DE3818810A1 - Elektrischer tastschalter - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen elektrischen Tastschalter der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genann­ ten Art.

Tastschalter sind Schalter ohne Verklinkung (Sperre) der beweglichen Schaltstücke, wodurch die Schaltstücke vermittels einer inneren Rückzugskraft bei Fortfall der Antriebskraft (z. B. Fingerdruck) wieder in ihre Aus­ gangsstellung zurückkehren. Tastschalter dienen vorzugs­ weise dem kurzzeitigen Schließen (Ein-Taster) oder Öffnen (Aus-Taster) von Stromkreisen. Tastschalter sind als Druckknopftaster oder Wipptaster in vielfältigen Ausführungsformen bekannt.

Insbesondere für Schaltungen mit niedrigen Spannungen und Strömen sind Tastschalter bekanntgeworden, welche mit Hilfe von Schnappfedern einen einzelnen Schaltvor­ gang auslösen. Dieses Prinzip findet vorzugsweise Anwendung bei Computer- und Schreibmaschinentastaturen. Die Schnappfedern liegen hierbei mit äußeren Kontakt­ füßen auf Leiterbahnflächen auf. Mit Hilfe eines festen Stößels wird mittig auf die Schnappfeder gedrückt. Wenn die auf das Betätigungselement wirkende Betätigungskraft die Federrückstellkraft der Schnappfeder überschreitet, springt diese um. Da sich direkt mittig unter der Schnappfeder eine Leiterbahnfläche befindet, wird nach dem Umspringen über die Schnappfeder eine Verbindung der Leiterbahnen hergestellt. Da die Schnappfeder nach dem Umspringen auf der Leiterplatte aufliegt, ist ein weiteres Durchdrücken zum Zwecke der gestuften Zuschal­ tung eines weiteren Stromkreises nicht möglich. Um einen Stufentaster zu schaffen, ist es erforderlich, daß mit demselben Betätigungselement nach einem ersten Schalt­ vorgang mindestens ein zweiter ausgelöst wird.

Es ist ein Zweistufentaster bekanntgeworden, welcher durch einen linear verschiebbaren Druckknopf betätigt wird und bei welchem zwei Schnappfedern übereinander angeordnet sind, die mittels eines starren, mittig auf die Schnappfedern einwirkenden Schaltstößels gestuft hintereinander aktiviert werden.

Nachteilig ist hierbei, die geringe Anzahl der erreich­ baren Schaltpositionen. Ferner ist nachteilig, daß der Stufentaster ein eigenes Gehäuse benötigt, welches komplett auf einer Leiterplatte befestigt werden muß und bei dem die nach außen herausgeführten Kontaktfüße gesondert angeschlossen werden müssen. Darüberhinaus ist von Nachteil, daß bei Stufentastern mit zwei überein­ anderliegenden Schnappfedern sehr feine Herstellungs­ toleranzen einzuhalten sind. Auch ist die Belastbarkeit hinsichtlich Schaltleistung und Lebensdauer infolge des größeren Schaltwegs der oberen Schnappfeder gering.

Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, einen elektrischen Tastschalter der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genann­ ten Art unter Vermeidung der bekannten Nachteile zu einem mehrpoligen Stufentaster weiterzubilden, welcher ein stufenweises Zuschalten von Stromkreisen ermöglicht und der in Flachbauweise erstellt werden kann, sowie Fertigungsvorteile bietet.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 gekennzeich­ neten Merkmale gelöst. Zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen des Erfindungsgegenstandes sind in den Unteransprüchen näher gekennzeichnet.

Dadurch, daß zum Zwecke der Ausbildung eines mehrpoligen Stufentasters das bekannte Prinzip eines zweistufigen Druckknopftasters verlassen wird und der Tastschalter als Wipptaster mit einer Betätigungswippe ausgebildet wird, wird allein hierdurch schon eine Verdoppelung der Schaltpositionen erreicht. Zudem wird durch die gegen­ über dem Stand der Technik zusätzliche Verwendung von in Abhängigkeit von der Betätigungskraft längenvariablen Schaltstößeln ein gleichsinniges stufenweises Durch­ schalten ermöglicht.

Durch die planare Anordnung der Schnappfedern auf einer Leiterplatte läßt sich im Zusammenwirken mit den jeweils parallel zueinander an den Wippenarmen der Betätigungs­ wippe angeformten Schaltstößeln der erfindungsgemäße Stufentastschalter besonders vorteilhaft in Flachbau­ weise erstellen.

