EP1400997A2 - Elektrischer Schalter - Google Patents

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EP1400997A2
EP1400997A2 EP03020619A EP03020619A EP1400997A2 EP 1400997 A2 EP1400997 A2 EP 1400997A2 EP 03020619 A EP03020619 A EP 03020619A EP 03020619 A EP03020619 A EP 03020619A EP 1400997 A2 EP1400997 A2 EP 1400997A2
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EP
European Patent Office
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switching device
actuating element
actuator
electrical switch
armature
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP03020619A
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English (en)
French (fr)
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EP1400997A3 (de
Inventor
Volker Xanke
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Delphi Technologies Inc
Original Assignee
Delphi Technologies Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Delphi Technologies Inc filed Critical Delphi Technologies Inc
Publication of EP1400997A2 publication Critical patent/EP1400997A2/de
Publication of EP1400997A3 publication Critical patent/EP1400997A3/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
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    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H3/00—Mechanisms for operating contacts
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H13/00—Switches having rectilinearly-movable operating part or parts adapted for pushing or pulling in one direction only, e.g. push-button switch
    • H01H13/70—Switches having rectilinearly-movable operating part or parts adapted for pushing or pulling in one direction only, e.g. push-button switch having a plurality of operating members associated with different sets of contacts, e.g. keyboard
    • H01H13/84—Switches having rectilinearly-movable operating part or parts adapted for pushing or pulling in one direction only, e.g. push-button switch having a plurality of operating members associated with different sets of contacts, e.g. keyboard characterised by ergonomic functions, e.g. for miniature keyboards; characterised by operational sensory functions, e.g. sound feedback
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H3/00—Mechanisms for operating contacts
    • H01H2003/008—Mechanisms for operating contacts with a haptic or a tactile feedback controlled by electrical means, e.g. a motor or magnetofriction
    • H—ELECTRICITY
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    • H01H2215/00—Tactile feedback
    • H01H2215/05—Tactile feedback electromechanical
    • H—ELECTRICITY
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    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H2215/00—Tactile feedback
    • H01H2215/05—Tactile feedback electromechanical
    • H01H2215/052—Tactile feedback electromechanical piezoelectric
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H2239/00—Miscellaneous
    • H01H2239/006—Containing a capacitive switch or usable as such

Definitions

  • the present invention relates to an electrical switch with a Actuating element and one which can be acted upon by the actuating element Switching device and a method for reporting a Switching state of an actuatable by means of an actuating element Switching device when actuating the actuating element.
  • Electrical switches are generally known and are used for opening and closing circuits. For this purpose, they have a switching device on, which can be actuated via an actuating element in such a way that the switching device assumes one of two switching states. At a first, in The following switching state, referred to as conductive, is two connections the switching device electrically connected to each other while in a second switching state, referred to below as separate the connections are electrically separated from each other.
  • So-called electrical switches are used for a number of applications Pushbuttons used that have a specified switching state only ingest while operating the actuator. In such In cases it is desirable for an operator to operate the switch actuated, can recognize whether a triggering of a switching process or reaching a predetermined switching state by actuation was actually achieved.
  • feedback is particularly important in situations where which the operator does not visually check the effect of the operation can.
  • a driver of a motor vehicle is usually forced to watch road traffic so that it is a visual As a rule, do not perceive feedback of a button being pressed can.
  • the present invention is therefore based on the object of an electrical To provide switches that provide feedback of an achieved Switching state allows in a simple manner, and a method for Feedback of a switching state by means of an actuating element actuatable switching device when actuating the actuating element to accomplish.
  • the electrical switch according to the invention comprises an actuating element, a switching device which can be acted upon by the actuating element and an actuator, by means of which at least on the actuating element a force can be exerted in an actuating position of the actuating element is, wherein the actuator is a piezoelectric element to act on the actuator or a coil winding with an armature that by changing a magnetic field caused by a current flow through the Coil winding is generated, is movable, includes.
  • the task is also solved by a feedback procedure a switching state of an actuatable by means of an actuating element Switching device when actuating the actuating element with the Features of claim 18.
  • a switching device which can be actuated by means of an actuating element when the actuating element is actuated during a Actuation of the actuating element, the switching device in a predetermined Switched switching state and on the actuating element by means of of a piezoelectric element by changing a voltage across the piezoelectric element or by means of an armature by modification a magnetic field in the area of the armature exerted a force.
  • the method according to the invention can be carried out with the aid of the electrical switch.
  • the switching device which can be actuated by the actuating element is used for Opening and closing a circuit.
  • it can have two switching device connections have between which during a given Actuation of the actuating element a predetermined switching state given is.
  • a predetermined switching state given is.
  • the switching device connections electrically with each other connected or separated.
  • the switching device can thus move by actuating the actuating element from a complementary to the given switching state Switching state can be set to the specified switching state.
  • an actuator is provided, by means of which the actuating element a force is exercisable.
  • the actuator can directly on the Actuator act, but it is also possible that it is only indirect acts on this. For example, the application of force take place that the actuator directly on a guidance or a storage of the Actuator exerts a force, which then leads to exertion of force on the actuating element by means of the guide or the bearing leads.
  • the possibility of applying force to the actuating element is required only in the actuating position of the actuating element to be possible during operation, i.e. if the appropriate predetermined switching state is reached, relative to the switching device, occupies.
  • the actuator can be a piezoelectric according to a first alternative Have element for acting on the actuating element.
  • the piezoelectric element does not use up immediately to act on the actuating element. Rather, it can also be a mechanical one Coupling device, for example a lever, for transmission a force generated by this piezoelectric element on the actuator be provided.
  • Piezoelectric elements are preferably used with which a particularly large extension when a corresponding voltage is applied can be achieved in a given direction.
  • the actuator comprises one according to the invention Coil winding with an armature by changing one by one Current flow through the coil winding generated magnetic field movable is. A force is then exerted on the actuating element by means of this anchor exercisable.
  • the exertion of force does not necessarily need to be immediate to be done by the magnetic field, rather the armature can also, for example by changing a magnetic field against one resilient element to be moved, only after another change movement of the armature in the direction of the actuating element of the magnetic field causes.
  • the armature can be wholly or partially within the coil winding be arranged.
  • it is also possible to anchor outside to arrange the coil winding optionally in the coil winding a coil core made of a ferromagnetic or soft magnetic Material can be arranged around that generated by the coil winding magnetic field in the area of the armature.
  • the switching device in a predetermined switching state offset, which depends on the use of the inventive electrical switch a conductive or separate switching state can be.
  • the actuating element is then in the actuating position. Then during the actuation of the actuating element exerted a force on the actuating element that is which actuates the actuating element, either as a change in force or can be felt as movement of the actuating element.
  • a change to the piezoelectric element applied voltage or a change of a magnetic field in the area of the armature in the case of the invention Switch by changing one flowing through the coil winding Current.
  • the invention therefore advantageously allows active tactile Feedback of an reached switching state with a very simultaneous simple and easy construction of the electrical switch used.
  • electrical switches according to the invention can be designed in this way be that they require very little space, what use of a motor vehicle is very advantageous.
  • the simple construction also allows very short response times of the actuator and thus a quick feedback successful actuation of the electrical according to the invention Person operating the switch.
  • the electrical switch according to the invention can Reaching the specified switching state even after actuation has ended of the actuating element remain in this switching state reached.
  • the electrical switch acts as a button is trained.
  • a button is understood to be a switch the a given switching state only during an actuation of the Actuator assumes, but otherwise to the specified Switching state complementary switching state.
  • an active tactile feedback is particularly advantageous, because an operator may find it difficult to determine whether the desired switching state has been reached or whether it has been reached Switching status is still present.
  • the actuation of the switch according to the invention can be different Way take place, the actuating element and the switching device are preferably matched accordingly. at In one embodiment of the invention, it is preferred that the actuating element is movable relative to the switching device.
  • Such electrical Switches have a very simple structure.
  • Any switching devices can be used.
  • capacitive or inductive proximity switches be that respond to an approach of the actuator and bring about a switching operation.
  • the electrical switching device at least two in contact with each other by moving the actuator feasible contact elements, one of which each with a corresponding connection of the switching device is connected.
  • a such switching device is very simple and allows it also switching larger currents.
  • the actuator is then Transfer of a movement to the switching device is formed.
  • the actuating element is designed as a push button.
  • Such an electrical Switch is easy to operate with just one finger.
  • Switch it is preferred that the actuating element as a rotary knob is trained.
  • Such an electrical switch is particularly then advantageous if it is attached to a place where a pressure movement with one finger only while twisting the wrist and / or of an operator's arm is possible. It also becomes accidental Operation easier avoided.
  • the actuator as Rocker element is formed. With such an actuator guidance that is only less precise than that required with a pressure switch. In particular, it is less prone to failure during actuation movements not exactly a predetermined direction of movement of the actuating element correspond.
  • movable actuators In such movable actuators is to form the electrical switch as a button preferably a resilient element is provided, by means of which the actuating element and the switching device can be returned from an actuation position to a rest position. This can be provided in the switching device, for example.
  • an actuation of the electrical switch according to the invention needs but not necessarily through movement of the actuator respectively.
  • the switching device and the actuating element together form a touch switch.
  • Such an electrical The switch can be actuated simply by touching the actuating element, however, a certain contact pressure may be necessary. Since that Actuator then essentially not during a movement is moved, it is always essentially in the operating position. The operation of such an electrical switch is without major Movement possible, and therefore allows use in less easily accessible areas.
  • there is mechanical wear of the actuating element and / or the switching device largely excluded, since in particular the switching device an electrical circuit can be given. Because an actuation path that when actuating an actuating element such as a push button or a rocker is to be covered, have such electrical Switches also have a particularly low overall height.
  • the switching device with the Actuator forms a capacitive switch.
  • a capacitive The switch is characterized in that a switching operation a change in a capacitance of a capacitor is effected.
  • the Actuator can form part of the capacitor or only act on the capacitance of the capacitor in a different way.
  • Such electrical switches are very simple and can in particular have a particularly flat design.
  • you can they are very insensitive to vibrations, on the one hand by Environmental influences, for example when used in a motor vehicle, can occur and on the other hand by actuating the actuator can be caused.
  • a force can in principle be applied by the actuator in any way be transferred to the actuator.
  • the actuator and the piezoelectric element or the armature are mechanically firmly connected.
  • the actuator designed as a plastic injection molded part can be so special simply the piezoelectric element or the armature on the actuating element for example, by pressing or snapping into one opening formed for this are attached.
  • the anchor separate guidance of the anchor is not necessary, but can be taken over by a guide of the actuating element become.
  • the number of individual parts of the invention is reduced electrical switch, which makes assembly easier.
