DE4323542A1

DE4323542A1 - Elektrischer Schalter

Info

Publication number: DE4323542A1
Application number: DE19934323542
Authority: DE
Inventors: Hans Juergen Hennig; Rainer Moosauer
Original assignee: Individual
Current assignee: Hennig Hans Juergen 83569 Vogtareuth De Moosaue
Priority date: 1993-07-14
Filing date: 1993-07-14
Publication date: 1995-01-19
Anticipated expiration: 2013-07-15
Also published as: DE4323542C2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen elektrischen Schalter, mit wenigstens einem ersten Kontakt und wenigstens einem zweiten Kontakt, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Elektrische Schalter finden in vielen Bereichen der Technik Anwendung. Insbesondere bei der Ausbildung des Schalters als Mehrfachschalter ergeben sich Nachteile bei den bekannten Schaltern dahingehend, daß sie eine entsprechend große Baugröße erfordern und für den jeweiligen Verwendungszweck erheblich anders ausgestaltet werden müssen.

Der vorliegenden Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, einen elektrischen Schalter der eingangs genannten Art derart zu verbessern, daß dieser einen einfachen Aufbau aufweist, nahezu verschleißfrei arbeitet, und an die verschiedenen Verwendungszwecke, wie z.B im Baugewerbe, Automobilbau, in der Unterhaltungselektronik, im Flugzeugbau, bei Computern, im Haushalt, etc., universell anpaßbar ist.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Dadurch, daß der erste Kontakt eine Trägerschicht aus elastischem Material aufweist, auf der wenigstens eine erste elektrisch leitende Kontaktfläche angeordnet ist, der zweite Kontakt wenigstens eine zweite elektrische leitende Kontaktfläche aufweist, zwischen der wenigstens einen ersten elektrischen leitenden Kontaktfläche und der wenigstens einen zweiten elektrischen leitenden Kontakfläche eine dreidimensionale Struktur angeordnet ist, die Materialbereiche und materiallose Bereiche aufweist, und durch Aufbringen von Druck auf wenigstens einen Bereich der Trägerschicht und/oder des zweiten Kontakts ein elektrischer Kontakt zwischen diesen erzeugbar ist, wird eine besonders einfach verschleißfreie und universell einsetzbare Ausführung eines elektrischen Schalters insbesondere auch eines Mehrfachschalters erreicht.

Weitere Vorteile sind, daß der Schalter hygienisch ist und leicht zu säubern ist, was insgesamt besonders bedienerfreundlich ist.

Der für die Erzeugung des Kontakts aufzubringende Druck kann entweder dabei manuell aufgebracht werden oder über entsprechende Handhabungsvorrichtungen, beispielsweise feste Stellvorrichtungen oder Roboter.

Aufgrund seines Aufbaus kann der erfindungsgemäße Schalter auch als Großflächenschalter oder als ganzes Bedienfeld ausgebildet werden, wobei durch Anschluß der entsprechenden Kontakte entsprechende Felder zu entsprechenden Schaltkontakten führen.

Weitere Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

In einer besonders einfachen Ausführungsform ist der zweite Kontakt als ebene Metallplatte ausgebildet. Somit wird durch Drücken auf eine jegliche Stelle des ersten Kontakts ein Kontakt zwischen diesem und der Metallplatte erzeugt, was den Vorteil mit sich bringt, daß jegliches Drücken auf den ersten Kontakt sicher zu einem elektrischen Kontakt führt, wozu sich diese Ausführungsform insbesondere für Notschalter besonders eignet.

Wird der zweite Kontakt als Leiterplatte ausgebildet, so können gezielt Bereiche dieser Leiterplatte mit Anschlüssen zu unterschiedlichen Funktionselementen vorgesehen werden, was wiederum eine besonders einfache Ausgestaltung eines Mehrfachschalters ermöglicht.

Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung ergibt sich dadurch, daß der Aufbau des zweiten Kontakts im wesentlichen dem des ersten Kontakts entspricht. Dies führt zu einer entsprechenden Reduzierung bei den Herstellungskosten, da identische Teile für beide Kontakte verwendet werden können und allenfalls unterschiedliche Konfektionierung der Teile notwendig ist.

Durch Verbinden der dreidimensionalen Struktur mit dem ersten und/oder dem zweiten Kontakt wird eine vorteilhafte Lagesicherung der dreidimensionalen Struktur erreicht und die sichere Betriebsweise des Schalters sichergestellt. Das Verbinden kann beispielsweise durch Verkleben, Verschweißen etc. erfolgen.