Ferner wird infolge der zur Schwenkachse der Betäti­ gungswippe achsensymmetrischen Anordnung der Schaltstößel wegen der hierdurch erreichten symmetrischen Kraft- und Hebelverhältnisse eine bedienerfreundliche Ausgestaltung des Erfindungsgegenstandes ermöglicht.

Die vorzugsweise kalottenförmig gestalteten Schnapp­ federn bewirken in Verbindung mit einem alternierenden Auf-Lücke-Setzen der Schnappfedern eine besonders platzsparende Anordnung.

Fertigungsvorteile lassen sich dadurch erzielen, daß die Schnappfedern mittels einer Positionierungsplatte vorpositioniert und über eine Leiterplatte gelegt werden. Dadurch ist bei dem erfindungsgemäßen Stufen­ tastschalter der elektrische Teil (Leiterplatte, Posi­ tionierungsplatte mit Schnappfedern) und der mechanische Teil (Betätigungswippe mit angeformten Schaltstößeln) fertigungstechnisch getrennt. Das Anlöten von geson­ derten Kontaktanschlüssen kann entfallen.

In besonders bevorzugter Ausführungsform wird der erfindungsgemäße Stufentastschalter auf jeder Seite der Betätigungswippe jeweils mit einem längenvariablen und einem längenkonstanten Schaltstößel ausgestattet. Er kann so als Fensterhebertaster für die stufenweise Betätigung von Fensterhebermotoren in Kraftfahrzeugen verwendet werden, wodurch sich ein 5-Positionen-Taster ergibt. Durch die waagerechte Position der Betätigungs­ wippe ist eine Ruheposition festgelegt. Durch das bei Betätigung der Betätigungswippe zunächst bewirkte Umspringen der schwenkachsennah angeordneten Schnapp­ feder (erste Schaltposition) soll das Fenster solange auf- oder abfahren, wie der Taster gedrückt wird. Bei weiterem Durchdrücken der Betätigungswippe (zweite Schaltposition) wird, während die erste Schaltposition eingeschaltet bleibt, mit Hilfe einer nachgeschalteten Elektronik (z. B. Aktivierung eines Stromstoßrelais) das Fenster auf die jeweilige Endposition automatisch gefahren. Der Taster braucht in diesem Fall nicht weiter gedrückt zu werden.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend mit Hilfe der Zeichnungen näher beschrieben und er­ läutert. Es zeigt

Fig. 1 den erfindungsgemäßen Stufentastschalter in Schnittdarstellung gemäß der in Fig. 2 eingezeichneten Schnittlinie A-B gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,

Fig. 2 eine Aufsicht auf die Anordnung der vom erfindungsgemäßen Stufentastschalter zu aktivierenden Schnappfedern ohne Gehäuseober­ teil und ohne Betätigungswippe gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,

Fig. 3 eine schematische Ansicht einer Hälfte des erfindungsgemäßen Stufentastschalters in Ausgangsposition P ₀ gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel mit n = 3 Schaltstößeln 8, 9.

Nachfolgend wird ein erstes Ausführungsbeispiel be­ schrieben. Wie Fig. 1 erkennen läßt, weist der erfin­ dungsgemäße Stufentastschalter ein Gehäuseunterteil 1 auf, in welchem eine Leiterplatte 3 angeordnet ist. Auf der Leiterplatte 3 befinden sich Schnappfedern SF _n , SF _n ′, welche mit Hilfe einer Positionierungsplatte 4 jeweils unterhalb von Wippenarmen A, A′ einer Betäti­ gungswippe 5 positioniert sind.

