EP1430495A2 - Elektromechanischer schalter - Google Patents

Elektromechanischer schalter

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EP1430495A2
EP1430495A2 EP01969113A EP01969113A EP1430495A2 EP 1430495 A2 EP1430495 A2 EP 1430495A2 EP 01969113 A EP01969113 A EP 01969113A EP 01969113 A EP01969113 A EP 01969113A EP 1430495 A2 EP1430495 A2 EP 1430495A2
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EP
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switching part
switch
contact surfaces
switch according
membrane
Prior art date
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EP01969113A
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Paul Portmann
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Original Assignee
Phonak AG
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    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H23/00—Tumbler or rocker switches, i.e. switches characterised by being operated by rocking an operating member in the form of a rocker button
    • H01H23/02—Details
    • H01H23/04—Cases; Covers
    • H01H23/06—Dustproof, splashproof, drip-proof, waterproof, or flameproof casings
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H9/00—Details of switching devices, not covered by groups H01H1/00 - H01H7/00
    • H01H9/02—Bases, casings, or covers
    • H01H9/04—Dustproof, splashproof, drip-proof, waterproof, or flameproof casings
    • H01H2009/048—Dustproof, splashproof, drip-proof, waterproof, or flameproof casings using a sealing boot, e.g. the casing having separate elastic body surrounding the operating member and hermetically closing the opening for it
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    • H01H23/02—Details
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    • H01H23/14—Tumblers
    • H01H23/146—Tumblers having a generally tubular or conical elongated shape, e.g. dolly
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H2300/00—Orthogonal indexing scheme relating to electric switches, relays, selectors or emergency protective devices covered by H01H
    • H01H2300/004—Application hearing aid

Definitions

  • the present invention relates to an electromechanical switch according to the preamble of claim 1.
  • the switching part is conventionally displaced by means of a switching lever, which is likewise mounted in the housing of the switch and is movably or permanently connected to the switching part.
  • the shift lever itself is usually made of an electrically non-conductive material, or is at least reliably electrically isolated from the switching part and the contact surfaces.
  • additional sealing means can be attached, which are conventionally arranged at least around the shift lifters and are sealingly connected to the housing.
  • the elastic membrane generates this contact pressure preferably through its pre-tension set between the switch housing and the switching part. This is achieved, for example, by pulling the membrane over the preferably pin-shaped switching part and, under slight tension, in accordance with the required contact pressure, connecting it around the contact surfaces to the corresponding housing part of the switch.
  • FIG. 1 shows the longitudinal section through a switch according to the invention.
  • Figure 2 is the bottom view of the switch of Figure 1;
  • FIG. 3 shows the longitudinal section through the switch according to FIG. 1 offset by 90 °
  • FIG. 4 shows the view of the membrane of the switch according to FIG.
  • FIG. 7 shows a longitudinal section through the switching area of a further variant of the switch according to FIG. 1 with 4 contact surfaces.
  • FIG. 1 shows a longitudinal section through a switch designed according to the invention, in which the pin-shaped switching part 1 is in contact with two adjacent contact surfaces 2 of three contact pins 3 arranged parallel to one another.
  • the contact pins 3 are introduced here side by side in the lower housing part 4 and protrude outwards to create an electrical connection with electrical lines (not shown).
  • the switching part 1 is hemispherical on its contact side 1 'and thus snaps into place position shown between the two right contact surfaces 2 in a stable position.
  • the switching part 1 is pulled against the contact surfaces 2 by the elastic force of the membrane 5 and thus elastically fixed in this position.
  • the membrane 5 is made of an electrically non-conductive material, preferably a thermoplastic, the outside of the membrane 5 can serve directly as an actuating surface in the region of the free end of the switching part 1. This eliminates the need to provide a separate actuating element in addition to the switching part 1.
  • notches 7 can advantageously be provided either on the outside or on the inside of the membrane, as is shown in the view of the membrane in FIG. Depending on the dimensions and number, these reduce the elastic restoring force of the membrane 5 and thus allow a certain adjustment of the actuating force of the switch.
  • the notches 7 can either be arranged longitudinally or else transversely, in accordance with the desired effect on the elastic force effect.
  • the lateral limitation of the range of motion of the switching part 1 forms the edge of the recess 6 'of the upper housing part 6.
  • the switching part 1 can only be shifted from the switching position shown in FIG. 1 to the opposite switching position and back. This creates a stable, electrically conductive connection between the middle contact pin 3 with the corresponding left resp. right outer contact pin 3 made.
  • the contact area between the switching part 1 and the contact surfaces 2 is thus hermetically sealed by the membrane 5 from the surroundings of the switch and thus protected from dirt and moisture.
  • the membrane 5 leads around the contact surfaces 2 and at the same time also serves as a seal between the lower housing part 4 and the upper housing part 6.
  • the membrane 5 is advantageously firmly connected to the outer housing part 6 as shown. This can be done directly in the manufacturing process or by inserting it into this position, for example.
  • the lower housing part 4 as shown in the bottom view in Figure 2, can also be used
  • Contact pins 3 are inserted from below into the upper housing part 6, which is already equipped with the membrane 5 and the switching part 1, and fixed thereon.
  • the fixation can be done either in a non-detachable manner by gluing or welding in a conventional manner, or more simply using appropriately trained connecting straps resp. - tongues are made by latching. In any case, a reliable sealing of the contact area inside the switch is advantageously achieved.
  • FIG. 3 again shows a longitudinal section through the switch according to FIG. 1 in a position rotated by 90 °.
  • the three contact pins 3 are arranged in a line one behind the other in the lower one Housing part 4 are positioned.
  • the switching part 1 is preferably in the form of a pin, preferably a metal pin, with a round cross section, the outer surface of which is formed by the membrane 5. This is a simple and pleasant to touch resp. operable switching element of the switch created.
  • the contact surfaces 2 are always shown in the form of a semicircle, but can also have other shapes such as a mushroom shape or a hook shape.
  • mushroom-shaped contact surfaces 2 is conceivable, which in turn are resiliently arranged in relation to the lower housing part 4, as is shown schematically in FIGS. 5 and 6.
  • FIG. 7 shows the middle switch position in which the two middle contact surfaces 2 are electrically connected to one another via the switching part 1.
  • a great advantage of the illustrated embodiment can be seen in addition to the tightness in that even over conventional switches, the number of parts could be reduced because the membrane as a handle or. Actuator, seal and spring element is used to apply the contact force.
  • the structure shown also allows a high degree of miniaturization, so that the switch is particularly suitable for use in small or miniaturized electronic devices are particularly suitable for hearing aids. Such devices in particular are exposed to a very dirty and damp environment.

