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Die
Erfindung betrifft einen elektrischen Schalter nach dem Oberbegriff
des Patentanspruchs 1.
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Ein
solcher, in der Art eines Druckschalters betätigbarer elektrischer Schalter
kann in Elektro- sowie Hausgeräten,
wie Waschmaschinen, Geschirrspülmaschinen
o. dgl., eingesetzt sein. Beispielsweise dient der Schalter in diesen
Geräten
als Netz- und/oder Hauptschalter.
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Ein
derartiger elektrischer Schalter ist beispielsweise aus der
DE 42 02 214 A1 bekannt.
Dieser Schalter besitzt ein aus einem beweglichen Schaltkontakt
sowie wenigstens einem korrespondierenden Gegenkontakt bestehendes
Kontaktsystem. Weiter besitzt der Schalter ein zwischen einer Ausgangs-
und einer Betätigungsstellung
bewegbares Betätigungsorgan,
das bei dessen Bewegung mit dem Schaltkontakt zum abwechselnden
Ein- und Aus-Schalten
des Kontaktsystems zusammenwirkt.
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Bei
dem bekannten Schalter wirkt ein bewegbares Rastmittel mit dem Betätigungsorgan
verrastend zusammen, so daß das
Kontaktsystem in der jeweiligen Schaltstellung, nämlich in
der Ein- oder Aus-Schaltstellung verrastet ist. Dadurch besitzt
das Betätigungsorgan
ebenfalls zwei unterschiedliche Bewegungsstellungen, und zwar eine
zur Aus-Schaltstellung des Kontaktsystems korrespondierende Ausgangslage
sowie eine zur Ein-Schaltstellung des Kontaktsystems korrespondierende
Betätigungslage.
Neben dem Netzschalter sind in Elektrogeräten und/oder Hausgeräten zur
Bedienung sonstiger Funktionen Bedienfelder mit weiteren Schaltern
angeordnet, die häufig
in der Art von Kurzhubtasten, beispielsweise mit einem Hub von ca.
2 bis 3 mm, ausgestaltet sind und deren Taste nach Betätigung jeweils
in die Ausgangslage zurückkehrt. Nachteilig
erscheint bei dem bekannten Schalter somit die im Hinblick auf das
Bedienfeld unterschiedliche Betätigungsart.
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Ausßerdem besitzt
der aus der
DE 42 02
214 A1 bekannte Schalter einen großen Betätigungsweg, und zwar in etwa
von 5 mm, so daß bei
dessen Anordnung als Netzschalter im Bedienfeld eine zu den übrigen Schaltern
unterschiedliche Betätigungscharakteristik
vorhanden ist. Andererseits erscheint eine Reduzierung des Betätigungsweges
dieses Schalters aufgrund der zu berücksichtigenden technischen Vorgaben,
wie beispielsweise die verschiedenen Toleranzlagen der Einzelteile
des Schalters, der über die
Lebensdauer des Schalters entstehende Kontaktabbrand im Kontaktsystem,
die für
die Schaltung hoher Leistung benötigte
Kontaktöffnungsweite
von wenigstens 3 mm, das Ausbringen der nötigen Kontaktkraft, die sichere
Funktion des Schalters o. dgl., nicht möglich.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den elektrischen Schalter
derart weiterzuentwickeln, daß dessen
Betätigungsorgan
sich in der Art eines Push-Push-Schalters nach der Betätigung selbsttätig in die
Ausgangslage zurückstellt.
Insbesondere soll der elektrische Schalter als Netzschalter mit
kleinem Betätigungsweg
in mit Kurzhubtasten ausgestatteten Bedienfeldern einsetzbar sein,
um damit der Bedienphilosophie heutiger Elektro- und/oder Hausgeräte angepaßt zu sein.