Andererseits kann die dreidimensionale Struktur auch von vornherein einstückig ausgebildet sein, d. h. die Trägerschicht und/oder der zweite Kontakt weist die dreidimensionale Struktur auf, bevorzugt aus demselben Material wie die Trägerschicht bzw. der Kontakt selbst.

Die dreidimensionale Struktur kann auf unterschiedlichste Weise ausgebildet sein. In einer ersten Ausführungsform der Erfindung kann diese als eine netzartige Folie mit Durchbrüchen ausgebildet sein, wobei die Stege des Netzes im wesentlichen parallel bzw. sich unter einem Winkel von 90° schneidend ausgebildet sein können.

Alternativ hierzu kann die dreidimensionale Struktur als eine Folie mit Durchbrüchen ausgebildet sein, die gleiche oder unterschiedliche Struktur haben können.

Bevorzugt sind die Durchbrüche als kreisförmige Löcher ausgebildet, die besonders einfach herzustellen sind.

Weiterhin kann die dreidimensionale Struktur auch als eine ununterbrochene Foulie ausgebildet sein, die mit einem Material versehen ist, das auf Druck elektrisch leitet.

Insbesondere für den Fall der einstückigen Ausbildung der dreidimensionalen Struktur kann diese entsprechend unterschiedlich reliefartig ausgebildet sein, wobei in einer ersten bevorzugten Ausführungsform die dreidimensionale Struktur pyramidenförmige Erhebungen aufweist.

Weiterhin kann die dreidimensionale Struktur auch sägezahn dachförmig ausgebildet sein, wobei vorzugsweise sich die dachförmigen Vorsprünge über den gesamten Bereich des entsprechenden Kontaktes geradlinig erstrecken.

Alternativ hierzu kann die dreidimensionale Struktur auch halbkugelförmige Vorsprünge aufweisen. Möglich ist auch eine kreiszylindrische oder rechteckige Vorsprungsform. Diese erstreckt sich dann zapfenartig von dem jeweiligen Kontakt weg.

Anstelle der sägezahn-dachförmigen Ausbildung der dreidimensionalen Struktur ist auch eine Struktur möglich, die aus längsverlaufenden wulstförmigen Erhebungen gebildet ist. Diese eignet sich für den Fall einer exakten Zuordnung von Kontaktbereichen bei Aufbringen einer großen Druckkraft besonders.

Um einen entsprechenden elektrischen Kontakt herzustellen, weisen der erste und der zweite Kontakt entsprechende leitende Kontaktflächen auf. Diese können vorteilhafterweise als linienförmige Bahnen ausgebildet sein. Somit können definierte Bereiche des Schalters mit entsprechenden anderen Bauteilen abschnittsweise verbunden werden, wobei die kleinste Einheit eine linienförmige Bahn ist.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform verläuft die elektrisch leitende Bahn zwischen den Erhebungen, so daß bei Ruhestellung des Schalters jeglicher Kontakt zwischen den elektrischen Bahnen sicher vermieden wird.

Zur Lagesicherung der elektrisch leitenden Bahnen sind diese vorzugsweise in die Trägerschicht und/oder in den zweiten Kontakt eingelassen.

Zur Verbindung der elektrisch leitenden Bahn mit dem zugehörigen elektrischen Kontakt ist diese vorzugsweise aus zwei Elementen gebildet, nämlich aus einem draht- oder faserförmigen Leiter und einer unter Umständen auch elektrisch leitenden Klebstoffschicht. Dadurch wird eine besonders gute elektrische Leitung erzeugt.

Da die Trägerschicht und ggfls. der zweite Kontakt aus einem elastischen Material gebildet sind, kann das elastische Material auch selbst am Leiter bzw. der elektrisch leitenden Bahn anhaften.

Je nach Anforderung kann die elektrisch leitende Bahn einen rechteckigen Querschnitt oder einen kreisrunden Querschnitt aufweisen. Weitere Ausgestaltungen der elektrisch leitenden Bahn sind ebenfalls möglich. So kann diese einen trapezförmigen Querschnitt aufweisen, wobei das Trapez sich zur freien Oberfläche hin verjüngen kann.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen. Darin zeigt:

Fig. 1 eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen elektrischen Schalters, bei dem der erste und der zweite Kontakt identisch ausgebildet sind;

Fig. 2 eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen elektrischen Kontakts, mit einer Trägerschicht als erster Kontakt und einem als Leiterplatte ausgebildeten zweiten Kontakt;

Fig. 3 die Ausgestaltung der Trägerschicht im vergrößerten Maßstab von Fig. 1 und Fig. 2;

Fig. 4 unterschiedliche Ausgestaltungen der elektrisch leitenden Bahn, angeordnet in der Trägerschicht gemäß Fig. 1 und 2;

