DE10040713A1 - Elektrischer Schalter - Google Patents
Elektrischer SchalterInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen elektrischen Schalter (1), der insbesondere als Bedienschalter für ein Kraftfahrzeug Verwendung findet. Der Schalter (1) besitzt ein zwischen wenigstens zwei Betätigungsstellungen bewegbares Betätigungsorgan (4), das manuell bewegbar ist, und einen Sensor (5), wie ein Kontaktsystem, ein Potentiometer o. dgl., zur Abgabe eines der jeweiligen Betätigungsstellung entsprechenden Schaltsignals. Mit dem Betätigungsorgan (4) ist ein Elektromotor (7) in Wirkverbindung bringbar, derart, daß das Betätigungsorgan (4) elektromotorisch wenigstens in eine der Betätigungstellungen bewegbar ist.
Description
Die Erfindung betrifft einen elektrischen Schalter nach dem Oberbegriff des
Patentanspruchs 1.
Solche elektrische Schalter werden als Bedienschalter in Kraftfahrzeugen eingesetzt.
Beispielsweise können diese dort als Antriebs- und Fahrwerkschalter für die
Differentialsperre o. dgl. dienen.
Derartige elektrische Schalter weisen ein Betätigungsorgan auf, das zwischen zwei oder
mehreren Betätigungsstellungen manuell bewegbar ist. Im Gehäuse des Schalters befindet
sich ein Sensor, bei dem es sich beispielsweise um ein Kontaktsystem oder ein
Potentiometer handeln kann, der zur Abgabe eines der jeweiligen Betätigungsstellung
entsprechenden Schaltsignals dient.
Bei der Verwendung als Bedienschalter kann es vorkommen, daß der Benutzer eine falsche
Betätigungsstellung manuell einstellt. Insbesondere in Kraftfahrzeugen kann eine solche
falsche Betätigungsstellung den jeweiligen Fahrbedingungen nicht angemessen sein, was
beispielsweise zu einem höheren Treibstoffverbrauch führen kann. Schlimmstenfalls kann
daraus sogar eine Gefährdung der Benutzer resultieren. Es mangelt diesen Schaltern somit
der Möglichkeit einer nichtmanuellen Korrektur der Betätigungsstellung.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen elektrischen Schalter derart
weiterzuentwickeln, daß eine nichtmanuelle Bewegbarkeit des Betätigungsorgans
ermöglicht ist. Insbesondere soll eine präzise Bewegung in die Betätigungsstellungen mit
einfachen Mitteln erzielt werden.
Diese Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen elektrischen Schalter durch die
kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Der erfindungsgemäße elektrische Schalter weist, wie herkömmliche Bedienschalter, ein
zwischen Betätigungsstellungen manuell bewegbares Betätigungsorgan auf. Zusätzlich ist
ein Elektromotor mit dem Betätigungsorgan in Wirkverbindung bringbar, derart daß das
Betätigungsorgan elektromotorisch wenigstens in eine der Betätigungsstellungen bewegbar
ist. Bei anderen Schaltern, nämlich Niederspannungs-Schutzschaltern, sind Kraftantriebe zur
Auslösung des Schaltvorganges an sich bekannt, wie beispielsweise aus der
EP 0 038 289 B1 zu entnehmen ist, allerdings dient ein dort angeordnetes Betätigungsorgan
allenfalls zur manuellen Notbetätigung bei einem Ausfall des Kraftantriebs.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Bevorzugterweise ist das Betätigungsorgan des elektrischen Schalters manuell und/oder
nichtmanuell elektromotorisch zwischen allen Betätigungsstellungen bewegbar.
Insbesondere kann das Betätigungsorgan bei einer manuellen Fehlbetätigung
elektromotorisch in die vorhergehende Betätigungsstellung rückbewegbar sein. Weiter kann
es sich anbieten, daß die elektromotorische Bewegung von einem mit dem Schalter in
elektrischer Verbindung stehenden Steuergerät auslösbar ist, wobei das Steuergerät das
Schaltsignal des Schalters zur Feststellung der Betätigungsstellung des Betätigungsorgans
auswertet.