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Diese
Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen elektrischen Schalter durch
die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
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Der
erfindungsgemäße elektrische
Schalter besitzt eine Schaltwelle, die das Betätigungsorgan bei dessen Bewegung
um jeweils einen Drehwinkel weiterdreht. Weiter weist die Schaltwelle
einen auf den Schaltkontakt derart einwirkenden Exzenter auf, daß der Exzenter
bei Drehung der Schaltwelle um den Drehwinkel den Schaltkontakt
abwechselnd an den Gegenkontakt anlegt bzw. zur Anlage an den Gegenkontakt
freigibt und vom Gegenkontakt abhebt. Ein solchermaßen ausgebildeter
Schalter ist in der Art eines Push-Push-Schalters mit einem kurzen
Betätigungshub,
der beispielsweise lediglich ca. 2 mm betragen kann, betätigbar.
Dennoch besitzt der Schalter vorteilhafterweise eine ausgeprägte Betätigungscharakteristik
mit eindeutigen Schaltzuständen.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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In
weiterer Ausgestaltung weist der Schalter ein Gehäuse auf,
das zwecks einfacher Montage aus einem Sockel sowie einem Deckel
bestehen kann. Es bietet sich dann an, die in der An einer Walze
ausgebildete Schaltwelle im Gehäuse
drehbar zu lagern, und zwar an einer Halterung im Sockel. Weiter
kann das in der An eines Drückers
ausgestaltete Betätigungsorgan
im Gehäuse
an Führungselementen
geführt
sein, um das Schaltgefühl
für den
Benutzer weiter zu verbessern.
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Eine
präzise
Drehung der Schaltwelle um jeweils den Drehwinkel wird durch eine
dem Drehwinkel entsprechende Verzahnung auf der Schaltwelle gewährleistet.
Am Betätigungsorgan
ist ein stößelartig
ausgebildeter Ansatz angebracht, beispielsweise an dem aus Kunststoff
bestehenden Betätigungsorgan
einstückig
angespritzt, derart daß bei
Bewegung des Betätigungsorgans
der Ansatz in Eingriff mit der Verzahnung zum Weiterdrehen der Schaltwelle
gelangt. Damit die Schaltwelle durch Bewegung des Betätigungsorgans
jeweils in dieselbe Drehrichtung weitergedreht wird, ist die Verzahnung
klinkenartig ausgestaltet.
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Um
ein exaktes Schalten des Schalters mit präzisem Schaltverhalten zu gewährleisten,
weist die Schaltwelle entsprechend dem Drehwinkel beabstandete Raststellungen
auf. Zur Festlegung der Raststellungen befindet sich eine zur Verzahnung korrespondierende
Rastkurve auf der Schaltwelle. Am Betätigungsorgan kann ein mit einer
elastischen Kraft beaufschlagter Stift derart angebracht sein, beispielsweise
in der An einer Federhülse
in einer Aufnahme am Betätigungsorgan,
daß bei
Bewegung des Betätigungsorgans
der Stift in rastenden Eingriff mit der Rastkurve zur Festlegung
der nachfolgenden Raststellung gelangt. Eine solche Ausgestaltung
verhindert, daß die
Schaltwelle unzulässige
Zwischenstellungen einnimmt sowie daß die Schaltwelle aufgrund
der Reibung zwischen dem stößelartigen
Ansatz und der Schaltwelle in die entgegengesetzte Richtung gedreht
wird. Die Federhülse
stützt
sich an dem der Rastkurve gegenüberliegenden
Ende elastisch gegen das Betätigungsorgan
ab und sorgt somit auch für
die Rückstellung
des Betätigungsorgans
in die Ausgangsstellung. Zusätzlich
kann, falls dies gewünscht
ist, die Federhülse
zur Erzeugung eines Druckpunktes für das Betätigungsorgan dienen. Schließlich kann
durch die Form der Rastkurve auf der Schaltwelle vorteilhafterweise
auch der Verlauf der Betätigungskraft
und damit die Haptik entsprechend den Wünschen der Benutzer beeinflusst
werden. Durch die Federhülse,
die ein relativ preiswertes sowie einfach zu montierendes Bauteil
darstellt, werden also die Fixierung der Schaltwelle, die Haptik
des Schalters und die Rückstellung
des Betätigungsorgans
realisiert.
