Elektrischer Tastschalter

Abstract

 Elektrischer Tastschalter, insbesondere für die stufenweise Betätigung von Fensterhebermotoren in Kraftfahrzeugen.
Bekannte Zwei-Stufen-Druckknopftaster sind mit zwei übereinander angeordneten Schnappfedern ausge­stattet, die mittels eines einzelnen starren Schaltstößels gestuft hintereinander aktiviert werden.
Nachteilig sind die geringe Anzahl von Schalt­positionen, die wegen der einzuhaltenden Her­stellungstoleranzen auftretenden Fertigungsnach­teile sowie die konstruktiv bedingte geringe Belastbarkeit hinsichtlich Schaltleistung und Lebensdauer.
Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, einen mehr­poligen Stufentastschalter, dadurch zu verwirk­lichen, daß der Stufentastschalter mittels einer Betätigungswippe (5) als Wipptaster ausgebildet ist. Ferner ist neben einem starren Schaltstößel (8) auch mindestens ein infolge unterschiedlich stark einwirkender Betätigungskrafte längenverän­derlicher Schaltstößel (9) vorgesehen, in welchem ein druckfederbelastetes Gleitstück (7) verschieb­bar angeordnet ist. Die Schaltstößel (8,9) sind nebeneinander an jeweils einem Wippenarm (A,A′) angeformt und beaufschlagen von der Schwenkachse (16) weg stufenweise fortschreitend unter Stößel­spitzen (S_n, S_n′) liegende Schnappfedern (SF_n, SF_n′), welche auf einer Leiterplatte (3) planar angeordnet sind, wobei die Federkonstanten (D₀, D_n-1) der Schnappfedern (SF_n, SF_n′) sowie der Druckfedern (DF_n-1, DF_n-1′) gemäß D _n-1 > D_n-2 >...> D₂ > D₁ > D₀ dimensioniert sind.
Damit ist ein flachbauender mehrpoliger Wippstufen­taster geschaffen, der insbesondere bei automa­tisierter Fertigung Fertigungsvorteile bietet.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf einen elektrischen Tastschalter der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genann­ten Art.

[0002] 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 Aus­gangsstellung zurückkehren. Tastschalter dienen vorzugs­weise dem kurzzeitigen Schließen (Ein-Taster) oder Öffnen (Aus-Taster) von Stromkreisen. Tastschalter sind als Druckknopftaster oder Wipptaster in vielfältigen Ausführungsformen bekannt.

[0003] Insbesondere für Schaltungen mit niedrigen Spannungen und Strömen sind Tastschalter bekannt geworden, welche mit Hilfe von Schnappfedern einen einzelnen Schaltvor­gang auslösen. Dieses Prinzip findet vorzugsweise Anwendung bei Computer- und Schreibmaschinentastaturen. Die Schnappfedern liegen hierbei mit äußeren Kontakt­füßen 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 Zuschal­tung eines weiteren Stromkreises nicht möglich. Um einen Stufentaster zu schaffen, ist es erforderlich, daß mit demselben Betätigungselement nach einem ersten Schalt­vorgang mindestens ein zweiter ausgelöst wird.

[0004] Es ist ein Zweistufentaster bekannt geworden, 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.

[0005] Nachteilig ist hierbei, die geringe Anzahl der erreich­baren 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 überei­nanderliegenden Schnappfedern sehr feine Herstellungs­toleranzen einzuhalten sind. Auch ist die Belastbarkeit hinsichtlich Schaltleistung und Lebensdauer infolge des größeren Schaltwegs der oberen Schnappfeder gering.

[0006] Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, einen elektrischen Tastschalter der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genann­ten 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.

[0007] Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 gekennzeich­neten Merkmale gelöst. Zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen des Erfindungsgegenstandes sind in den Unteransprüchen näher gekennzeichnet.

