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Diese Erfindung bezieht sich auf ein elektrisches Schaltelement
mit einem elektrisch isolierenden Substrat, das elektrische Leiter
trägt, wobei das Element zum Einbauen in eine elektrische
Komponente, insbesondere aber nicht exklusiv für einen elektrischen
Schalter mit gleitender Tätigkeit vorgesehen ist.
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Es ist bekannt, ein elektrisches Schaltelement zu produzieren, in
dem z. B. durch Vernieten oder Verstemmen vorgeformte elektrische
Leiter auf einem Substrat befestigt werden, das aus einem
elektisch leitenden Material gebildet ist. Es ist auch bekannt,
gedruckte Schaltungen zu produzieren, sowohl starre gedruckte
Schaltungsplatten, bei denen Leitungsmuster auf ein starres elektrisch
leitendes Substrat gedruckt werden, als auch flexible gedruckte
Schaltungen, bei denen, wie der Name andeutet, sowohl die Leiter
als auch das Substrat flexibel sind. Es ist ebenfalls bekannt,
eine Mehrzahl von vorgeformten elektrischen Leitern als ein
einziges Prägeteil vorzusehen, wodurch die Leiter in der Form
eines durchbrochenen Musters als eine einzige Einheit gehandhabt
werden können und voneinander getrennt werden, so daß sie
elektrisch voneinander isoliert sind, nur nachdem das
durchbrochene Muster auf dem Substrat angebracht ist. Flexible
gedruckte Schaltungen weisen eine relativ kleine
Stromtragfähigkeit auf und so sind sie nicht geeignet zur
Benutzung in elektrischen Komponenten, die einen hohen Strom
benötigen. Vorgeformte Leiter sind in der Lage, hohe Stöme zu
tragen, aber sie stellen eine ernste Material- und
Raumverschwendung in einer Umgebung mit niedrigen Strömen dar.
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine elektrische
Schaltung vorzusehen, bei der die oben erwähnten Nachteile
minimiert werden und die insbesondere geeignet ist zur Benutzung u. a.
als die feste Kontaktstruktur eines Schalters mit gleitender
Betätigung.
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Die EP-A-0 304 112, die am 22.02.1989 veröffentlicht ist,
offenbart eine gegossene Harzkomponente, in der ein flexibles
Schaltelement eingebaut ist, an deren Leiter starre gepreßte
Metallanschlußstifte angebracht sind, die von einer Endwand des
Gusses vorstehen. Das DE-U-87 13 320 zeigt einen elektrischen
Schalter mit planaren Kontakten und einer Widerstandsspur, die auf
einem planaren isolierenden Substrat getragen sind. Keine dieser
Entgegenhaltungen offenbart eine Anordnung, die die Aufgaben der
vorliegenden Erfindung lösen kann.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein elektrisches
Schaltelement zur Benutzung in einer elektrischen Komponente vorgesehen mit
einem geformten synthetischen Harzsubstrat und zwei elektrischen
Leitersätzen, die einzeln auf dem Substrat getragen sind zum
Eingriff bei Benutzung durch ein weiteres relativ bewegbares Teil der
elektrischen Komponente, wobei das Element dadurch gekennzeichnet
ist, daß der erste Leitersatz mindestens einen vorgeformten
Metallstreifen aufreißt, der zweite der Leitersätze mindestens eine
gedruckte Spur aufreißt und eine obere Kante des mindestens einen
Streifens und die mindestens eine gedruckte Spur auf dem Substrat
glatt mit dessen Oberfläche offenliegt zum Eingriff bei Benutzung
mit einem weiteren relativ bewegbaren Teil der elektrischen
Komponente.
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Der Ausdruck "gedruckte Spur" soll, wie sie hier im Verhältnis zu
elektrischen Leitern benutzt wird, einen elektrischen Leiter
bedeuten, der durch eine Drucktechnik oder eine verwandte Technik
derart erzeugt ist, die bei der Herstellung sowohl flexibler als
auch steifer gedruckter Schaltungen benutzt wird.
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Wünschenswert sind der Streifen und die Spur auf einer Fläche des
Substrates zugreifbar.
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Bevorzugt ist das geformte synthetische Harzsubstrat so geformt,
daß es ein Strukturteil der elektrischen Komponente bildet, wobei
das elektrische Schaltelement benutzt wird.