In einer Ausbildung handelt es sich bei dem Schalter um einen Drehschalter, wobei das
Betätigungsorgan als Drehknopf ausgestaltet ist. Eine Welle überträgt dann die Bewegung
vom Betätigungsorgan auf einen Sensor zur Erzeugung des Schaltsignals.
Zweckmäßigerweise wirkt eine Rastkulisse an einem Kulissenteil mit einer dem
Betätigungsorgan zugeordneten, zur Rastkulisse korrespondierenden Rastkurve derart
zusammen, daß die Betätigungsstellungen in der Art von Raststellungen festgelegt sind. Das
Kulissenteil kann mittels eines Durchgangslochs so an der Welle angeordnet sein, daß das
Kulissenteil gegen die Kraft einer Rückstellfeder axial verschiebbar und mit der Welle
verdrehbar ist. Hierzu bietet es sich an, die Welle im Bereich des Durchgangslochs und das
Durchgangsloch jeweils mit einen nichtkreisförmigen Querschnitt auszustatten.
Besonders bevorzugt ist eine Ausgestaltung, bei der die Wirkverbindung zwischen dem
Elektromotor und dem Betätigungsorgan mittels eines Malteserkreuz-Getriebes, das aus
einem Malteserkreuzrad und einem Kurbeltriebrad besteht, hergestellt ist. Dabei ist
beispielsweise das Malteserkreuzrad mit dem Betätigungsorgan koppelbar sowie das
Kurbeltriebrad vom Elektromotor über ein Getriebe antreibbar. Das Malteserkreuzrad kann
mittels eines einen runden Querschnitt aufweisenden Durchgangsloches derart an der Welle,
die in diesem Bereich dann einen kreisförmigen Querschnitt besitzt, angeordnet sein, daß
das Malteserkreuzrad bei manueller Drehung der Welle nicht bewegt wird.
Zweckmäßigerweise ist die Rastkurve an der dem Kulissenteil zugewandten Seite des
Malteserkreuzrades angeordnet. Zur Kopplung des Malteserkreuzrades mit dem
Betätigungsorgan greift das Kulissenteil kraft- und/oder formschlüssig am Malteserkreuzrad
an, beispielsweise indem die Rastkulisse unter Einwirkung der Kraft einer Rückstellfeder in
die Rastkurve eingreift. Weiter kann das Malteserkreuzrad an einem Bund an der Welle
anliegen, wobei der Bund am Übergang vom kreisförmigen zum nichtkreisförmigen
Querschnitt der Welle befindlich ist.
In einer weiteren Ausgestaltung weist das Getriebe eine Schnecke auf, die vom
Elektromotor angetrieben ist und ihrerseits ein Schneckenrad am Kurbeltriebrad antreibt.
Mit dem Abtrieb des Elektromotors, und zwar insbesondere mit dem Schneckenrad, können
Endschalter in der Art von Mikroschaltern zum Abschalten des Elektromotors
zusammenwirken.
Der Schalter besitzt ein Gehäuse, wobei es sich anbietet, daß der Elektromotor an der dem
Betätigungsorgan gegenüberliegenden Seite im Gehäuse angeordnet ist. Gegebenenfalls ist
im Gehäuse eine Leiterplatte befindlich. Auf der Leiterplatte sind die Endschalter, der
Sensor und eine Leuchtdiode zur Beleuchtung des Schalters angeordnet. Das Licht der
Leuchtdiode kann mittels eines Lichtleiters zum Betätigungsorgan und/oder zu einem in der
Nähe des Betätigungsorgans, im Gehäuse befindlichen Lichtverteiler für einen das
Betätigungsorgan umgebenden Blendenring geführt sein.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß auch dann eine
automatische Korrekturmöglichkeit der Betätigungsstellung gegeben ist, wenn diese vom
Benutzer nicht korrekt manuell eingestellt ist. Daraus resultiert zum einen ein Zugewinn an
Sicherheit sowie zum anderen ein erhöhter Benutzerkomfort.