  • the piezoelectric element can also be switched with one part of the electrical switch according to the invention connected which the actuator is movable. This has the advantage that Piezoelectric element simply using a line that is not moving Voltage is available.
  • the armature is movable relative to the actuating element is.
  • the actuating element can then be largely independent be formed by the anchor.
  • the anchor can preferably be guided in the coil winding, making it possible to to transmit the actuating element at largely any point.
  • the anchor is linearly movable relative to the coil winding.
  • This can in particular an appropriate guide for the anchor may be provided.
  • the guidance is preferably carried out in the coil winding or in one Winding body that carries the coil winding.
  • the armature in particular a section of a ferromagnetic, i.e. in particular have soft or hard magnetic material.
  • the armature has a permanent magnet. Its magnetization is then in a suitable manner, for example parallel to an axis the coil winding.
  • Such an anchor can be replaced by a Magnetic field can be easily moved in opposite directions.
  • the actuation of the actuator can be done in different ways by corresponding voltage or current signals for the piezoelectric Element or the coil winding take place.
  • the control of the The actuator is preferably such that one of the inventive electrical switch operator operating the on the actuator applied forces as such or as movement of the actuating element or a part of it. Furthermore can the type of control of the intended use of the electrical Depending on the switch.
  • a feedback circuit with one with the switching device electrically connected control input and one with the piezoelectric element or the coil winding of the actuator electrically connected feedback circuit output is provided with which in Dependence on an instantaneous switching state of the switching device or a last change in the switching state of the switching device Voltage or current signals to the piezoelectric element or the coil winding can be delivered.
  • the voltage depend or current signals not from other, previous ones Switching state changes from.
  • Actuation of the actuator i.e. the Supply of voltage signals to the piezoelectric element or of current signals to the coil winding, can therefore be independent of the function of a device controlled by operating the switch respectively.
  • Such an electrical switch can be easily connected to any Locations, for example in a motor vehicle, without additional wiring be used.
  • a feedback circuit with a the switching device electrically connected control input and one with the piezoelectric element or the coil winding of the actuator electrically connected feedback circuit output is provided which designed as a control or regulating device for a device to be controlled and by means of which the device is dependent on one instantaneous switching state of the switching device and / or previous Switching states and / or switching state changes can be controlled is and corresponding voltage or current signals to the Actuator can be dispensed.
  • this can be a Input device for a device, for example an air conditioning system, act in which the switching device and the actuator for Serve input of control signals. In this way, with the invention electrical switch using a device control simple tactile feedback possible.
  • the feedback circuit at least is partially designed as a digital circuit, the circuit states by actuating the actuating element at least partially are controllable, with a switching state change due to a Actuation of the actuating element to a voltage or current signal the actuator can be output.
  • the digital circuit particularly preferably has a microcontroller or processor that can easily change the Properties of the digital circuit by changing a programming microcontroller or processor allowed.
  • the actuator and the switching device can also be easily used for control purposes complex devices are used.
  • the feedback circuit has at least one further control input and that the voltage or current signals are also dependent of instantaneous or past signals on the additional control input can be emitted by the feedback circuit.
  • the voltage or current signals can in principle be any have a suitable shape.
  • the piezoelectric element when actuated the piezoelectric element is applied an oscillating voltage or generates an oscillating magnetic field in the area of the armature.
  • the feedback circuit generate an oscillator of an oscillating voltage or current signal.
  • the Frequency of the vibration can be so high that an operator can still perceive a vibration of the actuating element.
  • the feedback circuit for delivering pulsed voltage or Current signals to the actuator is formed.
  • a voltage pulse or one pulse-like change of the magnetic field in the area of the armature, i.e. a current pulse causing such a change can, in particular, do so be chosen so that the forces caused as one for an operator Impact against the actuating element are perceptible.
  • a corresponding elastic element may be provided, which is tensioned when the armature moves and after this. End of force moved back, or it can another pulse is connected to a pulse, which exerts a force on the Anchor in the opposite direction. Pulse are here also pulses modulated with a predetermined oscillation frequency Roger that.
  • a timer is provided by means of this during a switching state corresponding to an actuation the switching device the delivery at predetermined time intervals a voltage or current signal to the actuator can be triggered.
  • the actuator On such electrical switches allow the delivery of pulse trains as feedback signals, the forces on the actuator cause one Operator at low frequencies, for example, as a repeated Knock, can also perceive as vibration at higher frequencies.
  • Such pulse sequences can also be repeated during an operation be dispensable.
  • the time interval with increasing duration of the operation decreases.
  • the electrical switch according to the invention it is for this preferred that by means of the feedback circuit as a voltage or Current signals pulses can be emitted, the time interval with increasing Time since the switching status of the Switching device decreases. An operator also receives one tactile feedback on the duration of the actuation.
  • an at least partially designed as a digital circuit Feedback circuit can be run through a list by continuous Actuation of the actuating element the time for a jump decrease a next entry with increasing duration of operation, so that immediately before, at or immediately after reaching the list entry a voltage or current signal can be emitted.
  • a further switching device independent of the switching device and a further actuator independent of the actuator by means of its on the actuating element at least in an actuating position a force of the actuating element can be exerted and another piezoelectric element or another coil winding with a comprises further anchors, are provided and that the actuating element comprises a rocker switch with a first and a second arm, the first arm with the switching device and mechanically with the Actuator and the second arm with the additional switching device and mechanically can be coupled to the further actuator, so that at first Arm a force by means of the piezoelectric element or the coil winding with the anchor and on the second arm a force by means of further piezoelectric element or the further coil winding can be exercised with the further anchor.
  • the switching devices and the actuators can each be the same or different.
  • the further switching device and the further actuator according to the preferred embodiments described above of the invention.
  • the electrical switch according to the invention is particularly suitable for Use in motor vehicles.
  • an electrical switch according to a first preferred Embodiment of the invention on a base plate 10, a switching device 12 with switching device connections, an actuating element 14 for actuating the switching device 12 and as an actuator a coil 16 with an armature 18, by means of which the actuating element 14 can be moved is on.
  • the electrical switch further comprises a feedback circuit 20, the control inputs with the switching device connections the switching device 12 and with feedback circuit outputs the coil winding 16 is electrically conductively connected.
  • the electric one Switch is via the switch device connections with one device 22 connected whose power supply to the electrical switch can be switched.
  • the switching device 12 designed as a button comprises two each corresponding switching device connections connected to each other movable contact elements, not explicitly shown in FIG. 1, of which one is resilient.
  • the movement of the contact elements takes place in a manner known per se via a pin 24.
  • the conductive switching state of the switching device 12 are the contact elements in contact with each other so that the circuit device connections are electrically connected to one another or short-circuited. It is the resilient contact element tensioned.
  • to the first Switching state complementary separate switching state is the resilient Contact element in a relaxed state and the contact elements are not in contact with each other, so the switching device connections are not connected. The contact element are thus only by pressing against the spring force of the corresponding contact element in contact, in the event of loss of pressure, the switching device by the spring force back into the separated switching state brought.
  • this is designed as a push button Actuator 14 provided, which, not shown in Fig. 1, in Direction of movement B of the pin 24 linear in an actuation direction is movably guided in a housing, not shown in Fig. 1.
  • the armature 18 is a pin made of a soft magnetic material, in Example of a suitable iron alloy, designed and linearly movable in a winding carrier of the coil winding not explicitly shown in FIG. 1 16 out.
  • the armature 18 is supported by one in FIG. 1 not shown spring from the base plate 10.
  • the armature 18 and the spring are designed and stored in the coil winding 16 that the Armature 18 by applying a current to the coil winding 16 below Tensioning the spring is drawn into the coil winding 16 and at Disappearance of the current from the tensioned spring in one direction parallel to an actuating direction of the actuating element 14 this is too movable.
  • the coil winding 16 and the armature 18 are arranged on the base plate 10 so that the movement of the Armature 18 in an actuating position of the actuating element 14, in which the Switching device 12 assumes the connected switching state the actuator 14 is limited.
  • the feedback circuit 20 has a timer 26 and is designed such that when the control input is shorted in by means of the timer 26 determined intervals of about half, for example Second rectangular current pulses are delivered to the coil winding 16, which a corresponding temporal change one of the coil winding 16 cause generated magnetic field.
  • the switching device 12 placed in the conductive switching state, so that on the one hand two connections can be electrically connected in the device 22.
  • the control input of the feedback circuit 20 becomes independent short-circuited by the function of the device 22, causing this Rectangular current pulses to the coil winding 16.
  • the coil winding 16 generates a corresponding magnetic field.
  • the anchor 18 becomes in the direction of the actuating element 14 to moves and bumps against it.
  • An actuating element 14 Operator therefore takes during an operation of the Actuator 14 knocking against the actuator 14 with the pulse frequency of about 2 Hertz true.
  • An electrical switch according to a second preferred embodiment of the invention in FIG. 2 has a switching device on a base plate 28 30 with switching device connections, an actuating element 32 in the form of a rotary knob with an actuating cam 34 and a coil winding 36 with a linearly guided armature 38 therein Actuator on.
  • a feedback circuit 40 with an oscillator 42 is provided which is connected to the switching device 30 via a control input and to the coil winding 36 via a feedback circuit output connected is.
  • the electrical switch is over the switchgear connections connected to a device 44, the power supply with the electrical switch can be switched.
  • the switching device 30 is designed like the switching device 12, however, has a modified mechanism, not shown in Figure 2 for transmitting a rotary movement of the actuating element 32 about an axis orthogonal to the base plate 28 by means of the Actuating cam 34 on the switching device 30.
  • the coil winding 36 with the armature 38 is thus on the base plate 28 arranged that the armature 38 is changed by a corresponding one Current in the coil winding 36 and thus a corresponding itself changing magnetic field movable against the actuator 32 is.
  • the feedback circuit 40 with the oscillator 42 is designed such that when the control input is shorted, using the Oscillator 42 a harmonic during the persistence of this switching state oscillating current signal with a frequency of about 100 Hertz delivers.
  • the switching device 30 When the actuating element 32 is actuated, the switching device 30 placed in a conductive switching state, so that, as in the embodiment previously, on the one hand the device 44 is switched accordingly and on the other hand the feedback circuit connections of the Feedback circuit 40 are short-circuited.
  • the oscillator 42 gives thereupon for the duration of the short circuit the current signal with a Frequency from around 100 Hz.
  • This current signal is through the coil winding 36 converted into a magnetic field of a corresponding frequency, that acts on the armature 38 in the form of a permanent magnet.
  • the armature 38 is changed into a by the changing magnetic field Vibration movement offset, in which he against the actuator 32 is moved so that an operator operating the actuator 32 actuated, a vibration of the actuating element 32 with one of the Frequency of the oscillator corresponding frequency perceives.
