Elektrischer Schalter, insbesondere Parkstellungsschalter, für einen Elektromotor

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Schalter für einen Elektromotor, insbesondere einen Parkstellungsschalter, mit einer um eine Drehachse drehbaren Mitnehmerscheibe aus elektrisch nicht leitendem Material, einer an der Mitnehmerscheibe fixierten, mit dieser gemeinsam umlaufenden Schaltscheibe aus elektrisch leitendem Material, die wenigstens einen zu kontaktierenden segmentartigen Bereich aufweist, und mit wenigstens einem auf die Umlaufbahn der segmentartigen Bereiche ausgerichteten Kontakt. Die Erfindung betrifft außerdem einen Wischerantrieb mit einem derartigen Schalter.

Em derartiger Wischerantrieb ist bereits aus der DE 195 48 824 Al bekannt.

Elektrische Antriebsvorrichtungen für Scheibenwischer sind mit Schaltern versehen, die dafür sorgen, dass der Elektromotor der Antriebsvorrichtung auch nach Offnen des Hauptschalters durch den Fahrer noch so lange mit Strom versorgt wird, bis der Scheibenwischer wieder in seine Ausgangsposition gelangt ist, die auch als Parkstellung bezeichnet wird. Dement- sprechend wird der Schalter, der allgemein zur Erkennung von (End) Positionen eines sich periodisch innerhalb eines be ^¬ stimmten Wmkelbereichs hin- und herbewegenden Elements geeignet ist, Parkstellungsschalter genannt.

Herkommlicherweise werden die Parkstellungsschalter reali ^¬ siert durch eine auf einem vom Motor angetriebenen Trager angeordnete Schaltscheibe (Kontaktscheibe) , die drei konzentπ-

sehe Kontaktbahnen aufweist, von denen typischerweise zwei jeweils durch mindestens eine Lücke beziehungsweise Ausnehmung unterbrochen sind. Dabei lauft bei sich drehendem Trager auf jeder Bahn ein punktförmiges Kontaktelement (Schleifkon- takt) um, das - auf den zu kontaktierenden segmentartigen Bereichen der Kontaktbahn, also außerhalb der Lucken, - eine elektrisch leitende Verbindung zur Kontaktbahn herstellt, also den Schalter schließt. Auf den Luckensegmenten der jeweiligen Kontaktbahn ist hingegen keine elektrische Verbindung hergestellt, so dass der Schalter geöffnet ist, wenn der Motor, beziehungsweise die an seine Bewegung angekoppelte Schaltscheibe und damit das betreffende Luckensegment, sich an der entsprechenden Position befindet.

Derartige Schalter, deren Schaltscheibe eine ringförmige, jedoch durch Ausnehmungen beziehungsweise Luckensegmente durch ^¬ brochene Struktur aus elektrisch leitendem Material, typischerweise Metallblech, aufweist und auf einem Trager aus Kunststoff aufliegt, sind zum Beispiel aus der DE 41 30 972 C2 bekannt. Häufig sind die Kontaktbahnen bzw. die Schaltscheibe fest auf dem als Trager dienenden δbtπebszahnrad der Antriebswelle des Wischermotors angeordnet oder damit verbunden, wahrend die Schleifkontakte gehausefest, insbesondere am Getπebedeckel, ausgebildet sind. Das Prinzip lasst sich aber auch dann anwenden, wenn die Kontaktbahnen gehausefest und die Schleifkontakte drehbar im Gehäuse ausgebildet sind.

Bei dieser Anordnung, bei der ein Element, typischerweise die mit dem Trager rotierenden Kontaktbahnen, des Parkstellungs- Schalters fest mit der Abtriebswelle verbunden ist, tritt je ^¬ doch das Problem auf, dass das Scheibenwischerblatt durch äu ^¬ ßere Einflüsse, z. B. durch Schnee auf der Windschutzscheibe, daran gehindert werden kann, in seine Parkstellung zu gelangen. Da aber die Abtriebswelle so lange vom Motor angetrieben wird, bis sie eine Winkellage eingenommen hat, die der Parkstellung des Wischblattes bei ungehinderter Bewegung entspricht, wird der Wischarm und das Wischblatt bogenförmig

