CN101032078A - 电容性的接近开关和/或接触开关 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电容性的接近开关和/或接触开关(1)，其具有一种导电的主体，该主体布置在一电绝缘的盖板(6)和一与该盖板间隔距离地布置的支撑板(8)之间，并在距离方向可以弹性变形，其中所述导电的主体以其上端贴靠在盖板(6)的下侧面(5)上，并在那里确定一感应面，并且其中所述导电的主体以其下端与支撑板(8)的导电触点(9)相连。所述导电的主体是一种由一延伸体绕成的压缩弹簧(2)。

Description

电容性的接近开关和/或接触开关
本发明涉及一种电容性的接近开关和/或接触开关(Annherungs-und/oder Berührungsschalter)，其具有一导电的主体，该主体布置在一电绝缘的盖板和一与该盖板间隔距离地布置的支撑板之间，并沿着距离方向可以弹性变形，其中所述导电的主体以其上端贴靠在盖板的下侧面上，并在那里构成-感应面，并且其中所述导电的主体以其下端与支撑板的一导电触点相连。
一种这样的电容性的接近开关或接触开关已经由US 5 892 652 A公开。在那里设置一个弯成Z形的钢板弹簧作为导电的主体。所述钢板弹簧由固定在支撑板上的基板和上板组成，所述上板可以压在平行于支撑板布置的盖板的下侧面上，并在那里构成感应面。基板和上板构成Z的两端，它们通过Z的中间的、倾斜的部分互相连接。通过这个倾斜的部分，钢板弹簧被赋予这样的柔性，即支撑板和盖板之间在平行性上的偏差可以通过钢板弹簧补偿。不过这样一种钢板弹簧有这些缺点，在盖板和钢板弹簧的上板之间不存在平面平行性时，在上板和盖板的下侧面之间产生空气间隙，由此降低了接触开关在与盖板上表面相接触时的反应敏感性。另一个缺点在于，在改变盖板和支撑板之间的距离时，除了改变上板到基板的距离，还改变了它们互相的侧向位置，由此在基板固定在支撑板上时感应面在盖板下侧面上的位置会按盖板和支撑板之间的距离滑动。
本发明的任务在于，提供一种经改善的电容性的接近开关和/或接触开关。
对于一种开始所述类型的电容性的接近开关和/或接触开关，前面指出的任务根据本发明由此解决：即导电的主体是一由一种延伸体绕成的压缩弹簧。
本发明带来此优点，即在盖板和支撑板之间不同的距离可以利用绕成的压缩弹簧来克服，而感应面在盖板下侧面上的位置不会侧向滑动。此外通过绕成的压缩弹簧除了可以以简单的做法补偿支撑板和盖板之间在平行性上的偏差，还可以补偿盖板下侧面的不平度和盖板的弯曲。所述延伸体最好是一种具有圆形或矩形横截面的弹簧丝，由它可以以简单的方式绕成所述压缩弹簧。
所述压缩弹簧具有一上端和一与该上端相面对的下端，其中上端布置在盖板上且下端布置在支撑板上。压缩弹簧在其上端处适当地具有至少一个贴靠在盖板下侧面上的上部绕圈，它构成感应面。特别地该上部绕圈在至少三个地点直接与盖板下侧面进行机械接触。由此可以通过上部绕圈的造型以最简单的方式构造出不同的感应面形状。
压缩弹簧最好在其端部中的至少一个端部上具有至少两个绕圈，它们螺旋形地处于一个平面中。在这种情况下绕圈是由内向外还是由外向内卷绕都是一样的。通过这些螺旋形交错的绕圈，在压缩弹簧的上端处构成一绕圈盘(Windungsteller)，它贴靠在盖板下侧面上。所述绕圈盘在其内部是这样有弹性的，使盖板下侧面在绕圈盘的平面内的不平度可以容易地补偿。通过这些螺旋形交错的绕圈在压缩弹簧的下端处保证了压缩弹簧在支撑板上的稳定支承，由此所述压缩弹簧在支撑板的装配过程中可以容易地调整到垂直于支撑板。