  • FIG. 1 An electrical switch according to a third preferred embodiment the invention is shown in FIG.
  • the electrical switch includes on a base plate 46 with first and second switching devices 48 and 48 ' corresponding switching device connections, as actuators first and second coil windings 50 and 50 'with armatures 52 and 52' and one pivoted rocker switch 54 with two arms 56 and 56 '.
  • a feedback circuit 58 is provided, which has two separate Control inputs with the switching device connections of the switching devices 48 and 48 'and via two feedback circuit outputs with the Coil windings 50 and 50 'is connected.
  • the feedback circuit is further connected to a device 60 via signal connections 62, 62 ', which can be controlled by the feedback circuit 58.
  • the switching devices 48 and 48 ' are like the switching device 12 in the first embodiment.
  • the coil windings 50 and 50 'with the armatures 52 and 52' are like that Coil winding 36 and armature 38 in the second embodiment educated.
  • the first circuit device 48, the first coil winding 50 with the Anchors 52 are arranged under the first arm 56 of the rocker switch 54, that when the first arm 56 is depressed, on the one hand, the switching device 48 is brought into a conductive switching state in which the switching device connections connected to the feedback circuit 58 are electrically connected to one another or short-circuited. Furthermore, the coil winding 50 with the armature 52 is under the arranged first arm 56 that this when actuating the switching device 48 is movable against the first arm 56.
  • the second switching device 48 ', the second coil winding 50' and the Anchors 52 ' are arranged in a corresponding manner under the second arm 56'.
  • the feedback circuit 58 is a control circuit for the device 60 trained. For this purpose, it has a digital circuit with a programmable one Microcontrollers on the control inputs of the Feedback circuit 58 connected to the switching devices 48 and 48 ' is.
  • the device 60 to be controlled can be, for example, a Act air conditioning in a motor vehicle, the feedback circuit 58 is used to enter target temperatures.
  • Device signals 60 can be fed to the feedback circuit 58 via the connection 62, while feedback circuit 58 signals via terminal 62 ' can deliver to the device 60.
  • the digital circuit is designed so that by pressing the Switching devices 48 and 48 'from a list of predefined possible ones Target temperatures a certain temperature can be selected. As long as one of the two control inputs is short-circuited, the List of possible target temperatures based on a current one List element the neighboring list element corresponding to a lower one or higher temperature selected. If it lasts longer The list entries are short-circuited to the corresponding control input run through faster and faster.
  • the digital circuit is also designed so that each time it is reached a new list entry, the feedback circuit 58 to the coil winding 50 or 50 ', that of the actuated switching device 48th or 48 ', outputs a current signal that corresponds to a corresponding one Change one generated by the coil winding 50 or 50 ' Leads magnetic field.
  • the electrical switch works as follows. If none of the Switching devices 48 or 48 'by means of the actuating element 54 is actuated, the currently selected list entry is connected via the connection 62 ' corresponding signal to the device, i.e. the air conditioner, issued.
  • the switching device 64 with an actuating element 66, one fastened to a base plate 67 piezoelectric element 68 as an actuator and one with two switching device connections the switching device 64 via a control input and with the piezoelectric element 68 via a feedback circuit output connected feedback circuit 70 comprises. With the switching device connections the switching device 64 is still to be controlled Device 72 connected.
  • the switching device 64 also includes an electronic circuit, the so is designed such that when touching the actuating element 66 change in the capacitance of the capacitor shorts two switching device connections and thus the switching device 64 placed in a conductive switching state.
  • the piezoelectric element 68 is in direct contact with the actuating element 66 arranged so that when voltage is applied to it the actuator 66 has a force orthogonal to a surface of the Actuator 66 exercises.
  • the feedback circuit 70 is designed such that it is in the event of a short circuit their control input a sequence of voltage pulses to the piezoelectric element 68 emits.
  • the device 72 When the actuating element 66 is actuated by touch on the one hand, the device 72 is switched. On the other hand, the switching device connections the switching device 64 short-circuited, so that the feedback circuit is a sequence of voltage pulses to the piezoelectric element 68 emits. This then gives to the actuator 66 a corresponding sequence of force pulses.
  • One that Operator touching actuator 66 takes this sequence from Pulses that can have a frequency of one Hertz, for example, true as an even tapping movement and thus receives tactile feedback on reaching the conductive switching state of the switching device 64th

Landscapes

  • Push-Button Switches (AREA)
  • Vehicle Body Suspensions (AREA)

Abstract

Ein elektrischer Schalter umfasst einen Betätigungselement, eine über das Betätigungselement beaufschlagbare Schalteinrichtung und einen Aktor, mittels dessen auf das Betätigungselement wenigstens in einer Betätigungslage des Betätigungselements eine Kraft ausübbar ist, wobei der Aktor ein piezoelektrisches Element zur Einwirkung auf das Betätigungselement oder eine Spulenwicklung mit einem Anker, der durch Änderung eines Magnetfelds, das durch einen Stromfluss durch die Spulenwicklung erzeugbar ist, bewegbar ist, umfasst. <IMAGE>

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen elektrischen Schalter mit einem Betätigungselement und einer über das Betätigungselement beaufschlagbaren Schalteinrichtung sowie ein Verfahren zur Rückmeldung eines Schaltzustandes einer mittels eines Betätigungselements betätigbaren Schalteinrichtung bei Betätigung des Betätigungselements.
Elektrische Schalter sind grundsätzlich bekannt und dienen zum Öffnen und Schließen von Stromkreisen. Hierzu weisen sie eine Schalteinrichtung auf, die über ein Betätigungselement so betätigbar ist, dass die Schalteinrichtung einen von zwei Schaltzuständen einnimmt. Bei einem ersten, im Folgenden als leitend bezeichneten Schaltzustand sind zwei Anschlüsse der Schalteinrichtung elektrisch leitend miteinander verbunden, während bei einem zweiten, im Folgenden als getrennt bezeichneten Schaltzustand die Anschlüsse elektrisch voneinander getrennt sind.
Für eine Reihe von Anwendungen werden als elektrische Schalter sogenannte Taster verwendet, die einen vorgegebenen Schaltzustand nur während einer Betätigung des Betätigungselements einnehmen. In solchen Fällen ist es wünschenswert, dass eine Bedienperson, die den Schalter betätigt, erkennen kann, ob eine Auslösung eines Schaltvorgangs bzw. das Erreichen eines vorgegebenen Schaltzustandes durch die Betätigung tatsächlich erreicht wurde.
Es gibt zwar elektrische Schalter, die hierzu mechanische Einrichtungen aufweisen, die der Bedienperson beispielsweise bei einem Niederdrücken eines als Taster ausgebildeten Betätigungselements durch eine Änderung eines der Betätigungsbewegung entgegengebrachten Widerstands das Überwinden eines Druckpunkts und damit das Erreichen eines vorgegebenen Schaltzustandes anzeigen. Eine solche Mechanik ist jedoch verschleißanfällig und vermittelt insbesondere bei längerem Betätigen des Tasters keine sichere Rückmeldung, ob die Schalteinrichtung immer noch in dem gewünschten Schaltzustand ist.
Eine Rückmeldung ist jedoch insbesondere in Situationen wichtig, in denen die Bedienperson die Wirkung der Betätigung nicht visuell kontrollieren kann. Insbesondere ist ein Fahrer eines Kraftfahrzeugs in der Regel gezwungen, den Straßenverkehr zu beobachten, so dass er eine visuelle Rückmeldung einer Betätigung eines Tasters in der Regel nicht wahrnehmen kann.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen elektrischen Schalter bereitzustellen, der eine Rückmeldung eines erreichten Schaltzustandes auf einfache Weise ermöglicht, sowie ein Verfahren zur Rückmeldung eines Schaltzustandes einer mittels eines Betätigungselements betätigbaren Schalteinrichtung bei Betätigung des Betätigungselements zu schaffen.
Die Aufgabe wird gelöst durch einen elektrischen Schalter mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
Der erfindungsgemäße elektrische Schalter umfasst ein Betätigungselement, eine über das Betätigungselement beaufschlagbare Schalteinrichtung und einen Aktor, mittels dessen auf das Betätigungselement wenigstens in einer Betätigungslage des Betätigungselements eine Kraft ausübbar ist, wobei der Aktor ein piezoelektrisches Element zur Einwirkung auf das Betätigungselement oder eine Spulenwicklung mit einem Anker, der durch Änderung eines Magnetfelds, das durch einen Stromfluss durch die Spulenwicklung erzeugbar ist, bewegbar ist, umfasst.
Die Aufgabe wird weiterhin gelöst durch ein Verfahren zur Rückmeldung eines Schaltzustandes einer mittels eines Betätigungselements betätigbaren Schalteinrichtung bei Betätigung des Betätigungselements mit den Merkmalen des Anspruchs 18.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Rückmeldung eines Schaltzustandes einer mittels eines Betätigungselements betätigbaren Schalteinrichtung bei Betätigung des Betätigungselements wird während einer Betätigung des Betätigungselements die Schalteinrichtung in einen vorgegebenen Schaltzustand versetzt und auf das Betätigungselement mittels eines piezoelektrischen Elements durch Änderung einer Spannung an dem piezoelektrischen Element oder mittels eines Ankers durch Änderung eines magnetischen Feldes im Bereich des Ankers eine Kraft ausgeübt.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann mit Hilfe des erfindungsgemäßen elektrischen Schalters ausgeführt werden.
Die mit dem Betätigungselement betätigbare Schalteinrichtung dient zum Öffnen und Schließen eines Stromkreises. Dazu kann sie zwei Schalteinrichtungsanschlüsse aufweisen, zwischen denen während einer vorgegebenen Betätigung des Betätigungselements ein vorgegebener Schaltzustand gegeben ist. In diesem vorgegebenen Schaltzustand können, je nach Anwendung die Schalteinrichtungsanschlüsse elektrisch miteinander verbunden oder voneinander getrennt sein. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann so durch Betätigen des Betätigungselements die Schalteinrichtung aus einem zu dem vorgegebenen Schaltzustand komplementären Schaltzustand in den vorgegebenen Schaltzustand versetzt werden.
Weiterhin ist ein Aktor vorgesehen, mittels dessen auf das Betätigungselement eine Kraft ausübbar ist. Der Aktor kann dabei direkt auf das Betätigungselement wirken, es ist jedoch auch möglich, dass er nur indirekt auf dieses wirkt. Beispielsweise kann die Kraftausübung dadurch erfolgen, dass der Aktor direkt auf eine Führung oder eine Lagerung des Betätigungselements eine Kraft ausübt, was dann zu einer Kraftausübung auf das Betätigungselement vermittels der Führung bzw. der Lagerung führt.
