DE4401314A1 - Mehrstufenschalter - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Mehrstufenschalter nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Eine Vielzahl solcher Mehrstufenschalter sind in den verschiedensten konstruktiven Ausfertigungen bekannt, wobei mehr oder weniger auf­ wendige und komplizierte Mechanismen vorgesehen sind, die eine suk­ zessive Betätigung von mindestens zwei Schaltelementen sicherstellen sollen. Außerdem hängt die konkrete Konstruktion eines solchen Mehr­ stufenschalters auch von seinem Anwendungsbereich ab.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen solchen Mehrstufenschalter mit einem minimalen konstruktiven Aufwand und damit kostengünstig und einfach herzustellen, der bei elektrischen oder elektronischen Ge­ räten universell einsetzbar, leicht bedienbar, weitestgehend war­ tungsfrei und betriebssicher ist.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gemäß dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 gelöst.

Die Grundidee der Erfindung besteht also darin, die auf den Mehr­ stufenschalter einwirkende Schaltkraft außerhalb der Betätigungs­ richtung der Schaltelemente zu deren Durchschaltung bzw. Kontakt­ herstellung zu legen, so daß durch Wahl des Abstandes zwischen Schaltkraft einerseits und Betätigungsrichtung der einzelnen Schalt­ elemente die Aufteilung der Schaltkraft auf die einzelnen Schalt­ elemente wählbar ist. Zusammen mit der Schaltcharakteristik der ein­ zelnen Schaltelemente ("hart" oder "weich") kann hiermit auf äußerst einfache Art und Weise eine zuverlässige Definition des Schaltzeit­ punktes erreicht werden, nämlich genau dann, wenn die Auslösekraft des jeweiligen Schaltelementes von der auf dieses Schaltelement wir­ kenden Komponente der Schaltkraft erreicht bzw. überschritten wird.

Am einfachsten ist ein solches Prinzip zu realisieren bei zwei Schaltelementen, es sind jedoch auch ohne weiteres Lösungen denkbar, bei denen drei oder mehr Schaltelemente sukzessive geschaltet werden, wenn die oben geschilderten Bedingungen geeignet vorgegeben werden.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Lösung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Die Erfindung wird nun anhand von Figuren näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1A-1C eine prinzipielle Darstellung des Erfindungsgedan­ kens und

Fig. 2 einen Querschnitt durch eine bevorzugte Auführungs­ form eines erfindungsgemäßen Mehrstufenschalters.

Fig. 1 zeigt die drei Schaltzustände eines aus zwei Schaltelementen 20 und 30 gebildeten Mehrstufenschalters bei Anwendung der erfin­ dungsgemäßen Prinzipien. Die beiden Schaltelemente 20, 30 befinden sich auf einer Schaltplatte 70, beispielsweise der Leiterplatte, mit Leiterbahnen, die an den vorgesehenen Schaltpunkten miteinander ver­ bunden werden sollen. Vorzugsweise sind die Schaltelemente 20, 30 als Tellerfedern ("Knackfrösche") ausgebildet. Die beiden Schaltele­ mente 20, 30 werden durch senkrecht zur Schaltplatte 70 ausgeübte Auslösekräfte geschaltet, die Betätigungsrichtungen A bzw. B der beiden Schaltelemente 20 bzw. 30 verlaufen folglich durch diese Schaltelemente und senkrecht zur Schaltplatte 70.

Beide Schaltelemente 20, 30 werden von einem Betätigungselement 10 überbrückt, auf das von außen die Betätigungskraft F einwirkt. Man kann dieses Betätigungselement 10 insofern als "Schaltwippe" bezeichnen.

Der Schaltweg S, verursacht durch die Einwirkung der Schaltkraft f, verläuft ebenfalls senkrecht zur Schaltplatte 70.

Entscheidend ist, daß der Schaltweg S zwischen den Betätigungsrich­ tungen A bzw. B der beiden Schaltelemente 20, 30 liegt. Beim dar­ gestellten Ausführungsbeispiel sind die äußeren Bedingungen so vorgegeben, daß der Schaltweg S in der Mitte zwischen den Betäti­ gungsrichtungen A, B liegt, so daß folglich die Schaltkraft F auf­ geteilt wird in zwei gleiche Komponenten F/2, die jeweils auf die beiden Schaltelemente 20, 30 einwirkt.

Bei dem in Fig. 1A dargestellten Anfangszustand ist die Schaltkraft F noch relativ gering, so daß die beiden Komponenten F/2, die auf die Schaltelemente 20, 30 wirken, sowohl unterhalb der Auslösekraft FA1 des Schaltelements 20, als auch unterhalb der Auslösekraft FA2 des Schalters 30 liegen. Die Schaltkraft F reicht folglich nicht aus, um den ersten Schaltvorgang durchzuführen.