Bei den motorischen Verstellmitteln für das Betätigungsorgan handelt es sich um einfache
und somit billige Mittel, wobei lediglich ein geringer Ansteueraufwand für die motorischen
Verstellmittel notwendig ist. Insbesondere ist kein teuerer sowie aufwendig anzusteuernder
Schrittmotor notwendig. Dennoch ist mit diesen einfachen Mitteln eine präzise schrittweise
motorische Verstellung des Betätigungsorgans in dessen Betätigungsstellungen ermöglicht.
Außerdem ist der erfindungsgemäße Schalter wenig fehleranfällig und besitzt eine hohe
Lebensdauer.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung mit Weiterbildungen ist in den Zeichnungen
dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen
Fig. 1 einen elektrischer Schalter in perspektivischer Gesamtansicht,
Fig. 2 eine Explosionsdarstellung des elektrischen Schalters aus Fig. 1,
Fig. 3 einen Längsschnitt durch den elektrischen Schalter aus Fig. 1,
Fig. 4 einen Schnitt entlang der Linie 4-4 in Fig. 3,
Fig. 5 einen Schnitt entlang der Linie 5-5 in Fig. 3 und
Fig. 6 eine vergrößerte Darstellung eines Ausschnittes aus Fig. 4 im Bereich des
Malteserkreuz-Getriebes.
Ein elektrischer Schalter 1, der als Bedienschalter in einem Kraftfahrzeug angeordnet ist, ist
in Fig. 1 zu sehen. Der Schalter 1 steht mit einem lediglich schematisch gezeigten
Steuergerät 2 in elektrischer Verbindung. Der Schalter 1 dient als Antriebs- und
Fahrwerkschalter für die Differentialsperre, wobei das Steuergerät 2 die Differentialsperre
entsprechend der vom Benutzer am Schalter 1 vorgenommen Einstellung ansteuert.
Der Schalter 1 weist ein Gehäuse 3 auf, an dem ein vom Benutzer manuell bewegbares
Betätigungsorgan 4 angeordnet ist. Das Betätigungsorgan 4 ist zwischen wenigstens zwei
Betätigungsstellungen bewegbar, wobei die Betätigungsstellungen am Gehäuse 3 des
Schalters schematisch mit den Symbolen I, II bezeichnet sind.
Wie aus der Explosionsdarstellung des Schalters 1 gemäß Fig. 2 näher hervorgeht, befindet
sich im Gehäuse 3 ein Sensor 5, der zur Abgabe eines der jeweiligen Betätigungsstellung
des Betätigungsorgans 4 entsprechenden Schaltsignals dient. Der Sensor 5 ist vorliegend als
Potentiometer ausgebildet, dessen Ausgangsspannung das dem Steuergerät 2 zugeführte
Schaltsignal liefert. Das Steuergerät 2 wertet dieses Schaltsignal zur Feststellung der
Betätigungsstellung des Betätigungsorgans 4 aus. Alternativ kann der Sensor 5 auch aus
einem elektrischen Kontaktsystem oder einem sonstigen System zur Erzeugung eines
Schaltsignals bestehen. Der Sensor 5 ist auf einer im Gehäuse 3 befindlichen Leiterplatte 6
angeordnet.
Das Betätigungsorgan 4 ist nicht nur, wie bereits erwähnt, manuell sondern auch zusätzlich
nichtmanuell, nämlich motorisch durch Ansteuerung mittels des Steuergeräts 2, zwischen
den Betätigungsstellungen bewegbar. Beispielsweise kann bei einer nicht optimal an die
Fahrbedingungen des Kraftfahrzeugs angepaßten manuellen Einstellung des Schalters 1
durch den Benutzer das Betätigungsorgan 4 motorisch in die vorhergehende
Betätigungsstellung rückbewegbar sein, wobei die motorische Rückbewegung von dem
Steuergerät 2 auslösbar ist. Zur motorischen Bewegung des Betätigungsorgans 4 ist ein
Elektromotor 7 mit dem Betätigungsorgan 4 in Wirkverbindung bringbar, derart daß das
Betätigungsorgan 4 elektromotorisch wenigstens in eine der Betätigungsstellungen
bewegbar ist. Der Elektromotor 7 ist zweckmäßigerweise an der dem Betätigungsorgan 4
gegenüberliegenden Seite im Gehäuse 3 angeordnet.