根据一种优选的实施方式，所述在盖板和支撑板之间的压缩弹簧处于压力下，并且压缩弹簧在其上端具有一种形状，它形状配合地匹配于盖板下侧面。通过压力特别使压缩弹簧的上部绕圈压在盖板下侧面上，由此可以产生一种形状配合的接触。如果在压缩弹簧的上端处由多个螺旋形地处于一个平面内的绕圈来构成绕圈盘，该绕圈盘就可以在压缩弹簧处于压力下时使其形状与盖板下侧面相匹配，由此使上部绕圈形状配合地贴靠在盖板下侧面上。以这种方式也可以对拱起的盖板在由绕圈盘构成的感应面和盖板下侧面之间产生一种最优的接触。
压缩弹簧至少在一上部部分区域和/或下部部分区域中适当地如此成形为圆锥形，即压缩弹簧具有绕圈直径不同的绕圈。这带来的优点是，在压缩时多个绕圈螺旋形地位于一个平面中并以这种方式只对处于压力下的压缩弹簧构成一绕圈盘。由此压缩弹簧不必、尤其在其上端处在之前已经构造成具有绕圈盘，而是一旦压缩弹簧在压力下安装于盖板和支撑板之间，绕圈盘自己自动构成。
根据一种优选的实施方式，在上部部分区域和/或下部部分区域中在至少两个相邻的绕圈之间存在一种在轴向的弹簧延伸部分方向上的轴向距离，它处在沿着轴向的弹簧延伸部分的方向上在零和延伸体的横截面尺寸之间的范围内；以及存在一种在径向的弹簧延伸部分方向上的径向距离，它处于沿着径向的弹簧延伸部分的方向上的一个延伸体横截面尺寸和一个半延伸体横截面尺寸之间的范围内。其中所述距离分别在绕圈的中心型芯、例如延伸体的中轴线之间确定。通过这些特别是布置在压缩弹簧的上端或者下端的彼此紧密贴合的绕圈，将阻止或者减少多个同类压缩弹簧在支撑板的自动装配过程中互相勾住，因为在两个绕圈之间的距离小于延伸体相应的尺寸。
压缩弹簧至少在一个部分区域中适当地成形为圆柱形，因此一旦压缩弹簧在安装于盖板和支撑板之间时处于压力下，就可避免压缩弹簧在这个部分区域中的纵向弯曲。
所述圆柱形的部分区域至少在其一端处最好具有一细分区域，其中在至少两个连续的绕圈之间存在一种在轴向的弹簧延伸部分的方向上的轴向距离，它小于延伸体在轴向的弹簧延伸部分的方向上的两个横截面尺寸。同样此处该距离分别在两个相邻的绕圈的中心型芯之间确定。通过这些彼此紧密贴合的绕圈，就可以为装配夹具构成一种导向圆柱，由此可以实现支撑板与一个或多个压缩弹簧的自动装配。
特别地，所述细分区域布置在圆柱形部分区段的一端处，在其上连接一个具有较小绕圈直径的区域，或者它就是压缩弹簧的端部段本身。通过这些彼此紧密贴合的绕圈，将阻止或者减少多个同类压缩弹簧在支撑板的自动装配过程中互相勾住，因为两个绕圈之间的距离小于延伸体相应的尺寸。
根据一种优选的实施方式，压缩弹簧在一个第一部分区域和一个第二部分区域中如此成形为圆柱形，即第一部分区域具有与第二部分区域不同的绕圈直径，并且在第一部分区域和第二部分区域之间布置一个圆锥形的过渡区域。因此在压缩弹簧的最大压力负荷下，所述两个部分区域可以交错滑入，这样具有较小绕圈直径的部分区域至少以其轴向延伸部分的一部分处在具有较大绕圈直径的部分区域内。以这种方式实现的压缩弹簧的弹簧压缩量相比一种通过绕圈彼此均匀贴靠而限定的弹簧压缩量要延长，由此可以相应地扩大压缩弹簧可以装入的支撑板和盖板之间的距离范围。这导致在生产根据本发明的所述接近开关或者接触开关时，只需生产或者在仓库中储存较少的压缩弹簧的不同种类，由此降低了生产成本。