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Als
einfach und kostengünstig
herzustellendes Einzelteil kann der Schaltkontakt in der An einer blattfederartigen
Kontaktfeder ausgebildet sein. Bevorzugterweise ist die Kontaktfeder
in etwa "s"- bzw. absatzförmig ausgestaltet.
An ihrem einen Ende weist die Kontaktfeder eine Kontaktfläche auf,
während
sie mit dem anderen, der Kontaktfläche abgewandten Ende an einem
elektrischen Anschluß des Schalters
befestigt ist. Die Befestigung kann durch Verschweissen, Verlöten, Vernieten
o. dgl. vorgenommen sein. Zur Erhöhung der Stabilität kann die Kontaktfeder
im Gehäuse
eingespannt sein. Schließlich
kann der elektrische Anschluß in
der An eines Steckkontakts, insbesondere an einer Steckeraufnahme,
aus dem Gehäuse
herausragen.
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Der
Einfachheit halber bietet es sich an, den Gegenkontakt ebenfalls
als beweglichen Schaltkontakt auszubilden. In diesem Fall sind die
beiden Schaltkontakte als spiegelsymmetrisch ausgestaltete Kontaktfedern
mit einander zugewandten Kontaktflächen ausgebildet. Der Exzenter
ist zwischen den beiden Kontaktfedern, und zwar im wesentlichen
benachbart zu den Kontaktflächen
angeordnet. In einfacher Weise spreizt dann der Exzenter in der
einen Drehstellung der Schaltwelle die Kontaktfedern zum Aus-Schalten
des Kontaktsystems unter Trennung der Kontaktflächen auseinander sowie gestattet
zum Ein-Schalten
des Kontaktsystems in der nachfolgenden Drehstellung der Schaltwelle
das Aneinanderanliegen der Kontaktflächen unter der eigenen Federkraft
der Kontaktfedern.
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Um
den Schalter weitgehend kompakt auszugestalten, können die
Rastkurve, der Exzenter sowie die Verzahnung nebeneinanderliegend
auf der Schaltwelle angeordnet sein. Bevorzugterweise besitzt der
Exzenter eine rechteckförmige,
insbesondere quadratische Grundfläche. Der Exzenter wirkt dann
bei Weiterdrehen der Schaltwelle um den Drehwinkel in deren nachfolgende
Raststellung abwechselnd mit einer längs verlaufenden Kante an der Grundfläche sowie
mit einer diagonal verlaufenden Ecke der Grundfläche auf die beiden Kontaktfedern ein.
Trotz kompakter Ausgestaltung des Kontaktsystems sowie geringem
Betätigungshub
des Betätigungsorgans
ist so die notwendige Kontaktöffnungsweite
für ein
sicheres Schaltverhalten erzielbar.
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Die
mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin,
daß der
Schalter einen einfachen Aufbau mit wenigen Einzelteilen besitzt. Damit
ist der Schalter mit geringem Aufwand zu montieren und auch sehr
kostengünstig.
Insbesondere ist es durch die Integration von mehreren Funktionen
in die Bauteile Schaltwelle und Federhülse möglich, einen preisgünstigen
Kurzhubdruckschalter herzustellen, bei dem die Betätigungscharakteristik
und die Kontaktkraft weitgehend unabhängig voneinander erzeugt werden.
Damit lassen sich die Betätigungscharakteristik
und die Kontaktkraft in einfacher Weise auch an verschiedene Kundenanforderungen
anpassen. Außerdem
handelt es sich vorteilhafterweise um einen fehlersicheren und zuverlässigen Schalter.
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Ein
Ausführungsbeispiel
der Erfindung mit verschiedenen Weiterbildungen und Ausgestaltungen
ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.
