CN104471664B - 电气开关 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电气开关(1)、尤其跷板开关，其带有接触系统(3)以及带有用于在两个开关位置、尤其接通位置以及断开位置之间切换接触系统(3)的可动的操纵机构(4)。开关(1)具有可操控的执行器(5)，其与操纵机构(4)处于有效连接中，这样使得操纵机构(4)在这两个开关位置中的至少一个中在操控执行器(5)时被执行器(5)移动以将接触系统(3)切换到另一开关位置中。尤其由执行器(5)将操纵机构(4)从接触系统(3)的接通位置移动到断开位置中。

Description

电气开关
技术领域
本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分的电气开关。
背景技术
这样的电气开关用于通过使用者的手动操纵来接通和/或关断电气设备。这些开关尤其例如在家用设备业中被用于家用器具如咖啡机、吸尘器等、被用于娱乐业中的设备等。这样的开关可设计成跷板开关(Wippschalter)的形式。
这样的电气开关可具有壳体。在壳体中存在接触系统。从壳体中伸出有可动的操纵机构用于在两个开关位置、即断开位置与接通位置之间切换接触系统。开关在接通之后保持在接通位置中而仅可通过重新手动操纵操纵机构断开。
发明内容
本发明目的在于将开关改进成使得开关附加地非手动地可从一开关位置切换到另一开关位置中。这样的跷板开关尤其应不仅可机械地、即由使用者手动地、而且可电气地/电子地、即无手动作用地切换。
对于这种类型的电气开关通过权利要求1的特征部分的特征来实现该目的。
在根据本发明的电气开关中设置有可操控的执行器，其与操纵结构有效连接。由此，操纵机构在这两个开关位置中的至少一个中在操控执行器时被执行器移动以将接触系统切换到另一开关位置中。尤其地，操纵机构被执行器从接触系统的接通位置移动到断开位置中。因此，开关至少可“电气地/电子地”断开。本发明的另外的设计方案是从属权利要求的内容。
执行器优选地是具有线圈以及电枢的电磁体。可借助于电枢来引起在执行器与操纵机构之间的有效连接，由此实现特别紧凑的设计方案。对此以简单的方式，电枢可借助于推杆作用到操纵机构上、亦即优选地作用到在操纵机构处的凸耳(Ansatz)上。
为了保护开关不受有害影响，开关适宜地可具有壳体。接触系统位于壳体中。操纵机构对于使用者可接近地从壳体中伸出。适宜地，执行器位于壳体中。为了能够在一定时间(例如在该时间中电子仪器处于待命模式中)之后自动地断开电子仪器，开关可具有尤其包括计时器的可编程的电子设备，以使操纵机构受控地运动到接触系统的另一开关位置中。适宜地，电子设备布置在位于壳体中的电路板上。例如那么可在待命运行中使计时器工作，以便在一定的时间之后关断咖啡机。对此，电子设备以特别灵活的方式具有微控制器，其中，尤其以断开时间的形式的时间间隔可编程。在该时间间隔结束时，电子设备操控执行器以切换接触系统，即例如在预编程的时间进程之后自动地关断咖啡机。
借助于根据本发明的开关可在限定的时间之后自动地关断电气装置。由此节省了能量、尤其用于电气装置的待命运行的这样的能量。因此，根据本发明的开关有利地实现了用于节省能量的“ECO”开关。
为了检查开关的功能，在另一设计方案中，电子设备能够在用于操控执行器的测试模式中可运行。对此，供电电压的电网频率(Netzfrequenz)可被用作用于变换到测试模式中的指示器。例如，当识别出不相应于50Hz或60Hz的电网常见频率以及具有限定的值的电网频率时，电子设备变换到测试模式中。如果接下来电子设备识别出电网常见频率，那么激活用于测试模式的动作。在该动作中尤其在该时间间隔结束之前切换开关，例如立即断开开关，因此可在不等待断开时间的情况下确定开关的功能性。
