Elektrischer Schalter

Abstract

 Der elektrische Schalter (2) ist insbesondere für Haushaltsgeräte vorgesehen und weist eine Kontaktfeder (4) sowie ein auf die Kontaktfeder (4) einwirkendes Schaltelement (14), beispielsweise einen Drehknopf, auf. Der Kontaktfeder (4) ist ein Gegenkontakt (12) zugeordnet, welcher auf einer Leiterplatte (8) aufgebracht ist und eine Carbonschicht aufweist. Durch die Carbonbeschichtung ist eine hohe mechanische Beständigkeit bei vergleichsweise geringen Kosten erzielt.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft einen elektrischen Schalter, insbesondere einen Schalter für ein Haushaltsgerät. Der Schalter ist insbesondere ein Wahlschalter mit unterschiedlichen Schaltzuständen.

[0002] Bei den einzelnen Komponenten für Haushaltsgeräte, insbesondere für die so genannte weiße Ware, wie beispielsweise Spülmaschinen, Herde etc. besteht ein hoher Kostendruck. Gleichzeitig müssen die einzelnen Komponenten über mehrere Jahre problemlos und ausfallsicher funktionieren.

[0003] Bei einem Schalter wird bei einem Schaltvorgang üblicherweise eine Kontaktfeder durch Betätigung eines Schaltelements, beispielsweise ein Drehknopf oder eine Taste, gegen einen Gegenkontakt gedrückt oder es sind Schleifkontakte vorgesehen. Um über Jahre hinweg ein zuverlässiges und ausfallsicheres Schalten zu gewährleisten, müssen die üblicherweise als Federkontakte ausgebildeten Kontakte und die Gegenkontakte verschleißarm ausgebildet sein. Gegenwärtig wird hierbei derart vorgegangen, dass sowohl die Kontakte als auch die Gegenkontakte beispielsweise durch eine Gold- oder Silberbeschichtung "veredelt" werden. Aufgrund der hohen Materialpreise ist ein Versilbern oder ein Vergolden der Kontakte/Gegenkontakte jedoch vergleichsweise teuer.

[0004] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen preisgünstigen Schalter bei gleichzeitig hoher Verschleißfestigkeit zu ermöglichen.

[0005] Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst durch einen elektrischen Schalter mit zumindest einer Kontaktfeder und einem auf die Kontaktfeder einwirkenden Schaltelement und zumindest einem der Kontaktfeder zugeordneten Gegenkontakt. Der Gegenkontakt ist hierbei auf eine Leiterplatte aufgebracht und weist eine Carbonschicht auf. Bei diesem Schalter wird also das bisher teure und aufwändige Vorgehen, nämlich die Veredelung eines Gegenkontakts durch Versilbern oder Vergolden, dadurch ersetzt, dass auf eine Leiterplatte eine Carbonschicht aufgebracht wird. Es ist also auf der Leiterplatte eine Kontaktfläche aus Carbon gebildet.

[0006] Ein entscheidender Vorteil der Verwendung der auf der Leiterplatte aufgebrachten Carbonschicht ist zum einen in der Kostenersparnis im Vergleich zum Versilbern oder Vergolden bei einem herkömmlichen Gegenkontakt zu sehen. Zum anderen weist die Carbonschicht eine sehr hohe mechanische Widerstandsfähigkeit auf, so dass die Funktionsfähigkeit des Schalters auch über eine lange Zeit gewährleistet ist. Die Erfindung geht hierbei weiterhin von der Überlegung aus, dass zwar die Carbonschicht eine geringere Leitfähigkeit als beispielsweise eine Gold- oder Silberschicht aufweist, dass jedoch bei Schaltvorgängen lediglich ein "digitales" Schaltsignal ausgewertet werden muss und nicht etwa eine Signalintensität. Insofern ist die geringere Leitfähigkeit für einen Schalter, mit dem zwischen unterschiedlichen Schaltzuständen gewechselt wird (ein/aus von untergeordneter Bedeutung).

[0007] Bevorzugt ist der Gegenkontakt hierbei als Ganzes durch die Carbonschicht gebildet. Es erfolgt also keine Beschichtung eines bestehenden Kontaktelements zur Ausbildung des Gegenkontakts.

