Tastschalter für eine Bedieneinheit einer Fahrzeugkomponente

Die Erfindung betrifft einen Tastschalter für eine Bedieneinheit einer Fahrzeugkomponente und insbesondere einen Tastschalter für das Steuergerät einer Fahnzeug-Klimaanlage.

Die Bedienfelder diverser elektrischer/elektronischer Geräte sind unter anderem mit Tastschaltern ausgestattet, die die Bedienung durch einfaches Niederdrücken eines Tastenelements ermöglichen. Hinter dem Tastenelement befindet sich ein Schaltergehäuse, in dem ein bewegbares Schaltorgan angeordnet ist, welches seinerseits mit einem von dem Gehäuse vorstehenden Betätigungsvorsprung versehen ist. Durch Niederdrücken des Betätigungsvorsprungs wird der eigentliche Schaltvorgang ausgelöst. Das Schaltorgan ist in Richtung seiner Ruhelage, das heißt in Richtung des maximalen Überstandes des Betätigungsvorsprungs, über die betreffende Seitenwand des Schaltergehäuses vorgespannt.

Aufgrund von Fertigungstoleranzen kann ein Spiel zwischen dem Tastenelement und dem Betätigungsvorsprung des Schaltorgans nicht ausgeschlossen werden. Aufgrund dieses Spiels weisen die Tastenelemente von Tastschaltern in deren Ruhelage keine definierten Positionen auf, was als optisch wenig ansprechend empfunden wird. Insbesondere bei sogenannten Kurzhubtasten ist ein Spiel zwischen Tastenelement und Schaltergehäuse unerwünscht.

Es ist bekannt, die Tastenelemente von Tastschaltern durch Federn in die Ruhelage vorzuspannen (DE 298 19 413 U1). Diese Federn stützen sich zum einen am Tastenelement und zum anderen an einem ortsfest zu demjenigen Gehäuseteil der Bedieneinheit ab, relativ zu dem das Tastenelement bewegbar ist. So ist es beispielsweise bekannt, an der Rückseite der Frontblende einer Bedieneinheit Federzungen anzuordnen, die die Tastenelemente von hinten gegen die Frontblende und damit in die Ruheposition vorspannen. Ein anderes Konzept besteht in der Anordnung einer Feder zwischen einem Tastenelement eines Tastschalters und einer Seitenwand des Schaltergehäuses oder einer Trägerplatte (Leiterplatine), auf der das Schaltergehäuse angeordnet ist und die ortsfest zur das Tastenelement führenden Frontblende der Bedieneinheit angeordnet ist. Diese vorbekannten Vorspannfedersysteme sind insofern nachteilig, als sich die Federkraft zu der Vorspannkraft, unter der das Schaltorgan steht, addiert, wodurch ein erhöhter Kraftaufwand zur Betätigung des Tastenelements erforderlich ist. Dieser Kraftaufwand steigt mit zunehmendem Niederdrücken des Tastenelements.

Eine Aufgabe der Erfindung ist es, einen Tastschalter für eine Bedieneinheit einer Fahrzeugkomponente zu schaffen, der bei kurzem Hub über ein Fertigungstoleranzen ausgleichendes Vorspannfedersystem verfügt, das einfach ausgestaltet und nicht mit den oben genannten Nachteilen behaftet ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird mit der Erfindung ein Tastschalter für eine Bedieneinheit einer Fahrzeugkomponente, insbesondere für das Steuergerät einer Fahrzeug-Klimaanlage vorgeschlagen, wobei der Tastschalter versehen ist mit

• einem Schaltergehäuse, in dem ein bewegbares Schaltorgan angeordnet ist, welches einen über eine Seitenwand des Gehäuses vorstehenden Betätigungsvorsprung aufweist,
• einem oberhalb des Betätigungsvorsprungs angeordneten Tastenelement, das eine der mit dem Betätigungsvorsprung versehene Seitenwand des Schaltergehäuses gegenüberliegende Seitenfläche aufweist, welche einen dem Betätigungsvorsprung gegenüberliegenden ersten Flächenbereich und einen zweiten Flächenbereich aufweist, und
• einem zwischen dem Schaltergehäuse und dem Tastenelement angeordneten elastischen Membranelement mit einer dem Schaltergehäuse zugewandten ersten Seite, innerhalb derer das Membranelement an dem Betätigungsvorsprung anliegt und einer dem Tastenelement zugewandten zweiten Seite, die eine an dem zweiten Flächenbereich des Tastenelements anliegende Erhebung aufweist.