对于这样的开关的一特别优选的设计方案(在其中实现使用供电电压的一定的电网频率作为用于变换到测试模式中的指示器)，可确定以下。
目的：
在组装的状态中，不能提前自动断开对一定的断开时间编程的开关。为了保证功能性，必须等待预定的时间。为了缩短等待时间可执行测试模式，其可通过规定明确的信号来激活。
解决方案：
通常使用供电电压的电网频率作为用于变换到测试模式中的指示器。为了不由于在指示器频率下的应用的运行而产生缺点，在离开指示器频率之后才开始该动作。
在给定的情况中，在每次硬件重置之后来评估电网电压的频率。通过相位探测器进行测量。如果识别出不相应于电网常见频率(50Hz或60Hz)且具有限定的值的电网频率，电子设备变换到测试模式中。在微控制器又识别出电网常见频率时，激活测试模式的动作，也就是说立即断开开关。
进步、优点：
- 取消了用于实现明确的指示器的电子设备的触点接通。
- 实现指示器与一定的耗费相关联。同时，该状况使指示器非常明确并且使配备有该指示器的应用可靠。
- 不需要附加的接口。由此在实现大批量应用中非常有利。
- 客户可在终端设备中检查在装配线处、亦即在装配工序中的开关。
在另一设计方案中，可在装配之后首先在开关处来设置测试模式。为此，电路板可具有接线片(Lasche)，通过其使电子设备在首先设置的运行模式中、亦即尤其在测试模式中运行。那么如果开关的功能性测试是正面的，则可通过至少部分地移除接线片使电子设备在另一运行模式中运行。尤其那么使测试模式结束并且使开关在其通常所设置的运行模式中运行。为了简单地移除接线片，其可通过壳体中的缝隙被向外引导。那么可提出，在移除接线片的从壳体缝隙中伸出的部分之后(这例如可通过在壳体缝隙处折断来进行)，剩余的接线片用作用于壳体缝隙的封闭部(Verschluss)。由此保证，有效地防止有害的外部影响侵入壳体中。
为了将断开时间简单地编程到电气开关中，在另一设计方案中，电路板可具有编程接线片。编程接线片适宜地通过壳体中的缝隙被向外引导。由此借助于在编程接线片处的接触点实现开关的编程和/或终检(Endkontrolle)。编程接线片可在壳体出口处被穿孔，使得其可在完成之后以简单的方式被折断。剩余的留下的编程接线片可用作用于壳体缝隙的封闭部，以此防止有害物质进入壳体中。
对于带有编程接线片的这样的电子开关的特别优选的设计方案，可确定以下。
目的：
自动关断开关(AOS)根据客户期望获得不同的断开时间。该时间由于优化的制造过程应在完成的产品处才来设置。此外，在终检(EOLT)时需要接触电路板。在寻求解决方案时还要注意开关的保护等级。
解决方案：
电路板获得编程接线片，其通过壳体中的缝隙被向外引导。在接线片上存在对于编程和终检必需的接触点。接线片在壳体出口处被穿孔，使得其在完成之后可作为“良好辨识(Gutkennzeichnung)”被折断。在此，剩余的接线片用作用于壳体缝隙的封闭部，这意味着可在没有附加件的情况下维持保护等级。
进步、优点：
根据本发明的开关可在装配线处“中性地”来构建。在最后的工序、即编程中才实现客户特定的关联(变型形成)。
在另一设计方案中可提供，在有故障地未实现将接触系统切换到另一开关位置中的情况至少再一次操控执行器。在又触发用于下一操控的控制脉冲之前，在此在用于执行器的操控脉冲之间可等待与执行器的冷却特性相匹配的时间。然而在限定数量的有故障的操控尝试之后，适宜地可解除激活可操控的切换的功能。
对于这样的开关(其在跷板卡住时具有关断保险(Abschaltsicherung))的特别优选的设计方案，可确定以下。
目的：
开关的自动关断通过电枢实现，电枢又通过电磁体来驱动。受技术设计限制，切断力受限制。这意味着，如果跷板被阻止切断，则开关保持接通且在一定的状况下将由此损坏产品、即烧断线圈。
解决方案：