In einer bevorzugten Ausgestaltung handelt es sich bei dem Schalter 1 um einen
Drehschalter, bei dem das Betätigungsorgan 4 als Drehknopf ausgebildet ist. Eine Welle 8
überträgt die Bewegung vom Betätigungsorgan 4 auf den Sensor 5. Die
Betätigungsstellungen des Betätigungsorgans 4 sind in der Art von Raststellungen
festgelegt. Hierfür ist ein Kulissenteil 9 mittels eines Durchgangslochs so an der Welle 8
angeordnet, daß das Kulissenteil 9 einerseits gegen die Kraft einer Rückstellfeder 15 axial
verschiebbar und andererseits mit der Welle 8 verdrehbar ist. Dies wird zweckmäßigerweise
dadurch erzielt, indem die Welle 8 im Bereich des Durchgangslochs und auch das,
Durchgangsloch selbst einen nichtkreisförmigen, zueinander korrespondierenden
Querschnitt besitzen. Am Kulissenteil 9 befindet sich eine Rastkulisse 10, die mit einer dem
Betätigungsorgan 4 zugeordneten, zur Rastkulisse 10 korrespondierenden Rastkurve 11
zusammenwirkt, wie der Fig. 3 entnommen werden kann.
Wie weiter in Fig. 2 zu sehen ist, ist die Wirkverbindung zwischen dem Elektromotor 7 und
dem Betätigungsorgan 4 mittels eines Malteserkreuz-Getriebes 12 hergestellt. Das
Malteserkreuz-Getriebe 12 besteht aus einem Malteserkreuzrad 13 und einem
Kurbeltriebrad 14. Das Malteserkreuzrad 13 ist mittels eines Durchgangsloches derart an der
Welle angeordnet, daß das Malteserkreuzrad 13 bei manueller Drehung der Welle 8 nicht
bewegt wird. Hierfür weisen sowohl das Durchgangsloch als auch die Welle 8 in dem
Bereich, an dem das Durchgangsloch befindlich ist, einen zueinander korrespondierenden
runden bzw. kreisförmigen Querschnitt auf. Das Malteserkreuzrad 13 liegt an einem Bund
16 an der Welle 8 an, wobei der Bund 16 am Übergang vom kreisförmigen zum
nichtkreisförmigen Querschnitt der Welle 8 befindlich ist. Andererseits ist das
Malteserkreuzrad 13 jedoch mit dem Betätigungsorgan 4 koppelbar, um mit Hilfe des
Elektromotors 7 das Betätigungsorgan 4 nichtmanuell verstellen zu können. Zur Koppelung
des Malteserkreuzrades 13 mit dem Betätigungsorgan 4 dient die Rastkurve 11, die an der
dem Kulissenteil 9 zugewandten Seite des Malteserkreuzrades 13 angeordnet ist. Dabei
greift zur Koppelung das Kulissenteil 9 kraft- und/oder formschlüssig am Malteserkreuzrad
13 an, indem die Rastkulisse 10 unter Einwirkung der Kraft der Rückstellfeder 15 in die
Rastkurve 11 eingreift.
Das Kurbeltriebrad 14 ist vom Elektromotor 7 über ein Getriebe 17 antreibbar. Das Getriebe
17 besteht aus einer Schnecke 18 und einem Schneckenrad 19, wobei die Schecke 18 vom
Elektromotor 7 angetrieben ist und ihrerseits das Schneckenrad 19 am Kurbeltriebrad 14
antreibt. Zum Abschalten des Elektromotors 7 bei Erreichen der jeweiligen
Betätigungsstellung wirken Endschalter 20, die in der Art von Mikroschaltern ausgebildet
sind, mit dem Abtrieb des Elektromotors 7 zusammen. Die Endschalter 20 sind ebenfalls auf
der Leiterplatte 6 angeordnet und werden vom Schneckenrad 19 betätigt.