Bei dem erfindungsgemäßen Tastschalter wird von dem Gedanken ausgegangen, die Vorspannung des Tastenelements in dessen Ruhelage durch ein federelastisches Element zu realisieren, dass sich einerseits am Tastenelement und andererseits am ebenfalls federelastisch vorgespannten Schaltorgan bzw. dessen Betätigungsvorsprung abstützt. Hierdurch wird eine Addition der Vorspannkräfte der beiden Federsysteme beim Niederdrücken des Tastenelements vermieden. Als Vorspannung für das Tastenelement dient ein elastisches Membranelement, das in seiner Ruhelage das Tastenelement vorspannt. In der ersten Phase des Niederdrückens des Tastenelements wird das Membranelement gegen seine Vorspannung verformt, bis das Tastenelement mit seinem dem Betätigungsvorsprung des Schaltorgans zugeordneten Flächenbereichs an dem Membranelement anliegt. Ab diesem Zeitpunkt werden Tastenelement und Membranelement gegen die Vorspannung des Betätigungsvorsprungs bewegt, der sich daraufhin niederdrücken lässt. In dieser Phase resultiert zusätzlich aufzubringende Kraft ausschließlich aus der Vorspannung des Schaltorgans.

Durch die Ausbildung der Vorspannung des Tastenelements in dessen Ruhelage durch ein Membranelement lässt sich ein extrem flacher Gesamtaufbau realisieren, wie er für Kurzhubtaster erforderlich ist.

Im einzelnen weist der erfindungsgemäße Tastschalter ein Schaltergehäuse auf, über dessen einer Seitenwand ein Betätigungsvorsprung vorsteht, der Teil eines bewegbar gelagerten Schaltorgans innerhalb des Schaltergehäuses ist. Oberhalb des Betätigungsvorsprungs des Schaltorgans befindet sich das Tastenelement, das eine der mit dem Betätigungsvorsprung vorstehenden Seitenwand des Schaltergehäuses gegenüberfiegende Seitenfläche aufweist. An dieser Seitenfläche ist das Tastenelement mit einem dem Betätigungsvorsprung gegenüberliegenden und zugeordneten ersten Flächenbereich und mit einem zweiten Flächenbereich versehen. Zwischen dem Tastenelement und dem Schaltergehäuse befindet sich das elastische Membranelement, das eine dem Schaltergehäuse zugewandte erste Fläche und eine dem Tastenelement zugewandte zweite Fläche aufweist. Innerhalb der ersten Fläche liegt das Membranelement an dem Betätigungsvorsprung des Schaltorgans an, während die zweite Fläche eine Erhebung aufweist, die an dem zweiten Flächenbereich des Tastenelements anliegt.

Durch diese Konstruktion ist das Tastenelement durch die Erhebung des Membranelements in seine Ruhe- bzw. Ausrückposition vorgespannt. Das Tastenelement lässt sich nun unter Verformung des elastischen Membranelements niederdrücken, bis sein im Betätigungsvorsprung des Schaltorgans zugeordneter erster Flächenbereich in Kontakt mit dem Membranelement gelangt. Ab dieser Phase bewegen sich beim weiteren Niederdrücken des Tastenelements dieses und das Membranelement gegen den Betätigungsvorsprung und betätigen auf diese Weise das Schaltorgan.

Im Hinblick auf die Handhabung und Montage des erfindungsgemäßen Tastschalters ist es von Vorteil, wenn das Membranelement an dem Betätigungsvorsprung des Schaltorgans gehalten ist. Diese beiden Komponenten können werkseitig zusammengefügt werden. Die so gebildete Einheit lässt sich dann in SMD-Technologie auf eine Leiterplatine aufbringen und dort verlöten. Das Material des Membranelements hält den beim Reflow-Prozess herrschenden Temperaturen stand. Beispielsweise besteht das Membranelement aus Kunststoffmaterial und insbesondere aus Silikon-Material.

