterplatte (11) ein Bus-Stecker (51) angeordnet ist.

32. Drehschalter nach einem der Ansprüche 27 bis 31, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Leiterplatte (11) weitere Lichtquellen (52, 54) angeordnet sind, mittels derer der Drehknopf (43) und gegebenenfalls ein an der Außenseite des Gehäuses (42) befindliches Symbol über Lichtleiter (53, 55) beleuchtbar sind.

33. Schlüsselschalter mit wenigstens einem optischen Schaltelement nach einem der Ansprüche 1 bis 32, dadurch gekennzeichnet, daß an einer ins Innere des Gehäuses (57, 74) reichenden Welle (63, 85) wenigstens eine Drehscheibe (64, 81, 82) mit wenigstens einer Öffnung (65, 83, 84) angeordnet ist, wobei die Öffnung (65, 83, 84) der Drehscheibe (64, 81, 82) durch Drehung der Welle (63, 85) in die Trennstelle (27) eines Lichtleiterschalters (72a, 72b, 72c, 75, 76) bringbar ist, und daß in der Welle (63, 85) eine Aufnahme (62, 87) für einen von der Außenseite des Gehäuses (57, 74) einschiebbaren Schlüssel (58, 88) angeordnet ist.

34. Schlüsselschalter nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlüssel (58, 88) einen Schlüsselbart besitzt, der eine zu der Aufnahme (62, 87) in der Welle (63, 85) korrespondierende mechanische Kodierung aufweist.

35. Schlüsselschalter nach Anspruch 33 oder 34, dadurch gekennzeichnet, daß im Gehäuse (57) weitere Lichtleiterschalter (70a, 70b, 70c) derart angeordnet sind, daß deren Trennstellen (27) in vertikaler Richtung übereinander liegen und der Schlüssel als linear in das Gehäuse (57) einbringbarer schlüsselartiger Schieber (58) ausgebildet ist, wobei am schlüsselartigen Schieber (58) zu den Trennstellen (27) korrespondierende Kodierungslöcher (60) angebracht sind.