Landscapes

  • Push-Button Switches (AREA)
  • Switch Cases, Indication, And Locking (AREA)

Abstract

Das Schaltteil (1) des erfindungsgemässen Schalters ist mindestens im Bereich seines freien Endes von einer elastischen Membran (5) eng umschlossen, welche auch um die dem Schaltteil (1) zugewandten Kontaktflächen (2) beabstandet umhüllt und mit dem Schaltergehäuse (4; 6) dicht verbunden. Damit wird der Kontaktraum dicht gegen die Umgebung des Schalters abgeschlossen und damit zuverlässig Verschmutzung und Oxidation der Kontaktflächen verhindert. Vorteilhaft wird damit die Bestandteilanzahl des Schalters verringert, eine zusätzliche mechanische Feder zum Halten der Rastposition des Schaltteiles (1) überflüssig und auch die Ausführung im Miniaturbereich ermöglicht.

Description

Ele tro ec anischer Schalter
Die vorliegende Erfindung betrifft einen elektromechanischen Schalter nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Elektromechanische Schalter zur Verbindung oder Trennung von elektrischen Leitern gibt es in grosser Vielfalt auf dem Markt. Der grundlegende mechanische Aufbau derartiger Schalter ist im Wesentlichen immer identisch, indem ein bewegliches, leitendes Schaltteil auf entsprechende
Kontaktflächen der am Schalter angeschlossenen Leiter resp. Leitungen drückt und damit eine elektrische Verbindung herstellt, resp. durch Verschieben des Schaltteils weg von den Kontaktflächen die elektrische Verbindung wieder trennt. In der Regel werden durch das Schaltteil jeweils zwei benachbarte Kontaktflächen gleichzeitig kontaktiert und damit zwischen diesen beiden Kontaktflächen die elektrische Verbindung geschaffen.
Das Verschieben des Schaltteiles erfolgt herkömmlich mittels eines Schalthebels, welcher ebenfalls im Gehäuse des Schalters gelagert und mit dem Schaltteil beweglich oder fest verbunden ist. Der Schalthebel selbst besteht in der Regel aus einem elektrisch nichtleitenden Material, oder ist zumindest zuverlässig vom Schaltteil und den Kontaktflächen elektrisch isoliert.
Ein Problem derartiger Schalter besteht darin, dass durch das durch den Bewegungsspielraum bedingte Spiel zwischen Schalthebel und Schaltergehäuse keine absolute Dichtigkeit
Bestäti un sko ϊe des Schaltbereiches erzielt werden kann. Dadurch können Schmutz und Feuchtigkeit in das Innere des Schaltergehäuses gelangen und insbesondere die Kontaktflächen und/oder das Schaltteile verschmutzen oder oxidieren. Damit kann die Funktionsfähigkeit des Schalters stark beeinträchtigt werden oder gänzlich ausfallen.
Für Schalter, welche in diesbezüglich exponierten Bedingungen eingesetzt werden resp. bei welchen hohe Dichtigkeitswerte vorausgesetzt werden, können zusätzliche Abdichtmittel angebracht werden, welche herkömmlich mindestens um die Schaltheber herum angeordnet und dichtend mit dem Gehäuse verbunden werden.
Diese Lösung ist allerdings aufwändig, da zusätzliche Mittel eingesetzt werden müssen und führt zu einem zusätzlichen Volumenbedarf, d.h. die Abmessungen der entsprechend ausgerüsteten Schalter werden damit in der Regel vergrössert. Daher eignet sich diese Lösung nur bedingt für Schalter, welche in sehr kleinen Abmessungen realisiert werden müssen. Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung bestand darin, einen elektrischen Schalter zu finden, welcher sich auch in sehr kleinen Abmessungen einfach herstellen lässt und zuverlässige Ein- und Ausschaltvorgänge resp. Leitungsverbindungen und -trennungen ermöglicht, wobei die Schalteinheit gegen Einfluss von äusseren
Feuchtigkeitseinflüssen zuverlässig geschützt sein soll.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch einen elektrischen Schalter mit den kennzeichnenden Merkmalen nach Anspruch 1 gelöst. Weitere, bevorzugte Ausführungsformen ergeben sich aus den Merkmalen der weiteren Ansprüche 2 bis 11.
