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Die
Erfindung betrifft ein Elektrogerät, insbesondere Haushaltsgerät, mit einer
geschlossenen Bedienoberfläche
und einem mechanischen Schalter, der in einer ersten Stellung das
Elektrogerät
von einem Versorgungsspannungsnetzwerk trennt und in einer zweiten
Stellung das Elektrogerät
mit dem Versorgungsspannungsnetzwerk verbindet.
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Bisher
sind Schalter zum An- und Ausschalten einer Versorgungsspannung,
typischerweise einer Netzspannung, bekannt, welche durch eine Öffnung in
der Bedienoberfläche
oder Wand des Elektrogeräts
geführt
sind, z. B. Kipp- oder Tastschalter. Durch deren Betätigung wird
ein primärseitiger
Versorgungsstromkreis mechanisch unterbrochen. Jedoch sind solche
Schalter zur Verwendung in durchgehenden öffnungsfreien Bedienoberflächen, z.
B. Glaskeramikplatten oder Metallplatten, ungeeignet, da sie Öffnungen
in der Bedienoberfläche
erfordern und so deren Anmutung unattraktiver und eine Reinigung
aufwändiger
gestalten. Bei solchen geschlossenen Bedienoberflächen werden
unter anderem unter der Bedienoberfläche liegende Schalter verwendet,
die eine Durchbiegung oder Berührung
der Bedienoberfläche
bei Betätigung
durch den Nutzer in ein elektrisches Signal umwandeln (z. B. piezoelektrische
oder kapazitive Schalter, z. B. in einem 'Touch Control'-Bedienfeld), das u. a. zur elektronischen 'Ausschaltung' des Elektrogeräts genutzt
wird. Dabei wird unter Ausschaltung der Übergang in einen Ruhe- oder
Standbyzustand verstanden. Im Standbyzustand wird jedoch immer noch
Strom verbraucht, da entweder die Schalter und eine zugehörige Schaltelektronik
aktiv gehalten werden, um eine Rückführung in
den normalen Betrieb durch eine Nutzereingabe erkennen zu können, oder
aufgrund von unvermeidbaren Leckströmen.
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Es
ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Möglichkeit
zur designtechnisch vorteilhaften und besonders stromsparenden Realisierung
eines Ruhe- bzw. Standbyzustands eines Elektrogeräts mit geschlossener,
d. h. nicht durchbrochener Bedienoberfläche zu schaffen.
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Diese
Aufgabe wird durch ein Elektrogerät nach den Ansprüchen 1 oder
8 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen sind insbesondere den Unteransprüchen entnehmbar.
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Das
Elektrogerät
weist eine Bedienoberfläche
und einen mechanischen Schalter auf, der in einer ersten Stellung
das Elektrogerät
von einem Versorgungsspannungsnetzwerk trennt und in einer zweiten
Stellung das Elektrogerät
mit dem Versorgungsspannungsnetzwerk verbindet. Insbesondere unterbricht
der Schalter in der ersten Stellung einen primärseitigen Stromkreis eines
mit einem Netzgerät ausgestatteten
Elektrogeräts.
Das Netzgerät
speist typischerweise sekundärseitig
Niedervolt-Funktionseinheiten wie Steuerschaltungen, bestückte Leiterplatten
von Bedieneinheiten, und so weiter.
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Der
Schalter ist unter der Bedienoberfläche angeordnet und wird durch
eine Durchbiegung der Bedienoberfläche aus der ersten Stellung
in die zweite Stellung gezwungen, z. B gedrückt oder gezogen. Durch Nutzung
des – bisher
noch nicht zur Verwendung unter einer Bedienoberfläche in Betracht
gezogenen – mechanisch
schaltenden Schalters lässt sich
eine galvanische Trennung des Versorgungsnetzwerks bzw. Primärstromkreises
ohne jegliche Leckströme
erreichen, also ein Standbybetrieb bei echten 0 Watt.
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Vorzugsweise
ist die Bedienoberfläche
eine Glaskeramik- oder Glasplatte, z. B. einer Kochstelle.
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Der
mechanische Schalter ist insbesondere dazu eingerichtet, eine vergleichsweise
geringe Verschiebung, welche durch eine Durchbiegung der Bedienoberfläche aufgrund
einer Nutzerbetätigung
erzeugt wird, in eine dazu größere bzw.
großhubigere Schaltbewegung
umzusetzen. Dazu weist der Schalter vorzugsweise eine Schnappfeder,
insbesondere eine Tellerfeder oder eine Blattfeder, auf. Diese sind vorzugsweise
so ausgelegt und eingerichtet, dass sie durch die Durchbiegung der
Bedienoberfläche
aus der ersten Stellung über
einen Punkt hinaus verschoben werden, ab dem sie sich selbsttätig zur
zweiten Stellung bewegen.