在自动切断失败时，再次操控开关。在又触发控制脉冲之前，在操控脉冲之间等待与线圈的冷却特性相匹配的时间。如果在限定数量的“切断尝试”之后开关应始终仍接通，则解除激活自动关断功能。之后须手动地将开关带到断开位置中。
进步、优点：
- 在功能可靠的同时确保最大可能的功能性。
- 在非功能性关断的情况下客户可将该开关用作“普通的”通-断-开关。
在另一设计方案中将开关的负载回路(Lastkreis)与执行器的操控回路分离。在此，操控回路可借助于低电压来运行。为了分离，可使用光耦合器(Opto-Koppler)。
对于这样的开关(其在开关程序中实现低电压变型)的特别优选的设计方案，可确定以下：
目的：
在自动关断开关(AOS)中分离负载回路和操控回路。开关的客户侧的操控应以低电压实现。不应由此不利地影响开关系列的外尺寸。
解决方案：
通过使用光耦合器实现分离。电路板和构件放置的划分以及向外的联接引导使能够在限定的安装体积中安置电路。
进步、优点：
在应用低电压变型的情况下客户可更成本有利地构建或设计机器。例如，不需要在电网插头处的保护触点(Schutzkontakt)。
在另一设计方案中，电子设备具有用于过载和/或故障情况的保险部。保险部可以以简单的方式作为保险段(Sicherungsstrecke)、亦即假如期望的话直接集成在电路板的电路板布局(Leiterplattenlayout)中。保险段可在平面中和/或在空间上在电路板的厚度上在电路板中被引导。
对于这样的带有保险段的开关的特别优选的设计方案，可确定以下：
目的：
在过载和/或故障情况中、例如晶体管熔穿，必须排除由电子设备引起的着火。由于价格压力，不应或者说不允许产生额外费用。
解决方案：
在电路板布局中集成有保险段。为了在考虑极限电流的情况下实现响应时间，该段不仅在平面中而且在空间上、即在电路板厚度中被引导。在充分利用轮廓、横截面和/或附加孔的情况下产生温度降，其导致在保险段中的机械应力并且保险段在过载时断开。应用通穿接触(Durchkontaktierung)的优点是，层可在工艺技术上更薄地来实施并且在“穿升(durchsteigen)”中更快速地建立加热。
进步、优点：
在没有额外费用的情况下产品安全。
在另一设计方案中设置有用于测量流过开关的电流的器件。用于电流测量的器件可包括电阻，其尤其又由在开关的电气接头处的曲折的路径构成。假如需要，用于电流测量的该器件另外可包括放大器以及必要时比较器。
对于这样的开关(在其中在比较器的辅助下实现交变电流的测量)的特别优选的设计方案，可确定以下。
目的：
AOS+I开关系列(带有电流识别的自动关断开关)的特征是自主识别工作模式和对此相应于客户期望的反应。工作模式的识别通过读取和解译工作电流实现。电流在可构造为冲压件的曲折形电阻(Maeanderwiderstand)处引起较小的电压降。不能由于加热的同时提高使曲折形电阻值增大。因此提出以下目的：
1. 需要高增强的放大器，其即使在强烈波动的环境影响下也提供稳定的输出信号。
2. 需要成本有利的且省电的AD转换器，其即使在小振幅下也具有高分辨率。
解决方案：
借助于硬件的解决方案通过使用电流镜(Stromspiegel)实现，其具有两个带有不同特性的输出，亦即
1. 与电流无关的参考输出(K1)以及
2. 由曲折件(Maeander)和放大器构成的跨阻抗放大器(K2)。
通过这两个输出的对称构造来补偿环境干扰参数、例如温度影响。通过曲折形电阻的电流从一定的电流振幅起引起信号K2与参考信号K1的周期性交叉。将两个信号输送给比较器，其在信号每次交叉时改变其输出值。结果是PWM(脉宽调制)信号。
借助于软件的解决方案考虑以下。如果已知电流的曲线形状，亦即通常是正弦信号，则可由PWM信号的占空比λ明确地确定电流振幅。在软件中，可直接储存数学关系或者可借助于关系表来倒推出电流振幅。