Es hat sich überraschend gezeigt, dass durch den Einsatz einer den Schaltbereich abdichtenden Membran vorteilhaft gleichzeitig die elektrische Isolation des freien Endes des Schaltteiles bewirken lässt, welche damit als Betätigungsfläche des Schalters eingesetzt werden kann, und auch den Kontaktdruck vom Schaltteil auf die Kontaktflächen vermittelt. Als weiteren Vorteil hat sich eine Vereinfachung des Aufbaus eines derartigen elektromechanischen Schalters ergeben, indem auf separate elastische Mittel zur Positionierung und Erzeugung des Kontaktdruckes verzichtet werden kann, wie dies bei herkömmlichen Schaltern beispielsweise durch den Einsatz von metallischen Federn bewirkt wird.
Die elastische Membran erzeugt diesen Kontaktdruck vorzugsweise durch ihre zwischen dem Schaltergehäuse und dem Schaltteil eingestellte Vorspannung. Dies wird beispielsweise dadurch erreicht, indem die Membran über den vorzugsweise stiftförmigen Schaltteil gezogen und unter leichtem Zug, entsprechend dem geforderten Kontaktdruck, um die Kontaktflächen herumführend mit dem entsprechenden Gehäuseteil des Schalters verbunden wird.
Damit werden vorteilhaft mit einem einzigen Element die mechanischen Anforderungen (Anpressdruck, Isolation) sowie die Dichtheit erfüllt.
Derartige Schalter eignen sich besonders Vorteilhaft für den Einsatz in kleinen elektronischen Geräten, wie insbesondere für Hörgeräte. Ein Ausführungsbeispiel der vorliegende Erfindung wird nachstehend anhand von Figuren noch näher erläutert. Es zeigen
Fig. 1 den Längsschnitt durch einen erfindungsgemässen Schalter;
Fig. 2 die Unteransicht des Schalters nach Figur 1;
Fig. 3 den Längsschnitt durch den Schalter nach Figur 1 um 90° versetzt;
Fig. 4 die Ansicht der Membran des Schalters nach Figurl;
Fig. 5 und Fig. 6 Varianten der Ausbildung der Kontaktflächen; und
Fig. 7 ein Längsschnitt durch den Schaltbereich einer weiteren Variante des Schalters nach Figur 1 mit 4 Kontaktflächen.
In Figur 1 ist ein Längsschnitt durch einen erfindungsgemäss ausgestalteten Schalter dargestellt, bei welchem das stiftförmige Schaltteil 1 mit zwei benachbarten Kontaktflächen 2 von drei parallel zueinander angeordneten Kontaktstiften 3 in Kontakt steht.
Die Kontaktstifte 3 sind hier im unteren Gehäuseteil 4 nebeneinander eingebracht und ragen nach Aussen zum Erstellen einer elektrischen Verbindung mit elektrischen Leitungen (nicht dargestellt) ab.
Das Schaltteil 1 ist an seiner Kontaktseite 1' halbkugelförmig ausgebildet und rastet damit in der dargestellten Position zwischen den beiden rechten Kontaktflächen 2 in stabiler Position ein. Das Schaltteil 1 wird durch die elastische Kraft der Membran 5 gegen die Kontaktflächen 2 gezogen und damit in dieser Position elastisch fixiert.
Da die Membrane 5 aus elektrisch nichtleitendem Material besteht, vorzugsweise aus einem Thermoplasten, kann die Aussenseite der Membran 5 im Bereich des freien Endes des Schaltteiles 1 direkt als Betätigungsoberfläche dienen. Damit entfällt die Notwendigkeit, neben dem Schaltteil 1 ein separates Betätigungselement vorzusehen.
Zur Einstellung der elastischen Wirkung können vorteilhaft entweder an der Aussenseite oder der Innenseite der Membran 5 Kerben 7 angebracht sein, wie dies in der Ansicht der Membran in Figur 4 dargestellt ist. Diese reduzieren je nach Abmessungen und Anzahl die elastische Rückstellkraft der Membran 5 und erlauben damit eine gewisse Einstellung der Betätigungskraft des Schalters. Die Kerben 7 können entweder längs oder aber auch quer angeordnet sein, entsprechend der gewünschten Wirkung auf die elastische Kraftwirkung.