Es zeigen
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1 einen elektrischen Schalter
in Draufsicht, wobei der Deckel des Gehäuses entfernt ist,
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2a einen Schnitt entlang
der Linie 2-2 in 1,
wobei das Kontaktsystem des Schalters im Ausschalt-Zustand befindlich
ist,
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2b einen Schnitt entlang
der Linie 2-2 in 1,
wobei das Kontaktsystem des Schalters im Einschalt-Zustand befindlich
ist,
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3a einen Schnitt entlang
der Linie 3-3 in 1,
wobei das Kontaktsystem des Schalters im Ausschalt-Zustand befindlich
ist,
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3b einen Schnitt entlang
der Linie 3-3 in 1,
wobei das Kontaktsystem des Schalters im Einschalt-Zustand befindlich
ist,
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4a einen Schnitt entlang
der Linie 4-4 in 1,
wobei das Kontaktsystem des Schalters im Ausschalt-Zustand befindlich
ist,
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4b einen Schnitt entlang
der Linie 4-4 in 1,
wobei das Kontaktsystem des Schalters im Einschalt-Zustand befindlich
ist,
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5a einen Schnitt entlang
der Linie 5a-5a in 2a und
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5b einen Schnitt entlang
der Linie 5b-5b in 2b.
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In 1 ist ein elektrischer Schalter 1 gezeigt,
der beispielsweise als Netzschalter für ein Elektrogerät verwendet
werden kann. Der Schalter 1 besitzt ein Gehäuse 2,
das aus einem in 2a sichtbaren
Deckel 3 und einem Sockel 4 besteht. An der Oberseite
des Deckels 3 ragt ein Betätigungsorgan 5 aus
dem Gehäuse 2 heraus.
Der aus dem Gehäuse 2 herausragende
Teil des Betätigungsorgans 5 ist
für den
Benutzer zur manuellen Bedienung des Schalters 1 zugänglich.
Das Betätigungsorgan 5 ist vorliegend
als ein im wesentlich linear beweglicher, im Gehäuse 2 an Führungselementen 6 geführter Drücker ausgebildet,
wie in 2a zu sehen ist,
womit es sich beim Schalter 1 um einen Druckschalter handelt. Seitlich
am Gehäuse 2 befinden
sich in der Art eines Steckkontakts ausgestaltete elektrische Anschlüsse 7 des
Schalters 1, die an einer Steckeraufnahme 8 aus
dem Gehäuse 2 herausragen.
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Wie
weiter anhand der 2a und 2b zu sehen ist, besitzt
der Schalter 1 ein Kontaktsystem 9, das aus einem
beweglichen Schaltkontakt 10 sowie wenigstens einem korrespondierenden
Gegenkontakt 11, die jeweils mit einem elektrischen Anschluß 7 in
Verbindung stehen, besteht. Das Betätigungsorgan 5 ist
manuell bewegbar, wobei das Betätigungsorgan 5 bei
dessen Bewegung mit dem Schaltkontakt 10 zum abwechselnden
Ein- und Aus-Schalten des Kontaktsystems 9 zusammenwirkt.
Hierfür
ist im Gehäuse 2 eine
Schaltwelle 12 angeordnet, die vom Betätigungsorgan 5 bei
dessen Bewegung um jeweils einen Drehwinkel weitergedreht wird.
Die Schaltwelle 12 weist einen auf den Schaltkontakt 10 derart einwirkenden
Exzenter 13 auf, daß der
Exzenter 13 bei Drehung der Schaltwelle 12 um
den Drehwinkel den Schaltkontakt 10 abwechselnd an den
Gegenkontakt 11 gemäß dem in 2b gezeigten Einschalt-Zustand
des Kontaktsystems 9 anlegt und vom Gegenkontakt 11 gemäß dem in 2a gezeigten Ausschalt-Zustand
des Kontaktsystems 9 abhebt. Dadurch ist trotz eines kleinen
Wegs bei Betätigung
des Betätigungsorgans 5 ein
großer
Weg für
den Schaltkontakt 10 ermöglicht, so daß hohe Leistungen
mittels des Kontaktsystems 9 schaltbar sind. Selbstverständlich kann
das Kontaktsystem auch derart ausgestaltet sein, daß der Schaltkontakt
bei Bewegung des Betätigungsorgans
zwischen zwei Gegenkontakten umschaltet, was jedoch nicht weiter
gezeigt ist.
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Wie
näher aus 5a oder 5b hervorgeht, ist die Schaltwelle 12 in
der Art einer Walze ausgebildet und im Gehäuse 2 drehbar gelagert.