压缩弹簧最好在其下端具有一种位置和/或旋转固定件，它特别由成型的焊片和/或成型的焊接插销(Loetstift)构成。以这种方式使压缩弹簧可以用其下端以简单的做法与支撑板的导电触点进行焊接。
所述压缩弹簧在其下端具有至少一个贴靠在支撑板上的下部绕圈。压缩弹簧特别用其下部绕圈在至少三个地点与导电触点进行电流连接。这带来此优点，即压缩弹簧可以为一种焊接过程承担在支撑板上稳定的位置。以这种方式一方面可以实现无机械应力的焊接连接，另一方面下部绕圈可以在SMD焊接连接方式下与支撑板焊接。由此可以将支撑板与一个或多个这样构造的压缩弹簧的装配以简单的方式自动化。特别地压缩弹簧在其下端具有至少两个绕圈，它们螺旋形地处于一个平面中。通过在这种绕圈上增加的数量就扩大了压缩弹簧在焊接过程中被焊膏所浸润的浸润面积，由此在焊接过程中提高了压缩弹簧在支撑板上的稳定性。
在一种优选的实施方式中，在支撑板上在一个通过感应面定义的范围内、特别在压缩弹簧内布置一个发光元件，例如LED，白炽灯或光导体。此发光元件可以用于标志感应面或用于标记接近开关和/或接触开关不同的开关状态。
下面本发明借助附图详细说明：
图1在示意的截面图中示出了一种根据本发明的电容性的接近开关和/或接触开关，
图2在示意的侧视图中示出了一种根据本发明的压缩弹簧的第一实施方式，
图3在示意的侧视图中示出了一种根据本发明的压缩弹簧的第二实施方式，
图4在示意的侧视图中示出了一种根据本发明的压缩弹簧的第三实施方式。
在开始详细描述附图之前要注意，在根据本发明的电容性的接近开关和/或接触开关的不同实施方式下，互相对应或相同的元件或者说单个零件在所有附图中通过相同的附图标记表示。
在图1中以示意的截面图示出了一种根据本发明的接近开关和/或接触开关。所述开关1包含绕成的压缩弹簧2作为导电的主体，它优选由弹簧丝构成。所述弹簧丝具有优选一种圆形的横截面3，不过在此其它横截面形状也是可以的，例如椭圆或多边形的。所述压缩弹簧2在其上端具有多个绕圈4，它们形状配合地并在压应力下贴靠在拱起的、电绝缘的盖板6的下侧面5上。所述绕圈螺旋形地交错并以这种方式构成一种扁平的绕圈盘7，它在弹簧力下与盖板6的拱弹性地匹配。盖板6可以由一种绝缘体一例如玻璃、玻璃陶瓷或塑料制成。与盖板6间隔距离地布置着一支撑板8，该支撑板带有一种面对着盖板6下侧面5的导电触点面9。所述支撑板8可以是塑料板，它在其至少一个板侧面上具有已提及的触点面9，并在必要时具有导体电路，触点面9通过该导体电路与分析电路(未示出)导电地连接。压缩弹簧2在其下端具有一下部绕圈10，所述压缩弹簧利用它平面地贴靠在支撑板8的触点面9上。在压缩弹簧2的下端处成型了一个焊片11作为位置和/或旋转固定件，它突出穿过支撑板8的孔12。焊片11通过一种波峰焊焊接连接13而与支撑板8进行连接，并且下部绕圈10通过SMD焊接连接14与支撑板8连接。压缩弹簧2在下部绕圈10和绕圈盘7之间构造成截锥形的圆锥形，其中绕圈直径从下部绕圈10到绕圈盘7减小。
通过贴靠在盖板的下侧面5上的绕圈盘7上部绕圈4确定了一种感应面15，它通过上部绕圈4的外侧绕圈16来进行限制。特别地，外侧绕圈16完全贴靠在盖板6的下侧面5上。如果现在一个物体、例如手指(该物体或者说手指带来与支撑板8的触点面9的电位不同的电位、特别是地电位)接近在感应面15对面的盖板6表面区域17，和/或与之接触，则由此引起由所涉及的物体或者说手指、盖板和感应面15而组成的电容器的电容变化。因为感应面15与支撑板8的触点面9进行导电连接并且它们又与分析电路相连接，所述电容变化可以通过分析电路确定并进行分析。