Im Gehäuseoberteil 2 ist die zweiarmige Betätigungswippe 5 um eine parallel zur Positionierungsplatte 4 ver­ laufende Schwenkachse 16 ortsfest schwenkbar gelagert. An jedem, vorzugsweise großflächig ausgebildeten Wippen­ arm A, A′ der Betätigungswippe 5 sind senkrecht hierzu zwei jeweils in Richtung der vier Schnappfedern SF ₁, SF ₂, SF ₁′, SF ₂′ weisende Schaltstößel 8, 9 angeformt. Etwa in Höhe eines ersten Betätigungswippenlagers (nicht abgebildet) und beabstandet zur Schwenkachse 16 der Betätigungswippe 5 ist ein zweiter Schaltstößel 9 sowie ebenfalls in Höhe eines zweiten Betätigungswippenlagers (nicht abgebildet), jedoch in größerem Abstand zur Schwenkachse 16 ist ein erster Schaltstößel 8 angeformt. Der zweite Schaltstößel 9 ist mittels eines in ihm gleitbeweglich und teleskopartig geführten sowie feder­ belasteten Gleitstücks 7 in Abhängigkeit von einer auf die Betätigungswippe 5 wirkenden Betätigungskraft längenvariabel ausgebildet. Hierzu weist der zweite Schaltstößel 9 eine angeformte Hülse 6 auf, in deren Hubraum 10 das Gleitstück 7 mittels angeformter Rast­ nasen 11 gehalten wird. Das Gleitstück 7 wird durch eine vorgespannte Druckfeder DF ₁ druckbeaufschlagt, wobei die Druckfeder DF ₁ einerseits in einem ersten Sackloch 13 des zweiten Schaltstößels 9 sowie andererseits in einem zweiten Sackloch 14 des Gleitstücks 7 vorgespannt gehalten ist. Die Höhe des Hubraums 10 ist so dimensio­ niert, daß er abhängig vom maximalen Federweg Δ x der Schnappfedern SF _n , SF _n ′ sowie von der Anzahl n (n = 1, 2, 3 . . .) der insgesamt auf einer Betätigungswippen­ seite jeweils angeformten Schaltstößel 8, 9 (n-1)Δ x beträgt. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel mit einem ersten Schaltstößel 8 und einem zweiten Schaltstößel 9 ist das Gleitstück 7 somit um Δ x verschiebbar.

Der erste Schaltstößel 8, welcher in Ausführungsbei­ spielen mit n Schaltstößeln im Vergleich zu den zweiten Schaltstößeln 9 stets der am weitesten von der Schwenk­ achse 16 beabstandete Schaltstößel ist, ist in sich starr ausgebildet, so daß er seine Länge nicht verändern kann. Seine Länge ist stets um (n-1)Δ x kürzer als die Länge des schwenkachsennächsten zweiten Schaltstößels 9 in einer Ruheposition P ₀.

Fig. 2 zeigt eine Aufsicht auf die in der Positio­ nierungsplatte 4 angeordneten Schnappfedern SF ₁, SF ₂, SF ₁′, SF ₂′. Deren Kalottenscheitel K ₁, K ₂, K ₁′, K ₂′ sind direkt unterhalb von Stößelspitzen S ₁, S ₂, S ₁′, S ₂′ positioniert. Die Schnappfedern SF ₁, SF ₂, SF ₁′, SF ₂′ sind bevorzugt kalottenförmig ausgebildet, wobei drei rotationssymmetrisch um den jeweiligen Kalottenscheitel sowie parallel zur Kalottenhöhe geführte Kalottenab­ schnitte durchgeführt sind.

Die Funktionsweise des erfindungsgemäßen Stufentast­ schalters soll nachfolgend am ersten Ausführungsbeispiel beschrieben werden. In der Ruheposition P ₀, in welcher der Kippwinkel α der Betätigungswippe 5 Null Grad beträgt, liegen die Stößelspitzen S ₁, S ₂ der Schalt­ stößel 8, 9 in einer mit der Positionierungsebene der Positionierungsplatte 4 den maximalen Kippwinkel α bildenden Ausrichtungsebene 15. Die Stößelspitze S 1 des zweiten Schaltstößels 9 liegt hierbei auf dem Kalotten­ scheitel K 1 der zugeordneten Schnappfeder SF ₁ auf. Die Stößelspitze S 2 des ersten Schaltstößels 8 hat in der Ruheposition P ₀ vom Kalottenscheitel K 2 der dem ersten Schaltstößel 8 zugeordneten Schnappfeder SF ₂ den Abstand Δ x. Da die Federkonstante D 1 der im zweiten Schaltstößel 9 angeordneten Druckfeder DF ₁ so dimensio­ niert ist, daß sie größer als die Federkonstante D ₀ der Schnappfedern SF _n , SF _n ′ ist, wird erreicht, daß durch eine auf die Betätigungswippe 5 wirkende Betätigungs­ kraft zunächst die dem zweiten Schaltstößel 9 zugeord­ nete Schnappfeder SF ₁ umspringt. Da sich direkt mittig unter der Schnappfeder SF ₁ eine Leiterbahn befindet, wird über die Schnappfeder SF ₁ eine Verbindung von Leiterbahnen hergestellt. Die Spitze S ₂ des ersten Schaltstößels 8 liegt hierbei auf dem Kalottenscheitel K ₂ auf. Damit ist eine erste Schaltposition P ₁ erreicht. Wenn nun die Betätigungskraft an der Betätigungswippe 5 weiter erhöht wird, wird die Druckfeder DF ₁ innerhalb des zweiten Schaltstößels 9 um Δ x zusammengedrückt, wodurch das Gleitstück 7 in den Hubraum 10 des zweiten Schaltstößels 9 eingefahren wird und wodurch der starre erste Schaltstößel 8 die diesem zugeordnete Schnappfeder SF ₂ aktiviert. Damit ist die zweite Schaltposition P ₂ ausgelöst. Entsprechendes gilt für die andere Seite der Betätigungswippe 5.

