DE19707170A1 - Stufenschalter - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Schalter mit mindestens zwei rastenden Schaltstellungen der einen Kontaktträger und ein Überbrückungselement aufweist, wobei mit dem Überbrückungselement ein elektrischer Kontakt zwischen einem Paar von einander zugeordneten und auf dem Kontaktträger angeordneten Kontaktelementen herstellbar ist.

Derartige Schalter werden zur Einstellung von Gebläsestufen in Kraftfahrzeugheizungen oder -klimaanlagen eingesetzt. Da die Lüfter dieser Aggregate Leistungen von bis zu 500 Watt haben, müssen die Schalter so ausgelegt sein, daß sie entsprechend große Stromstärken schalten können. Bekannte Schalter weisen daher zwei separate Baugruppen auf, wobei die eine Baugruppe den mechanischen Rastvorgang realisiert und die andere Baugruppe den elektrischen Schaltvorgang bewerkstelligt. So bildet beispielsweise ein Zahnrad einen Teil eines Rastgehemmes während Federschleifkontakte, die auf der Stirnfläche eines auf derselben Welle angeordneten scheibenförmigen Kontaktträgers angebracht sind, für die Kontaktierung zwischen den Kontakten einer Leiterplatte sorgen.

In einer anderen bekannten Ausführungsform werden Federkontakte durch eine Nockenwelle gesteuert, wobei die Federkontakte durch zusätzliche Schraubenfedern an die Gegenkontakte gepreßt werden. Die Rastung wird wiederum mittels einer separaten Baugruppe bewerkstelligt.

Nachteilig an den bekannten Schaltern ist, daß zwischen den rastenden Schaltstellungen Zwischenstellungen möglich sind, die versehentlich durch die Bedienperson eingestellt werden können. Bei diesen Zwischenstellungen liegen die Schleifkontakte nur teilweise auf den entsprechenden Gegenkontakten, so daß es durch die Verminderung des Leitungsquerschnittes zu einem erhöhten Widerstand kommt. Dabei fließen entsprechend hohe Ströme, die zu einer starken Erwärmung führen. Durch die Überhitzung kommt es in extremen Fällen zur Funkenbildung und zum Abbrand. Zudem verursachen die unregelmäßigen Ströme Störfelder, die sich nachteilig auf die Elektronik auswirken.

Ein weiterer Nachteil ist, daß die Federkraft der Federkontakte wegen der Materialbeanspruchung durch die hohen Ströme nachläßt, so daß die oben genannten Nachteile wegen des sich verringernden Leitungsquerschnittes verstärkt werden. Außerdem weisen die bekannten Schalter viele Teile auf und sind dementsprechend störanfällig.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Schalter mit rastenden Schaltstellungen zu schaffen, der bei einfacher Bauart hohe Stromstärken (bis etwa 40 Ampere) zuverlässig und mit großem Bedienkomfort schaltet.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Schalter nach dem Anspruch 1 gelöst.

Vorteilhafte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Schalters sind in den Unteransprüchen aufgeführt.

Wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Schalters ist, daß die mechanische Rastung und die elektrischen Schaltvorgänge in einer gemeinsamen Baugruppe realisiert sind. So bildet der Kontaktträger, der als Zahnrad oder Zahnstange ausgebildet ist und auf dessen Zahnleiste die elektrischen Kontaktelemente aufgebracht sind, das gesperrte Teil und das Überbrückungselement das sperrende (Sperr)teil eines Rastgehemmes. Mit dieser einfachen Konstruktion ist der Schalter besonders robust und preiswert in der Herstellung. Er zeichnet sich zudem durch seine hohe Zuverlässigkeit aus. Vorteilhaferweise wird der erfindungsgemäße Schaltmechanismus für die Beschaltung von Ventilatoren von Heiz- oder Klimaanlagen in Kraftfahrzeugen eingesetzt. Der Einsatz des Rastgehemmes bietet dabei eine große Zahl von konstruktiven Möglichkeiten. So läßt sich ein Rastgehemme beispielsweise in einer drehbaren oder einer linear verschieblichen Form verwirklichen und dadurch den entsprechenden Gegebenheiten des Kraftfahrzeuges anpassen.

Vorteilhaft an dem erfindungsgemäßen Schalter ist, daß er insbesondere wegen der V-Form einen guten mechanischen Kontakt mit günstiger Kontaktfläche und hohem Anpreßdruck bewirkt, der auf zwei Seiten anliegt. Darüber hinaus ist er präzise ohne Zwischenstellungen einstellbar. Beim Betätigen des Schalters kommt es nur zu kurzzeitigen Verringerungen des Leitungsquerschnittes, so daß die Gefahr der Überhitzung durch erhöhten Stromfluß gebannt und die Entstehung von Störfeldern ausgeschlossen ist. Weiterhin vorteilhaft ist, daß die federnden Teile nicht stromführend sind und somit keiner zusätzlichen Materialermüdung unterliegen. Die Federkraft bleibt über eine lange Dauer erhalten. Der erfindungsgemäße Schalter zeichnet sich außerdem durch eine hohe Lebensdauer aus.

