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Die Erfindung betrifft einen elektrischen Drucktaster mit einem ersten Kontaktelement, mit einen zweiten Kontaktelement, und mit einer metallenen federnden Schnappscheibe, die in der unbetätigten Stellung des Drucktasters einen nach außen gewölbten zentralen Abschnitt aufweist, und die einen Randabschnitt aufweist, der in der unbetätigten Stellung des Drucktasters eine elektrische Verbindung zu dem ersten Kontaktelement herstellt, wobei eine Druckeinwirkung auf den zentralen Abschnitt ein Umschnappen der Schnappscheibe bewirkt, wodurch die Unterseite des zentralen Abschnitts eine elektrische Verbindung zu dem unterhalb des zentralen Abschnitts angeordneten zweiten Kontaktelement herstellt und sich der Randabschnitt der Schnappscheibe von dem ersten Kontaktelement wegbewegt.
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Elektrische Drucktaster mit einer metallenen federnden Schnappscheibe sind in verschiedenen Ausgestaltungen bekannt. So ist in der deutschen Auslegeschrift
DE 26 46 107 B1 ein Schnappschalter beschrieben, der eine dreieckförmige Kontaktfederscheibe aufweist. Bei einer Druckbetätigung springt die Kontaktfederscheibe um und stellt eine elektrische Verbindung zu einem unterhalb der Kontaktfederscheibe angeordneten Kontaktelement her. Gleichzeitig hebt ein an die Kontaktfederscheibe angeformter Federarm von einem Festkontakt ab. Der Druckschalter bildet dadurch sowohl eine Öffnerals auch eine Schließerfunktion aus. Da beide Schaltfunktionen durch das Umspringen der Kontaktfederscheibe bewirkt werden, erfolgt das Öffnen und das Schließen der Kontakte zwar ungefähr gleichzeitig, aber in keiner genau definierten zeitlichen Abfolge. Dies ist nachteilig, wenn der Drucktaster für sicherheitskritische Funktionen eingesetzt werden und dazu einer elektronischen Funktionsüberwachung unterliegen soll.
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In der deutschen Offenlegungsschrift
DE 101 51 053 A1 ist in der
3 eine Schaltungsanordnung dargestellt, welche die fehlerfreie Funktion eines Umschalters prüft. Hierzu werden die Signalpegel an einem Schließer- und einem Öffnerkontakt auf die beiden Eingänge eines Exklusiv-Oder-Schalterkreises (EXOR-Schaltkreis) gegeben. Aus einem H-Pegel am Ausgang des EXOR-Schaltkreises wird auf eine fehlerfreie Funktion des Wechselschalters geschlossen.
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Die Verwendung eines EXOR-Schaltkreises zur Funktionsüberwachung ist allerdings während des Umschaltvorgangs problematisch, da bei einem realen Umschalter beim Umschalten der Öffner- und der Schließerkontakt für einen kurzen Moment entweder beide zugleich geöffnet oder beide zugleich geschlossen sind. In beiden Fällen meldet ein EXOR-Schaltkreis während des Umschaltvorgangs einen Fehlerzustand.
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Es ist daher vorteilhaft, eine andere Prüfungsmöglichkeit vorzusehen. Ein bevorzugtes, aber hier nicht näher dargestelltes Diagnoseverfahren setzt voraus, dass in jedem Betriebszustand eines Umschalters wenigstens eines seiner Kontaktpaare geschlossen ist. Trifft dieses nicht zu, so wird auf das Vorliegen eines Fehlerzustands geschlossen.
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Es stellte sich die Aufgabe, einen elektrischen Drucktaster mit Umschaltkontakten gemäß des Oberbegriffs des Anspruchs 1 zu schaffen, der sich durch einen einfachen mechanischen Aufbau auszeichnet und bei dem zu jedem Zeitpunkt wenigstens ein Kontaktpaar geschlossen ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das zweite Kontaktelement in der Betätigungsrichtung des Drucktasters verschieblich auf einem Federelement angeordnet ist.
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Die Anordnung eines Kontaktelements eines Schließerkontaktpaares auf einem Federelement entkoppelt auf einfache Weise das Ansprechen der Schließer- und Öffnerfunktion zeitlich voneinander. Der Öffner öffnet seinen Kontaktelemente erst, wenn der Schließer nach Kontaktschluss überdrückt wird. Die Mechanik des Drucktasters kann so besonders einfach ausgeführt sein.