Weiterhin braucht die Möglichkeit der Krafteinwirkung auf das Betätigungselement dabei nur in der Betätigungslage des Betätigungselements möglich zu sein, die es während der Betätigung, d.h. wenn der entsprechende vorgegebene Schaltzustand erreicht ist, relativ zu der Schalteinrichtung, einnimmt.
Erfindungsgemäß kann der Aktor nach einer ersten Alternative ein piezoelektrisches Element zur Einwirkung auf das Betätigungselement aufweisen. Dabei braucht das piezoelektrische Element nicht unmittelbar auf das Betätigungselement einzuwirken. Es kann vielmehr auch eine mechanische Kopplungseinrichtung, beispielsweise ein Hebel, zur Übertragung einer von diesem piezoelektrischen Element erzeugten Kraft auf das Betätigungselement vorgesehen sein.
Vorzugsweise werden piezoelektrische Elemente verwendet, mit denen sich bei Anlegen einer entsprechenden Spannung eine besonders große Ausdehnung in einer vorgegebenen Richtung erzielen lässt.
Nach einer zweiten Alternative umfasst der Aktor erfindungsgemäß eine Spulenwicklung mit einem Anker, der durch Änderung eines durch einen Stromfluss durch die Spulenwicklung erzeugbaren Magnetfeldes bewegbar ist. Mittels dieses Ankers ist dann auf das Betätigungselement eine Kraft ausübbar. Die Kraftausübung braucht dabei nicht unbedingt unmittelbar durch das Magnetfeld zu erfolgen, vielmehr kann der Anker auch beispielsweise durch eine Änderung eines magnetischen Feldes gegen ein federndes Element bewegt werden, das erst nach einer weiteren Änderung des Magnetfeldes eine Bewegung des Ankers in Richtung des Betätigungselements bewirkt.
Weiterhin kann der Anker ganz oder teilweise innerhalb der Spulenwicklung angeordnet sein. Es ist jedoch auch möglich, den Anker außerhalb der Spulenwicklung anzuordnen, wobei optional in der Spulenwicklung ein Spulenkern aus einem ferromagnetischen bzw. weichmagnetischen Material angeordnet sein kann, um das von der Spulenwicklung erzeugte magnetische Feld in den Bereich des Ankers zu führen.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird während einer Betätigung des Betätigungselements die Schalteinrichtung in einen vorgegebenen Schaltzustand versetzt, der abhängig von der Verwendung des erfindungsgemäβen elektrischen Schalters ein leitender oder auch getrennter Schaltzustand sein kann. Das Betätigungselement befindet sich dann in der Betätigungslage. Während der Betätigung des Betätigungselements wird dann auf das Betätigungselement eine Kraft ausgeübt, die für eine Bedienperson, die das Betätigungselement betätigt, entweder als Kraftänderung oder als Bewegung des Betätigungselements spürbar sein kann.
Gemäß den beiden Alternativen kann hierzu eine Änderung einer an dem piezoelektrischen Element anliegenden Spannung oder eine Änderung eines magnetischen Feldes im Bereich des Ankers, bei dem erfindungsgemäßen Schalter durch Änderung eines die Spulenwicklung durchfließenden Stromes, vorgenommen werden.
Die Erfindung erlaubt daher in vorteilhafter Weise eine aktive taktile Rückmeldung eines erreichten Schaltzustandes bei einer gleichzeitig sehr einfachen und leichten Konstruktion des verwendeten elektrischen Schalters.
Dies ermöglicht es insbesondere, den erfindungsgemäßen elektrischen Schalter in Kraftfahrzeugen auch an vielen verschiedenen Stellen zu verwenden, ohne dass untragbar hohe Kosten entstehen oder das Gewicht des Kraftfahrzeugs deutlich ansteigt.
Darüber hinaus können erfindungsgemäße elektrische Schalter so ausgebildet sein, dass sie nur einen sehr geringen Platzbedarf erfordern, was für eine Verwendung einem Kraftfahrzeug sehr vorteilhaft ist.
Die einfache Konstruktion erlaubt insbesondere auch sehr kurze Ansprechzeiten des Aktors und damit eine schnelle Rückmeldung einer erfolgreichen Betätigung an eine den erfindungsgemäßen elektrischen Schalter betätigende Person.
Weiterbildungen und bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in der Beschreibung, den Ansprüchen und den Zeichnungen beschrieben.
Grundsätzlich kann der erfindungsgemäße elektrische Schalter nach Erreichen des vorgegebenen Schaltzustandes auch nach Ende der Betätigung des Betätigungselements in diesem erreichten Schaltzustand verbleiben. Es ist jedoch bevorzugt, dass der elektrische Schalter als Taster ausgebildet ist. Unter einem Taster wird hierbei ein Schalter verstanden, der einen vorgegebenen Schaltzustand nur während einer Betätigung des Betätigungselements annimmt, sonst jedoch den zu den vorgegebenen Schaltzustand komplementären Schaltzustand. Bei einem solchen elektrischen Schalter ist eine aktive taktile Rückmeldung besonders vorteilhaft, da eine Bedienperson unter Umständen nur schwer feststellen kann, ob der gewünschte Schaltzustand erreicht wurde bzw. ob der erreichte Schaltzustand noch vorhanden ist.
Die Betätigung des erfindungsgemäßen Schalters kann auf unterschiedliche Art und Weise erfolgen, wobei das Betätigungselement und die Schalteinrichtung vorzugsweise entsprechend aufeinander abgestimmt sind. Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist es bevorzugt, dass das Betätigungselement relativ zu der Schalteinrichtung bewegbar ist. Solche elektrischen Schalter weisen einen sehr einfachen Aufbau auf.
Dabei können beliebige Schalteinrichtungen verwendet werden. Beispielsweise können kapazitive oder induktive Näherungsschalter verwendet werden, die auf eine Annäherung des Betätigungselements ansprechen und einen Schaltvorgang herbeiführen.
Es ist jedoch bevorzugt, dass die elektrische Schalteinrichtung wenigstens zwei durch Bewegung des Betätigungselements miteinander in Kontakt bringbare Kontaktelemente umfasst, von denen jeweils eines mit einem entsprechenden Anschluss der Schalteinrichtung verbunden ist. Eine solche Schalteinrichtung ist sehr einfach aufgebaut und erlaubt dabei auch das Schalten größerer Ströme. Das Betätigungselement ist dann zur Übertragung einer Bewegung auf die Schalteinrichtung ausgebildet.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schalters ist das Betätigungselement als Drucktaste ausgebildet. Ein solcher elektrischer Schalter ist einfach mit nur einem Finger zu bedienen.
Bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schalters ist es bevorzugt, dass das Betätigungselement als Drehknopf ausgebildet ist. Ein solcher elektrischer Schalter ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn er an einer Stelle angebracht ist, an der eine Druckbewegung mit einem Finger nur unter Verdrehen des Handgelenks und/oder des Arms einer Bedienperson möglich ist. Darüber hinaus wird eine versehentliche Betätigung leichter vermieden.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen elektrischen Schalters ist es bevorzugt, dass das Betätigungselement als Wippelement ausgebildet ist. Bei einem solchen Betätigungselement ist eine nur weniger genaue Führung als bei einem Druckschalter notwendig. Insbesondere ist es weniger störanfällig bei Betätigungsbewegungen, die nicht genau einer vorgegebenen Bewegungsrichtung des Betätigungselements entsprechen.
Bei solchen beweglichen Betätigungselementen ist zur Ausbildung des elektrischen Schalters als Taster bevorzugt ein federndes Element vorgesehen, mittels dessen das Betätigungselement und die Schalteinrichtung aus einer Betätigungslage in eine Ruhelage zurückführbar ist. Dieses kann beispielsweise in der Schalteinrichtung vorgesehen sein.
Eine Betätigung des erfindungsgemäßen elektrischen Schalters braucht jedoch nicht unbedingt durch eine Bewegung des Betätigungselements zu erfolgen. Bei einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schalters ist es bevorzugt, dass die Schalteinrichtung und das Betätigungselement zusammen einen Berührungsschalter bilden. Ein solcher elektrischer Schalter ist allein durch Berührung des Betätigungselements betätigbar, wobei jedoch ein gewisser Anpressdruck notwendig sein kann. Da das Betätigungselement dann bei einer Bewegung im Wesentlichen nicht bewegt wird, befindet es sich immer im Wesentlichen in der Betätigungslage. Die Betätigung eines solchen elektrischen Schalters ist ohne größere Bewegung möglich, und erlaubt daher auch die Verwendung in weniger gut zugänglichen Bereichen. Darüber hinaus ist ein mechanischer Verschleiß des Betätigungselements und/oder der Schalteinrichtung weitgehend ausgeschlossen, da insbesondere die Schalteinrichtung dann durch eine elektrische Schaltung gegeben sein kann. Da ein Betätigungsweg, der bei der Betätigung eines Betätigungselements wie einer Drucktaste oder einem Wippelement zurückzulegen ist, entfällt, weisen solche elektrischen Schalter auch eine besonders geringe Bauhöhe auf.
Dabei ist es besonders bevorzugt, dass die Schalteinrichtung mit dem Betätigungselement einen kapazitiven Schalter bildet. Ein kapazitiver Schalter zeichnet sich dabei dadurch aus, dass ein Schaltvorgang durch eine Veränderung einer Kapazität eines Kondensators bewirkt wird. Das Betätigungselement kann dabei einen Teil des Kondensators bilden oder nur auf andere Weise auf die Kapazität des Kondensators wirken. Solche elektrischen Schalter sind sehr einfach aufgebaut und können insbesondere eine besonders flache Bauform aufweisen. Darüber hinaus können sie sehr unempfindlich gegenüber Vibrationen sein, die zum einen durch Umgebungseinflüsse, beispielsweise bei einer Verwendung in einem Kraftfahrzeug, auftreten können und zum anderen durch Betätigung des Aktors hervorgerufen werden können.
Eine Kraft kann von dem Aktor grundsätzlich auf beliebige Art und Weise auf das Betätigungselement übertragen werden. Bei einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen elektrischen Schalters ist es bevorzugt, dass das Betätigungselement und das piezoelektrische Element oder der Anker mechanisch fest miteinander verbunden sind. Ist insbesondere das Betätigungselement als Kunststoffspritzgussteil ausgeführt, kann so besonders einfach das piezoelektrische Element bzw. der Anker an dem Betätigungselement beispielsweise durch Einpressen oder Einschnappen in eine hierfür gebildete Öffnung befestigt werden. Insbesondere bei Verwendung des Ankers ist eine separate Führung des Ankers nicht notwendig, sondern kann durch eine-Führung des Betätigungselements übernommen werden. Weiterhin reduziert sich die Anzahl der Einzelteile des erfindungsgemäßen elektrischen Schalters, was die Montage erleichtert.