此外可以在支撑板8上在压缩弹簧2内的范围中设置一个光源(未示出)，例如一种LED，以标志感应面15或标记开关1不同的开关状态。此外在盖板6的上表面上可以涂上导电涂层(未示出)，以在接触或者说接近时在感应面15对面的表面区域17中产生均匀的电位分配。特别地所述导电涂层(其形状可以与感应面15的不同)也可以延伸超出上表面17，这样就扩大了其中可以操纵所述接近开关和/或接触开关的区域。所述导电涂层可以又被介电保护层覆盖(未示出)，以防止损坏导电涂层，和/或以标志所述接近开关和/或接触开关的位置。
在图2中示出了一种根据本发明的压缩弹簧2的第一实施方式的示意的侧视图。螺旋形绕成的压缩弹簧2具有一种截锥形的下部部分区域18，其中绕圈直径从下部绕圈10向上直到分界绕圈19减小。在它上面连接着同样具有截锥形的上部部分区域20，不过此时绕圈直径从分界绕圈19直到最上面的绕圈4a又增加。如果压缩弹簧2在压力下按照图1安装在盖板6和支撑板8之间，则上部部分区域20这样压缩，最上面的绕圈4a，4b和4c螺旋形地交错推移。在这种方式下根据图1构成了所述绕圈盘7，其中上面的绕圈4a，4b和4c形状配合地贴靠在盖板的下侧面5上。不过替代方案也是可行的，此时还不处在压力下的压缩弹簧2接着分界绕圈19直接形成绕圈盘7。
在图3中示出了根据本发明的压缩弹簧2的一种第二实施方式的示意的侧视图。螺旋形绕成的压缩弹簧2在这种情况下具有一种圆柱形状的下部部分区域21，其中绕圈直径从下部绕圈10向上直到分界绕圈19保持不变。在它上面连接具有截锥形的上部部分区域20，不过此时绕圈直径从分界绕圈19直到最上面的绕圈4a增加。由此在安装时压缩弹簧2在盖板6和支撑板8之间在压力下可以重新构成所述绕圈盘7。
在图4中示出了根据本发明的压缩弹簧2的一种第三实施方式的示意的侧视图。螺旋形绕成的压缩弹簧2在这种情况下在其下端22上具有两个下部绕圈10，10’，它们螺旋形地处于一个平面内，并以这种方式保证压缩弹簧2在支撑板8上稳定的支承。所述下部绕圈10，10’在焊接过程中用焊膏浸润，并例如在SMD焊接连接的方式中与支撑板焊接，该支撑板特别可以是一种印刷线路板。从下部绕圈10出发，压缩弹簧2类似于图3具有圆柱形状的第一部分区域21’，其中绕圈直径从下部绕圈10直到第一分界绕圈19’保持不变。在它上面连接一种具有截锥形状的过渡区域23，不过此时绕圈直径从分界绕圈19’直到第二分界绕圈19”减小。在分界绕圈19”上连接一个具有圆柱形状的第二部分区域24，其中绕圈直径从第二分界绕圈19”直到第三分界绕圈19保持不变。第二部分区域24的绕圈直径由此小于第一部分区域21’的绕圈直径。在第二部分区域24上，类似图2，连接着具有截锥形状的上部部分区域20，其中绕圈直径从分界绕圈19直到最上面的绕圈4a重新增加，并且在压缩弹簧2处于压力下时构成绕圈盘7。
上部部分区域的绕圈4a到4g这样紧密缠绕，即在每两个相邻的绕圈之间在轴向的弹簧延伸部分的方向上存在着等于弹簧丝直径D的一半的轴向距离A，并在径向的弹簧延伸部分的方向上存在着等于整个弹簧丝直径D的径向距离R。在此，两个绕圈之间的距离分别从它的中点进行测量。对处于压力下的压缩弹簧2来说，由此构成了一种封闭的绕圈盘7，此时绕圈4a到4g的相邻的绕圈相接触。