[0008] Gemäß einer zweckdienlichen Weiterbildung ist der Gegenkontakt auf die Leiterplatte aufgedruckt. Durch das in der Leiterplattentechnologie übliche Druckverfahren ist ein kostengünstiges Verfahren zum Aufbringen des Gegenkontakts bereitgestellt, so dass insgesamt die Herstellungskosten gering gehalten sind.

[0009] In einer bevorzugten Ausgestaltung liegt die Schichtdicke der aufgebrachten Carbonschicht etwa zwischen 5 und 12 µm. Im Vergleich zu einer herkömmlichen Beschichtung eines Kontakts, bei der etwa 35 bis 70 µm aufgebracht werden, ist die Schichtdicke daher deutlich reduziert. Dies wird nicht zuletzt durch die gute Abriebfestigkeit der Carbonschicht ermöglicht.

[0010] Vorzugsweise ist die Leiterplatte mit dem aufgebrachten Gegenkontakt zugleich eine Steuerplatine mit einem darauf integrierten Schaltungsmuster. Für die Gegenkontakte ist daher keine separate Leiterplatte vorgesehen. Vielmehr sind die Gegenkontakte unmittelbar in eine komplexe Schalt- oder Steuerplatine, die neben Leitungsbahnen auch einzelne Steuerbausteine oder Bauelemente enthalten kann, integriert. Das Schaltungsmuster besteht hierbei insbesondere aus unveredelten Leiterbahnen, beispielsweise aus Kupfer. Zum Zwecke der Kosteneinsparung wurde nämlich bisher für die Gegenkontakte jeweils eine eigene Leiterplatte vorgesehen, bei der dann die entsprechend kurzen Leiterbahnstücke vergoldet oder versilbert wurden. Diese Leiterplatte mit den Gegenkontakten wurde dann mit einer Steuerplatine elektrisch leitend beispielsweise durch Löten o.dgl. verbunden. Dieses an sich etwas aufwändigere Verfahren mit der getrennten Leiterplatte wurde deswegen gewählt, da ansonsten verfahrenstechnisch bedingt sämtliche Leiterbahnen der Steuerplatine veredelt hätten werden müssen, was zu hohen Kosten geführt hätte. Im Unterschied hierzu ist nunmehr durch die insbesondere drucktechnische Aufbringung der Carbonschicht ein leiterplatten-spezifisches Herstellungsverfahren gewählt, so dass die Carbonschicht problemlos in den Herstellungsprozess der Leiterplatte integriert ist und problemlos nur in den gewünschten Teilbereichen aufgebracht wird.

[0011] Das Schaltelement, also der Drehknopf oder auch der Taster, ist bevorzugt unmittelbar mit der Leiterplatte verbunden, insbesondere ist das Schaltelement in der Leiterplatte verrastet. Das Schaltelement ist hierbei üblicherweise ein Kunststoff-Spritzgussteil, in den die metallenen Federkontakte eingelegt sind. Durch die Verrastung mit der Leiterplatte wird ein Gegenlager für die Erzeugung des notwendigen Kontaktdrucks zwischen dem Federkontakt und dem Gegenkontakt bereitgestellt.

[0012] Gemäß einer zweckdienlichen Weiterbildung ist zu Zwecken der Kosteneinsparung weiterhin vorgesehen, dass die Kontaktfeder aus Edelstahl besteht, dass sie also insbesondere unbeschichtet und nicht weiter veredelt ist. Es hat sich nämlich gezeigt, dass eine derartige unbeschichtete Edelstahlfeder in Verbindung mit einer als Gegenkontakt ausgebildeten Carbonschicht den Anforderungen genügt.

