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Die Erfindung betrifft einen elektrischen Schalter nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Solche elektrische Schalter werden als Bedienschalter in Kraftfahrzeugen eingesetzt Beispielsweise können diese dort als Antriebs- und Fahrwerkschalter für die Differentialsperre o. dgl. dienen.
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Derartige elektrische Schalter weisen ein Betätigungsorgan auf, das zwischen zwei oder mehreren Betätigungsstellungen manuell bewegbar ist. Im Gehäuse des Schalters befindet sich ein Sensor, bei dem es sich beispielsweise um ein Kontaktsystem oder ein Potentiometer handeln kann, der zur Abgabe eines der jeweiligen Betätigungsstellung entsprechenden Schaltsignals dient.
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Aus der
US 5 264 768 A ist ein solcher elektrischer Schalter, der als Joystick dient, bekannt. Dieser Schalter besitzt ein manuell bewegbares Betätigungsorgan als Handhabe. Mit dem Betätigungsorgan ist ein Motor gekoppelt, derart daß das Betätigungsorgan elektromotorisch bewegbar ist, um eine vom Benutzer fühlbare Kraft auf das Betätigungsorgan auszuüben. Diese Kraft dient lediglich zur Vermittlung einer Haptik für den Benutzer, während die Bewegung des Betätigungsorgans in die Betätigungsstellungen auf manuelle Weise durch den Benutzer erfolgt.
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Bei der Verwendung als Bedienschalter kann es vorkommen, daß der Benutzer eine falsche Betätigungsstellung manuell einstellt. Insbesondere in Kraftfahrzeugen kann eine solche falsche Betätigungsstellung den jeweiligen Fahrbedingungen nicht angemessen sein, was beispielsweise zu einem höheren Treibstoffverbrauch führen kann Schlimmstenfalls kann daraus sogar eine Gefährdung der Benutzer resultieren. Es mangelt diesen Schaltern somit der Möglichkeit einer nichtmanuellen Korrektur der Betätigungsstellung.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen elektrischen Schalter derart weiterzuentwickeln, daß eine nichtmanuelle Korrektur der Betätigungsstellung des Betätigungsorgans ermöglicht ist, wobei insbesondere eine präzise Bewegung in die Betätigungsstellungen mit einfachen Mitteln erzielt werden soll.
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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 weist, wie herkömmliche Bedienschalter, ein zwischen Betätigungsstellungen manuell bewegbares Betätigungsorgan auf. Zusätzlich ist der Elektromotor mit dem Betätigungsorgan in Wirkverbindung bringbar, derart daß das Betätigungsorgan elektromotorisch wenigstens in eine der Betätigungsstellungen bewegbar ist. Bei anderen Schaltern, nämlich Niederspannungs-Schutzschaltern oder Leistungsschaltern, sind Kraftantriebe zur Auslösung des Schaltvorganges an sich bekannt, wie beispielsweise aus der
EP 0 038 289 B1 oder der
DE 690 24 176 T2 zu entnehmen ist, allerdings dient ein dort angeordnetes Betätigungsorgan allenfalls zur manuellen Notbetätigung bei einem Ausfall des Kraftantriebs. Desweiteren wirkt beim erfindungsgemäßen Schalter eine Rastkulisse an einem Kulissenteil mit einer dem Betätigungsorgan zugeordneten, zur Rastkulisse korrespondierenden Rastkurve derart zusammen, daß die Betätigungsstellungen in der Art von Raststellungen festgelegt sind.
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Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Bevorzugterweise ist das Betätigungsorgan des elektrischen Schalters manuell und/oder nichtmanuell elektromotorisch zwischen allen Betätigungsstellungen bewegbar.
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Insbesondere kann das Betätigungsorgan bei einer manuellen Fehlbetätigung elektromotorisch in die vorhergehende Betätigungsstellung rückbewegbar sein. Weiter kann es sich anbieten, daß die elektromotorische Bewegung von einem mit dem Schalter in elektrischer Verbindung stehenden Steuergerät auslösbar ist, wobei das Steuergerät das Schaltsignal des Schalters zur Feststellung der Betätigungsstellung des Betätigungsorgans auswertet.