In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform weist der Schalter zwei Überbrückungselemente auf, die in gegenüberliegende Eingriffe des Zahnrades bzw. der Zahnstange eingreifen und die derselben Schaltstellung zugeordnet sind. Dadurch ist eine Stromteilung durch Parallelschaltung zweier Stromkreise möglich, so daß der Widerstand des Kontaktes halbiert und damit die Gefahr einer Überhitzung durch Stromspitzen weiter gemindert ist.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Überbrückungselement gegenüber dem feststehenden Kontaktträger bewegt wird. Vorteilhafterweise ist das Überbrückungselement als in seiner Grundfläche dreieckiger Zylinder (bzw. zylindrisches Profil) ausgebildet ist, der formschlüssig in eine Ausnehmung (Eingriff) zwischen den Zähnen eingreift. Durch einen solchen Querschnitt wird eine große Kontaktfläche mit einem entsprechend geringen Widerstand geschaffen, über die eine gute Kontaktierung möglich ist. Wenn zudem das Überbrückungselement drehbar in Bewegungsrichtung gelagert ist, so daß es über die Köpfe der Zähne abrollt, wird die mechanische Reibung im Schalter verringert, so daß weniger Abrieb an den Kontaktflächen entsteht. Der verbleibende Abrieb reicht jedoch aus, die Kontakte durch den Gebrauch zu reinigen.

Durch den erfindungsgemäßen Schalter ist ein besonders hoher Bedienkomfort gegeben, da der Schalter sich weich und feinfühlig einstellen läßt.

Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Schalters werden im folgenden anhand der Zeichnungen näher beschrieben.

Es zeigen:

Fig. 1 einen Drehschalter mit Zahnrad,

Fig. 2 einen Schiebeschalter mit Zahnstange und

Fig. 3 einen Drehschalter mit Innenverzahnung.

In den Figuren sind lediglich die erfindungswesentlichen Teile des Schaltmechanismus für die jeweilige Schalterart dargestellt. Das Gehäuse, die elektrischen Anschlüsse und das Betätigungsorgan sind nicht gezeigt.

Fig. 1 zeigt den Schaltmechanismus für einen Drehschalter. Dieser weist einen Kontaktträger 1 auf, der die Form eines Zahnrades hat und aus Kunststoff gefertigt ist. Auf die Lauffläche des Zahnrades sind Kontaktelemente 2 und 3 aus Blech derart aufgebracht, daß in den Zahnzwischenräumen 4 jeweils ein Paar von Kontaktelementen 2 und 3 in axialer Richtung elektrisch isoliert nebeneinander liegen. Dabei bildet ein Kontaktelement 2 einen Pol, der auf Erdpotential 5 liegt, während an dem anderen Kontaktelement 3 eine positive Spannung 6 anliegt.

Das Kontaktelement 2 ist als durchgängiges Metallband um den Gesamtumfang des Zahnrades gelegt. Die Kontaktelemente 3 sind als einzelne V-förmige Bleche in die Ausnehmungen der Zahnzwischenräume 4 eingebracht. Die V-förmigen Bleche bedecken die Zahnflanken und den Zahnboden. An den Köpfen 7 der Zähne sind die V-förmigen Bleche beabstandet, so daß zwei in benachbarten Zahnzwischenräumen 4 einliegende Kontaktelemente 3 gegeneinander isoliert sind. Die einzelnen Kontaktelemente 3 sind über nicht dargestellte Kontaktzungen mit den entsprechenden Schaltkreisen verbunden. Dabei bildet in einem Zahnzwischenraum 4 angeordnetes Polpaar eine Schaltstufe das Schalters.

Die Verbindung eines Polpaares geschieht durch Überbrückungselemente 8 die eine leitende Oberfläche aufweisen und in Zahnzwischenräumen 4 einliegen. Die Überbrückungselemente 8 sind zylinderförmige Profile und haben entsprechend der Form der Zahnzwischenräume 4 einen etwa dreieckigen Querschnitt. Damit liegen sie auf einer großen Fläche an den Kontaktelemente 2 und 3 an und gewährleisten einen guten elektrischen Kontakt.

Die Überbrückungselemente 8 sind drehbar zwischen zwei Blattfedern 9 gelagert. Die Blattfedern 9 beaufschlagen die Überbrückungselemente 8 in Richtung Zahnradachse (Pfeil A), so daß durch den Anpreßdruck ein guter elektrischer Kontakt hergestellt wird. In diesem Ausführungsbeispiel werden die Überbrückungselemente 8 um den feststehenden Kontaktträger bewegt (Pfeil B) . Dabei rollen die Überbrückungselemente 8 unter Kraftbeaufschlagung durch die Federelemente 9 über den Kopf des angrenzenden Zahnes ab und liegen nach dem Schaltvorgang in der nächsten Ausnehmung 10 ein.

Der Drehschalter weist zwei Überbrückungselemente 8 auf, die jeweils in gegenüberliegenden Zahnzwischenräumen des Zahnrades einliegen. Die jeweils geschlossenen Kontakte sind parallel geschaltet, so daß sich mit dem dargestellten Drehschalter sechs Schaltstufen realisieren lassen.