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Wünschenswert enthält die gedruckte Spur eine aktive elektrische
Komponente.
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Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein
Verfahren zum Herstellen eines elektrischen Schaltelementes
vorgesehen mit den Schritten beginnend mit einem Gießmittel, das die Form
eines gewünschten Substrates definiert, Positionieren mindestens
eines elektrischen Leiters in der Form eines vorgeformten
Metallstreifens innerhalb des Gießmittels, Positionieren einer flexiblen
gedruckten Schaltung mit einem flexiblen elektrisch isolierenden
Rückenteil mit einer flexiblen leitenden Spur, die auf einer
Fläche davon offenliegt, in dem Gießmittel in Beziehung zu dem
Streifen, wobei die Positionierung des Streifens und der flexiblen
gedruckten Schaltung in dem Gießmittel derart ist, daß nach dem
Gießen der Streifen und die Spur auf dem gegossenen Substrat
offenliegen, und Einführen von synthetischem Harzmaterial in die
Gießform zum Bilden des Substrates.
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Bevorzugt weist der Streifen zusätzliche Streifen, die anstöckig
damit sind, auf und das Verfahren enhält den darauf folgenden
Schritt des Entfernens vorbestimmter Zwischenverbindungen zwischen
den Streifen zum Isolieren einiger oder aller Streifen elektrisch
voneinander.
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Bevorzugt enthält die flexible gedruckte Schaltung mindestens eine
aktive elektrische Komponente.
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Wünschenswert ist die aktive elektrische Komponente ein
länglicher, gedruckter Widerstand.
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Ein Beispiel der Erfindung ist in den begleitenden Zeichnungen
dargestellt, in denen:
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Fig. 1 eine Schnittansicht eines elektrischen Schalters ist, der
eine gleitende Tätigkeit aufweist und einen variablen Widerstand
enthält,
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Fig. 2 eine Schnittansicht auf der Linie 2-2 der Fig. 1 ist, wobei
gewisse Komponenten davon zur Klarheit weggelassen sind,
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Fig. 3 eine Draufsicht auf ein Leitermuster zur Benutzung bei der
Herstellung des in Fig. 1 und 2 dargestellten Schalters ist und
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Fig. 4 eine Ansicht ähnlich der Fig. 3 einer flexiblen gedruckten
Schaltung zur Herstellung des Schalters ist.
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Es wird Bezug genommen auf die Zeichnungen, der Schalter enthält
ein zweiteiliges gegossenes synthetisches Harzgehäuse, wobei die
zwei Teile ein fester Kontaktträger 11 beziehungsweise eine
Abdeckung 12 sind. Obwohl es nicht von besonderer Wichtigkeit für ein
Verständnis der vorliegenden Erfindung ist, kann aus Fig. 1
gesehen werden, daß der Schalter weiter einen gegossenen synthetischen
Harzrotor 13 mit einem Paar von angeformten, axial ausgerichteten
und entgegengesetzt gerichteten Zapfen aufweist, die in
entsprechenden Öffnungen in dem Träger 11 und der Abdeckung 12
aufgenommen sind, so daß der Rotor für eine Winkelbewegung um die Achse
der Zapfen 14 innerhalb des Schaltgehäuses angebracht wird. Der
Rotor 13 trägt bewegbare Kontakte, die mit festen Kontakten (die
im einzelnen später beschrieben werden) auf dem Träger 11
zusammenwirken.
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Benachbart zu einem Ende des Gehäuses ist ein sich geradlinig
erstreckender Kanal 15 definiert, der ein Betriebsteil 16 für eine
geradlinige Bewegung relativ zu dem Gehäuse entlang der Länge des
Kanales führt. Das Betriebsteil ist in synthetischem Harzmaterial
gegossen und enthält einen Abschnitt 17, der von dem Gehäuse für
manuelle Betätigung vorsteht. Innerhalb des Gehäuses ist das
Betriebsteil 16 mittels einer Jochanordnung 18 mit dem Rotor 13 so
verbunden, daß die geradlinige Bewegung des Betriebsteiles 16
entlang des Kanales 15 eine Winkelbewegung des Rotors 13 um die Achse
der Zapfen 14 bewirkt. Das Betriebsteil 16 trägt ebenfalls ein
bewegbares Kontaktteil 19, das mit weiteren festen Kontakten auf dem
Träger 11 zusammenwirkt.