第一圆柱形的部分区域21’在其下端具有包含三个绕圈26a，26b和26c的第一细分区域25，并在其上端具有包含三个绕圈26d，26e和26f的第二细分区域25’，它们分别这样紧密缠绕，即在每两个相邻的绕圈之间在轴向的弹簧延伸部分的方向上存在等于弹簧丝直径D的轴向距离A’，也就是说，相邻的绕圈26a和26b，26b和26c，26d和26e，26e和26f分别接触，这样压缩弹簧2在细分区域25和25’没有弹性。通过这些互相紧密贴合的绕圈4a到4g，26a到26c和26d到26f阻止了在自动装配过程中同类压缩弹簧2互相勾住，因为绕圈4a到4g，26a到26c以及26d到26f的每两个相邻的绕圈之间的距离小于弹簧丝直径D。
第二圆柱形的部分区域24在其上端具有包含三个绕圈26g，26h和26i的第三细分区域25”，它们同样分别这样紧密缠绕，即在每两个相邻的绕圈之间在轴向的弹簧延伸部分的方向上存在等于弹簧丝直径D的轴向距离A’，也就是说，相邻的绕圈26g和26h或者26h和26i分别接触，这样压缩弹簧2在第三细分区域25”中没有弹性。通过这些互相紧密布置的绕圈26g到26i构成了一用于一种装配夹具的导向圆柱，这样可以进行支撑板与一个或多个压缩弹簧2的自动装配。
总体上，压缩弹簧2整体地由金属弹簧丝绕成。不过压缩弹簧2也可以由其它导电材料、例如导电塑料或带有金属芯的塑料以塑料注塑件的形式进行生产。压缩弹簧2优选具有圆形的绕圈，不过其它的形状也是可以的，例如卵形、椭圆形或多边形。
                       附图标记列表
1     接近开关和/或接触开关        16     上部绕圈的外侧绕圈
2     螺旋压缩弹簧                 17     盖板的表面区域
3     弹簧丝的横截面               18     下部部分区域
4     压缩弹簧的上部绕圈           19     分界绕圈
5     盖板的下侧面                 20     上部部分区域
6     盖板                         21     下部的或者说第一部分区
7     绕圈盘                              域
8     支撑板                       22     压缩弹簧的下端
9     导电触点面                   23     圆锥形成型的过渡区域
10    下部绕圈                     24     第二部分区域
11    焊片                         25     细分区域
12    支撑板的孔                   26     细分区域的绕圈
13    波峰焊接连接                 A      两个绕圈之间的轴向距离
14    SMD焊接连接                  R      两个绕圈之间的径向距离
15    感应面                       D      弹簧丝直径

Claims (16)

1.电容性的接近开关和/或接触开关，具有导电的主体，该主体布置在一电绝缘的盖板(6)和一与该盖板间隔距离地布置的支撑板(8)之间，并在距离方向上可以弹性变形，其中所述导电的主体以其上端贴靠在盖板(6)的下侧面(5)上，并在那里构成一感应面(15)，并且其中所述导电的主体以其下端与支撑板(8)的一导电触点(9)相连，其特征在于，所述导电的主体是一种由一延伸体绕成的压缩弹簧(2)。
