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Die
US 2013/0220779 A1 beschreibt einen Multifunktions-Schalter, dessen oberer Bereich von einer rahmenförmigen Handhabe glockenartig übergriffen wird, wobei durch deren zentrale Öffnung hindurch ein hinterlegtes Touchpad zugänglich ist. Mittels der Handhabe lässt der Schalter sich, bei feststehendem Touchpad, durch Dreh- und Axialdruckbewegungen betätigen.
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Aus der
DE 10 2012 001 073 A1 ist ein kapazitiver Multifunktions-Schalter bekannt, der orts- und unter Unständen auch richtungs-selektiv auf die Bewegung einer Fingerkuppe über eine Spritzgusskeramik-Scheibe hinweg reagiert, die als Dielektrikum mit, an eine Auswerteschaltung angeschlossenen, Elektrodensektoren hinterlegt ist. Zur Benutzerführung können dezidierte Bereiche dieser Scheibe mittels eines Lichtleiters markiert werden, der dazu die Scheibe örtlich durchleuchtet oder durchragt. Der Scheibenrand geht einteilig, durch einen als umlaufende Schattennut ausgelegten verjüngten Ringbereich hindurch, in einen wulstförmig umlaufenden Rahmen über. Der greift betätigungsabgewandt (also rückwärtig) axial in eine hohlzylindrische, vom Rahmen sichtseitig überdeckte, Trägerkonstruktion ein, deren Mantelbereich als Stellring ausgelegt ist.
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Ein derartiger keramischer Annäherungsschalter hat sich in der Praxis bereits bewährt; nicht zuletzt im Automotive-Einsatz aufgrund seiner herausragenden Haptik und als visuell hochwertige Komponente einer komplexen Bedieneinheit.
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Vorliegender Erfindung liegt die technische Problemstellung zugrunde, einen derartigen Multifunktions-Schalter – ohne die Funktionsbeschränkung auf einen Annäherungssensor – dahingehend weiterzuentwickeln, dass er einerseits gestaltungsvariabler und fertigungsfreundlicher sowie andererseits dennoch gefälliger und im Ergebnis bei vielseitigerer Schalterfunktion möglichst auch noch bedienungsfreundlicher ausgelegt ist.
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Dazu trägt es nicht bei, gemäß der
JP 11045155 A ein Display mittels einer Acrylglas-Scheibe abzudecken, über die hinweg sich infrarote Lichtstrahlen erstrecken, die individuell manuell unterbrochen werden können. Dafür ragen dort neben dem Display aus senkrecht zur Scheibe orientierten Hohlräumen Paare von einander diametral gegenüberliegend auf Strahlern beziehungsweise Empfängern aufgeständerten Lichtleitstäben mit abgeschrägten Stirnenden parallel zur Systemachse bis über die Ebene der Scheibe hervor, wo diese freistehenden Umlenkbereiche sichtseitig von einem im Querschnitt U-förmigen Rahmen abgedeckt sind.
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Ein gleichartiges Detektionssystem wird bei der
EP 2 853 997 A2 realisiert, wo aber die jeweilige Strahlungsquelle unter einem Display angeordnet ist und parallel zu ihm gegen eine Umlenkfläche an einem unteren Lichtleiter strahlt. Der seinerseits strahlt parallel zur Systemachse in einen oberen, dann parallel zum Display abgekröpft endenden Lichtleiter ein, wo dieser Bereich sichtseitig mit einem im Querschnitt L-förmigen Rahmen abgedeckt ist.
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Die genannte Aufgabe ist vielmehr erfindungsgemäß durch die im Hauptanspruch angegebene Kombination der wesentlichen Merkmale gelöst.