[0008] 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 gegen­über dem Stand der Technik zusätzliche Verwendung von in Abhängigkeit von der Betätigungskraft längenvariablen Schaltstößeln ein gleichsinniges stufenweises Durch­schalten ermöglicht.

[0009] Durch die planare Anordnung der Schnappfedern auf einer Leiterplatte läßt sich im Zusammenwirken mit den jeweils parallel zueinander an den Wippenarmen der Betätigungs­wippe angeformten Schaltstößeln der erfindungsgemäße Stufentastschalter besonders vorteilhaft in Flachbau­weise erstellen.

[0010] Ferner wird infolge der zur Schwenkachse der Betäti­gungswippe achsensymmetrischen Anordung der Schaltstößel wegen der hierdurch erreichten symmetrischen Kraft- und Hebelverhältnisse eine bedienerfreundliche Ausgestaltung des Erfindungsgegenstandes ermöglicht.

[0011] Die vorzugsweise kalottenförmig gestalteten Schnapp­federn bewirken in Verbindung mit einem alternierenden Auf-Lücke-Setzen der Schnappfedern eine besonders platzsparende Anordnung.

[0012] Fertigungsvorteile lassen sich dadurch erzielen, daß die Schnappfedern mittels einer Positionierungsplatte vorpositioniert und über eine Leiterplatte gelegt werden. Dadurch ist bei dem erfindungsgemäßen Stufen­tastschalter der elektrische Teil (Leiterplatte, Posi­tionierungsplatte mit Schnappfedern) und der mechanische Teil (Betätigungswippe mit angeformten Schaltstößeln) fertigungstechnisch getrennt. Das Anlöten von geson­derten Kontaktanschlüssen kann entfallen.

[0013] 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 Betätigungs­wippe ist eine Ruheposition festgelegt. Durch das bei Betätigung der Betätigungswippe zunächst bewirkte Umspringen der schwenkachsennah angeordneten Schnapp­feder (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.

[0014] Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend mit Hilfe der Zeichnungen näher beschrieben und er­läutert.

[0015] Es zeigen:

Figur 1: Den erfindungsgemäßen Stufentastschalter in Schnittdarstellung gemäß der in Figur 2 eingezeichneten Schnittlinie A-B gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel.

Figur 2: Eine Aufsicht auf die Anordnung der vom erfindungsgemäßen Stufentastschalter zu aktivierenden Schnappfedern ohne Gehäuseober­teil und ohne Betätigungswippe gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,

Figur 3: eine schematische Ansicht einer Hälfte des erfindungsgemäßen Stufentastschalters in Ausgangsposition P₀ gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel mit n=3 Schaltstößeln 8,9.

[0016] Nachfolgend wird ein erstes Ausführungsbeispiel be­schrieben. Wie Figur 1 erkennen läßt, weist der erfin­dungsgemäße 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 Betäti­gungswippe 5 positioniert sind.

[0017] Im Gehäuseoberteil 2 ist die zweiarmige Betätigungswippe 5 um eine parallel zur Positionierungsplatte 4 ver­laufende Schwenkachse 16 ortsfest schwenkbar gelagert. An jedem, vorzugsweise großflächig ausgebildeten Wippen­arm A, A′ der Betätigungswippe 5 sind senkrecht hierzu zwei jeweils in Richtung der vier Schnappfedern SF₁, SF₂ SF₁′, SF₂′ 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 feder­belasteten 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 Rast­nasen 11 gehalten wird. Das Gleitstück 7 wird durch eine vorgespannte Druckfeder DF₁ druckbeaufschlagt, wobei die Druckfeder DF₁ 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 dimensio­niert, daß er abhängig vom maximalen Federweg Δx der Schnappfedern SF_n, SF_n′ sowie von der Anzahl n (n = 1,2,3 ...) der insgesamt auf einer Betatigungswippen­seite jeweils angeformten Schaltstößel 8,9 (n-1)Δx beträgt. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel mit einem ersten Schaltstößel 8 und einem zweiten Schaltstößel 9 ist das Gleitstück 7 somit um Δx verschiebbar.

