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Die Erfindung betrifft einen Mikroschalter mit wenigstens zwei Kontakten. Vorzugsweise handelt es sich bei dem Mikroschalter um einen Schalter nach Art eines Tasters oder eines Druckschalters.
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Mikroschalter werden in immer komplexeren technischen Maschinen und für immer komplexere technische Anwendungen eingesetzt. Eines von vielen möglichen Beispielen ist die Verwendung von Mikroschaltern in modernen Personenkraftwagen. Mit den Mikroschaltern werden elektrische Signale erzeugt oder gesteuert. Typischerweise kennen Mikroschalter nur die beiden einfachen Schaltzustände „Ein“ und „Aus“. Diese Schaltzustände sind als Signale aus dem Mikroschalter auslesbar, zum Beispiel durch ein mit dem Mikroschalter verbundenes elektronisches Steuergerät. Für eine bessere Steuerung und Kontrolle der Funktionsabläufe in den komplexen technischen Anwendungen werden mehr unterschiedliche Signale benötigt.
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Möglich sind Lösungen, bei denen Widerstände, Dioden oder andere elektronische Bauteile innerhalb des Mikroschalters untergebracht sind. Derartige Lösungen sind aber nachteilig in Bezug auf die Flexibilität der Schaltung, der Leistung (damit auch Baugröße der Widerstände) und der Komplexität (zum Beispiel das Anordnen von drei oder mehr Widerständen).
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Eine weitere Möglichkeit ist die äußere Beschaltung von Widerständen in einem Kabelbaum, der mit einem Mikroschalter verbunden ist und so zur Funktionserkennung dienen kann. Jedoch ist der Aufwand hierfür hoch. Die Maßnahme ist somit sehr kostenintensiv. Hinzu kommen ein höherer Platzbedarf und das Risiko elektrischer Kurzschlüsse.
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Aus der
DE 93 14 696 U ist ein Mikroschalter mit drei Kontakten bekannt, wobei zwei der Kontakte zur Kurzschlussüberwachung über einen Widerstand verbunden sind.
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Aus MÜHLBAUER, Andreas: Diagnosefähiger Schalter für den Steuerstrombereich. 26.05.2009. URL: https://www.elektronikpraxis.vogel.de/diagnosefaehiger-schalter-fuerden-steuerstrombereich-a-189945/ [abgerufen am 07.07.2021] ist ein Mikroschalter mit drei aus einem Gehäuse herausgeführten Anschlüssen für drei Kontakte bekannt. Einer der drei Kontakte ist über je einen Widerstand mit den beiden anderen Kontakten verbunden.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines flexiblen, diagnosefähigen Mikroschalters. Insbesondere soll der Mikroschalter im Hinblick auf die konkrete Schaltung flexibel sein. Komplexe Anordnungen sollen möglich sein, ebenso hohe oder unterschiedliche Leistungen. Die Funktion des Mikroschalters soll besser überwachbar sein.
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Zur Lösung der Aufgabe weist der erfindungsgemäße Mikroschalter die Merkmale des Anspruchs 1 auf. Der Mikroschalter ist mit wenigstens einem zusätzlichen Beschaltungskontakt versehen. Als Kontakte werden typischerweise die aus einem Gehäuse des Mikroschalters herausgeführten elektrischen Leiter verstanden. Außerhalb des Gehäuses liegende freie Enden der Kontakte werden als Anschlüsse bezeichnet. Der zusätzliche Beschaltungskontakt ermöglicht die Anordnung zusätzlicher elektronischer Bauteile zwischen den beiden vorhandenen Kontakten und dem zusätzlichen Beschaltungskontakt. Die Bauteile sind so gestaltet, dass an mindestens zwei der nun insgesamt drei vorliegenden Kontakte (einschließlich des Beschaltungskontakts) und in Verbindung mit zwei Zuständen des Mikroschalters (Ein oder Aus) mehr unterschiedliche Signale abgreifbar sind als bei einem Mikroschalter mit nur zwei Kontakten insgesamt.
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Nach einem weiteren Gedanken der Erfindung übernimmt der Beschaltungskontakt nach außen die Funktion eines der zwei Kontakte und weist hierzu einen Anschluss auf. Der Mikroschalter wird demnach über den Anschluss des Beschaltungskontakts einerseits und den Anschluss eines der beiden Kontakte mit zum Mikroschalter führenden elektrischen Anschlüssen verbunden, etwa durch Löten oder Klemmen.