verspannt, indem sie sich am Hindernis abstutzen. Sobald der Motor selbsttätig abschaltet, bewirkt der sich entspannende Wischer, dass die Abtπebswelle zurückgedreht wird. Dies hat zur Folge, dass der Parkstellungsschalter erneut geschlossen und der Motor mit Strom versorgt wird. Dies fuhrt dazu, dass der Wischer wieder gegen das Hindernis gefahren und erneut eine mechanische Spannung aufgebaut wird. Dieser Vorgang wiederholt sich so lange, bis das Hindernis beseitigt ist oder der Motor aufgrund von Getriebeschaden ausfallt. Ersichtlich wirken dabei erhebliche Belastungen auf das Getriebe, die dessen Lebensdauer herabsetzen.

Zur Behebung dieses Problems ist aus der eingangs genannten, gattungsgemaßen Offenlegungsschπft bereits eine Antπebsvor- πchtung bekannt, deren Parkstellungsschalter mit einer

Schneelastsicherung ausgestattet ist. Dabei ist der Parkstel ^¬ lungsschalter durch eine Mitnahmeeinrichtung in Form einer Scheibe ergänzt, so dass die drehbar gelagerten Kontaktbahnen nicht mehr fest, sondern über eine Kupplung mit dem Abtπebs- zahnrad verbunden sind. Diese Kupplung ist derart ausgebildet, dass die Abtriebswelle im normalen Betrieb, bei dem der Wischer pendelnd angetrieben wird, die Mitnehmerscheibe zusammen mit den an ihr fixierten Kontakten (Schaltscheibe) mitnimmt, so dass der Parkstellungsschalter wie ein Parkstel- lungsschalter arbeitet, dessen Schaltscheibe fest mit der Abtriebswelle verbunden ist. Wenn aber der oben erläuterte Fall eintritt, bei dem die Abtriebswelle, beispielsweise auch durch Windkraft, gegen ihre eigentliche Drehrichtung zurückgestellt wird, wird die Mitnehmerscheibe beziehungsweise die an ihr fixierte Schaltscheibe nicht mitgenommen, so dass der Parkstellungsschalter, der den Motor andernfalls erneut mit Strom versorgen wurde, nicht geschlossen wird.

Unabhängig von der weiteren Funktionalität des Tragers der Schaltscheibe laufen die Schleifkontakte auf ihren jeweiligen Umlaufbahnen jedenfalls abwechselnd auf einem zu kontaktie- renden segmentartigen Bereich der Schaltscheibe und auf den

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daran anschließenden, durch das Kunststoffmateπal des Tra ^¬ gers (Abtriebszahnrad oder Mitnehmerscheibe) der Schaltschei- bθ gebildeten Bereichen. Damit die Umlaufbahn in allen Segmenten auf gleicher Hohe liegt, wird dabei in der Regel die Schaltscheibe in die Negativform der Trageroberseite gefugt. Da die Schleifkontakte abwechselnd auf zwei Materialpartnern laufen, müssen diese zwei Teile (Trager und leitende Schaltscheibe) miteinander gepaart und verbunden werden und zwar so, dass nach dem Fugeprozess beide Teile - bezogen auf die Schleifkontakte - möglichst auf einer Ebene liegen. Bedingt durch Toleranzen ist dies nicht immer ideal zu erreichen. In der Folge kommt es zu einem erhöhten mechanischen Verschleiß der Kontakte, zu Klack-Gerauschen und zu Prellen, also zu einer verschlechterten Signalgute. Darüber hinaus sind für jede neue Geometrie der Schaltscheibe neben neuen Schaltscheiben auch neue Mitnehmerscheibenoberseiten mit entsprechenden Negativkonturen erforderlich, was mit einer aufwendigen Teile- vielfalt und erhöhten Werkzeugkosten verbunden ist. Außerdem muss die Schaltscheibe als zusätzliches Bauteil auf die Mit- nehmerscheibe montiert werden, wobei der Kontaktwinkel der Schaltscheibe im Stanzprozess der Schaltscheibe realisiert wird. Ferner sind für die Montage der Schaltscheibe Bohrungen in der Mitnehmerscheibe erforderlich und die Schaltscheibe kann bei der Montage einem Biegeprozess unterliegen.