Die Erhebung des Membranelements ist insbesondere konvex bzw. sphärisch.

Gemäß einer ersten alternativen Ausgestaltung der Erfindung ist der Betätigungsvorsprung des Schaltorgans ringförmig und insbesondere kreisringförmig ausgebildet. Damit erstreckt sich auch der erste Flächenbereich des Tastenelements, der der Betätigung des Betätigungsvorsprungs dient, ringförmig und insbesondere kreisringförmig. Die Erhebung des Membranelements ist somit von dem ringförmigen Betätigungsvorsprung umgeben und ist vorzugsweise konzentrisch zu diesem angeordnet. Durch diese Konstruktion überbrückt das Membranelement den von dem ringförmigen Betätigungsvorsprung umschlossenen Bereich. Unterhalb des Membranelements ist trotz niedriger Gesamtaufbauhöhe ausreichen Platz, damit das Membranelement in der ersten Phase des Niederdrückens des Tastenelements deren Bewegung ausweichen kann, bis der erste Flächenbereich des Tastenelements in Anlage mit dem Membranelement kommt.

Der zweite Flächenbereich des Tastenelements ist zweckmäßigerweise als zentraler Vorsprung ausgebildet, der gegenüber dem ersten Flächenbereich des Tastenelements vorsteht. Dies ist jedoch nicht notwendigerweise erforderlich, da es durch die Erhebung des Membranelements des in der Ruhe- bzw. Ausrückposition des Tastenelements zu einem Abstand zwischen dem ersten Flächenbereich des Tastenelements und dem Membranelement kommt.

Bei ringförmiger Ausgestaltung des Betätigungsvorsprungs ist es zweckmäßig, das Membranelement durch einen den Betätigungsvorsprung umgreifenden Kragen an dem Betätigungsvorsprung zu halten.

Eine zweite Alternative des erfindungsgemäßen Tastschalters sieht einen stiftförmigen Betätigungsvorsprung des Schaltorgans vor, an dem das Membranelement in einem vorzugsweise zentralen Bereich anliegt. Die Erhebung des Membranelements erstreckt sich ringförmig und insbesondere kreisringförmig und damit konzentrisch um den stiftförmigen Betätigungsvorsprung herum. Der zweite Flächenbereich des Tastenelements, der der Kontaktierung der Erhebung des Membranelements dient, ist dann vorzugsweise als Kragen bzw. ringförmiger Vorsprung ausgebildet. Es ist aber auch möglich, dass die dem Membranelement zugewandte Seite des Tastenelements eben ist und keinerlei Vorsprünge aufweist. Der Abstand zwischen dem dem Betätigungsvorsprung des Schaltorgans zugeordneten ersten Flächenbereich des Tastenelements und dem Membranelement in der Ruhe- bzw. Ausrückposition des Tastenelements wird durch die Erhebung des Membranelements sichergestellt.,

Die Erfindung wird nachfolgend anhand zweier Ausführungsbeispiele näher erläutert. Im einzelnen zeigen:

Fig. 1

im Längsschnitt den Aufbau eines Tastschalters gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel in Ruhe- bzw. Ausrückposition des Tastenelements,

Fig. 2

den Tastschalter gemäß Fig. in der Phase, in der das Tastenelement bis zur Anlage seines der Betätigung des Betätigungsvorsprungs des Schaltorgans dienenden Flächenbereichs mit dem Membranelement niedergedrückt ist, und

Fig 3

den Tastschalter bei vollständig niedergedrücktem Tastenelement zur Auslösung des Schaltvorgangs und

Fign. 4 bis 6

die einzelnen Phasen eines alternativ ausgebildeten Tastschalters.