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Der Träger 11 und die dadurch getragenen Leiter stellen ein
elektrisches Schaltelement dar, das ein gegossenes synthetisches
Substrat aufweist, das auf seiner inneren Fläche eine Mehrzahl von
offenliegenden elektrischen Leitern trägt. Die offenliegenden
Oberflächen der Leiter sind glatt miteinander, und die Leiter sind
in die Oberfläche des synthetischen Harzmaterials, das den Träger
11 bildet, so eingesetzt, daß die Oberfläche der Leiter glatt mit
der Oberfläche des elektrisch isolierenden synthetischen
Harzmaterials
zwischen den Leitern ist. Fig. 2 stellt das Muster der
Leiter dar, und die Art der Konstruktion des Schaltelementes wird
unten unter Bezugnahme auf Fig. 2, 3 und 4 beschrieben.
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Es ist zu sehen, daß die Leiter auf der inneren Oberfläche des
Trägers 11 in zwei Sätze unterteilt werden können, wobei ein Satz
in Fig. 2 durch diagonale Schraffur bezeichnet ist, der andere
Satz durch Kreuzschraffur bezeichnet ist. Bei dem in den
Zeichnungen dargestellten Beispiel weist der erste Satz von Leitern vier
Leiter auf, und der zweite Satz weist drei Leiter auf. Es ist
jedoch zu verstehen, daß eine große Verschiedenheit von
verschiedenen Anordnungen und Zahlen von Leitern innerhalb des
Bereiches der Erfindung liegt. In Fig. 2 sind die vier Leiter des
ersten Satzes mit 21, 22, 23 bzw. 24 nummeriert, und es kann
gesehen werden, daß jeder einen angeformten Anschlußbereich
aufweist, der durch den Suffix a bezeichnet ist, wobei die
Anschlußbereiche in einen ausgeschnittenen Abschnitt 11a des
Gehäuses vorstehen, so daß darin vier parallele Plattenanschlüsse
definiert sind. Der Ausschnitt und die vier Plattenanschlüsse
definieren einen Teil eines zweiteiligen elektrischen Verbinders,
wobei es einen zweiten Teil gibt, der an einem Kabelbaum oder
ähnliches angebracht sein kann und zu dem ersten Teil paßt zum
Bewirken von elektrischen Verbindungen mit den vier Anschlüssen.
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Die Leiter 21 und 24 erstrecken sich entlang entsprechender
gegenüberliegender Längsseiten des Trägers 11 und enden in parallelen,
in einem Abstand voneinander angeordneten geradlinigen Bereichen,
die sich quer zu dem Träger 11 parallel zu und benachbart dem
Kanal 15 erstrecken. Diese Bereiche stellen feste Kontaktspuren dar,
die mit den bewegbaren Kontakten 19 des Betriebsteiles 16
zusammenwirken zum Vorsehen bei Benutzung einer elektrischen Verbindung
mit einer elektrischen Glühbirne 16a über den Bereich der
geradlinigen Bewegung des Antriebsteiles 16 relativ zu dem Gehäuse. Es
kann gesehen werden, daß die Birne 16a in einer Ausnehmung in dem
Betriebsteil 16 aufgenommen ist, und wenn sie in Betrieb ist,
erleuchtet die Birne 16a einen Lichtleiter 17a, der durch den
Abschnitt 17 des Betriebsteiles vorsteht.
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Der Leiter 23 erstreckt sich innerhalb der "Grenze", die durch die
Leiter 21 und 24 definiert ist, und endet in einem sich quer
erstreckenden länglichen festen Kontakt parallel zu den festen
Kontakten, die von den Leitern 21 und 24 definiert sind.
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Der feste Kontakt des Leiters 23 endet an einem Ende 23b
benachbart zu einem weiteren festen Kontakt 21b des Leiters 21, aber in
einem Abstand davon.