Offenbarung der Erfindung

Der erfmdungsgemaße elektrische Schalter ist m Anspruch 1 gekennzeichnet. Em erfindungsgemaßer Wischerantrieb mit ei- nem derartigen Schalter ist in Anspruch 7 gekennzeichnet.

Weiterbildungen und bevorzugte Maßnahmen ergeben sich aus den Unteranspruchen .

Bei dem erfmdungsgemaßen elektrischen Schalter ist, über die gattungsgemaßen Merkmale hinaus, vorgesehen, dass die Schaltscheibe derart in die Mitnehmerscheibe eingebettet ist, dass die Schaltscheibe bis auf die zu kontaktierenden segmentarti-

gen Bereiche vom Material der Mitnehmerscheibe umschlossen ist.

Die wahrend der Umlaufbahn zu kontaktierenden beziehungsweise nicht zu kontaktierenden Segmente der Kontaktbahnen werden demnach nicht mehr wie im Stand der Technik durch eine strukturierte Ausbildung der Schaltscherbe selbst, sondern durch die - in bestimmten Segmenten aufgehobene beziehungsweise unterbrochene - Integration einer Schaltscheibe mit unstruktu- πerten, ringförmig geschlossenen Kontaktbahnen in die Mitnehmerscheibe realisiert. Durch den Wegfall der Biegeprozesse der Schaltscheibe und des nachtraglichen Montageprozesses resultiert eine Kostenoptimierung und Bauteiloptimierung. Letzteres auch wegen der Erhöhung der mechanischen Festigkeit der Mitnehmerscheibe durch Entfall der Befestigungsbohrungen für die Montage der Schaltscheibe. Die Erfindung ermöglicht auch, die Schaltscheibe in Form eines vereinfachten Stanzteils bereitzustellen, da eine erforderlrche Variation der Segment ^¬ struktur der Schaltscheibe durch erne Variation der Einbet- tungsstruktur realrsrerbar ist.

Bei einer herstellungstechnisch vorteilhaften Ausfuhrungsform der Erfindung besteht die Mitnehmerscheibe aus Kunststoff, wober die Schaltscheibe durch Spritzgießen in die Mitnehmer- scherbe eingebettet ist. Die gewünschte Einbettungsstruktur ist dann mit üblichen, spritztechnisch wenig aufwandigen Mitteln implementierbar .

Gemäß einer als besonders vorteilhaft angesehenen weiteren Ausfuhrungsform der Erfindung sind die übergänge von den zu kontaktierenden segmentartigen Bereichen zu den benachbarten, durch das Material der Mitnehmerscheibe gebildeten Bereichen der Umlaufbahn als bezüglich des Hohenniveaus weiche übergänge ausgebildet. Hinsichtlich der Qualität ergibt sich der Vorteil, dass die Schleifer, die möglichst auf einer Ebene laufen sollen, nicht mehr von den Toleranzen des Systems Schaltscheibe/Trager abhangig sind. Damit resultiert ein ver-

ringerter Verschleiß/Abrieb beziehungsweise Prellen, wodurch sich eine bessere Signalgύte beziehungsweise eine Robust- hθitssteigerung ergibt. Durch den sanften übergang beim Umlauf auf den Kαntaktbahnen resultiert auch die Vermeidung von Klack-Gerauschen, also eine Gerauschoptimierung. In besonders vorteilhafter Weise können die weichen übergänge gemäß einer Weiterbildung der erwähnten Ausfϋhrungsfortn mithilfe einer Rampengeometrie im Kunststoffmaterial der Mitnehmerscheibe realisiert sein.

Vorteilhafterweise weist die Schaltscheibe wenigstens annähernd die Form einer geschlossenen und lückenlosen Ringscheibe auf, d.h. es sind keine unterschiedlichen Stanzwerkzeuge für die Herstellung der Varianten der Schaltscheibe erforder- lieh.