Bei einer anderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen elektrischen Schalters kann das piezoelektrische Element jedoch auch mit einem Teil des erfindungsgemäßen elektrischen Schalters verbunden sein, gegenüber dem das Betätigungselement beweglich ist. Dies hat den Vorteil, dass das piezoelektrische Element einfach über eine nicht bewegte Leitung mit Spannung versorgbar ist.
Bei Verwendung eines Aktors mit einer Spulenwicklung mit einem Anker ist es bevorzugt, dass der Anker relativ zu dem Betätigungselement bewegbar ist. Das Betätigungselement kann dann weitgehend unabhängig von dem Anker ausgebildet werden. Weiterhin kann der Anker vorzugsweise in der Spulenwicklung geführt sein, wodurch es ermöglicht wird, auf das Betätigungselement an weitgehend beliebigen Stellen Kräfte zu übertragen.
Bei einem erfindungsgemäßen elektrischen Schalter mit einem Aktor, der die Spulenwicklung mit dem Anker umfasst, ist es bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung weiterhin bevorzugt, dass der Anker linear relativ zu der Spulenwicklung bewegbar ist. Hierzu kann insbesondere eine entsprechende Führung für den Anker vorgesehen sein. Besonders bevorzugt erfolgt die Führung in der Spulenwicklung bzw. einem Wicklungskörper, der die Spulenwicklung trägt. Ein solcher Aktor erlaubt eine unmittelbare Umsetzung der Bewegung des Ankers in eine Kraft auf das Betätigungselement und erlaubt so eine besonders einfache und damit platzsparende und leichte Konstruktion. Weiterhin ergeben sich so besonders geringe Ansprechzeiten des Aktors.
Um eine möglichst hohe Kraft bei gegebenem magnetischem Feld zu erzielen, kann der Anker insbesondere einen Abschnitt aus einem ferromagnetischen, d.h. insbesondere weich- oder hartmagnetischen Material aufweisen. Bei einem erfindungsgemäßen elektrischen Schalter mit einem Aktor, der die Spulenwicklung mit dem Anker umfasst, ist es jedoch bevorzugt, dass der Anker einen Permanentmagneten aufweist. Dessen Magnetisierung ist dann in geeigneter Weise, beispielsweise parallel zu einer Achse der Spulenwicklung, ausgerichtet. Ein solcher Anker kann durch ein Magnetfeld einfach in entgegengesetzte Richtungen bewegt werden.
Die Ansteuerung des Aktors kann auf unterschiedliche Art und Weise durch entsprechende Spannungs- bzw. Stromsignale für das piezoelektrische Element bzw. die Spulenwicklung erfolgen. Die Ansteuerung des Aktors erfolgt dabei vorzugsweise derart, dass eine den erfindungsgemäβen elektrischen Schalter betätigende Bedienperson die auf das Betätigungselement ausgeübten Kräfte als solche oder als Bewegung des Betätigungselements oder eines Teils davon wahrnehmen kann. Weiterhin kann die Art der Ansteuerung vom Einsatzzweck des erfindungsgemäßen elektrischen Schalters abhängen.
Bei einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen elektrischen Schalters ist es bevorzugt, dass eine Rückmeldeschaltung mit einem mit der Schalteinrichtung elektrisch verbundenen Steuereingang und einem mit dem piezoelektrischen Element bzw. der Spulenwicklung des Aktors elektrisch verbundenen Rückmeldeschaltungsausgang vorgesehen ist, mit der in Abhängigkeit von einem augenblicklichen Schaltzustand der Schalteinrichtung oder einer letzten Änderung des Schaltzustandes der Schalteinrichtung Spannung- bzw. Stromsignale an das piezoelektrische Element bzw. die Spulenwicklung abgebbar sind. Vorzugsweise hängen die Spannungs- bzw. Stromsignale dabei nicht von weiteren, vorhergehenden Schaltzustandsänderungen ab. Die Ansteuerung des Aktors, d.h. die Zuführung von Spannungssignalen an das piezoelektrische Element bzw. von Stromsignalen an die Spulenwicklung, kann daher unabhängig von der Funktion einer mit der Betätigung des Schalters gesteuerten Vorrichtung erfolgen. Ein solcher elektrischer Schalter kann einfach an beliebigen Orten, beispielsweise in einem Kraftfahrzeug, ohne zusätzliche Verkabelung verwendet werden.
Es ist weiterhin bevorzugt, dass eine Rückmeldeschaltung mit einem mit der Schalteinrichtung elektrisch verbundenen Steuereingang und einem mit dem piezoelektrischen Element bzw. der Spulenwicklung des Aktors elektrisch verbundenen Rückmeldeschaltungsausgang vorgesehen ist, die als Steuer- oder Regeleinrichtung für eine zu steuernde Vorrichtung ausgebildet ist und mittels-derer die Vorrichtung in Abhängigkeit von einem augenblicklichen Schaltzustand der Schalteinrichtung und/oder vorhergehenden Schaltzuständen und/oder Schaltzustandsänderungen ansteuerbar ist und dabei entsprechende Spannungs- bzw. Stromsignale an den Aktor abgebbar sind. Im einfachsten Fall kann es sich hierbei um eine Eingabeeinrichtung für eine Vorrichtung, beispielsweise eine Klimaanlage, handeln, bei der die Schalteinrichtung und das Betätigungselement zur Eingabe von Steuersignalen dienen. Auf diese Weise ist mit dem erfindungsgemäßen elektrischen Schalter die Steuerung einer Vorrichtung mit einer einfachen taktilen Rückmeldung möglich.
Dabei ist es besonders bevorzugt, dass die Rückmeldeschaltung wenigstens teilweise als digitale Schaltung ausgebildet ist, deren Schaltungszustände durch Betätigung des Betätigungselements wenigstens teilweise steuerbar sind, wobei bei einer Schaltzustandsänderung infolge einer Betätigung des Betätigungselements ein Spannungs- bzw. Stromsignal an den Aktor ausgebbar ist. Besonders bevorzugt weist die digitale Schaltung einen Mikrocontroller oder -prozessor auf, der eine einfache Änderung der Eigenschaften der digitalen Schaltung durch Änderung einer Programmierung des Mikrocontrollers bzw. -prozessors erlaubt. Das Betätigungselement und die Schalteinrichtung können so einfach auch zur Steuerung komplexer Vorrichtungen eingesetzt werden. Insbesondere ist es bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung möglich, dass durch Betätigung des elektrischen Schalters aus einer Liste von Werten für eine Steuerparameter ein Listeneintrag und/oder aus einer Hierarchie von Funktionsoptionen oder -alternativen eine Option bzw. Alternative auswählbar ist. Damit ist insbesondere eine Bewegung in einem Menü eines Programms möglich, wobei das Erreichen eines Menüpunktes durch eine taktile Rückmeldung an die Bedienperson über den erfindungsgemäßen Schalter möglich ist.
Bei einer solchen Steuerung können die augenblicklich zur Verfügung stehenden Auswahlalternativen auch von Größen abhängen, die der Rückmeldeschaltung über einen entsprechenden Eingang zuführbar sind und die-deren Funktion beeinflussen. Es ist dann besonders bevorzugt, dass die Spannung für das piezoelektrische Element bzw. das magnetische Feld im Bereich des Ankers zusätzlich in Abhängigkeit von externen Steuersignalen geändert wird. Insbesondere können auch die Art der Änderung der Spannung bzw. des magnetischen Feldes und damit die Art der auf das Betätigungselement ausgeübten Kräfte von dem externen Steuersignal abhängen.
Bei dem erfindungsgemäßen elektrischen Schalter ist es dazu bevorzugt, dass die Rückmeldeschaltung wenigstens einen weiteren Steuereingang aufweist, und dass die Spannungs- bzw. Stromsignale auch in Abhängigkeit von augenblicklichen oder zeitlich zurückliegenden Signalen an dem weiteren Steuereingang von der Rückmeldeschaltung abgebbar sind.
Die Spannungs- bzw. die Stromsignale können grundsätzlich eine beliebige geeignete Form aufweisen. Die Form und Dauer der Spannungs- bzw. Stromsignale, die dem piezoelektrischen Element bzw. der Spulenwicklung zugeführt werden, können sich vorzugsweise jedoch zum einen danach richten, ob die durch sie hervorgerufenen Kräfte auf das Betätigungselement direkt oder als Bewegung des Betätigungselements für eine Bedienperson einfach, aber sicher wahrnehmbar sind. Zum anderen können sie sich nach der Art der Verwendung des erfindungsgemäßen elektrischen Schalters richten.
Bei einer Ausführungsform der Erfindung wird bei einer Betätigung an das piezoelektrische Element eine oszillierende Spannung angelegt bzw. ein oszillierendes magnetisches Feld im Bereich des Ankers erzeugt. Dazu ist es bevorzugt, dass die Rückmeldeschaltung einen Oszillator zur Generierung eines oszillierenden Spannungs- bzw. Stromsignals aufweist. Die Frequenz der Schwingung kann dabei so hoch sein, dass eine Bedienperson noch eine Vibration des Betätigungselements wahrnehmen kann.
Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist es bevorzugt, dass bei einer einzelnen Betätigung wenigstens eine pulsartige Änderung der Spannung bzw. des magnetischen Feldes im Bereich des Ankers bewirkt wird. Bei dem erfindungsgemäßen elektrischen Schalter ist es dazu bevorzugt, dass die Rückmeldeschaltung zur Abgabe von pulsartigen Spannungs- oder Stromsignalen an den Aktor ausgebildet ist. Ein Spannungspuls oder eine pulsartige Änderung des magnetischen Feldes im Bereich des Ankers, d.h. ein eine solche Änderung bewirkender Strompuls, kann insbesondere so gewählt sein, dass die so bewirkten Kräfte für eine Bedienperson als ein Stoß gegen das Betätigungselement wahrnehmbar sind. Um bei Verwendung eines Ankers eine Rückführung des Ankers nach Erreichen seiner maximalen Auslenkung zu bewirken, kann entweder ein entsprechendes elastisches Element vorgesehen sein, das bei Bewegung des Ankers gespannt wird und diesen nach. Ende der Kraft zurückbewegt, oder es kann sich an einen Pulse ein weiterer Puls anschließen, der eine Kraft auf den Anker in entgegengesetzter Richtung bewirkt. Unter Pulsen werden hierbei auch mit einer vorgegebenen Schwingungsfrequenz modulierte Pulse verstanden.