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Aus der Druckschrift
DE 39 27 219 A1 ist bereits ein Kontaktmechanismus eines Drucktastenschalters mit einer federnden Schnappscheibe bekannt, welche erste Kontakte-/Gegenkontaktelemente aufweist, die in unbetätigtem Zustand geschlossen sind, wobei die Schnappscheibe ferner zentral angeordnete zweite Kontakte-/Gegenkontaktelemente aufweist, welche bei Betätigung des Drucktasters geschlossen werden, wobei die ersten Kontakte-/Gegenkontaktelemente geöffnet werden. Allerdings zeigt diese Druckschrift nicht, dass das zweite Kontaktelement auf einem Federelement angeordnet ist.
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Die Druckschrift
US 5 726 400 A zeigt einen Drucktastenschalter mit einem Sockel, mit vier feststehenden Kontakten, die auf dem Sockel angeordnet und voneinander isoliert sind, mit einer gekrümmten, selbstrückstellenden ersten beweglichen Kontaktplatte, die aus einem leitenden Federmaterial gebildet und auf dem Sockel montiert ist, und mit einer gekrümmten, zweiten beweglichen Kontaktplatte, die aus einem leitenden Federmaterial gebildet und auf die erste bewegliche Kontaktplatte gelegt ist. Auch die
US 5 726 400 A zeigt entsprechende erste und zweite Kontakte mit einer entsprechenden Schaltcharakteristik, welche hier durch die feststehenden Kontakte ausgebildet sind. Damit geht auch aus dieser Druckschrift nicht hervor, dass der zweite Kontakt auf einem Federelement angeordnet ist.
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Im Folgenden soll ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung dargestellt und erläutert werden. Es zeigen:
- 1 eine Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Drucktasters in der unbetätigten Stellung,
- 2 eine Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Drucktasters in einer Zwischenstellung,
- 3 eine Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Drucktasters in der betätigten Stellung.
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Die 1 zeigt in einer schematischen Darstellung einen erfindungsgemäß ausgeführten Drucktaster ohne eine Betätigungseinwirkung. Innerhalb eines Gehäuses 6 befindet sich ein isolierendes Trägerelement 13, auf dem ein erstes Kontaktelement 2 angeordnet ist. Das Kontaktelement 2 kann beispielsweise als eine kreisringförmige leitende Fläche auf dem Trägerelement 13 ausgebildet sein.
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Innerhalb des kreisringförmigen Kontaktelements 2 ist auf dem Trägerelement 13 ein Federelement 8 gelagert, das als ein scheiben- oder streifenförmiges Metallblech ausgeführt ist, welches eine Wölbung aufweist, durch die ein mittlerer Bereich des Federelements 8 vom Trägerelement 13 absteht. Auf der Oberseite des Federelements 8 ist in dessen Mitte ein zweites Kontaktelement 3 in Form eines linsen- oder zylinderförmigen Kontaktstücks angeordnet.
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Dem Kontaktelement 3 gegenüberstehend ist ein gleichartig geformtes Gegenkontaktelement 5 an der Unterseite einer metallenen Schnappscheibe 1 befestigt. Die Schnappscheibe 1 weist ebenfalls eine Wölbung auf, die etwa parallel zur Wölbung des Federelements 8 verläuft. An einem zentralen Abschnitt 11 der konvexen Oberseite der Schnappscheibe 1 liegt ein am Gehäuse 6 beweglich geführter Tasterknopf 7 an. Die Schnappscheibe 1 weist zudem an dem Randabschnitt 12 ihrer Unterseite ein ringförmiges Gegenkontaktelement 4 auf, welches bei einem unbetätigten Drucktaster an dem Kontaktelement 2 des Trägerelements 13 anliegt.
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Die Kontaktelemente 2, 3 und die Gegenkontaktelemente 4, 5 sind durch Anschlusselemente 9, 10 elektrisch angebunden, die beispielsweise durch massive Metallteile, Metallfolien oder flexible Leiterplatten gebildet sein können. Die Anschlusselemente 9, 10 können dazu entweder an der metallenen Schnappscheibe 1 und dem metallenen Federelement 8 elektrisch leitend anliegen oder auch, anders als hier dargestellt, mit den Kontaktelementen und Gegenkontaktelementen direkt verbunden sein. Im zuletzt genannten Fall können die Schnappscheibe und das Federelement auch aus einem nichtleitenden Kunststoffmaterial gefertigt sein.
