EP1430495B1

EP1430495B1 - Electromechanical switch

Info

Publication number: EP1430495B1
Application number: EP01969113A
Authority: EP
Inventors: Paul Portmann
Original assignee: Phonak AG
Current assignee: Sonova Holding AG
Priority date: 2001-09-27
Filing date: 2001-09-27
Publication date: 2011-11-16
Anticipated expiration: 2021-09-27
Also published as: CA2456878A1; DK1430495T3; EP1430495A2; CA2456878C

Abstract

The switching part (1) of the inventive switch is tightly enclosed by an elastic membrane (5) in at least the area of its free end. Said membrane also envelopes the contact surfaces (2) which face towards the switching part (1), at a distance, and is tightly connected to the switch housing (4; 6). This ensures that the contact area is tightly sealed in relation to the environment of the switch, which in turn ensures reliable protection against contamination and oxidation of the contact surfaces. The number of switch components is reduced, advantageously, an additional mechanical spring for holding the latching position of the switching part (1) being superfluous, and miniature embodiments are therefore also possible.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen elektromechanischen Schalter nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.The present invention relates to an electromechanical switch according to the preamble of claim 1.

Elektromechanische Schalter zur Verbindung oder Trennung von elektrischen Leitern gibt es in grosser Vielfalt auf dem Markt. Der grundlegende mechanische Aufbau derartiger Schalter ist im Wesentlichen immer identisch, indem ein bewegliches, leitendes Schaltteil auf entsprechende Kontaktflächen der am Schalter angeschlossenen Leiter resp. Leitungen drückt und damit eine elektrische Verbindung herstellt, resp. durch Verschieben des Schaltteils weg von den Kontaktflächen die elektrische Verbindung wieder trennt. In der Regel werden durch das Schaltteil jeweils zwei benachbarte Kontaktflächen gleichzeitig kontaktiert und damit zwischen diesen beiden Kontaktflächen die elektrische Verbindung geschaffen.Electromechanical switches for connecting or disconnecting electrical conductors are available in great variety on the market. The basic mechanical structure of such switches is essentially always identical, by a movable, conductive switching part to corresponding contact surfaces of the conductor connected to the switch, respectively. Press lines and thus produces an electrical connection, respectively. by moving the switching part away from the contact surfaces again disconnects the electrical connection. In general, two adjacent contact surfaces are simultaneously contacted by the switching member and thus created between these two contact surfaces, the electrical connection.

Das Verschieben des Schaltteiles erfolgt herkömmlich mittels eines Schalthebels, welcher ebenfalls im Gehäuse des Schalters gelagert und mit dem Schaltteil beweglich oder fest verbunden ist. Der Schalthebel selbst besteht in der Regel aus einem elektrisch nichtleitenden Material, oder ist zumindest zuverlässig vom Schaltteil und den Kontaktflächen elektrisch isoliert.The displacement of the switching member is conventionally by means of a shift lever, which is also mounted in the housing of the switch and connected to the switching part movable or fixed. The shift lever itself is usually made of an electrically non-conductive material, or is at least reliably electrically insulated from the switching part and the contact surfaces.

Ein Problem derartiger Schalter besteht darin, dass durch das durch den Bewegungsspielraum bedingte Spiel zwischen Schalthebel und Schaltergehäuse keine absolute Dichtigkeit des Schaltbereiches erzielt werden kann. Dadurch können Schmutz und Feuchtigkeit in das Innere des Schaltergehäuses gelangen und insbesondere die Kontaktflächen und/oder das Schaltteile verschmutzen oder oxidieren. Damit kann die Funktionsfähigkeit des Schalters stark beeinträchtigt werden oder gänzlich ausfallen.A problem of such switches is that due to the movement clearance due clearance between the shift lever and switch housing no absolute tightness of the switching range can be achieved. As a result, dirt and moisture can get into the interior of the switch housing and in particular pollute or oxidize the contact surfaces and / or the switching parts. Thus, the functionality of the switch can be greatly impaired or fail completely.

Für Schalter, welche in diesbezüglich exponierten Bedingungen eingesetzt werden resp. bei welchen hohe Dichtigkeitswerte vorausgesetzt werden, können zusätzliche Abdichtmittel angebracht werden, welche herkömmlich mindestens um die Schaltheber herum angeordnet und dichtend mit dem Gehäuse verbunden werden.For switches, which are used in this exposed conditions resp. where high levels of tightness are anticipated, additional sealing means can be applied, which are conventionally placed around at least the lifters and sealed to the housing.