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In einer Ausbildung handelt es sich bei dem Schalter nun einen Drehschalter, wobei das Betätigungsorgan als Drehknopf ausgestaltet ist. Eine Welle überträgt dann die Bewegung vom Betätigungsorgan auf einen Sensor zur Erzeugung des Schaltsignals. Zweckmäßigerweise kann das Kulissenteil mittels eines Durchgangslochs so an der Welle angeordnet sein, daß das Kulissenteil gegen die Kraft einer Rückstellfeder axial verschiebbar und mit der Welle verdrehbar ist. Hierzu bietet es sich an, die Welle im Bereich des Durchgangslochs und das Durchgangsloch jeweils mit einen nichtkreisförmigen Querschnitt auszustatten.
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Besonders bevorzugt ist eine Ausgestaltung, bei der die Wirkverbindung zwischen dem Elektromotor und dem Betätigungsorgan mittels eines Malteserkreuz-Getriebes, das aus einem Malteserkreuzrad und einem Kurbeltriebrad besteht, hergestellt ist. Dabei ist beispielsweise das Malteserkreuzrad mit dem Betätigungsorgan koppelbar sowie das Kurbeltriebrad vom Elektromotor über ein Getriebe antreibbar. Das Malteserkreuzrad kann mittels eines einen runden Querschnitt aufweisenden Durchgangsloches derart an der Welle, die in diesem Bereich dann einen kreisförmigen Querschnitt besitzt, angeordnet sein, daß das Malteserkreuzrad bei manueller Drehung der Welle nicht bewegt wird.
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Zweckmäßigerweise ist die Rastkurve an der dem Kulissenteil zugewandten Seite des Malteserkreuzrades angeordnet. Zur Kopplung des Malteserkreuzrades mit dem Betätigungsorgan greift das Kulissenteil kraft- und/oder formschlüssig am Malteserkreuzrad an, beispielsweise indem die Rastkulisse unter Einwirkung der Kraft einer Rückstellfeder in die Rastkurve eingreift. Weiter kann das Malteserkreuzrad an einem Bund an der Welle anliegen, wobei der Bund am Übergang vom kreisförmigen zum nichtkreisförmigen Querschnitt der Welle befindlich ist.
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In einer weiteren Ausgestaltung weist das Getriebe eine Schnecke auf, die vom Elektromotor angetrieben ist und ihrerseits ein Schneckenrad am Kurbeltriebrad antreibt. Mit dem Abtrieb des Elektromotors, und zwar insbesondere mit dem Schneckenrad, können Endschalter in der Art von Mikroschaltern zum Abschalten des Elektromotors zusammenwirken.
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Der Schalter besitzt ein Gehäuse, wobei es sich anbietet, daß der Elektromotor an der dem Betätigungsorgan gegenüberliegenden Seite im Gehäuse angeordnet ist. Gegebenenfalls ist im Gehäuse eine Leiterplatte befindlich. Auf der Leiterplatte sind die Endschalter, der Sensor und eine Leuchtdiode zur Beleuchtung des Schalters angeordnet. Das Licht der Leuchtdiode kann mittels eines Lichtleiters zum Betätigungsorgan und/oder zu einem in der Nähe des Betätigungsorgans, im Gehäuse befindlichen Lichtverteiler für einen das Betätigungsorgan umgebenden Blendenring geführt sein.
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Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß auch dann eine automatische Korrekturmöglichkeit der Betätigungsstellung gegeben ist, wenn diese vom Benutzer nicht korrekt manuell eingestellt ist. Daraus resultiert zum einen ein Zugewinn an Sicherheit sowie zum anderen ein erhöhter Benutzerkomfort.
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Bei den motorischen Verstellmitteln für das Betätigungsorgan handelt es sich um einfache und somit billige Mittel, wobei lediglich ein geringer Ansteueraufwand für die motorischen Verstellmittel notwendig ist. Insbesondere ist kein teuerer sowie aufwendig anzusteuernder Schrittmotor notwendig. Dennoch ist mit diesen einfachen Mitteln eine präzise schrittweise motorische Verstellung des Betätigungsorgans in dessen Betätigungsstellungen ermöglicht. Außerdem ist der erfindungsgemäße Schalter wenig fehleranfällig und besitzt eine hohe Lebensdauer.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung mit Weiterbildungen ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen
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1 einen elektrischer Schalter in perspektivischer Gesamtansicht,
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2 eine Explosionsdarstellung des elektrischen Schalters aus 1,
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3 einen Längsschnitt durch den elektrischen Schalter aus 1,
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4 einen Schnitt entlang der Linie 4-4 in 3,
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5 einen Schnitt entlang der Linie 5-5 in 3 und
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6 eine vergrößerte Darstellung eines Ausschnittes aus 4 im Bereich des Malteserkreuz-Getriebes.