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Danach ist der Schalter aus einer Scheibe und einem diese umgebenden Rahmen zusammengefügt. Die sind mehrstückig – nun nicht mehr unbedingt aus Spritzguss-Keramik – wesentlich unproblematischer im Spritzguss herstellbar, als das vorbekannte integrale Bauteil mit der vergleichsweise dünnen dielektrischen Scheibe und ihrer umlaufenden, über einen besonders bruchgefährdeten da geschwächten Ringbereich angeformten Materialanhäufung zum Ausbilden des dagegen dicken rahmenförmigen Wulstes. Scheibe und/oder Rahmen können aber statt aus Spritzgussmaterial auch aus natürlichen Materialien oder sogar aus Metall, insbesondere aus Leichtmetall geformt sein. Untereinander zu einem zu handhabenden Teil verbunden sind die Komponenten, die Scheibe und ihr Rahmen, nun über einen dünnwandigen, im Prinzip ringförmigen, Lichtleiter. Der strahlt sichtseitig, als schmaler gefälliger Leuchtring, längs des Randes der ebenen, balligen oder lokal strukturierten, auch nicht unbedingt kreisförmigen Scheibenoberfläche im Wesentlichen achsparallel Licht ab. Dabei muss dieser lichtleitende Verbindungs-„Ring” nicht lückenlos umlaufen, er kann auch, etwa zu optischer Markierung gegeneinander abgegrenzter Scheiben- und damit Bedienungssektoren, lückend, also sektoriell unterteilt, verblendet oder mit unterschiedlichen Intensitäts- oder Farbabstufungen abstrahlen; zumal wenn die Scheibe des Multifunktionsschalters samt ihrem Rahmen manuell nicht nur axial verschoben, sondern gemäß einer Weiterbildung der Erfindung auch durch außermittige Krafteinleitung in eine definierte Schräglage verkippt werden können soll.
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In dieser Erfindungsbeschreibung wird deshalb einheitlich der Begriff des lichtabstrahlenden Lichtleiter-Ringes benutzt, auch wenn der im Querschnitt nicht kreisrund ist, oder wenn dessen Abstrahlung nicht kontinuierlich umläuft, weil dessen Stirn bereichsweise abgedeckt oder unterbrochen ist, beziehungsweise wenn der Ring mehrstückig ist, etwa einzelne achsparallele Stäben oder radiale Stegen mit gemeinschaftlicher oder individueller Einstrahlung aufweist. Entscheidend ist die – kontinuierliche oder diskontinuierliche – Leuchtspur längs des geometrisch beliebig gestalteten Überganges von der zentralen Scheibe zum umgebenden Rahmen.
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Da der Rahmen nun nicht mehr integraler Bestandteil der Scheibe ist, müssen Scheibe und Rahmen nicht mehr aus demselben Material bestehen, sondern sie können individuell, im Falle von Spritzgussmaterialien auch im Mehrkomponenten-Spritzguss, ausgeformt werden. Getrennter Spritzguss, auch aus völlig unterschiedlichen Spritzgussmaterialien, eröffnet für die Belange der Praxis interessante da freizügige Möglichkeiten, in die Gussformen für die Scheibe und/oder für den Rahmen lichtabstrahlende und/oder später haptisch in Erscheinung tretende Symbole als Einlegestücke einzubringen. Andererseits können Scheibe und Rahmen nun, unabhängig voneinander, beide weitgehend beliebig komplex geformt werden, insbesondere die Scheibe unrund oder mit strukturierter Oberfläche und der Rahmen nach Art einer tiefgezogenen, glockenschalenförmig umlaufenden Ringhaube zu axialem, sichtseitigem Kaschieren von im Schalter-Unterteil dahinter gelegenen Konstruktionsteilen.
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Für die Herstellung eines Lichtleiters als leuchtendem Verbindungsring, mittels dessen Scheibe und Rahmen zu einem Teil miteinander verbunden werden, kann bedarfsgerecht transparenter bis translucenter, auch komplett oder bereichsweise eingefärbter Kunststoff eingesetzt werden. Damit werden Scheibe und Rahmen wenigstens stoff- oder formschlüssig miteinander zu einem Bausatz verbunden. Insbesondere ist es möglich, das Material für den ringförmigen Lichtleiter im Mehrkomponenten-Spritzguss zwischen Scheibe und Rahmen etwa für verschieden Umfangsbereiche visuell voneinander abweichend einzubringen. Das ist fertigungstechnisch besonders interessant, wenn Scheibe und Rahmen in der selben Spritzgussform erstellt werden. Je nach den miteinander zu verbindenden Materialien und seiner Konsistenz kann das Lichtleiter-Material aber auch in einem gesonderten Arbeitsgang in den Spalt zwischen Scheibe und Rahmen aus separater Fertigung eingebracht, nämlich unter Druck eingespritzt oder praktisch drucklos eingegossen beziehungsweise sogar nur eingeflutet werden; wobei für die drucklose Variante ein besonders breites Spektrum an Kunststoffen zur Verfügung steht, was eine bessere Anpassung an die Materialeigenschaften von Scheibe und Rahmen eröffnet. Oder der Lichtleiter-Ring wird gesondert gespritzt und dann als profilierte Halterung zwischen Scheibe und Rahmen montiert. Wenn dieser Lichtring stattdessen oder zusätzlich zwischen der Außenmantelfläche der Scheibe und der Innenmantelfläche des Rahmens eingeklebt werden soll, bleiben dessen Lichtauskoppelflächen möglichst unbenetzt; oder es findet ein nach seinem Aushärten noch lichtleitender Klebstoff Anwendung.