Der erfindungsgemäße Wischerantrieb für ein Kraftfahrzeug um- fasst einen elektrischen Schalter, insbesondere einen Park ^¬ stellungsschalter, der oben beschrrebenen Art.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Figur 1 zeigt eine schematische Draufsicht auf eine aus dem Stand der Technik bekannte, mit Ausnehmungen versehene Schaltscheibe eines Parkstellungsschalters,

Figur 2 zeigt einen Querschnitt entlang eines Durchmessers der erfmdungsgemaßen Mitnehmerscheibe mit integrierter Schaltscheibe,

Figur 3 zeigt einen zu den Stirnflachen der erfmdungsgemaßen Mitnehmerscheibe parallelen Querschnitt,

Figur 4 zeigt einen Schnitt des erfindungsgemäßen Schalters entlang der Linie A-A aus Figur 3,

Figur 5 zeigt einen Querschnitt durch einen schematisch dar ^¬ gestellten erfindungsgemaßen Wischerantrieb mit Parkstellungsschalter .

Ausfuhrungsform der Erfindung

In Figur 1 ist eine aus dem Stand der Technik bekannte, üblicherweise als Blechstanzteil hergestellte Schaltscheibe 1 dargestellt, die für einen Parkstellungsschalter einer An- triebsvorπchtung eines Kfz-Scheibenwischers verwendet werden kann. Die bekannte Schaltscheibe 1 ist teilweise ringförmig ausgebrldet, weist jedoch eine segmentartige Lücke bzw. Aus- nehmung 2 und, gegenüberliegend, einen kurzen vorspringenden zu kontaktierenden Sektor 3 auf. Em für die innere UmIauf- bahn vorgesehener (nrcht dargestellter) Schleifkontakt bewegt sich also, außer im Bereich der Lücke 2, auf dem Metallblech des segmentartigen Bereichs 4 der Schaltscheibe 1, wahrend ein für die äußere Umlaufbahn vorgesehener weiterer Schleif ^¬ kontakt nur sehr kurz, nämlich über dem zu kontaktierenden Sektor 3, auf der Schaltscheibe 1 lauft, wahrend der gesamte Rest der zugehörigen Umlaufbahn als Lücke 5 ausgebildet ist. Diese bekannte Schaltscheibe aus leitendem Material kann auf die Oberseite des elektrisch nicht leitenden Kunststoffmate- πals einer an sich bekannten Mitnehmerscheibe eingelegt wer- den. Dre Schleifkontakte laufen dann auf ihren jeweiligen Umlaufbahnen abwechselnd über der Schaltscheibe 1 und dem daran anschließenden Kunststoffmateπal der Mitnehmerscheibe und leiten dementsprechend ein Signal, wenn die Schleifer sich auf der leitenden Kontaktscheibe 1 befinden, bzw. unterbre- chen das Signal, wenn die Schleifkontakte auf der Mitnehmer ^¬ scherbe laufen. In der Regel wird dabei die Schaltscheibe in die Negativform der Oberseite der Mitnehmerscheibe gefugt.

In Figur 2 ist eine erfmdungsgemaße Mitnehmerscheibe 6 mit integrierter Schaltscheibe 7 dargestellt. Letztere weist die Form erner lückenlosen Ringscheibe auf und ist in Spritzmontagetechnik hergestellt. Dabei wird die Schaltscheibe 7 in an

sich bekannter Weise in eine offene Spritzform für die Mit ^¬ nehmerscheibe 6 eingelegt und mit Kunststoff umspritzt. Die einfache Struktur der Mitnehmerscheibe 6, deren Funktionen im Wesentlichen auf ihrer Oberseiten-Ebene ausgebildet sind, er- moglicht einen unkomplizierten Spπtzguss . Erkennbar in Figur 2 sind außerdem zwei Mitnehmer 8 und eine Lagerung 9, um die herum die Mitnehmerscheibe 6 in eine Drehrichtung drehbar ist. Aus der Darstellung gemäß Figur 2 geht ferner bereits hervor, dass Teile der Schaltscheibe 7 auch zur Oberseite der Mitnehmerscheibe 6 hin von deren Kunststoffmateπal umschlossen sind, wahrend andere Teile der Schaltscheibe 7 zur Oberseite der Mitnehmerscheibe 6 hin offen liegen.