Hierfür
befindet sich eine Halterung 14 im Sockel 4. Auf
der Schaltwelle 12 ist eine dem Drehwinkel entsprechende
Verzahnung 15 zur Drehung der Schaltwelle 12 angeordnet.
Ein in 2a und 2b sichtbarer, stößelartig
ausgebildeter Ansatz 16 ist am Betätigungsorgan 5 derart
angebracht, daß bei
Bewegung des Betätigungsorgans 5 der
Ansatz 16 in Eingriff mit der Verzahnung 15 zum
Weiterdrehen der Schaltwelle 12 gelangt. Wie anhand von 2a und 2b deutlich erkennbar ist, ist die Verzahnung 15 klinkenartig
ausgestaltet, so daß die
Schaltwelle 12 durch Bewegung des Betätigungsorgans 5 jeweils
in dieselbe Drehrichtung weitergedreht wird. Da das Betätigungsorgan 5 im
allgemeinen durch Spritzgießen
aus Kunststoff hergestellt wird, bietet es sich an, den Ansatz 16 an
das Betätigungsorgan 5 bei
dessen Herstellung einstückig
anzuspritzen.
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Für die Festlegung
von durch den Drehwinkel beabstandete Raststellungen der Schaltwelle 12 befindet
sich eine zur Verzahnung 15 korrespondierende Rastkurve 17 auf
der Schaltwelle 12, wie in 4a und 4b zu sehen ist. Weiter ist
am Betätigungsorgan 5 ein
mit einer elastischen Kraft beaufschlagter Stift 18 derart
angebracht, daß bei
Bewegung des Betätigungsorgans 5 der
Stift 18 in rastenden Eingriff mit der Rastkurve 17 gelangt.
Der Stift 18 ist in der Art einer Federhülse 19 ausgestaltet,
die in einer Aufnahme 20 am Betätigungsorgan 5 angeordnet
ist. Aufgrund des Zusammenwirkens der Federhülse 19 über den
Stift 18 mit der Rastkurve 17 ist zum einen die
jeweils nachfolgende Raststellung der Schaltwelle 12 festgelegt.
Zum anderen dient die Federhülse 19 auch
zur selbständigen Rückstellung des
Betätigungsorgans 5 in
dessen Ausgangslage jeweils nach der manuellen Betätigung durch
den Benutzer, womit es sich beim Schalter 1 um einen Push-Push-Schalter
handelt. Falls gewünscht
wird mit Hilfe der Rastkurve 17 und der Federhülse 19 auch
ein vom Benutzer fühlbarer
Druckpunkt für
das Betätigungsorgan 5 erzeugt.
Vorteilhafterweise läßt sich
die für
den Benutzer fühlbare
Haptik in einfacher Weise durch Variation der Geometrie der Rastkurve 17 auf
der Schaltwelle 12 anpassen.
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Wie
man anhand der 3a und 3b sieht, ist der Schaltkontakt 10 in
der Art einer blattfederartigen Kontaktfeder ausgestaltet, die an
dem einen Ende eine Kontaktfläche 21 aufweist.
Mit dem anderen, der Kontaktfläche 21 abgewandten
Ende ist die Kontaktfeder 10 an dem elektrischen Anschluß 7 des
Schalters 1 befestigt. Die Befestigung kann durch Verschweissen,
Verlöten,
Vernieten o. dgl. erfolgen. Falls notwendig kann die Kontaktfeder 10 auch
im Gehäuse 2 eingespannt
sein. Die Kontaktfeder 10 selbst besitzt eine in etwa "s"- oder
auch absatzförmige
Gestalt.
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In
bevorzugter Weise ist der Gegenkontakt 11 ebenfalls als
beweglicher Schaltkontakt ausgebildet, und zwar ebenfalls als Kontaktfeder
mit einer Kontaktfläche 21'. Die beiden
absatzförmigen
Kontaktfedern 10, 11 sind einander spiegelsymmetrisch gegenüberliegend
im Gehäuse 2 angeordnet,
so daß die
beiden Kontaktflächen 21, 21' einander zugewandt
sind. Weiterhin ist der Exzenter 13 im absatzförmigen Bereich
zwischen den beiden Kontaktfedern 10, 11 im wesentlichen
benachbart zu den Kontaktflächen 21, 21' angeordnet.