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Bei Fertigung im Kunststoff-Spritzguss kann es andererseits je nach den geometrischen und materialtypischen Gegebenheiten auch zweckmäßig sein, im Spritzguss nicht gleich die beiden Komponenten, Scheibe und Rahmen, beiderseits des Lichtleiters mit diesem zu einem Teil zu verbinden, sondern sich zunächst auf dessen eine Seite zu beschränken und die Komponente auf der gegenüberliegenden Seite dann später montagetechnisch anzubinden.
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Primär soll der Lichtleiter im schmalen Grenzbereich des radialen Überganges von der Scheibe zum Rahmen achsparallel abstrahlen. Dazu kann seine Stirn bündig mit der Oberfläche von Scheibe und Rahmen abschließen, oder jenen gegenüber zurückgesetzt enden. Es kann aber auch, gegebenenfalls zusätzlich, vorgesehen sein, über radiale Auskoppelflächen den Lichtleiter rundum Order örtlich in die Scheibe und/oder in den Rahmen einstrahlen zu lassen, wenn oder wo deren Materialien ihrerseits lichtleitend sind. Bei Lücken im ringförmigen Verlauf des Lichtleiters (oder über diesen hinweg) kann der Rahmen dann zentripetal gegen den Rand der Scheibe und in diese einstrahlen. Insbesondere dort, wo der bestrahlte Rahmen axial über das Niveau der Scheibe hinausragt, kann an dessen Innenmantelfläche Licht ausgekoppelt werden, das dann unter flachem Aufstrahlwinkel zentripetal über die Scheibe hinweg strahlt und, zusätzlich zum Ausleuchten der Scheibenoberfläche, auf ihr montierte oder ausgeformte haptische Profile durch Licht- und Schatten-Wechselwirkungen visuell hervorhebt.
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Eine Steigerung seiner haptischen und optischen Wertigkeit erfährt der erfindungsgemäße Multifunktions-Schalter, wenn wenigstens die Scheibe und/oder wenigstens der Rahmen aus Spritzguss-Keramik geformt sind. Wegen des insbesondere thermisch unterschiedlichen Verhaltens von Keramik einerseits und andererseits dem lichtleitenden Material des Verbindungs-Ringes wird dann vorzugsweise keine rein stoffschlüssige Verbindung der Keramikkomponenten über den Lichtleiter ausgebildet. Gemäß einer zusätzlichen Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung sind stattdessen die wechselseitigen Berührungsflächen im Spalt zwischen Scheibe und Rahmen derart profiliert, dass sich über das dazwischen eingespritzte lichtleitende Material jedenfalls auch formschlüssige Verbindungen der Scheibe über den Lichtleiter-Ring mit dem Rahmen einstellen. Derartige Formgebungen können zugleich dafür ausgelegt sein, die erwähnte Lichtauskopplung radial in die Scheibe oder in den Rahmen hinein zu fördern, wo diese zumindest bereichsweise ebenfalls lichtleitendes (transparentes oder wenigstens translucentes) Material aufweisen.
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Darüber hinaus ist es generell vorteilhaft, wegen unterschiedlicher Schrumpfungsverhalten zwischen ungleichen Materialpaarungen jedenfalls auf deren Oberflächen kleine Eingriffsstrukturen auszuformen, deren Formschlüsse ein ungewolltes gegenseitiges koaxiales Verdrehen von Komponenten verhindern.
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Weitere Alternativen und zusätzliche Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen und, auch unter Berücksichtigung deren Vorteilen, aus nachstehender Beschreibung eines etwa maßstabsgerecht auf das Funktionswesentliche abstrahiert skizzierten bevorzugten Realisierungsbeispieles zur erfindungsgemäßen Lösung. Die einzige Figur der Zeichnung zeigt in abgebrochenem Axialschnitt den Auf- und Einbau von in diesem Beispielsfalle keramischen Sicht- und Bedienkomponenten eines kapazitiven, gegebenenfalls selektiven, Mehrfunktionen-Schalters.