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Damit
der Schalter frei gestaltbar ist, sich keine Abnutzung der Bedienoberfläche ergibt,
und ein Schaltzustand gut definierbar ist, ist der Schalter vorzugsweise
durch ein Federelement an der Bedienoberfläche angelenkt, das in der ersten
Stellung den Schalter in Richtung der zweiten Stellung drückt bzw. vorspannt.
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Vorzugsweise
ist ein Rückstellmechanismus vorgesehen,
der dazu eingerichtet ist, den Schalter aus der zweiten Stellung
in die erste Stellung zurückzustellen,
z. B. ein Stößel, eine
Feder u. v. m.. Dieser Rückstellmechanismus
umfasst vorzugsweise einen Energiespeicher, damit die Rückstellung
in die erste Stellung auch nach Trennen vom Versorgungsnetzwerk
bzw. Öffnen
des Primärstromkreises
fortgeführt und
beendet werden kann. Der Energiespeicher kann beispielsweise ein
elektrischer Energiespeicher sein, z. B. ein Akkumulator, oder ein
mechanischer Energiespeicher, z. B. mit im geschlossenen Zustand/normalen
Betriebszustand vorgespannten Federn.
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Vorzugsweise
wird der Schalter in der zweiten Stellung durch mindestens ein weiteres
Federelement in die erste Stellung gedrückt.
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Unter
einem weiteren Gesichtspunkt weist das Elektrogerät eine Bedienoberfläche und
einen mechanischen Schalter auf, der in einer ersten Stellung das
Elektrogerät
von einem Versorgungsspannungsnetzwerk trennt und in einer zweiten
Stellung das Elektrogerät
mit dem Versorgungsspannungsnetzwerk verbindet. Der Schalter ist
unter der Bedienoberfläche
angeordnet und ist durch wahlweises Aufsetzen und Entfernen eines
Magneten auf die Glaskeramikplatte zwischen seinen Stellungen umschaltbar.
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In
diesem Fall umfasst die Bedienoberfläche vorzugsweise eine Glaskeramikplatte.
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Vorzugsweise
umfasst der Schalter eine zumindest teilweise ferromagnetische Feder,
noch bevorzugter eine Schnappfeder, insbesondere eine Tellerfeder
oder eine Blattfeder.
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Vorzugsweise
weist der Schalter zumindest einen magnetischen Bereich auf.
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Die
Erfindung wird in den folgenden, nicht als beschränkend zu
verstehenden Ausführungsbeispielen
schematisch genauer beschrieben. Gleiche Komponenten werden wo möglich mit
gleichen Bezugsziffern bezeichnet.
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1 zeigt
dazu skizzenhaft und nicht maßstabsgetreu
eine Querschnittsansicht eines Elektrogeräts mit einem erfindungsgemäßen mechanischen Versorgungsspannungsschalter
in einer ersten Stellung;
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2 zeigt
die Anordnung aus 1 mit dem Schalter in einer
zweiten Stellung; und
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3 zeigt
eine weitere Ausführungsform
eines Schalters in einer zu 1 analogen
Ansicht;
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4 zeigt
eine weitere Ausführungsform
eines Schalters in einer zu 1 analogen
Ansicht.
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1 zeigt
eine dünne
Metallplatte 1, die z. B eine obere Abdeckung einer Kochstelle
darstellt, mit einem darunterliegenden mechanischen Schalter, der
eine Tellerfeder 2 aufweist, die in ihrer Mitte eine leitende
Kontaktfläche 3 umfasst.
Die Tellerfeder 2 ist an der Metallplatte 1 über eine
Feder 4, z. B. eine Schraubenfeder, angelenkt. Auf der
anderen Seite der Tellerfeder 2 befinden sich zwei elektrische
Kontakte 5 eines primärseitigen
Stromkreises des Elektrogeräts.
Ferner befindet sich dort eine Rückstellvorrichtung 6,
die – wie
durch den zweiseitigen Pfeil angedeutet – einen Stößel 7 auf- und abbewegen
kann. Die Rückstellvorrichtung 6 ist
funktional mit einem Energiespeicher 8 verbunden, z. B.
einer Spiralfeder (nicht dargestellt) oder einem Akkumulator.