Fig. 5 den prinzipiellen Aufbau einer elektrisch leitenden Bahn;

Fig. 6 eine mögliche Anwendungsform eines erfindungsgemäßen Schalters, der als Mehrfachschalter ausgebildet ist und vier verschiedene Schaltmöglichkeiten zeigt;

Fig. 6a den prinzipiellen Leitungsaufbau des Schalters von Fig. 6;

Fig. 7 eine erste Ausführungsform einer dreidimensionalen Struktur, die zwischen dem ersten und dem zweiten Kontakt angeordnet ist;

Fig. 8 eine zweite Ausführungsform einer dreidimensionalen Struktur, die zwischen dem ersten und dem zweiten Kontakt angeordnet ist;

Fig. 9 eine Ausführungsform der dreidimensionalen Struktur mit pyramidenförmigen Erhebungen;

Fig. 10 eine weitere Ausführungsform der dreidimensionalen Struktur, die sägezahn-dachförmig und einstückig mit der zugehörigen Kontaktschicht ausgebildet ist;

Fig. 11 eine weitere Ausführungsform der dreidimensionalen Struktur von halbkugelförmigen Vorsprüngen; und

Fig. 12 eine weitere Ausführungsform der dreidimensionalen Strukturen in Form von sich geradlinig erstreckenden wulstförmigen Erhebungen.

In Fig. 1 ist eine erste bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen elektrischen Schalters dargestellt. Der Schalter 1 weist einen ersten Kontakt 3 und einen zweiten Kontakt 5 auf. Jeder der Kontakte 3 und 5 weist seinerseits wenigstens eine erste bzw. zweite elektrisch leitende Kontaktfläche C auf.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich, sind der erste Kontakt 3 und der zweite Kontakt 5 identisch aufgebaut, und weisen jeweils die Trägerschicht A bzw. A′ auf.

Die Trägerschicht A bzw. A′ kann gebildet sein aus Silikon, Naturkautschuk, thermoplastischen und/oder duroplastischen Elastomeren und dergleichen, d. h. sie ist als eine biegsame auf Druck sich elastisch verformende und nach Entfernung des Druckes wieder in die Ausgangsform zurückspringende Schicht ausgebildet. Jegliche Art von Elastomeren, die dauerhaft elastischen Verformungen unterworfen werden können sind hierbei geeignet.

Wie ersichtlich, befinden sich die elektrisch leitenden Bahnen C eingebettet in die Trägerschicht A bzw. A′ und sind durch sägezahn-dachförmig ausgebildete Vorsprünge 9 voneinander getrennt. Diese Vorsprünge 9 sind, wie ersichtlich, einstückig mit der Trägerschicht A bzw. A′ ausgebildet.

Durch Zusammendrücken der Schichten A bzw. A′ gelangen die elektrisch leitenden Bahnen C miteinander in Kontakt, wodurch ein elektrischer Kontakt erzeugt wird.

Fig. 2 zeigt eine andere Ausführungsform des elektrischen Schalters gemäß der vorliegenden Erfindung. Der erste Kontakt 3 ist hierbei identisch ausgebildet zum Kontakt 3 von Fig. 1.

Der zweite elektrische Kontakt 11 ist als elektrische Leiterplatte B ausgebildet, und weist ebenfalls elektrisch leitende geradlinig und parallel verlaufende Bahnen C auf. Wiederum ist ersichtlich, daß durch Ausüben von Druck auf den ersten Kontakt 3 bzw. die Trägerschicht A die elektrischen Leiterbahnen C der Trägerschicht A und des zweiten Kontakts B in Anlage zueinander kommen und einen entsprechenden elektrischen Kontakt herstellen.

Fig. 3 zeigt in vergrößertem Maßstab die Anordnung der elektrisch leitenden Bahnen C, wobei diese in der Trägerschicht entsprechend durchnumeriert angeordnet sind, mit den entsprechenden Bezugsziffen C1, C2, C3 bis Cn.

In Fig. 4 sind verschiedene Ausbildungsformen der elektrisch leitenden Bahnen C dargestellt.

C′ zeigt eine elektrisch leitende Bahn mit relativ geringem kreisförmigen Querschnitt, wohingegen C′′ einen erheblich vergrößerten kreisförmigen Querschnitt aufweist.

C′′′ entspricht den elektrisch leitenden Bahnen C1 bis Cn und ist rechteckförmig ausgestaltet.