Der Schalter 1 kann beleuchtbar ausgestaltet sein, beispielsweise können die
Betätigungsstellungen des Betätigungsorgans 4 in der Art von beleuchtbaren
Funktionssymbolen auf einem Blendenring 21 gekennzeichnet sein. Der Blendenring 21
umgibt das Betätigungsorgan 4 und ist besonders gut in Fig. 2 zu erkennen. Eine
Leuchtdiode 22 zur Beleuchtung des Schalters 1 befindet sich auf der Leiterplatte 6. Das
von der Leuchtdiode 22 ausgestrahlte Licht ist mittels eines Lichtleiters 23 zu einem in der
Nähe des Blendenrings 21 befindlichen Lichtverteiler 24 führbar. Selbstverständlich kann
das Licht der Leuchtdiode 22 auch direkt oder über den Lichtverteiler 24 zum
Betätigungsorgan 4 weitergeleitet werden, falls eine Beleuchtung des Betätigungsorgans 4
gewünscht ist.
Die Erfindung ist nicht auf das beschriebene und dargestellte Ausführungsbeispiel
beschränkt. Sie umfaßt vielmehr auch alle fachmännischen Weiterbildungen im Rahmen des
Erfindungsgedankens. So kann ein derartiger Schalter, bei dem das Betätigungsorgan
zusätzlich elektromotorisch nachführbar ist, auch an sonstigen elektrischen Geräten, wie
elektrischen Haushaltsgeräten, elektrischen Gartengeräten, Elektrowerkzeugen o. dgl.
Verwendung finden.
1
elektrischer Schalter
2
Steuergerät
3
Gehäuse
4
Betätigungsorgan
5
Sensor
6
Leiterplatte
7
Elektromotor
8
Welle
9
Kulissenteil
10
Rastkulisse (an Kulissenteil)
11
Rastkurve (für Betätigungsorgan)
12
Malteserkreuz-Getriebe
13
Malteserkreuzrad
14
Kurbeltriebrad
15
Rückstellfeder
16
Bund (an der Welle)
17
Getriebe
18
Schnecke
19
Schneckenrad
20
Endschalter
21
Blendenring
22
Leuchtdiode
23
Lichtleiter
24
Lichtverteiler
Claims (10)
1. Elektrischer Schalter, insbesondere Bedienschalter für ein Kraftfahrzeug, mit einem
zwischen wenigstens zwei Betätigungsstellungen bewegbaren Betätigungsorgan (4), wobei
das Betätigungsorgan (4) manuell bewegbar ist, und mit einem Sensor (5), wie einem
Kontaktsystem, einem Potentiometer o. dgl., zur Abgabe eines der jeweiligen
Betätigungsstellung entsprechenden Schaltsignals, dadurch gekennzeichnet, daß ein
Elektromotor (7) mit dem Betätigungsorgan (4) in Wirkverbindung bringbar ist, derart daß
das Betätigungsorgan (4) elektromotorisch wenigstens in eine der Betätigungsstellungen
bewegbar ist.
2. Elektrischer Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das
Betätigungsorgan (4) manuell und/oder nichtmanuell, insbesondere motorisch zwischen den
Betätigungsstellungen bewegbar ist, vorzugsweise elektromotorisch in die vorhergehende
Betätigungsstellung rückbewegbar ist, wobei die elektromotorische Bewegung von einem
mit dem Schalter (1) in elektrischer Verbindung stehenden Steuergerät (2) auslösbar ist, und
wobei weiter vorzugsweise das Steuergerät (2) das Schaltsignal zur Feststellung der
Betätigungsstellung des Betätigungsorgans (4) auswertet.
3. Elektrischer Schalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß es sich
bei dem Schalter (1) um einen Drehschalter handelt, wobei insbesondere das
Betätigungsorgan (4) als Drehknopf ausgestaltet ist, und daß vorzugsweise eine Welle (8)
die Bewegung vom Betätigungsorgan (4) auf den Sensor (5) überträgt.