Es ist jedoch besonders bevorzugt, dass ein Zeitgeber vorgesehen ist, mittels dessen während eines einer Betätigung entsprechenden Schaltzustandes der Schalteinrichtung in vorgegebenen Zeitabständen die Abgabe eines Spannungs- bzw. Stromsignals an den Aktor auslösbar ist. Ein solcher elektrischer Schalter erlaubt die Abgabe von Pulsfolgen als Rückmeldesignale, die Kräfte auf das Betätigungselement bewirken, die eine Bedienperson bei geringen Frequenzen beispielsweise als ein wiederholtes Klopfen, bei höheren Frequenzen auch als Vibration wahrnehmen kann. Solche Pulsfolgen können auch während einer Betätigung wiederholt abgebbar sein.
Insbesondere bei Verwendung einer als Steuer- oder Regeleinrichtung ausgebildeten Rückmeldeschaltung ist es jedoch besonders bevorzugt, dass während einer Berührung oder Auslenkung mehrere pulsartige Veränderungen der Spannung bzw. des magnetischen Feldes bewirkt werden, deren zeitlicher Abstand mit zunehmender Dauer der Betätigung abnimmt. Bei dem erfindungsgemäßen elektrischen Schalter ist es dazu bevorzugt, dass mittels der Rückmeldeschaltung als Spannungs- oder Stromsignale Pulse abgebbar sind, deren zeitlicher Abstand mit zunehmender Zeitdauer seit der letzten Änderung des Schaltzustands der Schalteinrichtung abnimmt. Eine Bedienperson erhält so zusätzlich eine taktile Rückmeldung über die Dauer der Betätigung. Insbesondere bei Verwendung einer wenigstens teilweise als digitaler Schaltung ausgebildeten Rückmeldeschaltung kann bei Durchlaufen einer Liste durch dauernde Betätigung des Betätigungselements die Zeitdauer für einen Sprung auf einen nächsten Eintrag mit zunehmender Betätigungsdauer abnehmen, so dass unmittelbar vor, bei oder unmittelbar nach Erreichen des Listeneintrags ein Spannungs- oder Stromsignal abgebbar ist.
Häufig kann es wünschenswert sein, mit einem elektrischen Schalter zwei sich ausschließende Funktionen ausüben zu können. Es ist daher bevorzugt, dass eine von der Schalteinrichtung unabhängige weitere Schalteinrichtung und ein von dem Aktor unabhängiger weiterer Aktor, mittels dessen auf das Betätigungselement wenigstens in einer Betätigungslage des Betätigungselements eine Kraft ausübbar ist und der ein weiteres piezoelektrisches Element oder eine weitere Spulenwicklung mit einem weiteren Anker umfasst, vorgesehen sind, und dass das Betätigungselement eine Schaltwippe mit einem ersten und einem zweiten Arm umfasst, wobei der erste Arm mit der Schalteinrichtung sowie mechanisch mit dem Aktor und der zweite Arm mit der weiteren Schalteinrichtung sowie mechanisch mit dem weiteren Aktor koppelbar sind, so dass auf den ersten Arm eine Kraft mittels des piezoelektrischen Elements oder der Spulenwicklung mit dem Anker und auf den zweiten Arm eine Kraft mittels des weiteren piezoelektrischen Elements oder der weiteren Spulenwicklung mit dem weiteren Anker ausübbar ist. Dabei können die Schalteinrichtungen und die Aktoren jeweils gleich oder auch verschieden ausgebildet sein. Insbesondere können die weitere Schalteinrichtung und der weitere Aktor entsprechend den oben beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung ausgebildet sein.
Besonders bevorzugt ist eine mit den beiden Schalteinrichtungen und den beiden Aktoren verbundene Rückmeldeschaltung vorgesehen, mit der bei einer entsprechenden Betätigung einer Schalteinrichtung für die jeweilige Schalteinrichtung charakteristische Spannungs- bzw. Sprungsignale an den entsprechenden Aktor abgebbar sind. Dadurch, dass sich die auf das Betätigungselement ausgeübten Kräfte dann ebenfalls unterscheiden, erhält eine Bedienperson eine einfache taktile Rückmeldung über die Art der Betätigung.
Der erfindungsgemäße elektrische Schalter eignet sich insbesondere zur Verwendung in Kraftfahrzeugen.
Die Erfindung wird nun beispielhaft weiter anhand der Zeichnungen weiter erläutert. Es zeigen:
Fig. 1
eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäβen Schalters nach einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung,
Fig. 2
eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäβen elektrischen Schalters nach einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung,
Fig. 3
eine schematische Darstellung eines elektrischen Schalters nach einer dritten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, und
Fig. 4
eine schematische Darstellung eines elektrischen Schalters nach einer vierten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
In Fig. 1 weist ein elektrischer Schalter nach einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung auf einer Grundplatte 10 eine Schalteinrichtung 12 mit Schalteinrichtungsanschlüssen, ein Betätigungselement 14 zur Betätigung der Schalteinrichtung 12 und als Aktor eine Spule 16 mit einem Anker 18, mittels dessen das Betätigungselement 14 bewegbar ist, auf. Weiterhin umfasst der elektrische Schalter eine Rückmeldeschaltung 20, die über Steuereingänge mit den Schalteinrichtungsanschlüssen der Schalteinrichtung 12 und über Rückmeldeschaltungsausgänge mit der Spulenwicklung 16 elektrisch leitend verbunden ist. Der elektrische Schalter ist über die Schalteinrichtungsanschlüsse mit einer Vorrichtung 22 verbunden, deren Stromversorgung mit dem elektrischen Schalter geschaltet werden kann.
Die als Taster ausgebildete Schalteinrichtung 12 umfasst zwei mit jeweils entsprechenden Schalteinrichtungsanschlüssen verbundene, gegeneinander bewegliche, in der Fig. 1 nicht explizit gezeigte Kontaktelemente, von denen eines federnd ausgebildet ist. Die Bewegung der Kontaktelemente erfolgt in an sich bekannter Weise über einen Stift 24. In einem ersten leitenden Schaltzustand der Schalteinrichtung 12 sind die Kontaktelemente miteinander in Kontakt, so dass die Schaltungseinrichtungsanschlüsse miteinander elektrisch verbunden bzw. kurzgeschlossen sind. Dabei ist das federnde Kontaktelement gespannt. In einem zweiten, zu dem ersten Schaltzustand komplementären getrennten Schaltzustand ist das federnde Kontaktelement in einem entspannten Zustand und die Kontaktelemente sind nicht miteinander in Kontakt, so dass die Schalteinrichtungsanschlüsse nicht miteinander verbunden sind. Die Kontaktelement sind also nur durch Druck gegen die Federkraft des entsprechenden Kontaktelements in Kontakt zubringen, bei Wegfall des Drucks wird die Schalteinrichtung durch die Federkraft wieder in den getrennten Schaltzustand gebracht.
Zur Betätigung der Schalteinrichtung 12 ist das als Drucktaster ausgebildete Betätigungselement 14 vorgesehen, das, in Fig. 1 nicht gezeigt, in Bewegungsrichtung B des Stifts 24 in einer Betätigungsrichtung linear beweglich in einem in Fig. 1 nicht gezeigten Gehäuse geführt ist.
Der Anker 18 ist als Stift aus einem weichmagnetischen Material, im Beispiel einer geeigneten Eisenlegierung, ausgebildet und linear beweglich in einem in Fig. 1 nicht explizit gezeigten Wicklungsträger der Spulenwicklung 16 geführt. Der Anker 18 stützt sich dabei über eine in den Fig. 1 nicht gezeigt Feder an der Grundplatte 10 ab. Der Anker 18 und die Feder sind so ausgebildet und in der Spulenwicklung 16 gelagert, dass der Anker 18 durch Anlegen eines Stroms an die Spulenwicklung 16 unter Spannen der Feder in die Spulenwicklung 16 hineingezogen wird und bei Verschwinden des Stroms von der gespannten Feder in einer Richtung parallel zu einer Betätigungsrichtung des Betätigungselements 14 auf dieses zu bewegbar ist. Die Spulenwicklung 16 und der Anker 18 sind dabei so auf der Grundplatte 10 angeordnet, dass die Bewegung des Ankers 18 in einer Betätigungslage des Betätigungselements 14, in der die Schalteinrichtung 12 den verbundenen Schaltzustand einnimmt, durch das Betätigungselement 14 begrenzt wird.
Die Rückmeldeschaltung 20 weist einen Zeitgeber 26 auf und ist so ausgebildet, dass bei Kurzschluss des Steuereingangs in mittels des Zeitgebers 26 ermittelten Zeitabständen von etwa beispielsweise einer halben Sekunde Rechteckstrompulse an die Spulenwicklung 16 abgegeben werden, die eine entsprechende zeitliche Änderung eines von der Spulenwicklung 16 erzeugten Magnetfelds bewirken.
Bei einer Betätigung des elektrischen Schalters wird die Schalteinrichtung 12 in den leitenden Schaltzustand versetzt, so dass zum einen zwei Anschlüsse in der Vorrichtung 22 elektrisch verbunden werden können. Zum anderen wird der Steuereingang der Rückmeldeschaltung 20 unabhängig von der Funktion der Vorrichtung 22 kurzgeschlossen, wodurch diese Rechteckstrompulse an die Spulenwicklung 16 abgibt. Die Spulenwicklung 16 erzeugt ein entsprechendes magnetisches Feld. Durch das magnetische Feld wird der Anker 18 in Richtung auf das Betätigungselement 14 zu bewegt und stößt an dieses an. Eine das Betätigungselement 14 betätigende Bedienungsperson nimmt daher während einer Betätigung des Betätigungselements 14 ein Klopfen gegen das Betätigungselement 14 mit der Pulsfrequenz von etwa 2 Hertz wahr.
Ein elektrischer Schalter nach einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung in Fig. 2 weist auf einer Grundplatte 28 eine Schalteinrichtung 30 mit Schalteinrichtungsanschlüssen, ein Betätigungselement 32 in Form eines Drehknopfes mit einer Betätigungsnocke 34 und eine Spulenwicklung 36 mit einem darin linear geführten Anker 38 als Aktor auf. Weiterhin ist eine Rückmeldeschaltung 40 mit einem Oszillator 42 vorgesehen, die über einen Steuereingang mit der Schalteinrichtung 30 und über einen Rückmeldeschaltungsausgang mit der Spulenwicklung 36 verbunden ist. Der elektrische Schalter ist über die Schalteinrichtungsanschlüsse mit einer Vorrichtung 44 verbunden, deren Stromversorgung mit dem elektrischen Schalter geschaltet werden kann.
Die Schalteinrichtung 30 ist wie die Schalteinrichtung 12 ausgebildet, weist jedoch, in Fig. 2 nicht genau gezeigt, einen modifizierten Mechanismus zur Übertragung einer Drehbewegung des Betätigungselements 32 um eine orthogonal zu der Grundplatte 28 ausgerichtete Achse mittels des Betätigungsnockens 34 auf die Schalteinrichtung 30 auf.