进步、优点：
1. 在知道电流形状的情况下使能够实时且精确地进行电流测量。
2. 相对于环境干扰参数稳定。
3. 放弃AD转换器且因此减小电流需求。这尤其在应用电阻性电网件的情况下是强制必需的。
4. 成本有利地实现精确的电流测量。
附图说明
带有不同改进方案和设计方案的本发明的实施例在附图中示出并且下面来详细说明。其中：
图1以侧视图、前视图和底视图显示了电气开关，
图2显示了通过图1中的电气开关的不同剖面，
图3显示了带有打开的壳体的图1中的开关，其中，开关位于接通位置中，
图4显示了如在图3中的开关，其中，开关位于在关断过程期间的中间位置中，
图5显示了如在图3中的开关，其中，开关位于关断位置中，
图6显示了用于电气开关的联接的电路图，
图7显示了根据另一实施方案的开关的功能流程，
图8显示了根据又一实施方案的开关的不同视图，
图9显示了根据又一实施方案的开关的功能流程，
图10显示了根据又一实施方案的带有电路图的开关的不同视图，以及
图11显示了根据又一实施方案的开关的电路图以及功能流程。
具体实施方式
在图1中可见电气开关1，其构造为跷板开关。开关1具有壳体2。在壳体2的内部中存在接触系统3，如在图2中可见。为了将电压输送至接触系统3，从壳体2中伸出有电气接头10。开关1此外具有可动的操纵机构4，其当前设计为跷板，以在两个开关位置、即在图3中所示的接通位置以及在图5中所示的断开位置之间手动切换接触系统3。最后，在壳体2中还存在可操控的执行器5，其根据图3与操纵机构4处于有效连接中，这样使得操纵机构4在两个开关位置中的至少一个中在操控执行器5时被执行器5移动以将接触系统3切换到另一开关位置中。开关1尤其是可自关断的开关，从而由执行器5将操纵机构4从接触系统3的接通位置移动到断开位置中。
如根据图2可见，执行器5是具有线圈6以及电枢7的电磁体。借助于电枢7来引起在执行器5与操纵机构4之间的有效连接。对此，电枢7借助于推杆8作用到在操纵机构4处的凸耳9上，如可从根据图3至图5的在自关断时的关断过程中所得悉的那样。用于具有执行器5的自关断的开关1的电路图连同接线配置在图6中详细可见。
开关1具有可编程的电子设备11，如在图2中可见。电子设备11布置在位于壳体2中的电路板12上。电子设备11包括计时器用于使操纵机构4受控地运动到接触系统3的另一开关位置中。对此，电子设备11具有微控制器，其中，以断开时间的形式的时间间隔可编程到微控制器中，这样使得电子设备11在该时间间隔结束时操控执行器5以切换接触系统3。
根据开关1的一实施方案，电子设备11可在用于操控执行器5的测试模式中运行，以便由此能够无时间延迟地测试开关1的自关断的功能性。为此，供电电压的电网频率被用作用于变换到测试模式中的指示器，如在图7中所示。如果识别出不相应于电网常见频率、即50Hz或60Hz以及具有限定的值的电网频率，则电子设备11变换到测试模式中。如果接着电子设备11识别出电网常见频率，激活测试模式的动作，优选地在该动作时借助于执行器5的操控立即切断开关1。
根据在图8中示出的开关1的另一实施方案，电路板12具有编程接线片13。编程接线片13通过壳体2中的缝隙被向外引导，这样使得借助于在编程接线片13处的接触点使在其制造时开关1的编程和/或终检成为可能。编程接线片13在壳体出口处被穿孔，这样使得其可在完成之后被折断。在此，那么剩余的位于缝隙中的编程接线片13用作用于壳体缝隙的封闭部。代替编程接线片，也可仅应用简单的接线片13，其在存在时在测试模式中运行开关1而在不存在时使开关1结束测试模式且使开关1在其“通常的”运行模式中运行。移除接线片13的从壳体缝隙中伸出的部分例如可通过折断实现，从而接线片13的余下部分封闭壳体缝隙。