Die Funktionsweise des erfindungsgemäßen Stufentast­ schalters soll anhand Fig. 3 an einem weiteren Aus­ führungsbeispiel mit jeweils drei an jeder Wippenhälfte angeformten Schaltstößeln 8, 9 beschrieben werden. Die ersten beiden von der Schwenkachse 16 aus in Richtung wachsenden Abstandes gezählten Schaltstößel sind längen­ variable zweite Schaltstößel 9, während der von der Schwenkachse 16 am weitesten beabstandete Schaltstößel ein starrer erster Schaltstößel 8 ist. In der Ruhepo­ sition P ₀ liegt die Stößelspitze S ₁ auf der zugeordneten Schnappfeder SF ₁ auf. Die Stößelspitze S 2 ist vom Kalottenscheitel K 2 der zugeordneten Schnappfeder SF ₂ um Δ x entfernt. Die Stößelspitze S 3 des ersten Schaltstößels 8 ist vom Kalottenscheitel K 3 der diesem zugeordneten Schnappfeder SF ₃ umd 2Δ x entfernt. Nach dem Aktivieren der ersten Schaltposition P ₁ liegt S 2 auf der zugeord­ neten Schnappfeder SF ₂ auf, während S 3 um Δ x von der zugeordneten Schnappfeder SF ₃ entfernt ist. Beim Akti­ vieren der zweiten Schaltposition P ₂ wird der schwenk­ achsennahe zweite Schaltstößel 9 um Δ x verkürzt, da die Federkonstante D 2 des mittleren zweiten Schaltstößels 9 größer als die Federkonstante D 1 der Druckfeder DF ₁ des schwenkachsennahen zweiten Schaltstößels 9 dimensioniert ist. Beim weiteren Durchdrücken der Betätigungswippe 5 bis zum maximalen Kippwinkel α wird durch den starren ersten Betätigungsstößel 8 die diesem zugeordnete Schnappfeder SF ₃ aktiviert und die dritte Schaltposition P ₃ ausgelöst. Hierbei hat sich die im mittleren zweiten Schaltstößel 9 angeordnete Druckfeder DF ₂ um Δ x zusammengeschoben, während die im schwenkachsennahen zweiten Schaltstößel 9 befindliche Druckfeder DF ₁ sich um 2Δ x zusammengeschoben hat. Nach Erreichen der dritten Arbeitsposition P 3 liegen die Stößelspitzen S 1, S 2, S 3 alle in der durch die Positionierungsplatte 4 vorgegebenen Positionierungsebene. Durch geeignete Dimensionierung der Federkonstanten D ₁, D ₂ der in den beiden zweiten Schaltstößeln 9 angeordneten Druckfedern DF ₁, DF ₂, wobei D 2 größer D 1 größer D 0 gilt, läßt sich somit ein Stufentastschalter mit drei Arbeitsstellungen P ₁, P ₂, P ₃ auf jeder Seite der Betätigungswippe 5 schaffen.

Bezugszeichenliste

1  Gehäuseunterteil
2  Gehäuseoberteil
3  Leiterplatte
4  Positionierungsplatte
5  Betätigungswippe
6  Hülse
7  Gleitstück
8  erster Schaltstößel
9  zweiter Schaltstößel
10  Hubraum
11  Rastnasen
13  erstes Sackloch
14  zweites Sackloch
15  Ausrichtungsebene
16  Schwenkachse
P ₀  Ausgangsposition
P _n , P _n ′  Schaltposition
A, A′  Wippenarme
S _n , S _n ′  Stößelspitzen von 8, 9
SF _n , SF _n ′  Schnappfedern
K _n , K _n ′  Kalottenscheitel von SF _n , SF _n ′
DF _{n - 1}, DF _{n - 1}′ Druckfedern

Claims (7)