Cⁿ′ zeigt eine weitere Ausführungsform der elektrisch leitenden Bahn, die trapezförmig ausgestaltet ist, wobei sie sich zur Verbindungsseite mit der entsprechenden elektrisch leitenden Bahn des anderen Kontaktes hin verjüngt.

Fig. 5 zeigt den prinzipiellen Aufbau einer elektrisch leitenden Bahn C, die einerseits aus einem leitenden Element 13 und einer Klebstoffschicht 15 gebildet ist. Die Klebstoffschicht 15 kann wiederum selbst auch elektrisch leitend sein, was insgesamt eine verbesserte Leitungsübertragung sicherstellt.

Wie bereits oben erläutert, kann das Material der Trägerschicht und ggfls. das des zweiten Kontekt an der leitenden Bahn selbst haften.

In Fig. 6 ist ein Anwendungsbeispiel eines elektrischen Schalters dargestellt, der als Mehrfachschalter ausgebildet ist. Der elektrische Schalter 1 ist in vier Bereiche unterteilt, auf die jeweils ein Druck D1, D2, D3 bzw. D4 ausgeübt werden kann. Die Leitungsbahnen sind entsprechend gruppiert, wie aus den Anschlußbahnen Ca, Cb, Cc, Cd einerseits für den ersten Kontakt A und Ce für den zweiten Kontakt B ersichtlich.

Die Trägerschicht A weist entlang der Trennlinie zwischen den Bereichen D1-D4 bzw. D2-D3 einen Sprung der Leiterbahnen auf, wie aus Fig. 6a ersichtlich.

Somit kann durch Ausübung von Druck auf den Bereich D1 eine Lampe zum Aufleuchten gebracht werden, durch die Ausübung von Druck auf D2 zwei Lampen zum Leuchten gebracht werden, durch Ausübung von Druck auf den Bereich D3 drei Lampen zum Leuchten gebracht werden und schließlich aufgrund von Ausübung von Druck auf den Bereich D4 vier Lampen zum Leuchten gebracht werden.

Dieses einfache Beispiel zeigt die mögliche Ausgestaltung und Anwendung des erfindungsgemäßen elektrischen Schalters für verschiedene unterschiedliche Anwendungen, wobei insbesondere durch entsprechende Gruppierungen von Leiterbahnen auf einfachste Weise eine Unterteilung des Schalters erfolgen kann.

In den Fig. 7 bis 12 sind unterschiedliche Ausbildungsformen der dreidimensionalen Struktur dargestellt, die sich zwischen den beiden elektrischen Kontakten A und B befindet. In den Fig. 7 bis 12 ist die dreidimensionale Struktur bezeichnet mit IS1 bis IS6.

Die dreidimensionale Struktur IS1 ist als netzartiges folienartiges Gebilde ausgestaltet, das senkrecht zueinander verlaufende Materialstege aufweist, zwischen denen Durchbrüche vorgesehen sind. Aufgrund der Ausgestaltung der dreidimensionalen Struktur IS1 wird im Ruhezustand verhindert, daß die Kontakte A und B sich einander berühren, wobei durch leichten Druck bereits ein Kontakt zwischen diesen hergestellt werden kann.

Alternativ zu der Ausgestaltung der dreidimensionalen Struktur IS1 gemäß Fig. 7 kann die dreidimensionale Struktur die Form gemäß IS2 von Fig. 8 aufweisen. In einer Folie 17 kommen durch Drücken auf die Trägerschicht A wiederum die Leiterbahnen C in Berührung mit den Leiterbahnen des zweiten Kontakts B.

Weiterhin kann auch ein Folienmaterial, bevorzugt ein kontinuierliches Verwendung finden, das unter Druck elektrisch leitend wird, im drucklosen Zustand jedoch nicht leitend ist.

Fig. 9 zeigt eine alternative Ausführungsform der dreidimensionalen Struktur. Diese ist hierbei mit IS3 bezeichnet. Die Struktur IS3 ist aus pyramidenförmigen Erhebungen gebildet, die reihenförmig ausgebildet sind und zwischen denen die entsprechenden elektrischen Leiterbahnen Platz finden.

Fig. 10 zeigt wiederum eine Ausgestaltung gemäß den Fig. 1 bis 4, wobei die dreidimensionale Struktur mit IS4 bezeichnet ist.

Fig. 11 zeigt eine alternative Ausführungsform der dreidimensionalen Struktur mit im wesentlichen halbkugelförmig ausgebildeten Vorsprüngen IS5 und Fig. 12 zeigt eine Ausgestaltung der dreidimensionalen Struktur mit wulstförmig sich geradlinig erstreckenden Erhebungen IS6.