Wir die Schaltkraft F erhöht (Fig. 1B), so wird schließlich der Zustand erreicht, wo die auf das Schaltelement 20 wirkende Komponen­ te F/2 gleich oder größer ist als die Auslösekraft FA1 des Schalters 20. Dies hat zur Folge, daß das Schaltelement 20 durchgedrückt wird, der Schalter also betätigt wird, und die Kontaktherstellung zwischen den Kontaktelementen auf der Schaltplatte 70 erfolgt. Da die Komponente F/2 der Schaltkraft F, die auf das andere Schaltelement 30 wirkt, noch unterhalb der dort definierten Auslösekraft FA2 liegt, reicht dies noch nicht, um diesen Schalter zu betätigen. Fig. 1B kennzeichnet also die erste Schaltstufe.

Wir die Schaltkraft F weiter erhöht (Fig. 1C), so erreicht ihre Komponente F/2, die auf den Schalter 30 wirkt, schließlich ebenfalls die Auslösekraft FA2 dieses Schaltelementes 30, so daß nun auch die Kontaktherstellung mittels dieses Schaltelementes erfolgt, Fig. 1C zeigt also die zweite Stufe des Schaltvorganges.

Beim dargestellten Ausführungsbeispiel wird die sukzessive Durch­ schaltung der Schaltelemente 20, 30 demnach durch eine unterschied­ liche Schalt- oder Ansprechcharakteristik dieser beiden Schalt­ elemente erreicht, bei gleicher Schaltkraftkomponente von F/2. Es ist unmittelbar einsichtig, daß der gleiche Effekt auch erreicht werden kann, beispielsweise durch eine Verlagerung der Schaltrich­ tung S der Betätigungskraft F zu einem der Schaltelemente 20, 30 hin; in einem solchen Fall könnten dann auch Schaltelemente mit gleicher Schaltcharakteristik verwendet werden, da der unterschiedliche Schaltzeitpunkt dann durch die unterschiedlichen Werte der auf die einzelnen Schaltelemente wirkenden Kraftkomponenten definiert wurde.

Ein ähnliches Ergebnis ließe sich auch erreichen, wenn die beiden Schaltelemente 20, 30 hinsichtlich ihrer Position auf der Schalt­ platte 70 höhenmäßig versetzt wurden, wobei diese Lösung dann allerdings erfordert, daß die Verschwenkung des Betätigungselementes 10 ausgeschlossen wurde.

Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Mehrstufenschalters, der nach dem in den Fig. 1 dargestellten Prinzip funktioniert, so daß im folgenden lediglich noch der konstruktive Aufbau dieses Ausführungsbeispiels erläutert werden soll:

Das Betätigungselement 10 wird von einer Druckplatte 11 gebildet, auf deren Mittelbereich (in der Umgebung der Schaltrichtung S) ein Aufsatz 12 aufgebracht ist, der durch eine Öffnung 13A einer stationären Abdeckung 13 nach außen ragt und die Bedienerfläche für den Benutzer für den Mehrstufenschalter darstellt. Hierbei muß gewährleistet sein, daß die Breite des Aufsatzes 12 derart auf die Schaltcharakteristik der konkret eingesetzten Schaltelemente 20, 30 (z. B. Tellerfedern) abgestimmt ist, daß auch bei einer Kräftebeauf­ schlagung am Rande des Aufsatzes 12 mit der daraus folgenden Ände­ rung der Kraftkomponenten, die auf die beiden Schaltelemente wirken, noch die zeitliche Aufeinanderfolge der beiden Schaltvorgänge gewährleistet bleibt.

Die stationäre Abdeckung 13 ist in der Regel die Gehäuseabdeckung des betreffenden elektrischen Gerätes, in dem der zweistufige Schaltvorgang durchgeführt werden soll.

Auf der Unterseite der Druckplatte 11 ist eine Kunststoffmembran 50 aufgebracht, die sowohl zur Führung der Druckplatte 11 dient, als auch als Rückstellelement und die zu diesem Zweck in Seitenwänden des Gehäuses 60 des elektrischen Gerätes randseitig gehalten ist (insofern ist die Darstellung der Fig. 2 nicht maßstabsgerecht).

An der Unterseite der Kunststoffmembran 50 sind halbkugelähnliche Ausformungen 50A, 50B ausgebildet, deren Unterseite dann zur Beauf­ schlagung der Schaltelemente 20, 30 dient. Zwischen der Kunststoff­ membran 50 und der Schaltplatte 70 befinden sich mehrere Abstands­ elemente ("Spacer") 80, 81, 82, die einerseits den Schaltweg der Druckplatte 11 nach unten begrenzen, andererseits Schaltkanäle K1, K2 definieren, die zur sicheren Fuhrung der Ausformungen 50A, 50B der Kunststoffmembran von der Ruheposition zur Schaltposition dienen. Insbesondere sind diese Schaltkanäle nach unten verjüngend (kegel­ stumpfförmig) ausgebildet, so daß eine sichere Zentrierung und präzise Festlegung des Schaltzeitpunktes erleichtert wird.

Im durchgeschalteten Zustand werden somit die beiden Kontaktelemente 71, 72, beispielsweise Leiterbahnen auf der als Leiterplatte aus­ gebildeten Schaltplatte 70 überbrückt, danach die Kontaktelemente 73, 74 durch das andere Schaltelement 30.