Die seitliche Begrenzung des Bewegungsspielraumes des Schaltteiles 1 bildet der Rand der Ausnehmung 6' des oberen Gehäuseteiles 6. Somit kann das Schaltteil 1 lediglich von der in Figur 1 gezeigten Schaltposition in die gegenüberliegende Schaltposition verschoben werden und zurück. Damit wird jeweils eine stabile, elektrisch leitende Verbindung zwischen dem mittleren Kontaktstift 3 mit dem entsprechend linken resp. rechten äusseren Kontaktstift 3 hergestellt.
Der Kontaktbereich zwischen dem Schaltteil 1 und den Kontaktflächen 2 ist damit durch die Membrane 5 hermetisch gegenüber der Umgebung des Schalters abgedichtet und damit gegenüber Verschmutzung und Feuchtigkeit geschützt.
Die Membrane 5 führt um die Kontaktflächen 2 herum und dient gleichzeitig auch als Abdichtung zwischen dem unteren Gehäuseteil 4 und dem oberen Gehäuseteil 6. Vorteilhaft ist die Membrane 5 mit dem äusseren Gehäuseteil 6 wie dargestellt fest verbunden. Dies kann beispielsweise im Herstellungsprozess direkt oder durch nachträgliches Einsetzen in diese Lage erfolgen.
Der untere Gehäuseteil 4, wie er in der Unteransicht in Figur 2 noch dargestellt ist, kann mit eingesetzten
Kontaktstiften 3 von unten in den oberen Gehäuseteil 6, welcher bereits mit der Membrane 5 und dem Schaltteil 1 ausgerüstet ist, eingeschoben und an diesem fixiert werden. Die Fixierung kann in herkömmlicher Weise entweder unlösbar mittels Klebung oder Verschweissung erfolgen, oder aber einfacher unter Einsatz von entsprechend ausgebildeten Verbindungslaschen resp. -zungen durch einklinken erfolgen. Auf jeden Fall wird damit vorteilhaft eine zuverlässige Abdichtung des Kontaktbereiches im innern des Schalters erreicht.
In Figur 3 ist nochmals ein Längsschnitt durch den Schalter nach Figur 1 in um 90° verdrehten Lage dargestellt. Hier ist ersichtlich, dass beispielsweise die drei Kontaktstifte 3 in einer Linie hintereinander angeordnet im unteren Gehäuseteil 4 positioniert sind. Weiter ist daraus ersichtlich, dass das Schaltteil 1 vorzugsweise in Stiftform, vorzugsweise als Metallstift, mit rundem Querschnitt ausgebildet ist, dessen äussere Oberfläche durch die Membrane 5 gebildet ist. Damit wird ein einfach und angenehm zu greifendes resp. bedienbares Schaltelement des Schalters geschaffen.
Die Kontaktflächen 2 sind hier immer halbrundförmig ausgebildet dargestellt, können aber auch andere Formen wie beispielsweise eine Pilzform oder Hakenform aufweisen. So ist beispielsweise der Einsatz von pilzförmigen Kontaktflächen 2 denkbar, welche ihrerseits federnd gegenüber dem unteren Gehäuseteil 4 in diesem gelagert angeordnet sind, wie dies schematisch in den Figuren 5 und 6 dargestellt ist.
Anstelle des Einsatzes von drei Kontaktstiften 3 ist auch der Einsatz von vier Kontaktstiften 3 resp. Kontaktflächen 2 denkbar, womit nicht nur zwei, sondern drei verschiedene Schalterstellungen des Schaltteiles 1 realisiert werden können, wie dies schematisch aus Figur 7 ersichtlich ist. In dieser Figur 7 ist die mittlere Schalterstellung dargestellt, bei welcher die beiden mittleren Kontaktflächen 2 über das Schaltteil 1 elektrisch miteinander verbunden sind. Durch Drücken des Schaltteiles 1 nach links oder rechts aus dieser Position lassen sich jeweils die beiden äusseren Kontaktflächen 2 miteinander verbinden.
Ein grosser Vorteil der dargestellten Ausführungsform ist neben der Dichtigkeit darin zu sehen, dass sogar gegenüber herkömmlichen Schaltern die Anzahl der Teile reduziert werden konnte, da die Membran gleichzeitig als Griff- resp. Betätigungselement, Dichtung und Federelement zur Aufbringung der Kontaktkraft dient. Auch erlaubt der dargestellte Aufbau einen hohen Miniaturisierungsgrad, so dass sich der Schalter insbesondere für den Einsatz in kleinen resp. miniaturisierten elektronischen Geräten eignet, insbesondere für Hörgeräte. Gerade solche Geräte sind einer stark schmutz- und feuchtigkeitsbehafteten Umgebung ausgesetzt.