Diese Lösung ist allerdings aufwändig, da zusätzliche Mittel eingesetzt werden müssen und führt zu einem zusätzlichen Volumenbedarf, d.h. die Abmessungen der entsprechend ausgerüsteten Schalter werden damit in der Regel vergrössert. Daher eignet sich diese Lösung nur bedingt für Schalter, welche in sehr kleinen Abmessungen realisiert werden müssen.However, this solution is expensive because additional resources must be used and results in additional volume requirements, i. the dimensions of the appropriately equipped switches are thus usually increased. Therefore, this solution is only conditionally suitable for switches, which must be realized in very small dimensions.

Dokument US-A-3728509 offenbart einen elektromechanischen Schalter gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.document US-A-3728509 discloses an electromechanical switch according to the preamble of claim 1.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung bestand darin, einen elektrischen Schalter zu finden, welcher sich auch in sehr kleinen Abmessungen einfach herstellen lässt und zuverlässige Ein- und Ausschaltvorgänge resp. Leitungsverbindungen und -trennungen ermöglicht, wobei die Schalteinheit gegen Einfluss von äusseren Feuchtigkeitseinflüssen zuverlässig geschützt sein soll.The object of the present invention was to find an electrical switch, which can be easily produced even in very small dimensions and reliable on and off operations respectively. Cable connections and separations allows, the switching unit should be reliably protected against the influence of external moisture.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch einen elektrischen Schalter mit den kennzeichnenden Merkmalen nach Anspruch 1 gelöst.This object is achieved by an electric switch with the characterizing features of claim 1.

Weitere, bevorzugte Ausführungsformen ergeben sich aus den Merkmalen der weiteren Ansprüche 2 bis 11.Further, preferred embodiments will become apparent from the features of further claims 2 to 11.

Es hat sich überraschend gezeigt, dass durch den Einsatz einer den Schaltbereich abdichtenden Membran vorteilhaft gleichzeitig die elektrische Isolation des freien Endes des Schaltteiles bewirken lässt, welche damit als Betätigungsfläche des Schalters eingesetzt werden kann, und auch den Kontaktdruck vom Schaltteil auf die Kontaktflächen vermittelt. Als weiteren Vorteil hat sich eine Vereinfachung des Aufbaus eines derartigen elektromechanischen Schalters ergeben, indem auf separate elastische Mittel zur Positionierung und Erzeugung des Kontaktdruckes verzichtet werden kann, wie dies bei herkömmlichen Schaltern beispielsweise durch den Einsatz von metallischen Federn bewirkt wird.It has surprisingly been found that the use of a sealing region sealing the switching area advantageously simultaneously effects the electrical insulation of the free end of the switching part, which can thus be used as the actuating surface of the switch, and also conveys the contact pressure from the switching part to the contact surfaces. As a further advantage, a simplification of the structure of such an electromechanical switch has been found by can be dispensed with separate elastic means for positioning and generating the contact pressure, as is effected in conventional switches, for example by the use of metallic springs.

Die elastische Membran erzeugt diesen Kontaktdruck vorzugsweise durch ihre zwischen dem Schaltergehäuse und dem Schaltteil eingestellte Vorspannung. Dies wird beispielsweise dadurch erreicht, indem die Membran über den vorzugsweise stiftförmigen Schaltteil gezogen und unter leichtem Zug, entsprechend dem geforderten Kontaktdruck, um die Kontaktflächen herumführend mit dem entsprechenden Gehäuseteil des Schalters verbunden wird.The elastic membrane preferably generates this contact pressure by its bias set between the switch housing and the switch part. This is achieved, for example, by pulling the membrane over the preferably pin-shaped switching part and, with slight pulling, in accordance with the required contact pressure, around the contact surfaces and around the corresponding housing part of the switch.

Damit werden vorteilhaft mit einem einzigen Element die mechanischen Anforderungen (Anpressdruck, Isolation) sowie die Dichtheit erfüllt.Thus, the mechanical requirements (contact pressure, insulation) and the tightness are advantageously met with a single element.

Derartige Schalter eignen sich besonders Vorteilhaft für den Einsatz in kleinen elektronischen Geräten, wie insbesondere für Hörgeräte.Such switches are particularly advantageous for use in small electronic devices, in particular for hearing aids.

Ein Ausführungsbeispiel der vorliegende Erfindung wird nachstehend anhand von Figuren noch näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 den Längsschnitt durch einen erfindungsgemässen Schalter;
Fig. 2 die Unteransicht des Schalters nach Figur 1;
Fig. 3 den Längsschnitt durch den Schalter nach Figur 1 um 90° versetzt;
Fig. 4 die Ansicht der Membran des Schalters nach Figur1;
Fig. 5 und Fig. 6 Varianten der Ausbildung der Kontaktflächen; und
Fig. 7 ein Längsschnitt durch den Schaltbereich einer weiteren Variante des Schalters nach Figur 1 mit 4 Kontaktflächen.