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Der Drucktaster bildet insgesamt einen elektrischen Umschalter aus. In der unbetätigten Stellung des Drucktasters, die in der 1 dargestellt ist, liegt das ringförmige Kontaktelement 2 des Trägerelements 13 an dem beweglichen Gegenkontaktelement 4 der Schnappscheibe 1 an.
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In der betätigten Stellung, die die 3 zeigt, sind das Kontaktelement 2 und das Gegenkontaktelement 4 voneinander getrennt, da durch die vom Tasterknopf 7 übertragene Druckeinwirkung die Schnappscheibe 1 umspringt und das Gegenkontaktelement 4 vom Kontaktelement 2 abhebt. Dafür liegt nun das Gegenkontaktelement 5 an dem Kontaktelement 3 an, wodurch eine elektrische Verbindung zwischen der Schnappscheibe 1 und dem Federelement 8, beziehungsweise zwischen den damit verbundenen Anschlusselementen 9, 10 hergestellt ist.
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Wie die 2 zeigt, trifft bei einer Druckeinwirkung auf den Tasterknopf 7 das Gegenkontaktelement 5 zunächst auf das Kontaktelement 3, welches sich auf dem Federelement 8 befindet. Bei der weiteren Bewegung des Tasterknopfs 7 wird das bereits geschlossene Kontaktpaar 3, 5 gemeinsam verschoben bis das Federelement 8 an dem Trägerelement 13 zur Anlage kommt.
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In dieser, in der 3 dargestellten Endstellung, beziehungsweise kurz vor dem Erreichen dieser Stellung, springt die Schnappscheibe 1 um und trennt die bis dahin verbundenen Kontakt-/Gegenkontaktelemente 2, 4.
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Das Federelement 8 erfüllt erstens die Funktion, beim unbetätigten Drucktaster das zweite Kontaktelement 3 in einem geringen Abstand zum zweiten Gegenkontaktelement 5 zu halten, so dass diese beiden Kontakt-/Gegenkontaktelemente 3, 5 bei einer Drucktasterbetätigung schon nach einem kurzen Betätigungswegs aufeinander treffen. Zweitens ermöglicht das Federelement 8 das Kontaktelement 3 beweglich anzuordnen, so dass die elektrisch verbundenen Kontakt- und Gegenkontaktelemente 3, 5 gemeinsam über den restlichen Betätigungsweg verschoben werden können, bis die äußeren Kontakt-/Gegenkontaktelemente 2, 4 durch das Umspringen der Schnappscheibe 1 getrennt werden.
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Bei der Freigabe des Tasterknopfs 7 ergibt sich der entsprechend umgekehrte Ablauf.
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Damit wird eine genau definierte Schaltreihenfolge erreicht, bei der gewährleistest ist, dass immer mindestens eines der Kontaktpaare aus Kontakt- und Gegenkontaktelemente 2, 4 bzw. 3, 5 geschlossen sind. Eine Diagnoseschaltung kann so gleichzeitig geschlossene Kontaktpaare als Übergangszustand zwischen der unbetätigten und der betätigten Schaltstellung des Drucktasters kennen kann und gleichzeitig geöffnete Kontaktpaare als eindeutigen Fehlerzustand erkennen.
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Der erfindungsgemäße Drucktaster kann vorteilhaft für Anwendungen im Automobilbereich, beispielsweise als Parktaster, Gangwahltaster, Tempomattaster, Motoranlasstaster oder Parkbremstaster eingesetzt werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Schnappscheibe
- 2
- (erstes) Kontaktelement
- 3
- (zweites) Kontaktelement
- 4
- (erstes) Gegenkontaktelement
- 5
- (zweites) Gegenkontaktelement
- 6
- Gehäuse
- 7
- Tasterknopf
- 8
- Federelement
- 9
- Anschlusselement
- 10
- Anschlusselement
- 11
- zentraler Abschnitt
- 12
- Randabschnitt
- 13
- Trägerelement