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In 1 befindet
sich die Tellerfeder 2 in einer ersten Stellung, welche
durch eine Auslenkung der Kontaktfläche 3 bis zu einer
oberen Lage SO gekennzeichnet ist. Diese Lage SO entspricht der
natürlichen
maximalen Auslenkung der Tellerfeder 2 nach oben und/oder
kann durch ein Vorsehen von Anschlägen (nicht dargestellt) sichergestellt
werden. In dieser ersten Stellung befindet sich die Feder 4 unter Druckspannung.
Je nach Auslegung der einzelnen Komponenten und ihres Zusammenwirkens
kann die Druckkraft der Feder 4 beispielsweise so eingestellt sein,
dass sie nur geringfügig
unter dem Wert liegt, der benötigt
wird, um die Tellerfeder 2 in die zweite Stellung zu drücken.
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Bei
Druckbetätigung
der oberen Oberfläche der
Metallplatte 1 oberhalb der Feder 4 biegt sich
die Metallplatte 1 leicht nach unten durch, wodurch die Feder 4 weiter
zusammengedrückt
wird und deren Druckkraft über
einen Wert anwächst,
der ausreicht, die Tellerfeder 2 in die zweite Stellung
bzw. Lage SU zu bringen. Dabei wird, genauer gesagt, durch die angestiegene
Druckkraft die Tellerfeder 2 bis über eine (instabile) neutrale
Stellung 0 hinaus gedrückt, worauf
die Tellerfeder 2 in die zweite Stellung SU durchschlägt.
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2 zeigt
die Tellerfeder 2 in der zweiten Stellung SU, mit ihr in
der ersten Stellung SO gestrichelt eingezeichnet. In der zweiten
Stellung SU überbrückt die
Tellerfeder 2 die beiden elektrischen Kontakte 5,
um den Primärstromkreis
zu schließen.
Der Strom des Primärstromkreises
fließt
dann von einem Kontakt 5 durch die Kontaktfläche 3 zum
anderen Kontakt 5.
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Zur
folgenden Rückbringung
in die erste Stellung SO, d. h., in den Ruhezustand, wird die Rückstellvorrichtung 6 ausgelöst, z. B.
mittels eines Steuersignals von einem Mikrocontroller (nicht dargestellt).
Damit die Rückstellvorrichtung 6 auch
nach Abheben von den elektrischen Kontakten 5 die Tellerfeder 2 wieder
mittels der Verschiebung des Stößels 7 nach
oben in die erste Stellung SO bringen kann, gibt der Energiespeicher 8 Energie
an die Rückstellvorrichtung 6 ab,
wie durch den Pfeil angedeutet. Damit der Stößel 7 nicht in der
hochgeschobenen Stellung verbleibt und dadurch ggf. den erneuten Übergang
von der ersten Stellung SO in die zweiten Stellung SU behindert,
wird der Stößel 7 mittels
der Energie des Energiespeichers 8 auch wieder zurückgezogen.
Beispielsweise kann der Stößel 7 freidrehend auf
einer gekröpften
Welle gelagert sein, welche durch eine Spiralfeder mit Drehmomentbelastung
als Energiespeicher 8 in eine volle Umdrehung versetzt wird.
Danach kann die Spiralfeder arretiert werden und nach dem nächsten Übergang
der Tellerfeder 2 in die zweite Stellung SU, das heißt, den
Normalbetrieb, wieder aufgezogen werden. Die Arretierung kann durch
das oben beschriebene Steuersignal zum Übergang in den Standbybetrieb
gelöst
werden. Alternativ kann die Welle beispielsweise über einen
akkubetriebenen Elektromotor angetrieben werden.
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Zur
sicheren galvanischen Trennung beträgt der Abstand zwischen der
ersten Stellung SO und der zweiten Stellung SU mindestens 3 mm.
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3 zeigt
eine alternative Ausführungsform
der Rückstellvorrichtung 10,
auf der in Richtung der Tellerfeder 2 nun eine Druckfeder 9 angebracht ist.
Beim Übergang
der Tellerfeder 2 in die zweite Stellung SU wird die Druckfeder 9,
vorzugsweise erst nach einem Kontakt unterhalb der neutralen Stellung 0,
mit Annäherung
an die Kontakte 5 zusammengedrückt.
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Zum
folgenden Übergang
in den Standbybetrieb (obere Stellung SO) wird die Rückstellvorrichtung 10,
wie durch den unteren Pfeil angedeutet, nach oben verschoben, wodurch
die Druckfeder 9 noch weiter zusammengedrückt wird.