An embodiment of the present invention will be explained in more detail with reference to figures. Show it

Fig. 1 the longitudinal section through a switch according to the invention;
Fig. 2 the bottom view of the switch after FIG. 1 ;
Fig. 3 the longitudinal section through the switch after FIG. 1 offset by 90 °;
Fig. 4 the view of the membrane of the switch after Figur1 ;
Fig. 5 and Fig. 6 Variants of the formation of the contact surfaces; and
Fig. 7 a longitudinal section through the switching range of a further variant of the switch after FIG. 1 with 4 contact surfaces.

In Figur 1 ist ein Längsschnitt durch einen erfindungsgemäss ausgestalteten Schalter dargestellt, bei welchem das stiftförmige Schaltteil 1 mit zwei benachbarten Kontaktflächen 2 von drei parallel zueinander angeordneten Kontaktstiften 3 in Kontakt steht.In FIG. 1 is a longitudinal section through an inventively designed switch shown in which the pin-shaped switching member 1 is in contact with two adjacent contact surfaces 2 of three mutually parallel contact pins.

Die Kontaktstifte 3 sind hier im unteren Gehäuseteil 4 nebeneinander eingebracht und ragen nach Aussen zum Erstellen einer elektrischen Verbindung mit elektrischen Leitungen (nicht dargestellt) ab.The contact pins 3 are here introduced in the lower housing part 4 side by side and protrude to the outside to create an electrical connection with electrical lines (not shown) from.

Das Schaltteil 1 ist an seiner Kontaktseite 1' halbkugelförmig ausgebildet und rastet damit in der dargestellten Position zwischen den beiden rechten Kontaktflächen 2 in stabiler Position ein. Das Schaltteil 1 wird durch die elastische Kraft der Membran 5 gegen die Kontaktflächen 2 gezogen und damit in dieser Position elastisch fixiert.The switching part 1 is formed on its contact side 1 'hemispherical and thus locked in the shown position between the two right contact surfaces 2 in a stable position. The switching part 1 is pulled by the elastic force of the membrane 5 against the contact surfaces 2 and thus fixed in this position elastically.

Da die Membrane 5 aus elektrisch nichtleitendem Material besteht, vorzugsweise aus einem Thermoplasten, kann die Aussenseite der Membran 5 im Bereich des freien Endes des Schaltteiles 1 direkt als Betätigungsoberfläche dienen. Damit entfällt die Notwendigkeit, neben dem Schaltteil 1 ein separates Betätigungselement vorzusehen.Since the membrane 5 is made of electrically non-conductive material, preferably of a thermoplastic, the outer side of the membrane 5 in the region of the free end of the switching member 1 can serve directly as an actuating surface. This eliminates the need to provide next to the switching part 1, a separate actuator.

Zur Einstellung der elastischen Wirkung können vorteilhaft entweder an der Aussenseite oder der Innenseite der Membran 5 Kerben 7 angebracht sein, wie dies in der Ansicht der Membran in Figur 4 dargestellt ist. Diese reduzieren je nach Abmessungen und Anzahl die elastische Rückstellkraft der Membran 5 und erlauben damit eine gewisse Einstellung der Betätigungskraft des Schalters. Die Kerben 7 können entweder längs oder aber auch quer angeordnet sein, entsprechend der gewünschten Wirkung auf die elastische Kraftwirkung.To set the elastic effect can advantageously be mounted on either the outside or the inside of the membrane 5 notches 7, as shown in the view of the membrane in FIG. 4 is shown. These reduce depending on the dimensions and number, the elastic restoring force of the diaphragm 5 and thus allow a certain adjustment of the operating force of the switch. The notches 7 may be arranged either longitudinally or transversely, according to the desired effect on the elastic force effect.

Die seitliche Begrenzung des Bewegungsspielraumes des Schaltteiles 1 bildet der Rand der Ausnehmung 6' des oberen Gehäuseteiles 6. Somit kann das Schaltteil 1 lediglich von der in Figur 1 gezeigten Schaltposition in die gegenüberliegende Schaltposition verschoben werden und zurück. Damit wird jeweils eine stabile, elektrisch leitende Verbindung zwischen dem mittleren Kontaktstift 3 mit dem entsprechend linken resp. rechten äusseren Kontaktstift 3 hergestellt.The lateral boundary of the range of motion of the switching part 1 forms the edge of the recess 6 'of the upper housing part 6. Thus, the switching part 1 only of the in FIG. 1 shown switching position are moved to the opposite switching position and back. This is in each case a stable, electrically conductive connection between the central contact pin. 3 with the corresponding left resp. right outer pin 3 made.