在有故障地未实现将接触系统3切换到另一开关位置中时(这例如可在操纵机构4卡住时出现)，至少再一次操控执行器5。然而为了避免执行器5的过载，在又触发用于下一操控的控制脉冲14之前，在用于执行器5的操控脉冲14之间等待与执行器5的冷却特性相匹配的时间，如在图9中可见。在事先限定的数量的有故障的操控尝试之后，解除激活可操控的切换的功能。在该情况中，那么仅可通过由使用者移动操纵结构4手动关断开关1。
如由图6得知的那样，以相同的电压来运行用于开关1的负载回路以及用于执行器5的操控回路。在然而未详细示出的另一实施方案中，使开关1的负载回路与执行器5的操控回路分离。由此那么可借助于低电压来运行操控回路。为了分离负载回路和操控回路，可使用光耦合器。
在同样未详细示出的另一实施方案中，电子设备11可设有用于过载和/或故障情况的保险部。该保险部作为保险段集成在电路板12的布局中。对此，保险段在电路板12的平面中和/或在空间上在电路板12中在充分利用电路板厚度的情况下被引导。
在图10和图11中所示的另一实施方案中，设置有用于测量流过开关1的电流的器件。用于电流测量的该器件包括电阻15、放大器16以及比较器17。电阻15根据图10构造为在一电气接头10处的曲折的路径。如另外由图11得知的那样，将所测量的电流的大小作为占空比以脉宽信号的形式在比较器17的输出18处输出。
本发明不限于所说明和示出的实施例。而其也包括所有在由权利要求所限定的本发明的范围中的专业改进方案。由此，这样的电气开关1不仅可用于咖啡机而且可用于在其中应实现自动切换和或关断的其它电气装置中，以及可用在其它家用设备、园艺设备、电气工具等中。
附图标记清单
1 (电气)开关
2 壳体
3 接触系统
4 操纵机构
5 执行器
6 线圈
7 电枢
8 推杆
9 凸耳(在操纵机构处)
10 (电气)接头
11 电子设备
12 电路板
13 编程接线片/接线片
14 操控脉冲/控制脉冲
15 电阻
16 放大器
17 比较器
18 (比较器的)输出。

Claims (29)

1.一种电气开关，其带有接触系统(3)以及带有用于在两个开关位置之间切换所述接触系统(3)的可动的操纵机构(4)且带有可操控的执行器(5)，所述执行器与所述操纵机构(4)处于有效连接中，这样使得所述操纵机构(4)在这两个开关位置中的至少一个中在操控所述执行器(5)时被所述执行器(5)移动以将所述接触系统(3)切换到另一开关位置中，
其中，所述开关具有可编程的电子设备(11)，并且以断开时间的形式的时间间隔能够编程成使得所述电子设备(11)在所述时间间隔结束时操控所述执行器(5)以切换所述接触系统(3)，以及
其中，所述电子设备(11)能够在用于检查所述执行器(5)的操控的测试模式中运行，并且供电电压的电网频率被用作用于变换到所述测试模式中的指示器，当识别出不相应于电网常见频率以及具有限定的值的电网频率时，所述电子设备(11)变换到所述测试模式中，而当所述电子设备(11)接着识别出电网常见频率时，激活所述测试模式的动作。
2.根据权利要求1所述的电气开关，其特征在于，所述开关为跷板开关。
3.根据权利要求1所述的电气开关，其特征在于，所述两个开关位置为接通位置以及断开位置。
4.根据权利要求1所述的电气开关，其特征在于，所述执行器与所述操纵机构(4)处于有效连接中，这样使得所述操纵机构(4)在操控所述执行器(5)时被所述执行器(5)从所述接触系统(3)的接通位置移动到断开位置中。
5.根据权利要求1所述的电气开关，其特征在于，所述执行器(5)是具有线圈(6)以及电枢(7)的电磁体，并且借助于所述电枢(7)来引起在所述执行器(5)与所述操纵机构(4)之间的有效连接。
6.根据权利要求5所述的电气开关，其特征在于，通过借助于推杆(8)使所述电枢(7)作用到在所述操纵机构(4)处的凸耳(9)上来引起在所述执行器(5)与所述操纵机构(4)之间的有效连接。