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Die Leiter des zweiten Satzes sind durch die Bezugszeichen 25, 26
bzw. 27 bezeichnet, und es kann gesehen werden, daß diese Leiter
innerhalb der "Grenze" liegen, die durch die Leiter 21 und 23 des
ersten Satzes definiert ist. Die Öffnung 14a in dem Träger 11,
innerhalb der einer der Zapfen 14 des Motors 13 aufgenommen ist,
kann in Fig. 2 gesehen werden, und es ist ersichtlich, daß jeder
der Leiter 25, 26, 27 von bogenförmiger Natur ist, wobei die
Krümmungen davon kreisartige Krümmungen sind und auf dem Zentrum der
Öffnung 14a und somit auf der Rotationsachse des Rotors 13. Der
Leiter 27 ist elektrisch mit dem Leiter 22 des ersten Satzes
verbunden und ist durch eine elektrisch leitende Fläche definiert,
die die Öffnung 14a umgibt und an ihrer Kante, die zu der
Querausnehmung 15 zeigt, einen Bereich 27a aufweist, der eine auf der
Öffnung 14a zentrierte bogenförmige Grenze hat. Der Leiter 26
weist einen bogenförmigen Bereich 26a auf, der konzentrisch zu dem
Bereich 27a aber in einem Abstand dazu angeordnet ist, wobei der
Leiter 26 elektrisch an einem Ende mit dem Leiter 21 des ersten
Satzes verbunden ist. Der Leiter 25 ist ebenfalls bogenförmig und
konzentrisch zu dem bogenförmigen Bereich 26a des Bereiches 26
aber in einem Abstand dazu vorgesehen, und angrenzend an den
Leiter 25 ist an einem Ende davon ein bogenförmiger planarer
Widerstand 28 vorgesehen. Das von dem Widerstand 28 abgewandte Ende des
Leiters 25 ist elektrisch mit dem Leiter 26 mittels eines zweiten
planaren Widerstandes 29 verbunden. Die Bereiche der Leiter 21 und
23, die unmittelbar benachbart zu dem Leiter 25 und dem Widerstand
28 sind, sind mit bogenförmigen Kanten gebildet, die in einem
Abstand zu dem Leiter 25 und dem Widerstand 28 aber konzentrisch
dazu angeordnet sind.
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Wie zuvor erwähnt ist, ist die Art des Rotors 13 und die Anordnung
des bewegenden Kontaktes, der davon getragen wird, nicht für die
vorliegende Erfindung von Wichtigkeit. Es ist jedoch zu verstehen,
daß bewegende Kontakte und überbrückende Kontakte, die von dem
Rotor 13 getragen sind, während der Winkelbewegung des Rotors 13
relativ zu dem Gehäuse entlang den Leitern 25, 26 und 27, dem
Widerstand 28 und den Teilen der Leiter 21 und 23 zum Bewirken
vorbestimmter Schalttätigkeiten gleiten können und im Zusammenhang mit
dem bogenförmigen Widerstand eine variable Widerstandsanordnung
definieren.
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Da alle Leiter 21, 23, 24, 25, 26 und 27 an der gleitenden
Schalt- oder variablen Widerstandstätigkeit teilnehmen, ist es dann
wünschenswert, daß ihre freiliegenden Flächen und die Oberfläche des
synthetischen Harzmaterials zwischen den Leitern coplanar so sind,
daß die Betriebswirkung glatt ist und Abrieb und verwandte
Schaltprobleme minimiert werden. Die Herstellung des Trägers 11 ist wie
folgt:
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Die Leiter 21, 22, 23 und 24 werden aus einer einzelnen Einheit,
die als ein durchbrochenes Muster bekannt ist, aus einer Platte
aus leitendem Material, bequemerweise Kupfer, gestanzt. Ein
durchbrochenes Muster, wie in Fig. 3 dargestellt ist, ist eine
selbsttragende Einheit, und die relativen Positionen der vier Leiter
sind durch angeformte Brücken 31 fixiert. Die Leiter 25, 26 und 27
zusammen mit dem Widerstand 28 und 29 werden auf einer flexiblen
synthetischen Harzrückenplatte 32 (Fig. 4) getragen und sind
darauf durch bekannte flexible gedruckte Schaltungstechniken
gebildet. Die Leiter können z. B. Spuren sein, die auf die flexible
Rückenplatte mit leitender Tinte gedruckt sind, wobei die
Widerstände unter Benutzung von Kohlenstoff, der leitende Tinte
enthält, gedruckt sind. Als Alternative können die Leiter natürlich
durch Verbinden eines Blattes aus leitender Folie mit der
synthetischen Rückplatte gebildet werden, wobei unerwünschte Flächen der
Folie dann elektrisch oder chemisch von der Rückenplatte geätzt
werden, so daß die Leiter geeignet positioniert und geformt
zurückgelassen werden.