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Ein elektrischer Schalter 1, der als Bedienschalter in einem Kraftfahrzeug angeordnet ist, ist in 1 zu sehen. Der Schalter 1 steht mit einem lediglich schematisch gezeigten Steuergerät 2 in elektrischer Verbindung. Der Schalter 1 dient als Antriebs- und Fahrwerkschalter für die Differentialsperre, wobei das Steuergerät 2 die Differentialsperre entsprechend der vom Benutzer am Schalter 1 vorgenommen Einstellung ansteuert.
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Der Schalter 1 weist ein Gehäuse 3 auf, an dem ein vom Benutzer manuell bewegbares Betätigungsorgan 4 angeordnet ist. Das Betätigungsorgan 4 ist zwischen wenigstens zwei Betätigungsstellungen bewegbar, wobei die Betätigungsstellungen am Gehäuse 3 des Schalters schematisch mit den Symbolen I, II bezeichnet sind.
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Wie aus der Explosionsdarstellung des Schalters 1 gemäß 2 näher hervorgeht, befindet sich im Gehäuse 3 ein Sensor 5, der zur Abgabe eines der jeweiligen Betätigungsstellung des Betätigungsorgans 4 entsprechenden Schaltsignals dient. Der Sensor 5 ist vorliegend als Potentiometer ausgebildet, dessen Ausgangsspannung das dem Steuergerät 2 zugeführte Schaltsignal liefert. Das Steuergerät 2 wertet dieses Schaltsignal zur Feststellung der Betätigungsstellung des Betätigungsorgans 4 aus. Alternativ kann der Sensor 5 auch aus einem elektrischen Kontaktsystem oder einem sonstigen System zur Erzeugung eines Schaltsignals bestehen. Der Sensor 5 ist auf einer im Gehäuse 3 befindlichen Leiterplatte 6 angeordnet.
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Das Betätigungsorgan 4 ist nicht nur, wie bereits erwähnt, manuell sondern auch zusätzlich nichtmanuell, nämlich motorisch durch Ansteuerung mittels des Steuergeräts 2, zwischen den Betätigungsstellungen bewegbar. Beispielsweise kann bei einer nicht optimal an die Fahrbedingungen des Kraftfahrzeugs angepaßten manuellen Einstellung des Schalten 1 durch den Benutzer das Betätigungsorgan 4 motorisch in die vorhergehende Betätigungsstellung rückbewegbar sein, wobei die motorische Rückbewegung von dem Steuergerät 2 auslösbar ist. Zur motorischen Bewegung des Betätigungsorgans 4 ist ein Elektromotor 7 mit dem Betätigungsorgan 4 in Wirkverbindung bringbar, derart daß das Betätigungsorgan 4 elektromotorisch wenigstens in eine der Betätigungsstellungen bewegbar ist. Der Elektromotor 7 ist zweckmäßigerweise an der dem Betätigungsorgan 4 gegenüberliegenden Seite im Gehäuse 3 angeordnet.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung handelt es sich bei dem Schalter 1 um einen Drehschalter, bei dem das Betätigungsorgan 4 als Drehknopf ausgebildet ist. Eine Welle 8 überträgt die Bewegung vom Betätigungsorgan 4 auf den Sensor 5. Die Betätigungsstellungen des Betätigungsorgans 4 sind in der Art von Raststellungen festgelegt. Hierfür ist ein Kulissenteil 9 mittels eines Durchgangslochs so an der Welle 8 angeordnet, daß das Kulissenteil 9 einerseits gegen die Kraft einer Rückstellfeder 15 axial verschiebbar und andererseits mit der Welle 8 verdrehbar ist. Dies wird zweckmäßigerweise dadurch erzielt, indem die Welle 8 im Bereich des Durchgangslochs und auch das Durchgangsloch selbst einen nichtkreisförmigen, zueinander korrespondierenden Querschnitt besitzen. Am Kulissenteil 9 befindet sich eine Rastkulisse 10, die mit einer dem Betätigungsorgan 4 zugeordneten, zur Rastkulisse 10 korrespondierenden Rastkurve 11 zusammenwirkt, wie der 3 entnommen werden kann.