Claims (18)

1. Mehrstufenschalter mit einem gemeinsamen Betätigungselement und mindestens zwei Schaltelementen zur Kontaktherstellung, deren Beaufschlagung mit zunehmender Kraft zu einer sukzessiven Betätigung der Schaltelemente führt, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltelemente (20, 30) nebenein­ ander über Kontaktelementen (71 . . . 74) einer Schaltplatte (70) angeordnet sind, die sie in ihrem geschalteten Zustand Überbrücken, mit senkrecht zu dieser Schaltplatte (70) liegenden Betätigungsrichtungen (A, B), daß das Betätigungselement (10) oberhalb der Schaltelemente (20, 30) derart beweglich angeordnet ist, daß sein Schaltweg (S) zwischen den Betätigungsrichtungen (A, B) der Schaltelemente (20, 30) liegt, und daß zum sukzessiven Ansprechen der Schaltelemente (20, 30) die Ansprechcharakteristik der Schaltelemente (20, 30) und/oder deren höhenmäßige Anordnung auf der Schaltplatte (70) und/oder die Formgebung oder Führung des Betätigungselements (10) aufeinander abgestimmt sind.

2. Mehrstufenschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Betätigungselement (10) derart seitlich geführt ist, daß bei der sukzessiven Betätigung der Schaltelemente (20, 30) eine wippen­ ähnliche Verschwenkung des Betätigungselementes (10) um mindestens eine im wesentlichen parallel zur Schaltplatte (70) liegende Schwenkachse (X) erfolgt.

3. Mehrstufenschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Betätigungselement (10) aus einer Druckplatte (11) besteht, die sich über die Schaltelemente (20, 30) erstreckt und deren Unterseite diese mittelbar oder unmittelbar beaufschlagt, und daß nur der zwischen den Betätigungsrichtungen (A, B) der Schaltelemente liegende Bereich (S) zur Schaltbetätigung zur Verfügung steht.

4. Mehrstufenschalter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Randbereich (11A) der Druckplatte (11) mit einer stationären Ab­ deckung (13) versehen ist.

5. Mehrstufenschalter nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Druckplatte (11) ein Aufsatz (12) angebracht ist, der eine Öffnung (13A) der stationären Abdeckung (13) zumindest in der Ruheposition des Betätigungselementes (10) derart durchgreift, daß seine Oberseite flächenbündig mit der Oberseite der Abdeckung (13) ist oder diese überragt.

6. Mehrstufenschalter nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckplatte (11) mit einem Rückstellelement versehen ist, das das Betätigungselement (10) im kräftefreien Zustand (Ruheposition) von den Schaltelementen (20, 30) abhebt.

7. Mehrstufenschalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Betätigungselement (10) in einem Gehäuse (60) seitlich geführt ist.

8. Mehrstufenschalter nach Anspruch 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Rückstellelement eine Kunststoffmembran (50) ist, die im Gehäuse (60) fixiert ist und auch zur Führung des Betätigungs­ elements (10) dient.

9. Mehrstufenschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktelemente (71 . . . 74) Leiterbahnen einer Leiterplatte sind.

10. Mehrstufenschalter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Unterseite der Druckplatte (11) und der Schaltplatte/Platine (70) Abstandselemente (80, 81, 82) vorgesehen sind, die den Schaltweg der Druckplatte (11) begrenzen.

11. Mehrstufenschalter nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandselemente (80, 81, 82) über die Schaltelemente (20, 30) hinausragen und mindestens einen Schaltkanal (K1, K2) definieren, in den die Druckplatte (11) mittelbar oder unmittelbar unter seitlicher Führung durch die Innenseiten des Schaltkanals (K1, K2) zur Betätigung der Schaltelemente eintaucht.

12. Mehrstufenschalter nach Anspruch 8 und Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Kunststoffmembran (50) zwischen der ebenen Druckplatte (11) und den Abstandselementen (80, 81, 82) liegt, und daß ihre Unterseite so ausgeformt ist, daß sie zur sukzessiven Betätigung der Schaltelemente (20, 30) in die Schaltkanäle (K1, K2) eintaucht.

13. Mehrstufenschalter nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt der Schaltkanäle (K1, K2) zur Zentrierung der eintauchenden Druckplatte (11) oder der Kunststoffmembran (50) sich in Richtung des Schaltweges verjungt.

14. Mehrstufenschalter nach Anspruch 11 und 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenseiten der Schaltkanäle (K1, K2) kegelstumpfartig ausgebildet sind.

15. Mehrstufenschalter nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterseite der Kunststoffmembran (50) halbkugelähnliche Ausformungen (50A, 50B) aufweist, die in die Schaltkanäle (K1, K2) der Abstandselemente (80, 81, 82) hineinragen.

16. Mehrstufenschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei hinsichtlich ihres Ansprechverhaltens unterschiedliche Schaltelemente in einer gemeinsamen Ebene angeordnet sind.

17. Mehrstufenschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei hinsichtlich ihres Ansprechverhaltens gleichartige Schaltelemente höhenmäßig gegeneinander versetzt angeordnet sind.

18. Mehrstufenschalter nach einem der vorhergehenden Anspruche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltelemente (20, 30) Tellerfedern sind.