Der Kontaktbereich zwischen dem Schaltteil 1 und den Kontaktflächen 2 ist damit durch die Membrane 5 hermetisch gegenüber der Umgebung des Schalters abgedichtet und damit gegenüber Verschmutzung und Feuchtigkeit geschützt.The contact area between the switching part 1 and the contact surfaces 2 is thus hermetically sealed by the membrane 5 against the environment of the switch and thus protected from dirt and moisture.

Die Membrane 5 führt um die Kontaktflächen 2 herum und dient gleichzeitig auch als Abdichtung zwischen dem unteren Gehäuseteil 4 und dem oberen Gehäuseteil 6.The membrane 5 leads around the contact surfaces 2 and at the same time serves as a seal between the lower housing part 4 and the upper housing part 6.

Vorteilhaft ist die Membrane 5 mit dem äusseren Gehäuseteil 6 wie dargestellt fest verbunden. Dies kann beispielsweise im Herstellungsprozess direkt oder durch nachträgliches Einsetzen in diese Lage erfolgen.Advantageously, the diaphragm 5 is firmly connected to the outer housing part 6 as shown. This can be done, for example, in the manufacturing process directly or by subsequent insertion in this position.

Der untere Gehäuseteil 4, wie er in der Unteransicht in Figur 2 noch dargestellt ist, kann mit eingesetzten Kontaktstiften 3 von unten in den oberen Gehäuseteil 6, welcher bereits mit der Membrane 5 und dem Schaltteil 1 ausgerüstet ist, eingeschoben und an diesem fixiert werden. Die Fixierung kann in herkömmlicher Weise entweder unlösbar mittels Klebung oder Verschweissung erfolgen, oder aber einfacher unter Einsatz von entsprechend ausgebildeten Verbindungslaschen resp. -zungen durch einklinken erfolgen. Auf jeden Fall wird damit vorteilhaft eine zuverlässige Abdichtung des Kontaktbereiches im innern des Schalters erreicht.The lower housing part 4, as in the bottom view in FIG. 2 is still shown, can be inserted with inserted contact pins 3 from below into the upper housing part 6, which is already equipped with the membrane 5 and the switching part 1, and fixed to this. The fixation can be done in a conventional manner, either insoluble by gluing or welding, or more easily using appropriate trained connecting straps resp. tongues are made by latching. In any case, a reliable sealing of the contact area in the interior of the switch is thus advantageously achieved.

In Figur 3 ist nochmals ein Längsschnitt durch den Schalter nach Figur 1 in um 90° verdrehten Lage dargestellt. Hier ist ersichtlich, dass beispielsweise die drei Kontaktstifte 3 in einer Linie hintereinander angeordnet im unteren Gehäuseteil 4 positioniert sind. Weiter ist daraus ersichtlich, dass das Schaltteil 1 vorzugsweise in Stiftform, vorzugsweise als Metallstift, mit rundem Querschnitt ausgebildet ist, dessen äussere Oberfläche durch die Membrane 5 gebildet ist. Damit wird ein einfach und angenehm zu greifendes resp. bedienbares Schaltelement des Schalters geschaffen.In FIG. 3 is again a longitudinal section through the switch to FIG. 1 shown rotated by 90 °. Here it is apparent that, for example, the three contact pins 3 arranged in a line one behind the other in the lower Housing part 4 are positioned. Furthermore, it can be seen that the switching part 1 is preferably formed in a pin shape, preferably as a metal pin, with a round cross-section, whose outer surface is formed by the membrane 5. This is a simple and pleasant to grasp resp. operable switching element of the switch created.

Die Kontaktflächen 2 sind hier immer halbrundförmig ausgebildet dargestellt, können aber auch andere Formen wie beispielsweise eine Pilzform oder Hakenform aufweisen. So ist beispielsweise der Einsatz von pilzförmigen Kontaktflächen 2 denkbar, welche ihrerseits federnd gegenüber dem unteren Gehäuseteil 4 in diesem gelagert angeordnet sind, wie dies schematisch in den Figuren 5 und 6 dargestellt ist.The contact surfaces 2 are always shown here in a semi-circular shape, but may also have other shapes such as a mushroom shape or hook shape. Thus, for example, the use of mushroom-shaped contact surfaces 2 is conceivable, which in turn are resiliently mounted relative to the lower housing part 4 in this, as shown schematically in the FIGS. 5 and 6 is shown.