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Nach einem weiteren Gedanken der Erfindung sind der Beschaltungskontakt und wenigstens einer der zwei Kontakte in einem Beschaltungsbereich des Schalters durch wenigstens ein elektrisches oder elektronisches Bauteil miteinander verbunden, wobei das Bauteil insbesondere wenigstens einen Widerstand, eine Diode, einen integrierten Schaltkreis (IC) oder einen Operationsverstärker umfasst. Vorzugsweise sind beide Kontakte über ein oder mehrere elektrische oder elektronische Bauteile mit dem Beschaltungskontakt verbunden.
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Nach einem weiteren Gedanken der Erfindung sind die Bauteile durch Löten, Schweißen, Schneidklemmtechnik oder Krimpen mit dem Beschaltungskontakt und mit den zwei Kontakten verbunden. Auch andere Möglichkeiten zur Verbindung können vorgesehen sein. Wichtig ist eine gute und dauerhafte elektrische Verbindung.
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Nach einem weiteren Gedanken der Erfindung ist der Beschaltungskontakt mit dem einen der zwei Kontakte durch ein Bauteil verbunden, während der Beschaltungskontakt auch mit dem anderen der zwei Kontakte durch ein Bauteil verbunden ist. Dies ermöglicht die größte Anzahl unterschiedlicher, auswertbarer Signale an den Anschlüssen des Mikroschalters.
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Nach einem weiteren Gedanken der Erfindung weist der Schalter eine Schließerfunktion auf, wobei einer der zwei Kontakte insbesondere ein Unterkontakt ist. Bei Betätigung des Mikroschalters, zum Beispiel durch Drücken eines Tastknopfes, schließt der Mikroschalter die elektrische Verbindung von einem Ankerkontakt zum Unterkontakt. Vorzugsweise weist der Unterkontakt keinen Anschluss nach außen auf. D. h., der Beschaltungskontakt ersetzt nach außen den Unterkontakt. Der andere von außen zugängliche Kontakt ist vorzugsweise der Ankerkontakt.
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Nach einem weiteren Gedanken der Erfindung weist der Mikroschalter eine Öffnerfunktion auf, wobei einer der zwei Kontakte insbesondere ein Oberkontakt ist. Somit wird bei der Betätigung des Mikroschalters ein elektrischer Kreis geöffnet bzw. eine elektrische Leitung unterbrochen. Vorzugsweise ist der Oberkontakt ohne Anschluss nach außen ausgebildet. D. h., der Beschaltungskontakt ersetzt nach außen hin den Oberkontakt.
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Nach einem weiteren Gedanken der Erfindung ist ein Dichtrahmen am Mikroschalter oder um den Mikroschalter herum vorgesehen, insbesondere zur Bildung einer elektrisch isolierten Funktionseinheit mit einem gegen Verschmutzung oder Feuchtigkeit geschützten Beschaltungsbereich. Im geschützten Beschaltungsbereich sind vorzugsweise die elektrischen oder elektronischen Bauteile angeordnet.
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Nach einem weiteren Gedanken der Erfindung ragen aus dem Beschaltungsbereich nur ein Anschluss des Beschaltungskontakts und ein Anschluss eines der zwei Kontakte heraus, während ein Anschluss des anderen Kontakts insbesondere verborgen ist und nicht aus dem Beschaltungsbereich herausragt. Der Beschaltungsbereich ist vorzugsweise durch den Dichtrahmen geschützt.
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Nach einem weiteren Gedanken der Erfindung ist der Beschaltungskontakt über einen ersten Widerstand mit einem der zwei Kontakte verbunden. Außerdem ist der Beschaltungskontakt über einen zweiten Widerstand mit dem anderen der zwei Kontakte verbunden, wobei der erste Widerstand niederohmiger ist als der zweite Widerstand. Vorzugsweise ist der erste (niederohmige) Widerstand an den Oberkontakt oder Unterkontakt angeschlossen, während der zweite (höherohmige) Widerstand an den Ankerkontakt angeschlossen ist.
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Der Mikroschalter weist ein Gehäuse auf, in welchem vorzugsweise ein Anker beweglich und federnd gehalten ist. Die einzelnen Kontakte ragen in das Gehäuse hinein, vorzugsweise ebenso ein Betätigungselement, etwa ein Tastknopf. Öffnungen im Gehäuse für die Kontakte und das Betätigungselement sind vorzugsweise abgedichtet. Der Beschaltungsbereich liegt außerhalb des Gehäuses. Der genannte Dichtrahmen kann an das Gehäuse angesetzt sein und so den Beschaltungsbereich mit einem Teil des Gehäuses umfassen und abdichten.