Aufgrund der vorliegenden Erfindung ergibt sich die Möglichkeit eines einfachen Aufbaus eines insbesondere für mehrfache Schaltungen ausgebildeten elektrischen Schalters, wobei vorteilhafterweise mit hoher Auflösung und Verbindung der elektrisch leitenden Bahnen es möglich ist, einen linienförmig ausgeübten Druck auf die Trägerschicht A entsprechend aufzunehmen und beispielsweise auf einem Bildschirm wiederzugeben. Dadurch ist es möglich auf einem mit der Trägerschicht A ausgebildeten Arbeitsfeld zweidimensionale Gebilde zu erzeugen, die direkt übertragen werden können.

Wie bereits eingangs erwähnt, ist die Anwendung des erfindungsgemäßen elektrischen Schalters sehr vielseitig, wobei je nach Ausgestaltung der Trägerschicht großer oder eben nur geringer Druck ausgeübt werden muß, um einen entsprechenden lokalen elektrischen Kontakt zu erzeugen.

Claims

1. Elektrischer Schalter (1), mit wenigstens einem ersten Kontakt (A, 3) und wenigstens einem zweiten Kontakt (A′, B, 5, 11),
dadurch gekennzeichnet,
daß der erste Kontakt eine Trägerschicht (A) aus elastischem Material aufweist, auf der wenigstens eine elektrisch leitende Kontaktfläche (C) angeordnet ist,
daß der zweite Kontakt (5, B) wenigstens eine zweite elektrisch leitende Kontaktfläche (C) aufweist,
daß zwischen der wenigstens einen ersten elektrisch leitenden Kontaktfläche (A) und der wenigstens einen zweiten elektrisch leitenden Kontaktfläche (A′, B) eine dreidimensionale Struktur (IS1, IS2, IS3, IS4, IS5, IS6) angeordnet ist, die Materialbereiche (17) und materiallose Bereiche (19) aufweist, und
daß durch Aufbringen von Druck auf wenigstens einem Bereich der Trägerschicht (A) und/oder des zweiten Kontakts (A′) ein elektrischen Kontakt zwischen diesen erzeugbar ist.

2. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Kontakt als ebene Metallplatte ausgebildet ist.

3. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Kontakt als Leiterplatte (B) ausgebildet ist.

4. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufbau des zweiten Kontakts (A′) im wesentlichen dem des ersten Kontakts (A) entspricht.

5. Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die dreidimensionale Struktur (IS1 bis IS6) mit dem ersten und/oder dem zweiten Kontakt verbunden ist.

6. Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die dreidimensionale Struktur einstückig mit dem zugehörigen Kontakt ausgebildet ist.

7. Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die dreidimensionale Struktur als netzartige Folie mit Durchbrüchen (IS1) ausgebildet ist.

8. Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die dreidimensionale Struktur eine Folie mit unter Druck leitenden, vorzugsweise rasterförmig angeordneten Bereichen ist.

9. Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die dreidimensionale Struktur (IS2) eine Folie (17) mit Durchbrüchen (19) ist.

10. Schalter nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchbrüche kreisförmige Löcher (19) sind.

11. Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die dreidimensionale Struktur pyramidenförmige Erhebungen (IS3) aufweist.

12. Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die dreidimensionale Struktur sägezahn dachförmig ausgebildete Erhebungen (IS4) aufweist.

13. Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die dreidimensionale Struktur als halbkugelförmige Vorsprünge (IS5) ausgebildet ist.

14. Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die dreidimensionale Struktur als längsverlaufende wulstförmige Erhebungen (IS6) ausgebildet ist.

15. Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und/oder die zweite leitende Kontaktfläche eine linienförmige Bahn (C) ist.

16. Schalter nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrisch leitende Bahn (C) sich zwischen den Erhebungen (9) erstreckt.

17. Schalter nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrisch leitende Bahn in die Trägerschicht (A, A′) und/oder in den zweiten Kontakt (B) eingelassen ist.

18. Schalter nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrisch leitende Bahn aus einem elektrischen draht- oder faserförmigen Leiter (13) und einer Klebstoffschicht (15) gebildet ist.

19. Schalter nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß der draht- oder faserförmige Leiter (13) aus mehreren Drähten oder Fasern gebildet ist.

20. Schalter nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrisch leitende Bahn einen rechteckigen Querschnitt (C1 bis Cn, C′′′) aufweist.

21. Schalter nach einem der Ansprüche 18 bis 20, dadurch gekennzeichnet die elektrisch leitende Bahn einen kreisförmigen Querschnitt (C′, C′′) aufweist.

22. Schalter nach einem der Ansprüche 18 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrisch leitende Bahn einen trapezförmigen Querschnitt (Cⁿ′) aufweist.