Während die Spulenwicklung 36 wie in dem ersten Ausführungsbeispiel ausgebildet ist, ist nun der linear in der Spulenwicklung 36 in einer Richtung orthogonal zu der Grundplatte 28 geführte Anker 38 als parallel zu seiner Bewegungsrichtung magnetisierter Permanentmagnet ausgeführt.
Die Spulenwicklung 36 mit dem Anker 38 ist so auf der Grundplatte 28 angeordnet, dass der Anker 38 durch einen entsprechenden sich ändernden Strom in der Spulenwicklung 36 und damit ein entsprechendes sich änderndes magnetisches Feld gegen das Betätigungselement 32 bewegbar ist.
Die Rückmeldeschaltung 40 mit dem Oszillator 42 ist so ausgebildet, dass sie, wenn der Steuereingang kurzgeschlossen ist, unter Verwendung des Oszillators 42 während des Andauerns dieses Schaltzustandes ein harmonisch schwingendes Stromsignal mit einer Frequenz von etwa 100 Hertz abgibt.
Bei Betätigung des Betätigungselements 32 wird die Schalteinrichtung 30 in einen leitenden Schaltzustand versetzt, so dass, wie in dem Ausführungsbeispiel zuvor, zum einen die Vorrichtung 44 entsprechend geschaltet wird und zum anderen die Rückmeldeschaltungsanschlüsse der Rückmeldeschaltung 40 kurzgeschlossen werden. Der Oszillator 42 gibt daraufhin für die Dauer des Kurzschlusses das Stromsignal mit einer Frequenz von etwa 100 Hz ab. Dieses Stromsignal wird durch die Spulenwicklung 36 in ein magnetisches Feld entsprechender Frequenz umgesetzt, das auf den Anker 38 in Form eines Permanentmagneten einwirkt. Der Anker 38 wird durch das sich ändernde magnetische Feld in eine Schwingungsbewegung versetzt, bei der er gegen das Betätigungselement 32 bewegt wird, so dass eine Bedienperson, die das Betätigungselement 32 betätigt, eine Vibration des Betätigungselements 32 mit einer der Frequenz des Oszillators entsprechenden Frequenz wahrnimmt.
Ein elektrischer Schalter nach einer dritten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist in Fig. 3 gezeigt. Der elektrische Schalter umfasst auf einer Grundplatte 46 erste und zweite Schalteinrichtungen 48 und 48' mit entsprechenden Schalteinrichtungsanschlüssen, als Aktoren erste und zweite Spulenwicklungen 50 und 50' mit Ankern 52 und 52' sowie eine schwenkbar gelagerte Schaltwippe 54 mit zwei Armen 56 und 56'. Weiterhin ist eine Rückmeldeschaltung 58 vorgesehen, die über zwei getrennte Steuereingänge mit den Schalteinrichtungsanschlüssen der Schalteinrichtungen 48 und 48' und über zwei Rückmeldeschaltungsausgänge mit den Spulenwicklungen 50 bzw. 50' verbunden ist. Die Rückmeldeschaltung ist weiterhin über Signalanschlüsse 62, 62' mit einer Vorrichtung 60 verbunden, die von der Rückmeldeschaltung 58 ansteuerbar ist.
Die Schalteinrichtungen 48 und 48' sind wie die Schalteinrichtung 12 in dem ersten Ausführungsbeispiel ausgebildet.
Die Spulenwicklungen 50 und 50' mit den Ankern 52 und 52' sind wie die Spulenwicklung 36 und der Anker 38 in dem zweiten Ausführungsbeispiel ausgebildet.
Die erste Schaltungseinrichtung 48, die erste Spulenwicklung 50 mit dem Anker 52 sind so unter dem ersten Arm 56 der Spaltwippe 54 angeordnet, dass bei einem Niederdrücken des ersten Arms 56 zum einen die Schalteinrichtung 48 in einen leitenden Schaltzustand gebracht wird, in dem mit der Rückmeldeschaltung 58 verbundene Schalteinrichtungsanschlüsse elektrisch leitend miteinander verbunden bzw. kurzgeschlossen sind. Weiterhin ist die Spulenwicklung 50 mit dem Anker 52 so unter dem ersten Arm 56 angeordnet, dass dieser bei Betätigung der Schalteinrichtung 48 gegen den ersten Arm 56 bewegbar ist.
Die zweite Schalteinrichtung 48', die zweite Spulenwicklung 50' und der Anker 52' sind in entsprechender Weise unter dem zweiten Arm 56' angeordnet.
Die Rückmeldeschaltung 58 ist als Steuerschaltung für die Vorrichtung 60 ausgebildet. Hierzu weist sie eine digitale Schaltung mit einem programmierbaren Mikrocontroller auf, die über die Steuereingänge der Rückmeldeschaltung 58 mit den Schalteinrichtungen 48 und 48' verbunden ist.
Bei der zu steuernden Vorrichtung 60 kann es sich beispielsweise um eine Klimaanlage in einem Kraftfahrzeug handeln, wobei die Rückmeldeschaltung 58 zur Eingabe von Soll-Temperaturen dient. Signale der Vorrichtung 60 sind der Rückmeldeschaltung 58 über den Anschluss 62 zuführbar, während die Rückkopplungsschaltung 58 über den Anschluss 62' Signale an die Vorrichtung 60 abgeben kann.
Hierzu ist die digitale Schaltung so ausgebildet, dass durch Betätigen der Schalteinrichtungen 48 und 48' aus einer Liste vorgegebener möglicher Soll-Temperaturen eine bestimmte Temperatur ausgewählt werden kann. Solange einer der beiden Steuereingänge kurzgeschlossen ist, wird aus der Liste der möglichen Soll-Temperaturen ausgehend von einem aktuellen Listenelement das benachbarte Listenelement entsprechend einer niedrigeren bzw. höheren Temperatur ausgewählt. Bei länger andauerndem Kurzschluss des entsprechenden Steuereingangs werden die Listeneinträge zunehmend schneller durchlaufen.
Die digitale Schaltung ist weiterhin so ausgebildet, dass bei jedem Erreichen eines neuen Listeneintrags die Rückmeldeschaltung 58 an die Spulenwicklung 50 bzw. 50', die der gerade betätigten Schalteinrichtung 48 bzw. 48' entspricht, einen Stromsignal ausgibt, das zu einer entsprechenden Änderung eines von der Spulenwicklung 50 bzw. 50' erzeugten Magnetfelds führt.
Zur Unterscheidung, ob der Arm 56 oder der Arm 56' niedergedrückt wurde, sind dabei die Stromsignale, die auf eine Betätigung der Schalteinrichtung 48 hin an die Spulenwicklung 50 ausgegeben werden, als Doppelpulse ausgebildet, während die bei Betätigung der Schalteinrichtung 54' abgegebenen Stromsignale jeweils als Einzelpuls ausgebildet sind.
Der elektrische Schalter funktioniert folgendermaßen. Wird keine der Schalteinrichtungen 48 bzw. 48' mittels des Betätigungselements 54 betätigt, wird über den Anschluss 62' ein dem gerade ausgewählten Listeneintrag entsprechendes Signal an die Vorrichtung, d.h. die Klimaanlage, abgegeben.
Bei Betätigen einer der Schalteinrichtungen 48 oder 48' werden deren Schalteinrichtungsanschlüsse kurzgeschlossen, so dass die Rückmeldeschaltung 58 die Liste abwärts bzw. aufwärts durchläuft, solange die jeweilige Schalteinrichtung 48 bzw. 48' betätigt ist. Dadurch werden entsprechende Stromsignale an die entsprechende Spulenwicklung 50 bzw. 50' ausgegeben. Diese erzeugt ein entsprechendes sich änderndes Magnetfeld, das den entsprechenden Anker 52 bzw. 52' gegen den dann niedergedrückten Arm 56 bzw. 56' bewegt, so dass eine Bedienperson bei jedem Erreichen eines neuen Listeneintrags durch die Wahrnehmung einer Klopfbewegung an das Betätigungselement 54 eine taktile Rückmeldung erhält. Bei Loslassen des Betätigungselements 54 wird ein dem aktuellen Listeneintrag entsprechendes Signal an die Vorrichtung 60 abgegeben.
In Fig. 4 ist ein elektrischer Schalter nach einer vierten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung gezeigt, der eine Schalteinrichtung 64 mit einem Betätigungselement 66, ein auf eine Grundplatte 67 befestigtes piezoelektrisches Element 68 als Aktor und eine mit zwei Schalteinrichtungsanschlüssen der Schalteinrichtung 64 über einen Steuereingang und mit dem piezoelektrischen Element 68 über einen Rückmeldeschaltungsausgang verbundene Rückmeldeschaltung 70 umfasst. Mit den Schalteinrichtungsanschlüssen der Schalteinrichtung 64 ist weiterhin eine anzusteuernde Vorrichtung 72 verbunden.
Die Schalteinrichtung 64 zusammen mit dem Betätigungselement 66 bilden einen kapazitiven Berührungsschalter, wobei das als Metallplatte ausgebildete Betätigungselement 66 einen Teil eines als Sensorelement dienenden Kondensators des Berührungsschalters bildet. Die Schalteinrichtung 64 umfasst dabei weiterhin eine elektronische Schaltung, die so ausgebildet ist, dass sie bei einer durch eine Berührung des Betätigungselements 66 erfolgenden Änderung der Kapazität des Kondensators die zwei Schalteinrichtungsanschlüsse kurzschließt und damit die Schalteinrichtung 64 in einen leitenden Schaltzustand versetzt.
Das piezoelektrische Element 68 ist in direktem Kontakt zu dem Betätigungselement 66 angeordnet, so dass es bei Anlegen einer Spannung auf das Betätigungselement 66 eine Kraft orthogonal zu einer Fläche des Betätigungselements 66 ausübt.
Die Rückmeldeschaltung 70 ist so ausgebildet, dass sie bei einem Kurzschluss ihres Steuereingangs eine Folge von Spannungspulsen an das piezoelektrische Element 68 abgibt.
Bei einer Betätigung des Betätigungselements 66 durch Berührung wird zum einen die Vorrichtung 72 geschaltet. Zum anderen werden die Schalteinrichtungsanschlüsse der Schalteinrichtung 64 kurzgeschlossen, so dass die Rückmeldeschaltung eine Folge von Spannungspulsen an das piezoelektrische Element 68 abgibt. Dieses gibt daraufhin an das Betätigungselement 66 eine entsprechende Folge von Kraftpulsen ab. Eine das Betätigungselement 66 berührende Bedienperson nimmt diese Folge von Pulsen, die beispielsweise eine Frequenz von einem Hertz haben können, als gleichmäßige Klopfbewegung wahr und erhält so eine taktile Rückmeldung über das Erreichen des leitenden Schaltzustandes der Schalteinrichtung 64.