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Der erfindungsgemäße Mikroschalter weist integrierte Widerstände, Dioden oder andere elektronische Bauteile auf, die als feste Bestandteile des Mikroschalters funktionieren. Die Widerstände, Dioden oder andere Bauteile sind elektrisch und mechanisch mit dem Mikroschalter an dessen Anschlüssen verbunden, so dass sich insgesamt eine neue Funktionseinheit ergibt. Der Mikroschalter erlaubt die Diagnoseabfrage des Schaltzustandes. D. h., es können bei Anlegen einer entsprechenden Spannung an den Mikroschalter verschiedene Signale diagnostiziert werden. Beispielsweise wird der Mikroschalter mit seinen Anschlüssen an eine Steuereinheit angeschlossen, welche die Spannungsabfälle an den Anschlüssen detektiert. Dadurch kann von der Steuereinheit unterschieden werden, ob der Mikroschalter vorhanden ist, sich im geöffneten Zustand befindet, sich im geschlossenen Zustand befindet oder ein Kurzschluss vorliegt. Bei Verwendung von Dioden können zusätzliche Informationen erkannt werden, zum Beispiel die Polarität.
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Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung im Übrigen und aus den Ansprüchen. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
- 1 einen Mikroschalter mit Schließerfunktion,
- 2 einen Mikroschalter mit Öffnerfunktion,
- 3 einen Mikroschalter mit Dichtrahmen,
- 4 ein Schaltbild des Mikroschalters gemäß 1,
- 5 ein Schaltbild des Mikroschalters gemäß 2,
- 6 eine Abwandlung des Mikroschalters gemäß 1,
nämlich als Funktionseinheit mit Diode und Widerstand, - 7 ein Schaltbild des Mikroschalters gemäß 6.
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Gezeigt ist ein Mikroschalter 1 mit integrierten Widerständen 3, 5, 15, 16. Dadurch wirkt der Mikroschalter 1 als neue Funktionseinheit 22, 24, also zusammen mit der Widerstandbeschaltung in den unterschiedlichsten Ausführungen in Bezug auf Art der elektrischen Funktion, z.B. Öffner/Schließer mit oder ohne vorgeschalteten Widerstand 5, mit unterschiedlichen Widerstandswerten der einzelnen Widerstände 3, 5, mit unterschiedlichen Leistungen der einzelnen Widerstände. Möglich sind auch unterschiedliche Ausführungen in Bezug auf Parallel- oder Reihenschaltung der Widerstände 3, 5 oder auch gemischte Schaltungen, z.B. ein Widerstand und eine Diode, siehe 6.
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Die Widerstände 3, 5 bewirken eine Abänderung und Erweiterung der Funktion des Mikroschalters 1. Vorgesehen ist ein Beschaltungskontakt 2, der im Schalter 1 fest angebracht wird. Eine Besonderheit ist auch die Art der Ausführung des Beschaltungskontakts 2, der zwar wie ein Schalterkontakt montiert ist, aber nun die Verbindung von den Widerständen 3, 5 mit einem Schalteranschluss 2 darstellt.
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Wichtig ist dabei, dass auf Grund der elektrischen Funktion, der Beschaltungskontakt 2 keinen elektrischen Kontakt mit einem Schaltsystem 13 im Inneren eines Gehäuses des Mikroschalters 1 hat, weil der Mikroschalter 1 wie in 1 dargestellt, die Schließerfunktion erfüllen muss. Deshalb ist der Beschaltungskontakt 2 elektrisch getrennt vom Schaltsystem 13 positioniert und erfüllt nur die Beschaltungs- und Verbindungsfunktion.
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Das Gleiche gilt für einen Beschaltungskontakt 18 bei der Ausführung eines diagnosefähigen Schalters 21 mit Öffnerfunktion gemäß 2.
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Folgende Zustände können mit der in 1 dargestellten Funktionseinheit 22 erkannt werden:
- a) Falls ein Kurzschluss auftritt, ist zwischen Anschlusspunkten 11 und 12 Null Ohm.