Figur 3 zeigt die lückenlose Ringsscheibe 7, deren uberwie- gender, schwarz dargestellter Teil (Segment) allseitig vom

Kunststoffmaterial der Mitnehmerscheibe 6 umgeben ist. Bewegt sich ein Schleifkontakt auf einer Umlaufbahn, so kommt er - wie vorgesehen - beim Umlauf über dieses, nicht zu kontaktie- rende Segment nur mit dem Kunststoff der Mitnehmerscheibe 6 m Berührung. Nur im segmentartigen Bereich 10 der Schaltscheibe 7 ist eine Kontaktierung wahrend des Umlaufs dieses Segmentes vorgesehen. In diesem Bereich 10 ist die Schaltscheibe 7 deshalb nicht vom Kunststoff der Mitnehmerscheibe 6 überdeckt - das Segment 10 wurde beim Umspπtzen ausgespart. Wie erkennbar, ist der segmentartige Bereich 10 - durch die Formgebung bei der Umspπtzung - so strukturiert, dass sich ein Segment 11 bezuglich einer inneren Kontaktbahn sowie ein weiteres Segment 12 bezuglich einer äußeren Kontaktbahn ergibt.

Figur 4 zeigt beispielshalber, wie die übergänge von den zu kontaktierenden segmentartigen Bereichen 10 zu den benachbarten, durch das Material der Mitnehmerscheibe 6 gebildeten Bereichen der Umlaufbahn vorteilhaft als bezüglich des Hohenni- veaus weiche übergänge ausgebildet sind. Beim Umspπtzen der Schaltscheibe 7 können die weichen übergänge mithilfe einer

Rampengeometrie 13 im Kunststoffmaterial der Mitnehmerscheibe 6 besonders vorteilhaft mitgesprrtzt werden.

Figur 5 zeigt schematisch den Aufbau eines erfmdungsgemaßen Wischerantriebs mit Parkstellungsschalter. Dargestellt ist ein Getπebegehause, das nach oben hin durch einen topfahnli- chen Getπebedeckel 14 verschlossen ist. Durch den Boden 15 des Gehäuses erstreckt sich eine Abtπebswelle 16, auf deren Ende, das in das Gehäuse hineinragt, ein Abtriebszahnrad 17 aus Kunststoff befestigt ist. Das Abtriebszahnrad 17 entspricht in seiner radialen Ausdehnung in etwa dem Innendurchmesser des Gehäuses. In der Außenverzahnung des Abtriebszahnrades 17 kämmt eine Schnecke 18, die in unmittelbarer Verlän ^¬ gerung der Ankerwelle des nicht dargestellten Antriebsmotors ausgebildet ist.

Der Getriebedeckel 14 kann aus Kunststoff bestehen, an den eine sich in axialer Richtung in das Innere des Gehäuses erstreckende Lagerung 19 für die Mitnehmerscheibe 6 angeformt ist. Die Lagerung 19 für die Mitnehmerscheibe 6 kann von der dargestellten beispielhaften Ausbildung stark abweichen. Die Mitnehmerscheibe 6 ist in an sich bekannter Weise, beispielsweise über eine Mitnehmernase 20, am Abtriebszahnrad 17 und eine entsprechende Nut an der Unterseite der Mitnehmerscheibe 6, oder umgekehrt, so an das Abtriebszahnrad 17 gekuppelt, dass bei einer Drehung der Abtriebswelle 16 in die eine Richtung die Mitnehmerscheibe 6 - und damit die dort integrierten, also relativ zum Getriebedeckel 14 drehbar gelagerten Kontaktbahnen der Schaltscheibe 7 - mitgenommen und bei einer Drehung der Welle 16 in die andere Richtung die Mitnehmer ^¬ scheibe 6 nicht mitgenommen wird. Ein Schleifkontakt 21 kon- taktiert die umlaufenden freiliegenden segmentartigen Bereiche 10 der Schaltscheibe 7 und schleift im weiteren Umlauf auf dem Kunststoff der Mitnehmerscheibe 6.