Wie man anhand der 3a erkennt,
spreizt der Exzenter 13 die Kontaktfedern 10, 11 zum
Aus-Schalten des Kontaktsystems 9 unter Trennung der Kontaktflächen 21, 21' auseinander.
Zum Ein-Schalten des Kontaktsystems 9 gestattet der Exzenter 13 das
Aneinanderanliegen der Kontaktflächen 21, 21' unter der inhärenten Federkraft
der Kontaktfedern 10, 11, was anhand von 3b sichtbar ist.
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Eine
besonders kompakte Anordnung des Kontaktsystems 9 im Gehäuse 2 ist
dadurch ermöglicht,
daß die
Rastkurve 17, der Exzenter 13 sowie die Verzahnung 15 nebeneinanderliegend
auf der Schaltwelle 12 angeordnet sind, wie in 5a und 5b zu erkennen ist. Wie weiter in 3a und 3b zu sehen ist, besitzt der Exzenter 13 eine
rechteckförmige, und
zwar insbesondere eine quadratische Grundfläche 22. Dadurch wirkt der
Exzenter 13 bei Weiterdrehen der Schaltwelle 12 um
den Drehwinkel in die nachfolgende Raststellung abwechselnd mit
einer längs
verlaufenden Kante 23 an der Grundfläche 22 sowie mit einer
diagonal verlaufenden Ecke 24 der Grundfläche 22 auf
den Schaltkontakt 10 und/oder auf die beiden Kontaktfedern 10, 11 ein.
Gibt die Grundfläche 22 somit
gemäß 3b mittels der Kante 23 die
Kontaktfedern 10, 11 frei, so liegen die beiden
Kontaktflächen 21, 21' aufgrund der
Federkraft der Kontaktfedern 10, 11 aneinander
an und das Kontaktsystem 9 befindet sich in der Einschalt-Stellung.
Liegt andererseits die Grundfläche 22 mit
den einander diagonal gegenüberliegenden
Ecken 24 gemäß 3a an den Kontaktfedern 10, 11 an,
so spreizen die Ecken 24 die Kontaktfedern 10, 11 entgegen
deren Federkraft auseinander und das Kontaktsystem 9 befindet
sich in der Ausschalt-Stellung.
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Die
Erfindung ist nicht auf das beschriebene und dargestellte Ausführungsbeispiel
beschränkt. Sie
umfaßt
vielmehr auch alle fachmännischen
Weiterbildungen im Rahmen der durch die Patentansprüche definierten
Erfindung. So kann ein derartiger Schalter nicht nur als Netzschalter
zum Schalten hoher Leistungen sondern überall dort Verwendung finden,
wo ein kleiner Betätigungsweg
gewünscht
wird, insbesondere bei elektrischen Schaltern in der An von Kurzhubtasten.
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- 1:
- elektrischer
Schalter
- 2:
- Gehäuse
- 3:
- Deckel
(von Gehäuse)
- 4:
- Sockel
(von Gehäuse)
- 5:
- Betätigungsorgan
- 6:
- Führungselement
(für Betätigungsorgan)
- 7:
- elektrischer
Anschluß
- 8:
- Steckeraufnahme
- 9:
- Kontaktsystem
- 10:
- Schaltkontakt
/ Kontaktfeder
- 11:
- Gegenkontakt
/ Kontaktfeder
- 12:
- Schaltwelle
- 13:
- Exzenter
- 14:
- Halter
(für Schaltwelle)
- 15:
- Verzahnung
- 16:
- Ansatz
(am Betätigungsorgan)
- 17:
- Rastkurve
- 18:
- Stift
- 19:
- Federhülse
- 20:
- Aufnahme
(am Betätigungsorgan)
- 21,21':
- Kontaktfläche
- 22:
- Grundfläche
- 23:
- Kante
(der Grundfläche)
- 24:
- Ecke
(der Grundfläche)