[0018] Der erste Schaltstößel 8, welcher in Ausführungsbei­spielen mit n Schaltstößeln im Vergleich zu den zweiten Schaltstößeln 9 stets der am weitesten von der Schwenk­achse 16 beabstandete Schaltstößel ist, ist in sich starr ausgebildet, so daß er seine Länge nicht verändern kann. Seine Länge ist stets um (n-1)Δx kürzer als die Länge des schwenkachsennächsten zweiten Schaltstößels 9 in einer Ruheposition P₀.

[0019] Figur 2 zeigt eine Aufsicht auf die in der Positio­nierungsplatte 4 angeordneten Schnappfedern SF₁, SF₂, SF₁′, SF₂′. Deren Kalottenscheitel K₁, K₂, K₁′, K₂′ sind direkt unterhalb von Stößelspitzen S₁, S₂, S₁′, S₂′ positioniert. Die Schnappfedern SF₁, SF₂, SF₁′, SF₂′ sind bevorzugt kalottenförmig ausgebildet, wobei drei rotationssymmetrisch um den jeweiligen Kalottenscheitel sowie parallel zur Kalottenhöhe geführte Kalottenab­schnitte durchgeführt sind.

[0020] Die Funktionsweise des erfindungsgemäßen Stufentast­schalters soll nachfolgend am ersten Ausführungsbeispiel beschrieben werden. In der Ruheposition P₀, in welcher der Kippwinkel α der Betätigungswippe 5 Null Grad beträgt, liegen die Stößelspitzen S₁, S₂ der Schalt­stößel 8, 9 in einer mit der Positionierungsebene der Positionierungsplatte 4 den maximalen Kippwinkel α bildenden Ausrichtungsebene 15. Die Stößelspitze S1 des zweiten Schaltstößels 9 liegt hierbei auf dem Kalotten­scheitel K1 der zugeordneten Schnappfeder SF₁ auf. Die Stößelspitze S2 des ersten Schaltstößels 8 hat in der Ruheposition P₀ vom Kalottenscheitel K2 der dem ersten Schaltstoßel 8 zugeordneten Schnappfeder SF₂ den Abstand Δx. Da die Federkonstante D1 der im zweiten. Schaltstößel 9 angeordneten Druckfeder DF₁ so dimensio­niert ist, daß sie größer als die Federkonstante D₀ der Schnappfedern SF_n, SF_n′ ist, wird erreicht, daß durch eine auf die Betätigungswippe 5 wirkende Betätigungs­kraft zunächst die dem zweiten Schaltstößel 9 zugeord­nete Schnappfeder SF₁ umspringt. Da sich direkt mittig unter der Schnappfeder SF₁ eine Leiterbahn befindet, wird über die Schnappfeder SF₁ eine Verbindung von Leiterbahnen hergestellt. Die Spitze S₂ des ersten Schaltstößels 8 liegt hierbei auf dem Kalottenscheitel K₂ auf. Damit ist eine erste Schaltposition P₁ erreicht. Wenn nun die Betätigungskraft an der Betätigungswippe 5 weiter erhöht wird, wird die Druckfeder DF₁ innerhalb des zweiten Schaltstößels 9 um Δx 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 SF₂ aktiviert. Damit ist die zweite Schaltposition P₂ ausgelöst. Entsprechendes gilt für die andere Seite der Betätigungswippe 5.