7.根据权利要求1所述的电气开关，其特征在于，所述开关(1)具有壳体(2)，所述执行器(5)位于所述壳体(2)中。
8.根据权利要求1所述的电气开关，其特征在于，所述电子设备(11)包括计时器，用于使所述操纵机构(4)受控地运动到所述接触系统(3)的另一开关位置中。
9.根据权利要求7所述的电气开关，其特征在于，所述电子设备(11)布置在位于所述壳体(2)中的电路板(12)上。
10.根据权利要求1所述的电气开关，其特征在于，所述电子设备(11)具有微控制器。
11.根据权利要求1所述的电气开关，其特征在于，在该动作中在所述时间间隔结束之前断开所述开关(1)。
12.根据权利要求9所述的电气开关，其特征在于，所述电路板(12)具有接线片(13)，通过其使所述电子设备(11)在一运行模式中运行，通过至少部分地移除所述接线片(13)使所述电子设备(11)在另一运行模式中运行。
13.根据权利要求12所述的电气开关，其特征在于，通过所述接线片(13)使所述电子设备(11)在所述测试模式中运行，通过至少部分地移除所述接线片(13)使所述测试模式结束。
14.根据权利要求12所述的电气开关，其特征在于，所述接线片(13)通过所述壳体(2)中的缝隙被向外引导，并且还在通过在壳体缝隙处折断来移除所述接线片(13)的从所述壳体缝隙中伸出的部分之后剩余的接线片(13)用作用于所述壳体缝隙的封闭部。
15.根据权利要求9所述的电气开关，其特征在于，所述电路板(12)具有编程接线片(13)，所述编程接线片(13)通过所述壳体(2)中的缝隙被向外引导，这样使得借助于在所述编程接线片(13)处的接触点实现所述开关(1)的编程和/或终检。
16.根据权利要求15所述的电气开关，其特征在于，所述编程接线片(13)在壳体出口处被穿孔，这样使得其能够在编程和/或终检完成之后被折断，其中，剩余的位于壳体缝隙中的编程接线片(13)用作用于壳体缝隙的封闭部。
17.根据权利要求1所述的电气开关，其特征在于，所述执行器(5)在所述接触系统(3)有故障地未实现切换到另一开关位置中的情况下至少再一次被操控，其中，在又触发用于下一操控的控制脉冲(14)之前等待与所述执行器(5)的冷却特性相匹配的时间。
18.根据权利要求17所述的电气开关，其特征在于，在限定数量的有故障的操控尝试之后解除激活可操控的所述切换的功能。
19.根据权利要求1所述的电气开关，其特征在于，所述开关(1)的负载回路与所述执行器(5)的操控回路分离。
20.根据权利要求19所述的电气开关，其特征在于，所述操控回路借助于低电压来运行。
21.根据权利要求19所述的电气开关，其特征在于，为了分离而使用了光耦合器。
22.根据权利要求9所述的电气开关，其特征在于，所述电子设备(11)具有用于故障情况的保险部。
23.根据权利要求22所述的电气开关，其特征在于，所述保险部作为保险段集成在所述电路板(12)的电路板布局中。
24.根据权利要求23所述的电气开关，其特征在于，所述保险段在空间上在所述电路板(12)中被引导。
25.根据权利要求22所述的电气开关，其特征在于，所述保险段在平面中在所述电路板(12)中被引导。
26.根据权利要求22所述的电气开关，其特征在于，所述故障情况包括过载。
27.根据权利要求1所述的电气开关，其特征在于，设置有用于测量流过所述开关(1)的电流的器件。
28.根据权利要求27所述的电气开关，其特征在于，用于电流测量的所述器件包括电阻(15)、放大器(16)以及比较器(17)。
29.根据权利要求28所述的电气开关，其特征在于，所述电阻(15)为在所述开关(1)的电气接头(10)处的曲折的路径。
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