Weitere Ausführungsformen erfindungsgemäßer elektrischer Schalter sind durch entsprechende Kombination von Betätigungselementen, Schalteinrichtungen, Aktoren und Rückmeldeschaltungen möglich.
Bezugszeichenliste
10
Grundplatte
12
Schalteinrichtung
14
Betätigungselement
16
Spulenwicklung
18
Anker
20
Rückmeldeschaltung
22
Vorrichtung
24
Stift
26
Zeitgeber
28
Grundplatte
30
Schalteinrichtung
32
Betätigungselement
34
Betätigungsnocke
36
Spulenwicklung
38
Anker
40
Rückmeldeschaltung
42
Oszillator
44
Vorrichtung
46
Grundplatte
48, 48'
Schalteinrichtungen
50, 50'
Spulenwicklungen
52, 52'
Anker
54
Schaltwippe
56, 56'
Arme
58
Rückmeldeschaltung
60
Vorrichtung
62, 62'
Anschlüsse
64
Schalteinrichtung
66
Betätigungselement
67
Grundplatte
68
piezoelektrisches Element
70
Rückmeldeschaltung
72
Vorrichtung
B
Betätigungsrichtung

Claims (21)

  1. Elektrischer Schalter mit
    einem Betätigungselement (14; 32; 54; 66),
    einer über das Betätigungselement (14; 32; 54; 66) beaufschlagbaren Schalteinrichtung (12; 30; 48, 48'; 64) und
    einem Aktor (16, 18; 36, 38; 50, 52, 50', 52'; 68), mittels dessen auf - das Betätigungselement (14; 32; 54; 66) wenigstens in einer Betätigungslage des Betätigungselements (14; 32; 54; 66) eine Kraft ausübbar ist,
    wobei der Aktor (16, 18; 36, 38; 50, 52, 50', 52'; 68) ein piezoelektrisches Element (68) zur Einwirkung auf das Betätigungselement (14; 32; 54; 66) oder eine Spulenwicklung (16; 36; 50, 50') mit einem Anker (18; 38; 52, 52'), der durch Änderung eines Magnetfelds, das durch einen Stromfluss durch die Spulenwicklung (16; 36; 50, 50') erzeugbar ist, bewegbar ist, umfasst.
  2. Elektrischer Schalter nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Schalter als Taster ausgebildet ist.
  3. Elektrischer Schalter nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass das Betätigungselement (14; 32; 54) relativ zu der Schalteinrichtung (12; 30; 48, 48') bewegbar ist.
  4. Elektrischer Schalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Schalteinrichtung (12; 30; 48, 48') wenigstens zwei durch Bewegung des Betätigungselements (14; 32; 54) miteinander in Kontakt bringbare Kontaktelemente umfasst, von denen jeweils eines mit einem entsprechenden Anschluss der Schalteinrichtung (12; 30; 48, 48') verbunden ist.
  5. Elektrischer Schalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Schalteinrichtung (64) und das Betätigungselement (66) zusammen einen Berührungsschalter bilden.
  6. Elektrischer Schalter nach Anspruch 5,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Schalteinrichtung (64) mit dem Betätigungselement (66) einen kapazitiven Schalter (64, 66) umfasst.
  7. Elektrischer Schalter nach einem der vorhergehenden Anschlüsse,
    dadurch gekennzeichnet, dass das Betätigungselement (66) und das piezoelektrische Element (68) oder der Anker mechanisch fest miteinander verbunden sind.
  8. Elektrischer Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Aktor (16, 18; 36, 38; 50, 52, 50', 52') die Spulenwicklung (16; 36; 50, 50') und den Anker (18; 38; 52, 52') umfasst, und
    dass der Anker ( 18; 38; 52, 52') relativ zu dem Betätigungselement (14; 32; 54; 66) bewegbar ist.
  9. Elektrischer Schalter nach Anspruch 8,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Aktor (16, 18; 36, 38; 50, 52, 50', 52') die Spulenwicklung (16; 36; 50, 50') und den Anker (18; 38; 52, 52') umfasst, und
    dass der Anker (18; 38; 52, 52') linear relativ zu der Spulenwicklung (16; 36; 50, 50') bewegbar ist.
  10. Elektrischer Schalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch
    eine Rückmeldeschaltung (20; 40; 70) mit einem mit der Schalteinrichtung (12; 30; 64) elektrisch verbundenen Steuereingang und einem mit dem piezoelektrischen Element (68) bzw. der Spulenwicklung (16; 36) des Aktors (16, 18; 36, 38; 68) elektrisch verbundenen Rückmeldeschaltungsausgang, mit der in Abhängigkeit von einem augenblicklichen Schaltzustand der Schalteinrichtung (12; 30; 64) oder einer letzten Änderung des Schaltzustands der Schalteinrichtung (12; 30; 64) Spannungs- bzw. Stromsignale an das piezoelektrische Element (68) bzw. die Spulenwicklung (16; 36) abgebbar sind.
  11. Elektrischer Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet durch,
    Rückmeldeschaltung (58) mit einem mit der Schalteinrichtung (48, 48') elektrisch verbundenen Steuereingang und einem mit dem piezoelektrischen Element bzw. der Spulenwicklung (50, 50') des Aktors (50, 52, 50', 52') elektrisch verbundenen Rückmeldeschaltungsausgang, die als Steuer- oder Regeleinrichtung für eine zu steuernde Vorrichtung (60) ausgebildet ist und mittels derer die Vorrichtung (60) in Abhängigkeit von einem augenblicklichen Schaltzustand der Schalteinrichtung (48, 48') und/oder vorhergehenden Schaltzuständen und/oder Schaltzustandsänderung ansteuerbar ist und dabei entsprechende Spannungs- bzw. Stromsignale an den Aktor (50, 52, 50', 52') abgebbar sind.
  12. Elektrischer Schalter nach Anspruch 11,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Rückmeldeschaltung (58) wenigstens teilweise als digitale Schaltung ausgebildet ist, deren Schaltungszustände durch Betätigung des Betätigungselements (54) wenigstens teilweise steuerbar sind, wobei bei einer Schaltzustandsänderung infolge einer Betätigung des Betätigungselements (54) ein Spannungs- bzw. Stromstromsignal an den Aktor (50, 52, 50', 52') ausgebbar ist.
  13. Elektrischer Schalter nach einem der Ansprüche 11 oder 12,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Rückmeldeschaltung (58) wenigstens einen weiteren Steuereingang (62) aufweist, und
    dass die Spannungs- bzw. Stromsignale auch in Abhängigkeit von augenblicklichen oder zeitlich zurückliegenden Signalen an dem weiteren Steuereingang (62) von der Rückmeldeschaltung (58) abgebbar sind.
  14. Elektrischer Schalter nach einem der Ansprüche 10 bis 13,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Rückmeldeschaltung (40) einen Oszillator (42) zur Generierung eines oszillierenden Spannungs- bzw. Stromsignals aufweist.
  15. Elektrischer Schalter nach einem der Ansprüche 10 bis 14,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Rückmeldeschaltung (20; 58; 70) zur Abgabe von pulsartigen Spannungs- oder Stromsignalen an den Aktor (16, 18; 50, 52, 50', 52'; 68) ausgebildet ist.
  16. Elektrischer Schalter nach einem der Ansprüche 10 bis 15,
    dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Rückmeldeschaltung (58) als Spannungs- oder Stromsignale Pulse abgebbar sind, deren zeitlicher Abstand mit zunehmender Zeitdauer seit der letzten Änderung des Schaltzustands der Schalteinrichtung (48, 48') abnimmt.
  17. Elektrischer Schalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass eine von der Schalteinrichtung (48) unabhängige weitere Schalteinrichtung (48') und ein von dem Aktor (50, 52) unabhängiger weiterer Aktor (50', 52'), mittels dessen auf das Betätigungselement (54) wenigstens in einer Betätigungslage des Betätigungselements (14; 32; 54; 66) eine Kraft ausübbar ist und der ein weiteres piezoelektrisches Element oder eine weitere Spulenwicklung (50') mit einem weiteren Anker (52') umfasst, vorgesehen sind, und
    dass das Betätigungselement (54) eine Schaltwippe mit einem ersten und einem zweiten Arm (56, 56') umfasst, wobei der erste Arm (56) mit der Schalteinrichtung (48) sowie mechanisch mit dem Aktor (50, 52) und der zweite Arm (56') mit der weiteren Schalteinrichtung (48') sowie mechanisch mit dem weiteren Aktor (50', 52') koppelbar sind, so dass auf den ersten Arm (56) eine Kraft mittels des piezoelektrischen Elements oder der Spulenwicklung (50) mit dem Anker (52) und auf den zweiten Arm (56') eine Kraft mittels des weiteren piezoelektrischen Elements oder der weiteren Spulenwicklung (50') mit dem weiteren Anker (52') ausübbar ist.
  18. Verfahren zur Rückmeldung eines Schaltzustandes einer mittels eines Betätigungselements (14; 32; 54; 66) betätigbaren Schalteinrichtung (12; 30; 48, 48'; 64) bei Betätigung des Betätigungselements (14; 32; 54; 66), bei dem
    während einer Betätigung des Betätigungselements (14; 32; 54; 66) die Schalteinrichtung (12; 30; 48, 48'; 64) in einen vorgegebenen Schaltzustand versetzt wird, und
    auf das Betätigungselement (14; 32; 54; 66) mittels eines piezoelektrischen Elements (68) durch Änderung einer Spannung an dem piezoelektrischen Element (68) oder mittels eines Ankers (18; 38; 52, 52') durch Änderung eines magnetischen Feldes im Bereich des Ankers (18; 38; 52, 52') eine Kraft ausgeübt wird.
  19. Verfahren nach Anspruch 18,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Spannung für das piezoelektrische Element bzw. das magnetische Feld im Bereich des Ankers (52, 52') zusätzlich in Abhängigkeit von externen Steuersignalen geändert wird.
  20. Verfahren nach Anspruch 18 oder 19,
    dadurch gekennzeichnet, dass bei einer einzelnen Betätigung wenigstens eine pulsartige Änderung der Spannung bzw. des magnetischen Feldes im Bereich des Ankers (18; 52, 52') bewirkt wird.
  21. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 20,
    dadurch gekennzeichnet, dass während einer Berührung oder Auslenkung mehrere pulsartige Veränderungen der Spannung bzw. des magnetischen Feldes bewirkt werden, deren zeitlicher Abstand mit zunehmender Dauer der Betätigung abnimmt.
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Effective date: 20120515