2.根据权利要求1所述的开关，其特征在于，所述压缩弹簧(2)在其上端具有至少一个贴靠在盖板(6)的下侧面(5)上的上部绕圈(4a，16)，它构成所述感应面(15)，并且它在至少三个地点直接与下侧面(5)进行机械接触。
3.根据权利要求1或2所述的开关，其特征在于，所述压缩弹簧(2)在其端部中的至少之一上具有至少两个绕圈(4，10)，它们螺旋形地处于一平面中。
4.根据前述权利要求中任一项所述的开关，其特征在于，所述在盖板(6)和支撑板(8)之间的压缩弹簧(2)处于压力下，并且压缩弹簧(2)在其上端具有一种形状，它形状配合地匹配于盖板(6)的下侧面(5)。
5.根据前述权利要求中任一项所述的开关，其特征在于，所述压缩弹簧(2)至少在一上部部分区域(20)和/或下部部分区域(18)中如此成形为圆锥形，即压缩弹簧(2)具有绕圈直径不同的绕圈(4a，4b，4c)。
6.根据权利要求5所述的开关，其特征在于，在所述上部部分区域(20)和/或下部部分区域(18)中在至少两个相邻的绕圈(4a-4g)之间存在一种在轴向的弹簧延伸部分的方向上的轴向距离(A)，该轴向距离在轴向的弹簧延伸部分的方向上处于零和延伸体的一个横截面尺寸(D)之间的范围内；并且存在一种在径向的弹簧延伸部分的方向上的径向距离(R)，该径向距离在径向的弹簧延伸部分的方向上处于延伸体的一个横截面尺寸(D)和一个半横截面尺寸(D)之间的范围内。
7.根据前述权利要求中任一项所述的开关，其特征在于，所述压缩弹簧(2)至少在一个部分区域(21，21’，24)中成形为圆柱形。
8.根据权利要求7所述的开关，其特征在于，所述圆柱形的部分区域(21’，24)至少在其一端具有一细分区域(25，25’，25”)，其中在至少两个连续的绕圈(26a-26g)之间存在一种在轴向的弹簧延伸部分的方向上的轴向距离(A’)，它小于延伸体在轴向的弹簧延伸部分的方向上两个横截面尺寸(D)。
9.根据权利要求8所述的开关，其特征在于，所述细分区域(25，25’)布置在圆柱形部分区段(21’)的一端，在其上连接一个具有较小绕圈直径的区域(23)，或者它就是压缩弹簧(2)的端部段(25)本身。
10.根据权利要求7至9中任意一项所述的开关，其特征在于，所述压缩弹簧(2)在一第一部分区域(21’)和一第二部分区域(24)如此成形为圆柱形，即第一部分区域(21’)具有一与第二部分区域(24)不同的绕圈直径，并且在第一部分区域(21’)和第二部分区域(24)之间布置一圆锥形的过渡区域(23)。
11.根据前述权利要求中任一项所述的开关，其特征在于，所述压缩弹簧(2)在其下端具有一位置和/或旋转固定件(11，13，14)。
12.根据权利要求11所述的开关，其特征在于，所述位置和/或旋转固定件由一种成型的焊片(11)和/或一种成型的焊接插销构成。
13.根据前述权利要求中任一项所述的开关，其特征在于，所述压缩弹簧(2)在其下端处具有至少一个贴靠在支撑板(8)上的下部绕圈(10)，并且在至少三个地点与导电触点(9)进行电流连接。
14.根据前述权利要求中任一项所述的开关，其特征在于，在所述支撑板(8)上在一通过感应面(15)所确定的范围内布置一发光元件。
15.根据权利要求11所述的开关，其特征在于，所述发光元件布置在压缩弹簧(2)内。
16.根据权利要求1至12中任意一项所述的用于电容式接近开关和/或接触开关的压缩弹簧。
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