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Das durchbrochene Muster, das die Leiter 21 bis 24 definiert, und
die flexible gedruckte Schaltung, die die Leiter 25 bis 27
definiert, und die Widerstände 28 und 29, werden geeignet in einer
Gußform positioniert, die die Form des Trägers 11 definiert. Das
durchbrochene Muster und die flexible gedruckte Schaltung werden
auf der Wand der Form positioniert, die die innere Oberfläche des
Trägers 11 in Benutzung definiert, wobei die Leiter und
Widerstände der flexiblen gedruckten Schaltung auf die Formoberfläche
zuweisen. Geschmolzenes synthetisches Material, bequemerweise
Polyätheremitharz wird dann in die Form gegeben und kann abkühlen.
Das heiße Harz schmilzt und verbindet sich mit der
Harzrückenplatte der flexiblen gedruckten Schaltung und fließt natürlich in
die Zwischenräume des durchbrochenen Musters. Nach dem Kühlen wird
der Träger 10 zusammen mit den Leitern aus der Form entnommen, die
Leiter und die Widerstände sind glatt mit der inneren Oberfläche
des Trägers 11.
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Bevor der Träger 11 in dem Schalter brauchbar ist, müssen die
Brücken 31 entfernt werden und elektrische Verbindungen fest
zwischen den Leitern 21, 26 und 22, 27 errichtet werden. Während der
Bildung des durchbrochenen Musters werden angeformte Teile 21c,
22c der Leiter 21, 22 so gebogen, daß sie in rechten Winkeln zu
der Ebene des durchbrochenen Musters so liegen, daß während der
Gießtätigkeit, die den Träger 11 bildet, die Teile 21c, 22c
darüberliegende Bereiche der Leiter 26, 27 durchstoßen. Damit die
elektrische Verbindung zwischen den Leitern an diesem Punkt
sichergestellt ist, wird ein Niedertemperaturlöten oder bevorzugter
ein kalthärtendes Epoxyharzmaterial auf diese Punkte aufgebracht,
an denen die Teile 21c und 22c durch die Leiter 26 bzw. 27 gehen.
Falls notwendig, können die Widerstände 28 und 29 entweder durch
mechanisches Schneiden oder Laserschneiden zugerichtet werden zum
Erzielen der vorbestimmten Widerstandswerte. Die Brücken 31 können
durch ein einziges Stanzen mit geeignet positionierten
Schneideflächen entfernt werden.
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Es ist zu verstehen, daß viele andere elektrische Schaltelemente
hergestellt werden können, in dem die kombinierte Technik des
durchbrochenen Musters und der flexiblen gedruckten Schaltung
benutzt werden, die oben beschrieben sind, und die Erfindung ist
nicht auf die in den Zeichnungen dargestellten Anordnungen
begrenzt. Es ist nicht wesentlich, daß die elektrischen
Schaltungselemente aktive Elemente wie Widerstände enthalten, und falls
gewünscht ist, können die Leiter einfach Verbindungspunkte zum
Hinzufügen anderer elektronischer Komponenten wie integrierter
Schaltungen vorsehen. Die Technik der flexiblen gedruckten Schaltung
nimmt jedoch das Einbauen von gedruckten aktiven Kompontenen auf.
Es ist zu verstehen, daß andere aktive Komponenten eingebaut
werden könnten, falls es gewünscht ist, und es wird überlegt, daß
diese Dioden und möglicherweise Transistoren beinhalten können.
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Das Herstellungsverfahren ist so vorteilhaft, daß die Zahl der
Herstellungsschritte und somit die Toleranzaufsummierung minimiert
wird. Wenn das Schaltelement eine feste Kontaktanordnung für einen
Schalter mit gleitender Tätigkeit bildet, dann vermeidet die
coplanare Anordnung der Kontakte und des dazwischenliegenden
elektrischen Isoliermatieriales die Möglichkeit eines Kontaktstoßes
und vermeidet die Notwendigkeit ein getrennt angewendetes
Einfüllmaterial zwischen benachbarten festen Kontakten vorzusehen.
Zusätzlich stellt das Vermeiden der Lücken zwischen benachbarten
Kontakten sicher, daß während der Relativbewegung des bewegbaren
und festen Kontaktes eine "Kontaktunterbrechung" auftritt, bevor
eine "Kontaktherstellung" auftritt, wo es notwendig ist.