Anstelle des Einsatzes von drei Kontaktstiften 3 ist auch der Einsatz von vier Kontaktstiften 3 resp. Kontaktflächen 2 denkbar, womit nicht nur zwei, sondern drei verschiedene Schalterstellungen des Schaltteiles 1 realisiert werden können, wie dies schematisch aus Figur 7 ersichtlich ist. In dieser Figur 7 ist die mittlere Schalterstellung dargestellt, bei welcher die beiden mittleren Kontaktflächen 2 über das Schaltteil 1 elektrisch miteinander verbunden sind. Durch Drücken des Schaltteiles 1 nach links oder rechts aus dieser Position lassen sich jeweils die beiden äusseren Kontaktflächen 2 miteinander verbinden.Instead of the use of three pins 3 and the use of four pins 3 is resp. Contact surfaces 2 conceivable, which not only two, but three different switch positions of the switching part 1 can be realized, as shown schematically FIG. 7 is apparent. In this FIG. 7 is the middle switch position shown, in which the two middle contact surfaces 2 are electrically connected to each other via the switching part 1. By pressing the switching part 1 to the left or right from this position, the two outer contact surfaces 2 can be connected to each other.

Ein grosser Vorteil der dargestellten Ausführungsform ist neben der Dichtigkeit darin zu sehen, dass sogar gegenüber herkömmlichen Schaltern die Anzahl der Teile reduziert werden konnte, da die Membran gleichzeitig als Griff- resp. Betätigungselement, Dichtung und Federelement zur Aufbringung der Kontaktkraft dient. Auch erlaubt der dargestellte Aufbau einen hohen Miniaturisierungsgrad, so dass sich der Schalter insbesondere für den Einsatz in kleinen resp. miniaturisierten elektronischen Geräten eignet, insbesondere für Hörgeräte. Gerade solche Geräte sind einer stark schmutz- und feuchtigkeitsbehafteten Umgebung ausgesetzt.A great advantage of the illustrated embodiment, in addition to the tightness is to be seen in that even opposite conventional switches the number of parts could be reduced, since the membrane at the same time as a handle resp. Actuator, seal and spring element for applying the contact force is used. Also, the structure shown allows a high degree of miniaturization, so that the switch in particular for use in small resp. miniaturized electronic devices, in particular for hearing aids. Especially such devices are exposed to a heavily dirt and moisture-laden environment.

Claims

Electro-mechanical switch with at least one electrically conductive switching member (1) being arranged in the housing of the switch, and with electrically conductive contact faces (2) being assigned to the switching member (1), wherein the switching member (1) comprises a contact side (1') and the region of the switching member (1) not facing the contact faces (2) is wrapped at least partly with an elastic, electrically nonconductive membrane (5), which also surrounds, at least the region of the contact faces (2) being assigned to the switching member (1) and which is tightly attached to the housing (4;6) of the switch, characterized in that the membrane (5) comprises a pretension at the region of transition between the switching member (1) and the housing (4;6) for resiliently bringing the switching member (1) to a stop against the contact faces (2).
Switch according to claim 1, characterized in that the resilient membrane (5) is made of thermoplastic, as in particular elastomeric, material.
Switch according to any one of the claims 1 to 3, characterized in that the housing (4;6) of the switch is build from two parts and comprises a base plate (4) having contact faces (2) arranged therein and a cover (6) with opening (6') for an exit of a portion of the switching member (1) with membrane (5), wherein the two parts (4;6) are connected to each other, preferably by self-locking, preferably by clipping or welding.
Switch according to any one of the claims 1 to 3, characterized in that the switching member (1) is pin-shaped and comprises a round or oval cross-section, wherein preferably the side (1') for contacting the contact faces (2) is convexly rounded.
Switch according to any one of the claims 1 to 4, characterized in that the membrane (5) comprises one or more notches (7) on the inner and/or outer side of the attaching part of the switching member (1) and/or at the region of transition between the switching member (1) and the attaching part of the housing (4;6).
Switch according to any one of the claims 1 to 5, wherein the switching member (1) is made of metal.
Switch according to any one of the claims 1 to 6, characterized in that three, preferably four, contact faces (2) are assigned to each switching member (1).
Switch according to any one of the claims 1 to 7, characterized in that the contact faces (2) are formed by contact pins (3), the sides (2) of which facing the switching member (1) are semi-spherical shaped, mushroom shaped or hook shaped.
Switch according to any one of the claims 1 to 8, characterized in that the housing of the switch, respectively the parts (4;6) of the housing of the switch are made from injection molded 2-component polymer.
Using a switch according to any one of the claims 1 to 9 in small electronic devices, in particular in hearing aids.