Gemäß Fig. 1 weist ein Tastschalter 10 gemäß einer ersten Ausgestaltung der Erfindung ein Schaltergehäuse 12 mit einem Schaltorgan 14 auf, das seinerseits einen ringförmigen Betätigungsvorsprung 16 aufweist, welcher über der in diesem Ausführungsbeispiel oberen Seitenwand 18 des Schaltergehäuses 12 vorsteht. Auf dem Betätigungsvorsprung 16 liegt ein elastisches Membranelement 20 aus beispielsweise Silikon-Material auf, das mit einem an seiner Unterseite 22 ausgebildeten Kragen 24 den Betätigungsvorsprung 18 von außen umgreift. Auf der Oberseite 26 weist das Membranelement 20 eine zentrale sphärische Erhebung 28 auf. Oberhalb des Membranelements 20 befindet sich ein Tastenelement 30, das an seiner Unterseite 31 einen dem Betätigungsvorsprung 16 gegenüberliegenden ringförmigen ersten Ffächenbereich 32 und einen zentrisch angeordneten zweiten Flächenbereich 34 aufweist. Innerhalb seines zweiten Flächenbereichs 34 liegt das Tastenelement 30 in der Ruhe- bzw. Ausrückposition gemäß Fig. 1 an der Erhebung 28 des Membranelements 20 an, welches seinerseits für die Vorspannung des Tastenelements 30 in dessen Ruhe- bzw. Ausrückposition sorgt.

In der ersten Phase des Niederdrückens des Tastenelements 30 wird dieses zunächst gegen das Membranelement 20 bewegt, das dem Tastenelement 30 ausweicht, bis dessen erster Flächenbereich 32 in Kontakt mit dem Membranelement 20 bzw. dessen Oberseite 26 kommt. Denn in der Ruhe- bzw. Ausruckposition des Tastenelements 30 gemäß Fig. 2 befindet sich zwischen der Oberseite 26 des Membranelements 20 und dem ersten Flächenbereich 32 des Tastenelements 30 ein Spalt 36. Die Situation nach der Überbrückung dieses Spalts 36 ist in Fig. 2 gezeigt; in dieser Phase ist das Tastenelement 30 um die Wegstrecke Δ1 niedergedrückt. Während dieser Phase des Niederdrückens musste lediglich gegen die Vorspannkraft des Membranelements 20 gearbeitet werden.

Anschließend erfolgt bei weiterer Kraftausübung auf das Tastenelement 30 dessen Bewegung zusammen mit dem Membranelement 20 gegen die Vorspannkraft des Betätigungsvorsprungs 16, deren Erzeugung bei 38 in Fig. 1 angedeutet ist. Beim weiteren Niederdrücken des Tastenelements muss lediglich gegen diese Vorspannkraft gearbeitet werden. Damit kommt es nicht zu einer Addition der Vorspannkräfte von Membranelement 20 und Betätigungselement 16. Der gesamte Tastschalter 10 baut relativ niedrig und ermöglicht kurze Hübe, so dass insgesamt ein ansprechendes Gesamtdesign mit ansprechender Haptik und bequemer Betätigung gegeben ist. Im vollständig niedergedrückten Zustand (Fig. 3) ist das Tastenelement 30 ausgehend von der Situation gemäß Fig. 2 um den Weg Δ2 weiter niedergedrückt.

Entsprechende Verhältnisse stellen sich bei einem alternativ ausgebildeten Tastschalter ein, wie er in den Fign. 4 bis 6 gezeigt ist. Soweit die einzelnen Elemente und Bereiche des in den Fin. 4 bis 6 gezeigten Tastschalters 10' denen des Tastschalters 10 der Fign. 1 bis 3 entsprechen bzw. identisch mit diesen sind, sind sie mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

Anhand der Fign. 4 bis 6 ist zu erkennen, dass anstelle eines ringförmigen Betätigungsvorsprungs dieser nun stiftförmig und zentral angeordnet ist. Entsprechend ist die Erhebung 28 des Membranelements 20 im zweiten Ausführungsbeispiel ringförmig. Anstelle des Kragens 24 bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fign. 1 bis 3 weist das Membranelement 20 eine zentrale Vertiefung 24' auf, die der Aufnahme des Endes des Betätigungsvorsprungs 16 des Schaltorgans 14 dient. Die Verhältnisse des Tastschalters gemäß den Fign. 4 bis 6 sind insoweit invers zu denen des Tastschalters gemäß den Fign. 1 bis 3. An der Funktionsweise des Tastschalters 10' ändert sich dadurch nichts, wie man den Fign. 5 und 6 entnehmen kann.