4. Elektrischer Schalter nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine
Rastkulisse (10) an einem Kulissenteil (9) mit einer dem Betätigungsorgan (4) zugeordneten
Rastkurve (11), die zur Rastkulisse (10) korrespondiert, derart zusammenwirkt, daß die
Betätigungsstellungen in der Art von Raststellungen festgelegt sind, und daß vorzugsweise
das Kulissenteil (9) mittels eines Durchgangslochs so an der Welle (8) angeordnet ist, daß
das Kulissenteil (9) gegen die Kraft einer Rückstellfeder (15) axial verschiebbar und mit der
Welle (8) verdrehbar ist, insbesondere indem die Welle (8) im Bereich des Durchgangslochs
und das Durchgangsloch einen nichtkreisförmigen Querschnitt besitzen.
5. Elektrischer Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
daß die Wirkverbindung zwischen dem Elektromotor (7) und dem Betätigungsorgan (4)
mittels eines Malteserkreuz-Getriebes (12) hergestellt ist, das aus einem Malteserkreuzrad
(13) und einem Kurbeltriebrad (14) besteht, wobei vorzugsweise das Malteserkreuzrad (13)
mit dem Betätigungsorgan (4) koppelbar ist sowie das Kurbeltriebrad (14) vom
Elektromotor (7), gegebenenfalls über ein Getriebe (17), antreibbar ist, und daß weiter
vorzugsweise das Malteserkreuzrad (13) mittels eines einen insbesondere runden
Querschnitt aufweisenden Durchgangsloches derart an der Welle (8), insbesondere in einem
Bereich mit kreisförmigen Querschnitt angeordnet ist, daß das Malteserkreuzrad (13) bei
manueller Drehung der Welle (8) nicht bewegt wird.
6. Elektrischer Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet,
daß die Rastkurve (11) an der dem Kulissenteil (9) zugewandten Seite des
Malteserkreuzrades (13) angeordnet ist, und daß zur Kopplung des Malteserkreuzrades (13)
mit dem Betätigungsorgan (4) das Kulissenteil (9) kraft- und/oder formschlüssig am
Malteserkreuzrad (13) angreift, insbesondere indem die Rastkulisse (10) unter Einwirkung
der Kraft der Rückstellfeder (15) in die Rastkurve (11) eingreift.
7. Elektrischer Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet,
daß das Malteserkreuzrad (13) an einem Bund (16) an der Welle (8) anliegt, wobei
insbesondere der Bund (16) am Übergang vom kreisförmigen zum nichtkreisförmigen
Querschnitt der Welle (8) befindlich ist.
8. Elektrischer Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet,
daß das Getriebe (17) als Schnecke (18) ausgestaltet ist, wobei die Schnecke (18) vom
Elektromotor (7) angetrieben ist und ihrerseits ein Schneckenrad (19) am Kurbeltriebrad
(14) antreibt, daß vorzugsweise Endschalter (20) in der Art von Mikroschaltern mit dem
Abtrieb des Elektromotors (7), insbesondere mit dem Schneckenrad (19), zum Abschalten
des Elektromotors (7) zusammenwirken.
9. Elektrischer Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet,
daß der Schalter (1) ein Gehäuse (3) aufweist, und daß vorzugsweise der Elektromotor (7)
an der dem Betätigungsorgan (4) gegenüberliegenden Seite im Gehäuse (3) angeordnet ist.
10. Elektrischer Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet,
daß eine Leiterplatte (6) im Gehäuse (3) befindlich ist, daß die Endschalter (20) auf der
Leiterplatte (6) angeordnet sind, daß vorzugsweise der Sensor (5) auf der Leiterplatte (6)
angeordnet ist und daß weiter vorzugsweise eine Leuchtdiode (22) zur Beleuchtung des
Schalters (1) auf der Leiterplatte (6) befindlich ist, wobei das Licht der Leuchtdiode (22)
mittels eines Lichtleiters (23) zum Betätigungsorgan (4) und/oder zu einem in der Nähe des
Betätigungsorgans (4), im Gehäuse (3) befindlichen Lichtverteiler (24) für einen das
Betätigungsorgan (4) umgebenden Blendenring (21) führbar ist.
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ID=7919189
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