[0013] Im Hinblick auf eine möglichst hohe Elastizität der Kontaktfeder und im Hinblick auf eine möglichst hohe Kontaktsicherheit ist die Kontaktfeder zudem vorteilhafterweise nach Art eines Federkamms ausgebildet. Die Kontaktfeder weist also in ihrem endseitigen Kontaktbereich zumindest zwei Federzungen auf. Um mit dem Schalter zwischen verschiedenen Schaltzuständen wählen zu können, sind insbesondere mehrere Kontaktfedern vorgesehen, denen jeweils ein Gegenkontakt zugeordnet ist. Dabei ist der Schalter derart ausgebildet, dass die jeweiligen Kontaktpaare nach Art von Tasten aufeinander gepresst werden. Die einzelnen Kontaktpaare sind daher bevorzugt nicht als Schleifkontakte ausgebildet.

[0014] In einer vorteilhaften Ausbildung ist das Schaltelement auf der Vorderseite der Leiterplatte und die Gegenkontakte sind auf der Rückseite der Leiterplatte angeordnet. Die im Schaltelement angeordneten Kontaktfedern sind hierbei durch entsprechende Öffnungen in der Leiterplatte von der Vorderseite zu den auf der Rückseite angeordneten Gegenkontakten geführt. Die Kontaktfedern hintergreifen daher die Leiterplatte und werden quasi von unten gegen die Gegenkontakte gepresst. Bei dieser Ausführungsvariante sind die Kontakte ohne Einwirkung des Schaltelements aufgrund der Federkraft geschlossen und zum Schalten wird die Kontaktfeder mit Hilfe des Schaltelements vom Gegenkontakt weggedrückt, also geöffnet.

[0015] Vorzugsweise ist der Schalter als ein Drehwahlschalter ausgebildet, bei dem die einzelnen Kontaktpaare insbesondere nach Art von Tasten und nicht als Schleifkontakte ausgebildet sind.

[0016] Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen jeweils in schematischen Darstellungen:

Fig. 1

eine Aufsicht auf eine Leiterplatte mit aufgebrachten Gegenkontaktelementen und kammartigen Kontaktfedern,

Fig. 2

eine Aufsicht auf einen Schalter in Anlehnung an Fig. 1, bei dem zusätzlich ein als Drehknopf ausgebildetes Schaltelement ange-deutet ist,

Fig. 3

einen Querschnitt durch einen Schalter in einer ersten Ausführungsvariante, und

Fig. 4

einen Querschnitt durch einen Schalter gemäß einer zweiten Ausführungsvariante.

[0017] In den Figuren sind gleich wirkende Bauteile mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

[0018] Gemäß den Fig. 1 und 2 sind bei einem Schalter 2 - hier nur ausschnittsweise gezeigt - insgesamt vier Kontaktfedern 4 vorgesehen, die jeweils paarweise beidseitig zu einem Befestigungsloch 6 einer Leiterplatte 8 angeordnet sind. Die Kontaktfedern 4 sind an ihrem Freiende jeweils kammartig ausgebildet und weisen jeweils zwei elastische Federzungen 10 auf. Den Federzungen 10 zugeordnet sind Gegenkontakte 12 (in Fig. 2 nicht dargestellt). Diese sind als eine auf die Leiterplatte 8 aufgedruckte Carbonbeschichtung nach Art von Kontaktpads ausgebildet.

[0019] In den nur schematischen Darstellungen der Zeichnung sind die weitergehende Verdrahtung oder Beschaltung der Kontaktfedern 4 und der Gegenkontakte 12 nicht dargestellt. Üblicherweise sind auf der Leiterplatte 8 neben den einzelnen Schaltbauteilen des Schalters 2 auch ein Leiterbahnmuster sowie Elektronikbausteine integriert und die Leiterplatte 8 ist insgesamt als eine Steuerplatine ausgebildet. Eine derartige Steuerplatine ist beispielsweise hinter einer Bedienblende eines Haushaltsgeräts, wie beispielsweise ein Elektroherd oder eine Spülmaschine, angeordnet und übernimmt zumindest eine Vielzahl der Steuer-und Regelungsfunktionen für den Betrieb des Haushaltsgeräts.

[0020] Das zentrale Befestigungsloch 6 dient zur Befestigung eines Schaltelements 14, welches in Fig. 2 schematisch angedeutet ist. Im Ausführungsbeispiel der Fig. 2 ist das Schaltelement 14 ein Drehknopf, welcher an seiner Unterseite insbesondere mit Noppen versehen ist, die in Abhängigkeit der Stellung des Schaltelements eine jeweilige Kontaktfeder 4 gegen den zugeordneten Gegenkontakt 12 pressen.