Fig. 2 zeigt den Schaltmechanismus eines Schiebeschalters, der zwei einander gegenüberliegende als Zahnstangen ausgebildete Kontaktträger 11 aufweist. Auf die einander zugerichteten Verzahnungen der Kontaktträger 11 sind Kontaktelemente 2 und 3 aufgebracht. Wie im beschriebenen Ausführungsbeispiel ist das Kontaktelement 2 ein auf Erdpotential (oder Minus) liegendes durchgängiges Blech, während die Kontaktelemente 3 von V-förmigen Einzelblechen gebildet sind, die, elektrisch gegeneinander isoliert, die Zahnzwischenräume auskleiden. Die Überbrückungselemente 8 sind wiederum Profile, die drehbar an Blattfedern 9 gelagert sind. Beim Schaltvorgang werden die Kontaktträger 11 gegenüber den Überbrückungselementen 8 verschoben (Pfeil C).

In Fig. 3 ist der Schaltmechanismus eines Drehschalters gezeigt. Der Kontaktträger 12 ist ein auf eine Platte 13 aufgebrachtes bogenförmiges Element, mit einer Innenverzahnung. Die Kontaktelemente 2 und 3 sind auf die Oberfläche der Innenverzahnung aufgebracht. Das Überbrückungselement 8 ist zwischen zwei Federbeinen 14 gelagert, die an einer drehbaren Welle 15 angebracht sind. Die Welle 15 ist mit einem (nicht dargestellten) Betätigungsorgan verbunden. Die Schaltbewegung erfolgt durch Drehung in Richtung des Pfeiles D.

In diesem Ausführungsbeispiel ist die Nullstellung des Schalters, zu erkennen. In dem entsprechenden Zahnzwischenraum 16 ist lediglich ein Kontaktelement 2 vorhanden.

Claims (17)

1. Schalter mit mindestens zwei rastenden Schaltstellungen der einen Kontaktträger (1) und ein Überbrückungselement (8) aufweist, wobei mit dem Überbrückungselement (8) ein elektrischer Kontakt zwischen einem Paar von einander zugeordneten und auf dem Kontaktträger angeordneten Kontaktelementen (2, 3) herstellbar ist, dadurch gekennzeichnet,

• - daß der Kontaktträger (1) und das Überbrückungselement (8) ein Rastgehemme bilden, wobei das Überbrückungselement (8) als Sperrteil die relative Bewegung der zwei Teile (1, 8) zueinander hemmt,
• - daß das Überbrückungselement (8) formschlüssig in einer Ausnehmung des Kontaktträgers (10) einliegt und
• - daß das Überbrückungselement (8) in der sperrenden Stellung in Berührung mit einem Paar von Kontaktelementen (2, 3) ist.

2. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Überbrückungselement (8) gegenüber dem Kontaktträger (1) verschiebbar ist.

3. Schalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Überbrückungselement (8) senkrecht zur Bewegungsrichtung durch ein Federelement (9) beaufschlagt ist.

4. Schalter einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Überbrückungselement (8) ein Profil mit etwa dreieckigem Querschnitt ist.

5. Schalter nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Überbrückungselement (8) in axialer Richtung der Ausnehmung (10) drehbar gelagert ist.

6. Schalter nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Federelement (9) zwei Blattfedern aufweist, zwischen denen das Überbrückungselement (8) drehbar gehalten ist.

7. Schalter nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Rastgehemme in beiden Richtungen einer Drehbewegung (B) wirkt

8. Schalter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Kontaktträger (1) als Zahnrad ausgebildet ist, das über eine Welle mit einem Betätigungsorgan verbunden ist

9. Schalter nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Überbrückungselemente (8) vorgesehen sind, die, jeweils durch Federelemente (9) beaufschlagt, in diametral gegenüberliegende Eingriffe (10) des Zahnrades eingreifen

10. Schalter nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß beide Pole eines Polpaares durch einen Isolator getrennt in demselben Eingriff eines einzigen Zahnrades angeordnet sind.

11. Schalter nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Rastgehemme in beiden Richtungen einer Schubbewegung (C) wirkt.

12. Schalter nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Kontaktträger (11) als Zahnstange ausgebildet ist.

13. Schalter nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Überbrückungselemente (8) vorgesehen sind, die, jeweils durch Federelemente (9) beaufschlagt, in gegenüberliegende Eingriffe zweier mit den Zähnen zugewandter Zahnstangen (11) eingreifen.

14. Schalter nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß beide Pole eines Polpaares durch einen Isolator getrennt in demselben Eingriff einer einzigen Zahnstange (11) angeordnet sind.

15. Schalter nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die den beiden Überbrückungselementen (8) zugeordneten Polpaare elektrisch parallel geschaltet sind.

16. Schalter nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktelemente (2, 3) an den Zahnflanken und/oder den Zahngründen des Eingriffes angeordnet ist.

17. Verwendung des Schalters nach den vorherigen Ansprüchen für die Einstellung der Gebläsestufen eines Ventilators einer Heizung und/oder Klimaanlage in einem Kraftfahrzeug.