Dadurch wird ab einem bestimmten Druckspannungsniveau der Druckfeder 9 die
Tellerfeder 2 wieder über
die neutrale Lage 0 hinaus nach oben gedrückt. Auch
hier kann die Rückstellvorrichtung 10 angehoben
und vorzugsweise direkt danach wieder abgesenkt werden.
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4 zeigt
eine weitere alternative Ausführungsform,
bei welcher der mechanische Schalter durch ein magnetisches Feld
aktiviert wird. Unter einer Glaskeramikplatte 11 ist dazu
wiederum eine Tellerfeder 2 mit einer mittigen Kontaktfläche 3 ähnlich der
Ausgestaltungen aus den 1 bis 3 angeordnet.
In der gezeigten Ausführungsform
ist die Tellerfeder 2, 3 nun optional mit einem
magnetischen Plättchen 12 versehen
und wird in der oberen, ersten Stellung SO durch eine Zugfeder 13 in
Richtung der unteren, zweiten Stellung SU gezogen. Bei einem von
der Glaskeramikplatte 11 abgenommenen Magneten 14 ist
die Kraft der Zugfeder 13 so hoch, dass sie die Tellerfeder 2 in
die untere Stellung SU zwingt und so, ähnlich zu den in den 1 bis 3 gezeigten
Ausführungsformen,
den primären
Stromkreis durch Verbinden der elektrischen Kontakte 5 schließt.
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Nach
Aufsetzen des Magneten 14 auf die Glaskeramikplatte 11 (gestrichelt
gezeigter Zustand) wird die, hier: ferromagnetische, Tellerfeder 2 durch die
vom Magneten 14 ausge hende magnetische Anziehungskraft
nach oben in die erste Stellung SO gezogen, wodurch der primäre Stromkreis
unterbrochen wird. Um die Anziehungskraft zwischen Magneten 14 und
Tellerfeder 2 zu verstärken,
und um damit die Kraft der Zugfeder 13 und die Umschaltkraft
der Tellerfeder 2 zwischen der unteren Stellung SU und der
neutralen Stellung 0 sicher zu überwinden, ist das magnetische
Plättchen 12 vorgesehen.
Nach Abnehmen des Magneten 14 zieht die Zugfeder 13 die
Tellerfeder 2 wieder in die untere Stellung SU.
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Die
Erfindung ist nicht auf die gezeigten Ausführungsformen beschränkt. So
kann in einer nicht gezeigten Ausführungsform eine Federanordnung ähnlich der
eines Kugelschreibers verwendet werden, bei der ein vorgespannter
Federmechanismus in der Ruhe- bzw. Standbystellung durch die nur
geringe Durchbiegung der Bedienoberfläche auslöst und den Schalter dadurch
in die zweite Stellung des Normalbetriebs bringt. Im Normalbetrieb
wird der Federmechanismus wieder vorgespannt.
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Auch
kann beim magnetisch aktiviertem mechanischen Schalter dieser bezüglich des
Ausführungsbeispiels
aus 4 in umgekehrter Richtung aktiviert werden, indem
beispielsweise das Plättchen und
der Magnet sich gegenseitig abstossen und die Zugfeder die Tellerfeder
in die obere Stellung zieht. Dann wird der mechanische Schalter
durch einen auf der Glaskeramikplatte aufliegenden Magneten in seiner
zweiten, unteren Stellung gehalten und durch Wegziehen des Magneten
in die erste, obere Stellung gezwungen.
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Auch
ist die Erfindung nicht auf eine bestimmte Art von Feder beschränkt; es
ist z. B. statt der Tellerfeder jeder andere geeignete Federtyp
einsetzbar, z. B. eine nicht durchschlagende Feder, wie eine waagerechte
Biegefeder. Auch müssen
die beweglichen Teile keine Federn sein oder umfassen. Ferner kann
die Bedienoberfläche
z. B. auch eine Kunststoffplatte umfassen.
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- 0
- neutrale
Stellung
- 1
- Metallplatte
- 2
- Tellerfeder
- 3
- Kontaktfläche
- 4
- Feder
- 5
- elektrische
Kontakte
- 6
- Rückstellvorrichtung
- 7
- Stößel
- 8
- Energiespeicher
- 9
- Druckfeder
- 10
- Rückstellvorrichtung
- 11
- Glaskeramikplatte
- 12
- magnetische
Scheibe
- 13
- Zugfeder
- 14
- Magnet
- SO
- obere
Stellung
- SU
- untere
Stellung