Claims

Patentansprüche
1. Elektromechanischer Schalter mit mindestens einem im Schaltergehäuse angeordneten elektrisch leitenden
Schaltteil (1) und diesem zugeordneten elektrisch leitenden Kontaktflächen (2), dadurch gekennzeichnet, dass der nicht den Kontaktflächen (2) zugewandte Bereich des Schaltteils (1) mindestens bereichsweise mit einer elastischen Membrane (5) umhüllt ist, welche ebenfalls mindestens den Bereich der dem Schaltteil (1) zugeordneten Kontaktflächen (2) umgibt und dicht an das Schaltergehäuse (4; 6) anliegt.
2. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elastische Membran (5) aus thermoplastischem, wie insbesondere elastomerem Material besteht.
3. Schalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (5) beim Übergang zwischen dem Schaltteil (1) zum Gehäuse (4; 6) eine Vorspannung aufweist und damit das Schaltteil (1) elastisch gegen die Kontaktflächen (2) zum Anschlag bringt.
4. Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltergehäuse (4; 6) zweiteilig aufgebaut ist und aus einer Basisplatte (4) mit darin angeordneten Kontaktflächen (2) sowie einer Äbdeckhaube (6) mit Öffnung (6') zum Austritt eines Teils des Schaltteils (1) mit Membran (5) aufweist, wobei die beiden Teile (4;6) vorzugsweise miteinander selbsthemmend verbunden, vorzugsweise verklippt oder verschweisst sind.
5. Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltteil (1) stiftförmig ausgebildet ist und einen runden oder ovalen Querschnitt aufweist, wobei vorzugsweise das mit den Kontaktflächen (2) in Anlage kommende Ende (1') konvex gerundet ausgebildet ist .
6. Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (5) im Bereich der Anlage an das Schaltteil (1) und/oder im Übergangsbereich zwischen dem Schaltteil (1) und der Anlage an das Schaltgehäuse (4; 6) eine oder mehrere Kerben (7) an der Innen und/oder Aussenseite aufweist.
7, Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltteil (1) aus Metall besteht,
8. Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils drei, vorzugsweise vier Kontaktflächen (2) einem Schaltteil (1) zugeordnet sind.
9. Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktflächen (2) aus Kontaktstiften (3) gebildet werden, deren dem Schaltteil (1) zugewandten Enden (2) halbkugelförmig, pilzförmig oder hakenförmig ausgebildet sind.
10. Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltergehäuse resp. die Schaltergehäuseteile (4; 6) aus 2-Komponenten Spritzkunststoff bestehen.
11. Verwendung eines Schalters nach einem der Ansprüche 1 bis 10 in elektronischen Kleingeräten, insbesondere in Hörgeräten.
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