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Den skizzierten Schalter 11 kann eine Person mit ihren Fingerspitzen bedienen, indem sie eine als Stellring 12 ausgelegte Mantelfläche eines vorzugsweise im Kunststoff-Spritzguss erstellten Schalter-Unterteiles 31 um dessen Achse (außerhalb der Skizze) verdreht; indem axialer Druck auf die Oberfläche 13 einer geringfügig axial beweglichen oder gegebenenfalls auch verkippbaren Scheibe 14 ausgeübt wird; und indem manuell in dichter Annäherung oder berührend über die Oberfläche 13 der Scheibe 14 gefahren wird, die als Dielektrikum über, vorzugsweise über segmentierten, Elektroden 15 angeordnet ist.
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Die Scheibe 14 ist infolge eines längs ihres, runden oder unrunden, Randes 16 umlaufenden Spaltes 17 zentrifugal distanziert von einem Rahmen 18 umgeben. Im skizzierten Realisierungsbeispiel erstreckt der sich im Längsschnitt glockenschalenartig in Richtung auf den Stellring 12 zu, dessen umlaufende Sichtkante 19 in Blickrichtung axial hinter und radial außerhalb des Rahmens 18 liegt.
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Der Ring-Spalt 17 längs des beliebig verlaufenden Scheiben-Randes 16 ist über wenigstens einen Teilbereich seiner axialen Höhe, ringförmig umlaufend oder lückend, mit wenigstens einem im Wesentlichen achsparallel sich erstreckenden und abstrahlenden Lichtleiter 20 bestückt. Der erstrahlt mit seiner sicht- und bedienseitigen, gegebenenfalls wie skizziert gegen die Oberflächen der Scheibe 14 und/oder des Rahmens 18 axial zurückgesetzten, Stirn 21 – kontinuierlich umlaufend, oder segmentiert unterbrochen – als ein schmaler Lichtring. Das fördert das Auffinden der Bedienungs-Oberfläche 13 der Scheibe 14 in dunkler Umgebung; und das ermöglicht es, im gegebenen Beispielsfalle einer dielektrischen Scheibe 14 eine sektorielle Unterteilung und Abgrenzung der darunter gelegenen Elektroden 15 gegeneinander darzustellen; beziehungsweise sektoriell unterschiedliche Funktionen etwa über die Intensität oder Einfärbung des Lichtringes voneinander zu unterscheiden.
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Vor allem aber dient der Lichtleiter 20 der mechanischen Verbindung zwischen der Scheibe 14 und dem Rahmen 18 des Schalters 11 zu einem montagetechnisch zu handhabenden Teil. Wie schon oben erörtert, kann dazu der Lichtleiter 20 in einer entsprechend bestückten Spritzgussform (nicht zeichnerisch dargestellt) in den Spalt 17 zwischen spritzgusstechnisch erstellter Scheibe 14 und spritzgusstechnisch erstelltem Rahmen 18 je nach dem einzusetzenden Lichtleitermaterial unter entsprechend großem Druck eingespritzt, unter Niederdruck eingegossen oder praktisch drucklos eingeflutet werden; oder ein gesondert im Spritzguss erstellter Lichtleiter 20 wird form- und/oder stoffschlüssig zwischen die gesondert erstellten Komponenten Scheibe 14 und Rahmen 18 kraft-, stoff- oder formschlüssig montiert.
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Im Interesse einer (auch) formschlüssigen mechanischen Verbindung des Lichtleiters 20 mit dem Rand 16 der Scheibe 14 einerseits und andererseits der Innenmantelfläche 23 des Rahmens 18 sind die angrenzenden Mantelflächen 22 des, typisch weitgehend hohlzylindrischen, Lichtleiters 20 profiliert; wie durch die skizzierten beiderseitigen feder-nut-ähnlichen, kontinuierlich oder lückend umlaufenden, radialen Eingriffe beiderseits des hierfür radial verdickten Lichtleiters 20 angedeutet.
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Unterhalb des Spaltes 17 erstreckt der Lichtleiter 20 sich noch mit einer hohlzylindrischen Manschette 32 über wenigstens einen Teil der axialen Höhe eines Schaltungsblockes 24. Der ist etwa für Auswertung von bedienungsabhängig lokalen Kapazitätsschwankungen ausgelegt. Die dazu segmentierten Elektroden 15 sind zwischen der dielektrischen Scheibe 14 und dem Schaltungsblock 24 angeordnet, vorzugsweise eingeklebt.