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Wie weiter in 2 zu sehen ist, ist die Wirkverbindung zwischen dem Elektromotor 7 und dem Betätigungsorgan 4 mittels eines Malteserkreuz-Getriebes 12 hergestellt. Das Malteserkreuz-Getriebe 12 besteht aus einem Malteserkreuzrad 13 und einem Kurbeltriebrad 14. Das Malteserkreuzrad 13 ist mittels eines Durchgangsloches derart an der Welle angeordnet, daß das Malteserkreuzrad 13 bei manueller Drehung der Welle 8 nicht bewegt wird. Hierfür weisen sowohl das Durchgangsloch als auch die Welle 8 in dem Bereich, an dem das Durchgangsloch befindlich ist, einen zueinander korrespondierenden runden bzw. kreisförmigen Querschnitt auf. Das Malteserkreuzrad 13 liegt an einem Bund 16 an der Welle 8 an, wobei der Bund 16 am Übergang vom kreisförmigen zum nichtkreisförmigen Querschnitt der Welle 8 befindlich ist. Andererseits ist das Malteserkreuzrad 13 jedoch mit dem Betätigungsorgan 4 koppelbar, um mit Hilfe des Elektromotors 7 das Betätigungsorgan 4 nichtmanuell verstellen zu können. Zur Koppelung des Malteserkreuzrades 13 mit dem Betätigungsorgan 4 dient die Rastkurve 11, die an der dem Kulissenteil 9 zugewandten Seite des Malteserkreuzrades 13 angeordnet ist. Dabei greift zur Koppelung das Kulissenteil 9 kraft- und/oder formschlüssig am Malteserkreuzrad 13 an, indem die Rastkulisse 10 unter Einwirkung der Kraft der Rückstellfeder 15 in die Rastkurve 11 eingreift.
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Das Kurbeltriebrad 14 ist vom Elektromotor 7 über ein Getriebe 17 antreibbar. Das Getriebe 17 besteht aus einer Schnecke 18 und einem Schneckenrad 19, wobei die Schecke 18 vom Elektromotor 7 angetrieben ist und ihrerseits das Schneckenrad 19 am Kurbeltriebrad 14 antreibt. Zum Abschalten des Elektromotors 7 bei Erreichen der jeweiligen Betätigungsstellung wirken Endschalter 20, die in der Art von Mikroschaltern ausgebildet sind, mit dem Abtrieb des Elektromotors 7 zusammen. Die Endschalter 20 sind ebenfalls auf der Leiterplatte 6 angeordnet und werden vom Schneckenrad 19 betätigt.
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Der Schalter 1 kann beleuchtbar ausgestaltet sein, beispielsweise können die Betätigungsstellungen des Betätigungsorgans 4 in der Art von beleuchtbaren Funktionssymbolen auf einem Blendenring 21 gekennzeichnet sein. Der Blendenring 21 umgibt das Betätigungsorgan 4 und ist besonders gut in 2 zu erkennen. Eine Leuchtdiode 22 zur Beleuchtung des Schalters 1 befindet sich auf der Leiterplatte 6. Das von der Leuchtdiode 22 ausgestrahlte Licht ist mittels eines Lichtleiters 23 zu einem in der Nähe des Blendenrings 21 befindlichen Lichtverteiler 24 führbar. Selbstverständlich kann das Licht der Leuchtdiode 22 auch direkt oder über den Lichtverteiler 24 zum Betätigungsorgan 4 weitergeleitet werden, falls eine Beleuchtung des Betätigungsorgans 4 gewünscht ist.
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Die Erfindung ist nicht auf das beschriebene und dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt. Sie umfaßt vielmehr auch alle fachmännischen Weiterbildungen im Rahmen des Erfindungsgedankens. So kann ein derartiger Schalter, bei dem das Betätigungsorgan zusätzlich elektromotorisch nachführbar ist, auch an sonstigen elektrischen Geräten, wie elektrischen Haushaltsgeräten, elektrischen Gartengeräten, Elektrowerkzeugen o. dgl. Verwendung finden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- elektrischer Schalter
- 2
- Steuergerät
- 3
- Gehäuse
- 4
- Betätigungsorgan
- 5
- Sensor
- 6
- Leiterplatte
- 7
- Elektromotor
- 8
- Welle
- 9
- Kulissenteil
- 10
- Rastkulisse (an Kulissenteil)
- 11
- Rastkurve (für Betätigungsorgan)
- 12
- Malteserkreuz-Getriebe
- 13
- Malteserkreuzrad
- 14
- Kurbeltriebrad
- 15
- Rückstellfeder
- 16
- Bund (an der Welle)
- 17
- Getriebe
- 18
- Schnecke
- 19
- Schneckenrad
- 20
- Endschalter
- 21
- Blendenring
- 22
- Leuchtdiode
- 23
- Lichtleiter
- 24
- Lichtverteiler