[0021] Das Schaltelement 14 ist insbesondere ein Kunststoff-Spritzgussteil und weist zur Befestigung an der Leiterplatte 8 neben einem zentralen Befestigungszapfen 16 weitere Befestigungszapfen 18 auf, die seitlich zum zentralen Befestigungszapfen 16 angeordnet sind, wie dies den Querschnittsdarstellungen gemäß den Fig. 3 und 4 zu entnehmen ist. Mit den Befestigungszapfen 16,18 wird das Schaltelement 14 mit der Leiterplatte 8 kraft- und formschlüssig verbunden. Hierzu wird der zentrale Befestigungszapfen 16 durch das Befestigungsloch 6 und die weiteren Zapfen 18 durch ihnen zugeordnete weitere Befestigungslöcher 20 hindurchgeführt.

[0022] Wie insbesondere aus den Schnittdarstellungen zu entnehmen ist, sind die Kontaktfedern 4 zu ihrem Freiende und den Federzungen 10 hin gekröpft ausgebildet.

[0023] Bei der Ausführungsvariante gemäß der Fig. 3 wird bei Betätigung durch das Schaltelement 14 von diesem ein Druck auf die Kontaktfeder 4 ausgeübt, so dass diese mit ihrer Federzunge 10 gegen den darunter liegenden Gegenkontakt 12 (in Fig. 3 und 4 nicht explizit dargestellt) gepresst wird. Aufgrund der Abkröpfung und der federelastischen Ausbildung gleitet hierbei das Freiende mit den Federzungen 10 etwas über die Kontaktfläche der Gegenkontakte 12, so dass ein guter elektrischer Kontakt ausgebildet wird.

[0024] Beim Ausführungsbeispiel gemäß der Fig. 4 ist die Abkröpfung der Kontaktfeder 4 derart ausgebildet, dass die Kontaktfeder 4 von einer Vorderseite 22, von der das Schaltelement 14 zugänglich ist, durch die Leiterplatte 8 hindurchgeführt und an deren Rückseite 24 am Gegenkontakt zum Anliegen kommt. Aufgrund der federelastischen Ausbildung ist in dieser Ausführungsvariante der Kontakt zwischen dem Gegenkontakt 12 und der Kontaktfeder 4 im Normalzustand geschlossen, d.h. die Kontaktfeder 4 liegt am Gegenkontakt 12 an. Lediglich bei Betätigung des Schaltelements 14 wird die Kontaktfeder 4 nach unten weggedrückt, so dass der Kontakt geöffnet wird.

[0025] Ein wesentlicher Gesichtspunkt des Schalters 2 ist die Ausbildung der Gegenkontakte 12, die eine Carbonbeschichtung mit einer Dicke von vorzugsweise zwischen etwa 5 und 12 µm aufweisen, bzw. die insgesamt als Carbonschicht ausgebildet sind. Bei der zweitgenannten Alternative ist daher unterhalb der Carbonschicht keine weitere Leiterbahn vorgesehen. Vielmehr ist die Carbonschicht unmittelbar auf die Leiterplatte 8 insbesondere drucktechnisch aufgebracht. Zur Signalweiterleitung sind die Gegenkontakte 12 in diesem Fall beispielsweise mit herkömmlichen Kupfer-Leiterbahnen verbunden, indem die Carbonschicht die jeweilige Leiterbahn beispielsweise teilweise überlappt.

[0026] Aufgrund der Carbonschicht weisen die Gegenkontakte 12 eine sehr gute Abriebfestigkeit und damit eine sehr hohe Langzeitbeständigkeit auf. Gleichzeitig sind sowohl die Materialkosten für das Aufbringen der Carbonschicht als auch die Verfahrenskosten, insbesondere beim Aufdrucken der Carbonschichten, sehr gering.