1. Elektrischer Tastschalter, insbesondere für die stufenweise Betätigung von Fensterhebermotoren in Kraftfahrzeugen, mit mindestens zwei Schnappfedern, dadurch gekennzeichnet, daß er eine bis zu einem maxi­ malen Kippwinkel α um eine ortsfeste Schwenkachse (16) kippbare und aus einer stabilen Ausgangsposition (P ₀) heraus in 2n (n = 1, 2, 3. . .) instabile Schaltpositionen (P _n , P _n ′) verbringbare zweiarmige Betätigungswippe (5) aufweist, daß an jedem Wippenarm (A, A′) von der Schwenk­ achse (16) unterschiedlich beabstandete, einen schwenk­ achsenfernst angeordneten sowie längenkonstanten ersten Schaltstößel (8) und mindestens einen betätigungskraft­ abhängig längenvariablen zweiten Schaltstößel (9) aufweisende Schaltstößel (8, 9) der Anzahl n angeformt sind, daß jeweils unterhalb von Stößelspitzen (S _n , S _n ′) zu diesen zentrierte und von diesen bei gleichzeitig größer werdendem Kippwinkel α mittels an der Betäti­ gungswippe (5) zunehmend angreifender Betätigungskräfte von der Schwenkachse (16) weg stufenweise fortschreitend jeweils längs eines maximalen Federwegs Δ x einzu­ federnde Schnappfedern (SF _n , SF _n ′) der Federkonstante D ₀ in einer durch eine Positionierungsplatte (4) vorge­ gebenen Positionierungsebene planar angeordnet sind, daß die n-1 zweiten Schaltstößel (9) jeweils ein in einem Hubraum (10) einer angeformten Hülse (6) um maximal (n - 1)Δ x verschiebbares, mittels einer Druckfeder (DF _{n - 1}, DF _{n - 1}′) beaufschlagtes Gleitstück (7) aufweisen, wobei die jeweilige Druckfeder (DF _{n - 1}, DF _{n - 1}′) einer­ seits in einem ersten Sackloch (13) des zweiten Schalt­ stößels (9) sowie andererseits in einem zweiten Sackloch (14) des Gleitstücks (7) vorgespannt gehalten ist, daß die jeweilige Federkonstante D _{n - 1} jeder Druckfeder (DF _{n - 1}, DF _{n - 1}′) größer ist als die Federkonstante D ₀ der Schnappfedern (SF _n , SF _n ′) und daß die jeweilige Feder­ konstante D _{n - 1} der Druckfedern (DF _{n - 1}, DF _{n - 1}′) jeweils größer ist als die Federkonstante D _{n - 2} einer benach­ barten und näher zur Schwenkachse (16) angeordneten Druckfeder (DF _{n - 2}, DF _{n - 2}′) sowie jeweils kleiner ist als die Federkonstante D _n einer benachbarten und ferner zur Schwenkachse (16) angeordneten Druckfeder (DF _n , DF _n ′), und daß in der Ausgangsposition (P ₀) die Stößelspitzen (S _n , S _n ′) in einer mit der Positionierungsebene den Kippwinkel α bildenden Ausrichtungsebene (15) liegen und daß nach Kippung der Betätigungswippe (5) um den maximalen Kippwinkel α alle Stößelspitzen (S _n , S _n ′) in der Positionierungsebene liegen.

2. Elektrischer Tastschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die in die Schaltpositionen (Pn) verbringbaren Schaltstößel (8, 9) des ersten Wippen­ arms (A) und die in die Schaltpositionen (P _n ′) verbring­ baren Schaltstößel (8, 9) des anderen Wippenarms (A′) sowie die hierzu korrespondierenden Schnappfedern (SF _n , SF _n ′) jeweils achsensymmetrisch zur Schwenkachse (16) angeordnet sind.

3. Elektrischer Tastschalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schnappfedern (SF _n , SF _n ′) mittels einer Positionierungsplatte (4) auf einer Leiterplatte (3) positioniert sind.

4. Elektrischer Tastschalter nach einem der vorher­ gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gleitstück (7) mittels Rastnasen (11) im Hubraum (10) der Hülse (6) gehalten und geführt ist.

5. Elektrischer Tastschalter nach einem der vorher­ gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Wippenarm (A, A′) breitflächig ausgebildet ist.

6. Elektrischer Tastschalter nach einem der vorher­ gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schnappfedern (SF _n , SF _n ′) kalottenförmig ausgebildet sind, wobei drei rotationssymmetrisch um den jeweiligen Kalottenscheitel (K _n , K _n ′) und parallel zur Kalottenhöhe geführte Kalottenabschnitte durchgeführt sind und daß die Schnappfedern (SF _n , SF _n ′) platzsparend alternierend auf Lücke gesetzt sind.

7. Elektrischer Tastschalter nach einem der vorher­ gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß er vorzugsweise genau einen ersten Betätigungsstößel (8) und genau einen zweiten Betätigungsstößel (9) auf jeder Seite der Betätigungswippe (5) aufweist.