- b) Im elektrisch geöffneten Zustand (in 1 gezeigt) des Mikroschalters 1 ist nur der Widerstand 5 in Funktion und der Spannungsabfall kann entsprechend des Widerstandswertes erkannt werden.
- c) Im geschalteten Zustand des Mikroschalters 1 (elektrisch geschlossen, in 1 nicht gezeigt), sind die Widerstände 3 und 5 parallel geschaltet und damit kann der so eingestellte Widerstandswert über den sich damit ergebenen Spannungsabfall erkannt werden.
- d) Falls die Funktionseinheit 22 an beiden Anschlüssen 11, 12 nicht angeschlossen ist oder ein Anschluss keine Verbindung mehr hat, weist die Funktionseinheit einen sehr hohen (unendlichen) Widerstandswert auf, d.h. es steht die volle Spannung an der Steuereinheit an.
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Die Ausführung der Funktionseinheit 22 laut 1 ist elektrisch mit dem Schaltplan laut 5 dargestellt. Für diese Ausführung müssen die Kontakte 2, 4, 9 unterschiedliche Längen haben, damit die elektrische Isolation gegeben ist und der Bauraum für den Widerstand 3 vorhanden ist. Durch die gezeigte Anordnung der Widerstände 3, 5 ergibt sich eine kompakte und elektrisch sichere (weil keine Kurzschlussgefahr) Ausführung eines diagnosefähigen Mikroschalters. Der Widerstand 3 hat beispielsweise etwa 520 Ohm und der Widerstand 5 hat etwa 3900 Ohm. Der hochohmige Widerstand liegt vorzugsweise zwischen den Anschlüssen 11, 12 bzw. 19, 20, während der relativ niederohmige Widerstand zwischen dem Beschaltungskontakt 2, 18 und dem Schaltsystem 13, 14 liegt.
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Weitere Ausführungen eines diagnosefähigen Schalters sind in 2 und 6 dargestellt. In 2 ist der Mikroschalter 21 als Öffnerversion dargestellt. Die Beschaltung mit den Widerständen 15, 16 ist ebenfalls als Parallelschaltung ausgeführt, wobei nun aber der Beschaltungskontakt 18 in der Mitte des Mikroschalters 21 positioniert ist. Auch hier können die Widerstände mit einer anderen Funktion am Schalter angebracht werden, so dass die Widerstände 15, 16 z.B. auch in Reihe geschaltet werden können.
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Die Ausführungen der unterschiedlichen Beschaltungen sind in den Schaltplänen 4 und 5 dargestellt. Durch diese Art des Aufbaus des diagnosefähigen Mikroschalters können, in Bezug auf die jeweilige Anforderung in den technischen Anwendungen, unterschiedlichste Schaltpläne realisiert werden.
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Eine weitere der Komplexität ist die Einbringung von einer oder mehreren Dioden 25 anstatt von z.B. zwei Widerständen 3 und 5. Diese Ausführung ist bisher nicht als Funktionseinheit bekannt, siehe 6, „diagnosefähiger Schalter mit Dioden“. In 7 ist der Schaltplan eines diagnosefähigen Schalters mit Diode und Widerstand dargestellt. Durch die Einbringung von Dioden kann die Sicherheit und auch Funktionalität weitreichend erweitert werden, z.B. ist damit die Polung von Signalen erkennbar.
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Ebenso können andere Halbleiterbauteile integriert werden, um noch einmal weitere Diagnosemöglichkeiten zu realisieren, z.B. ICs, Operationsverstärker usw. Bevorzugt ist die Verwendung relativ kleiner Bauteile, die in den Beschaltungsbereich, also zwischen die Kontakte außerhalb des Mikroschalters passen.
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Ein weiteres Merkmal ergibt sich durch die Kapselung mittels eines Dichtrahmens 23, der zur Aufnahme und Schutz der Widerstände, Dioden usw. vorhanden ist, siehe 3. Ein vom Dichtrahmen 23 abgedeckte Beschaltungsbereich wird mit Dichtmasse ausgefüllt und dadurch elektrisch und mechanisch gegen äußere Einflüsse geschützt ist. Es ergibt sich damit eine neue Funktionseinheit 22, z.B. bestehend aus Mikroschalter 1, Widerständen 3, 5, Beschaltungskontakt 2 und Dichtrahmen 23 mit Dichtmasse, womit die integrierte Zusatzfunktion „diagnosefähig“, gegenüber einem einfachen Mikroschalter, realisiert wird.