[0027] Zur Ausbildung eines guten elektrischen Kontakts mit möglichst geringem Kontaktwiderstand zwischen dem Gegenkontakt 12 und der Kontaktfeder 4 ist zudem die Ausgestaltung der Kontaktfedern 4 mit ihrer gekröpften Ausbildung und den elastischen Federzungen 10 von Vorteil. Da die Federzungen bei Betätigung mittels des Schaltelements 14 den Gegenkontakt 12 nicht nur berühren sondern auch auf dem Gegenkontakt 12 unter Druck verschoben werden, wird eine gute Oberflächenkontaktierung zwischen der Kontaktfeder 4 und dem Gegenkontakt 12 erzielt. Da die Carbonschicht im Vergleich zu einer herkömmlichen Gold- oder Silberschicht eine geringere elektrische Leitfähigkeit aufweist, ist dies von besonderer Bedeutung.

[0028] Ein weiterer Vorteil des Schalters 2 ist darin zu sehen, dass die Kontaktfedern 4 vorzugsweise lediglich aus Edelstahl ausgebildet sind und keine weitere Veredelung, beispielsweise eine Beschichtung mit Gold oder Silber im Bereich der Kontaktfedern 4 aufweisen. Es hat sich nämlich gezeigt, dass in Verbindung mit der Carbonbeschichtung die Verwendung von einfachen Edelstahl-Kontaktfedern 4 ausreichend für die Gewährleistung der Funktionsfähigkeit des Schalters 2 ist.

[0029] Insgesamt ist durch diese Maßnahmen ein kostengünstiger Schalter verwirklicht, dessen Funktionsfähigkeit aufgrund der guten Abriebfestigkeit der Carbonschicht über einen sehr langen Zeitraum gewährleistet ist. Ein derartiger Schalter dient insbesondere zur Verwendung bei Haushaltsgeräten der so genannten weißen Ware, wie beispielsweise Elektroherde, Spülmaschinen etc.. Der Schalter 2 kann natürlich aber auch in anderen Bereichen eingesetzt werden.

Bezugszeichenliste

[0030] 

2

Schalter

4

Kontaktfeder

6

Befestigungsloch

8

Leiterplatte

10

Federzunge

12

Gegenkontakt

14

Schaltelement

16

Befestigungszapfen

18

weiterer Befestigungszapfen

20

weitere Befestigungslöcher

22

Vorderseite

24

Rückseite

Ansprüche

1. Elektrischer Schalter (2) mit zumindest einer Kontaktfeder (4) und einem auf die Kontaktfeder (4) einwirkenden Schaltelement (14) und mit einem der Kontaktfeder (4) zugeordneten Gegenkontakt (12), der auf einer Leiterplatte (8) aufgebracht ist und eine Carbonschicht aufweist.

2. Schalter (2) nach Anspruch 1, bei dem der Gegenkontakt (12) durch die Carbonschicht gebildet ist.

3. Schalter (2) nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Carbonschicht aufgedruckt ist.

4. Schalter (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die Schichtdicke der aufgebrachten Carbonschicht etwa zwischen 5 und 12 µm liegt.

5. Schalter (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Leiterplatte (8) zugleich eine Steuerplatine mit einem darauf integrierten Schaltungsmuster ist.

6. Schalter (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Schaltelement (14) mit der Leiterplatte (8) verbunden, insbesondere verrastet ist.

7. Schalter (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Kontaktfeder (4) aus Edelstahl besteht.

8. Schalter (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Kontaktfeder (4) als Federkamm ausgebildet ist.

9. Schalter (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem mehrere Kontaktfedern (4) vorgesehen sind, denen jeweils ein Gegenkontakt (12) zugeordnet ist, wobei die Kontaktfedern (4) zur Kontaktierung gegen den jeweiligen Gegenkontakt (12) gepresst werden.

10. Schalter (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Schaltelement (14) auf der Vorderseite (22) der Leiterplatte (8) und der Gegenkontakt (12) auf der Rückseite (24) angeordnet sind, wobei die Kontaktfeder (4) die Leiterplatte (8) hintergreift und zu dem auf der Rückseite (24) angeordneten Gegenkontakt (12) geführt ist.

11. Schalter (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, der als Drehwahlschalter ausgebildet ist.

Zeichnung