[0021] Die Funktionsweise des erfindungsgemäßen Stufentast­schalters soll anhand Figur 3 an einem weiteren Aus­führungsbeispiel 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 längen­variable zweite Schaltstößel 9, während der von der Schwenkachse 16 am weitesten beabstandete Schaltstößel ein starrer erster Schaltstößel 8 ist. In der Ruhepo­sition P₀ liegt die Stößelspitze S₁ auf der zugeordneten Schnappfeder SF₁ auf. Die Stoßelspitze S2 ist vom Kalottenscheitel K2 der zugeordneten Schnappfeder SF₂ um Δx entfernt. Die Stößelspitze S3 des ersten Schaltstößels 8 ist vom Kalottenscheitel K3 der diesem zugeordneten Schnappfeder SF₃ um 2Δx entfernt. Nach dem Aktivieren der ersten Schaltposition P₁ liegt S2 auf der zugeord­neten Schnappfeder SF₂ auf, während S3 um Δx von der zugeordneten Schnappfeder SF₃ entfernt ist. Beim Akti­vieren der zweiten Schaltposition P₂ wird der schwenk­achsennahe zweite Schaltstößel 9 um Δx verkürzt, da die Federkonstante D2 des mittleren zweiten Schaltstößels 9 größer als die Federkonstante D1 der Druckfeder DF₁ 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 SF₃ aktiviert und die dritte Schaltposition P₃ ausgelöst. Hierbei hat sich die im mittleren zweiten Schaltstoßel 9 angeordnete Druckfeder DF₂ um Δx zusammengeschoben, während die im schwenkachsennahen zweiten Schaltstößel 9 befindliche Druckfeder DF₁ sich um 2 Δx zusammengeschoben hat. Nach Erreichen der dritten Arbeitsposition P3 liegen die Stößelspitzen S1, S2, S3 alle in der durch die Positionierungsplatte 4 vorgegebenen Positionierungsebene. Durch geeignete Dimensionierung der Federkonstanten D₁, D₂ der in den beiden zweiten Schaltstößeln 9 angeordneten Druckfedern DF₁, DF₂, wobei D2 größer D1 größer D0 gilt, läßt sich somit ein Stufentastschalter mit drei Arbeitsstellungen P₁, P₂, P₃ auf jeder Seite der Betätigungswippe 5 schaffen.

Ansprüche

1. Elektrischer Tastschalter, insbesondere für die stufenweise Betätigung von Fensterhebermotoren in Kraftfahrzeugen, mit mindestens zwei Schnappfedern, dadurch gekennzeichnet, daß er eine bis zu einem maxi­malen Kippwinkel α um eine ortsfeste Schwenkachse (16) kippbare und aus einer stabilen Ausgangsposition (P₀) 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 Schwenk­achse (16) unterschiedlich beabstandete, einen schwenk­achsenfernst angeordneten sowie längenkonstanten ersten Schaltstößel (8) und mindestens einen betätigungskraft­abhängig 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 Betäti­gungswippe (5) zunehmend angreifender Betätigungskräfte von der Schwenkachse (16) weg stufenweise fortschreitend jeweils längs eines maximalen Federwegs Δx einzu­federnde Schnappfedern (SF_n, SF_n′) der Federkonstante D₀ in einer durch eine Positionierungsplatte (4) vorge­gebenen 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)Δx verschiebbares, mittels einer Druckfeder (DF_n-1, DF_n-1′) beaufschlagtes Gleitstück (7) aufweisen, wobei die jeweilige Druckfeder (DF_n-1, DF_n-1′) einer­seits in einem ersten Sackloch (13) des zweiten Schalt­stößels (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 D₀ der Schnappfedern (SF_n, SF_n′) und daß die jeweilige Feder­konstante D_n-1 der Druckfedern (DF_n-1, DF_n-1′) jeweils größer ist als die Federkonstante D_n-2 einer benach­barten 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 (P₀) die Stößelspitzen (Sn, Sn,) 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′) der Positionierungsebene liegen.

2. Elektrischer Tastschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die in die Schaltpositionen (Pn) verbringbaren Schaltstößel (8,9) des ersten Wippen­arms (A) und die in die Schaltpositionen (P_n′) verbring­baren 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 vorher­gehenden 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 vorher­gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Wippenarm (A, A′) breitflächig ausgebildet ist.

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

Zeichnung