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Der Lichtleiter 20 endet mit wenigstens einem Teilbereich seiner rückwärtigen Stirn 25 unter geringem axialem Abstand 26 vor einem bevorzugt ebenfalls spritzgegossenen Einspeiseleiter 27, in den im Innern des Schalters 11 eine Lichtquelle (außerhalb der Zeichnung) einstrahlt. Um Strahlungsdämpfung beim Übertritt vom Einspeise-Lichtleiter 27 in den Verbindungsring-Lichtleiter 20 möglichst zu vermeiden, kann hier der Abstand 26 mit lichtleitendem Kleber überbrückt werden. Vorzugsweise ist der auch nach seinem Aushärten noch elastisch oder plastisch verformbar.
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Solch ein axialer Abstand 26 ist auch zwischen dem unteren Ende des Außenrandes 28 des Rahmens 18 und der axial gegenüber gelegenen Sichtkante 19 des Stellringes 12 gewahrt, um wie schon erwähnt die Schalter-Haube 29 aus Scheibe 14 und damit über den Lichtleiter 20 verbundenem Rahmen 16, durch zentrischen beziehungsweise exzentrischen manuellen Angriff einer Rückstellkraft entgegen (nicht dargestellt), geringfügig, aber zum Auslösen von Schaltfunktionen im Schaltungsblock 24 ausreichend, axial verlagern beziehungsweise definiert seitlich verkippen zu können.
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Zur Montage dieser Haube 29 auf dem Schalter 11 im Übrigen ist in das glockenförmige Innere des Rahmens 18 eine hohlzylinderartige Halterung 30 montiert, die, radial außerhalb des Einspeiseleiters 27, koaxial in das Schalter-Unterteil 31 eingreift (nicht dargestellt). Das ist verdrehbar mit einem hohlzylindrischen Träger für den Stellring 12 bestückt. Axial dagegen versetzt ist auf die Halterung 30 eine elastische Manschette 34 aufgezogen, um Geräuschentwicklungen zwischen dem Rahmen 18 und dem Schalter 11 zu vermeiden. Wenn diese Manschette 34 elektrisch leitend ausgelegt oder bestückt ist, wirkt sie zugleich elektrisch abschirmend gegen etwaige externe Störeinflüsse auf den Schaltungsblock 24.
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Dieser anhand der Zeichnung beispielshalber beschriebene Multifunktions-Schalter 11 mit seiner glockenschalenartigen Haube 29 erfährt eine visuelle wie auch haptische Aufwertung, wenn, wie durch die Schraffur skizziert, sowohl die Scheibe 14 als auch der Rahmen 18 (oder wenigstens eine dieser beiden Komponenten) aus Keramik, insbesondere aus Spritzguss-Keramik bestehen. Bei einer Keramik-Scheibe 14 kann diese zugleich als das Dielektrikum über segmentierten Elektroden 15 eines selektiv betätigbaren kapazitiven Schalters 11 dienen.
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Auch im Falle solcher Auslegung als kapazitiver Multifunktions-Schalter 11 sind dementsprechend die Scheibe 14 aus Spritzguss-Keramik und der sie koaxial umgebende, vorzugsweise ebenfalls aus Spritzguss-Keramik erstellte Rahmen 18 an sich getrennte Komponenten, die aber zu einem Teil form- und/oder stoffschlüssig miteinander verbunden sind durch einen zwischen ihnen angeordneten, jedenfalls achsparallel abstrahlenden hohlzylinderartigen Lichtleiter 20, der hier als leuchtender Verbindungsring dient.
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Bezugszeichenliste
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- 11
- Schalter
- 12
- Stellring
- 13
- Oberfläche (von 14)
- 14
- Scheibe
- 15
- Elektroden (unter 14)
- 16
- Rand (von 14)
- 17
- Spalt (zwischen 16 und 23)
- 18
- Rahmen (um 14)
- 19
- Sichtkante (von 12)
- 20
- Lichtleiter (in 17)
- 21
- (abstrahlseitige) Stirn (von 20)
- 22
- Mantelflächen (von 20)
- 23
- Innenmantelfläche (von 18)
- 24
- Schaltungsblock (mit 15 unter 14)
- 25
- (rückwärtige) Stirn (von 20)
- 26
- Abstand (zwischen 25 und 27)
- 27
- Einspeiseleiter (außerhalb 24 hinter 20)
- 28
- Außenrand (von 18)
- 29
- Haube (aus 14 und 18)
- 30
- Halterung (unter 29 in 28)
- 31
- Unterteil (von 11, mit 12 und 27)
- 32
- Manschette (von 20 zwischen 17 und 25)
- 33
- Träger (für 12)
- 34
- Manschette (auf 30)
