DE102012101126B4

DE102012101126B4 - Elektrischer Drucktaster mit einem Dichtbalg und einer den Dichtbalg beaufschlagenden Feder sowie Verfahren zu dessen Montage

Info

Publication number: DE102012101126B4
Application number: DE201210101126
Authority: DE
Inventors: Berthold Schulz; Steffen Buhl
Original assignee: Rstahl Schaltgeraete GmbH; R Stahl Schaltgeraete GmbH
Current assignee: R Stahl Schaltgeraete De GmbH
Priority date: 2012-02-14
Filing date: 2012-02-14
Publication date: 2013-09-12
Anticipated expiration: 2032-02-15
Also published as: DE102012101126A1; WO2013120634A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen gegen das Eindringen von starkem Strahlwasser geschützten elektrischen Drucktaster (10). Dieser weist ein Gehäuse (11) und einen in einer Gehäuseausnehmung (40) bewegbar gelagerten Stößel (31) auf. Am Stößel (31) ist eine Betätigungsfläche (32) vorhanden, über die eine Bedienperson den Stößel (31) entgegen einer Vorspannkraft einer Feder (43) relativ zum Gehäuse (11) bewegen kann. Bei dieser Betätigung wird über einen elektrischen Kontakt (85) an einer Kontaktstelle (86) eine elektrische Verbindung geöffnet oder geschlossen. Zwischen dem Gehäuse (11) und dem Stößel (31) ist ein Dichtbalg angeordnet. Der Dichtbalg weist ein gehäuseseitiges Ende (66) auf, mit dem er in einer Gehäusenut (75) angeordnet ist. Der Dichtbalg (65) weist auch ein stößelseitiges Ende (67) auf, mit dem er in einer Stößelnut (57) angeordnet ist. Die Feder (43) weist Federwindungen (51) mit einem zweiten Durchmesser (D2) auf, der größer ist als der erste Durchmesser (D1) einer Abschlusswindung (47), die am stößelseitigen Ende (67) des Dichtbalgs (65) anliegt und dieses Ende (67) radial zur Bewegungsrichtung (R) an den Stößel (31) bzw. in die Stößelnut (57) drückt.

Description

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Drucktaster mit einem Gehäuse und einem relativ zum Gehäuse bewegbaren Stößel. Der Stößel ist zumindest teilweise in einer Gehäuseausnehmung angeordnet. In einem Innenbereich des Gehäuses befindet sich ein elektrischer Kontakt, der mit dem Stößel bewegungsgekoppelt ist. Beim Betätigen des Stößels kann dieser elektrische Kontakt eine elektrische Verbindungsstelle öffnen oder schließen. Der Innenbereich ist mit Hilfe einer Dichtung gegen das Eindringen von Staub und/oder einer Flüssigkeit geschützt. Eine Feder beaufschlagt den Stößel mit einer Vorspannkraft. Der Stößel ist gegen diese Vorspannkraft der Feder in einer Bewegungsrichtung relativ zum Gehäuse bewegbar gelagert. Wird der Stößel nicht durch eine äußere Kraft betätigt, befindet er sich in seiner Ausgangslage.
Ein elektrischer Drucktaster ist aus DE 94 04 154 U1 bekannt. Dieser Drucktaster weist eine Feder auf, die sich auf der den Innenbereich abdichtenden Dichtung einerseits und am Stößel andererseits abstützt. Die Dichtung ist bei einem Ausführungsbeispiel im Querschnitt Y-förmig gestaltet und ringförmig um den Stößel geschlossen, wobei die beiden radial äußeren Schenkel der Dichtung innen an einem hülsenförmigen Gehäuseteil anliegen und der radial innere Schenkel der Dichtung am Stößel anliegt. Bei anderen Ausführungsbeispielen wird eine Dichtmembran bzw. ein Dichtbalg zwischen dem Stößel und dem Gehäuse zur Abdichtung des Innenbereichs angeordnet.
Aus DE 36 08 568 A1 ist ein elektrischer Drucktaster mit einem Gehäuse bekannt, das eine Gehäuseausnehmung aufweist, in der ein Stößel in einer Bewegungsrichtung bewegbar gelagert ist. In einem Innenbereich des Drucktasters ist ein elektrischer Kontakt angeordnet und mit dem Stößel bewegungsgekoppelt. der Innenbereich ist über einen Dichtbalg abgedichtet, dessen gehäuseseitiges Ende am Gehäuse und dessen anderes, stößelseitiges Ende am Stößel befestigt ist. Eine Feder beaufschlagt den Stößel in der Bewegungsrichtung mit einer Vorspannkraft.
Ausgehend von diesem bekannten elektrischen Drucktaster kann es als eine Aufgabe der Erfindung angesehen werden die Dichtheit des Drucktasters zu verbessern.
Diese Aufgabe wird durch einen Drucktaster mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Außerdem ist im Patentanspruch 11 ein besonders einfaches Montageverfahren zur Herstellung des Drucktasters angegeben.
Der Drucktaster weist ein vorzugsweise mehrteiliges Gehäuse mit einer Gehäuseausnehmung auf. In der Gehäuseausnehmung ist der Stößel in einer Bewegungsrichtung bewegbar gelagert. Am Stößel ist zur Betätigung des Drucktasters eine von außen zugängliche Betätigungsfläche vorhanden. In einem Innenbereich des Drucktasters ist ein elektrischer Kontakt mit dem Stößel bewegungsgekoppelt angeordnet. Zwischen dem elektrischen Kontakt und dem Stößel können mehrere Übertragungselemente zwischengeschaltet sein. Der elektrische Kontakt selbst kann in einem Kontaktgehäuse angeordnet sein. Das Kontaktgehäuse kann in der Schutzart „druckfeste Kapselung” ausgeführt sein. Bei der Betätigung des Drucktasters wird dieser elektrische Kontakt bewegt und kann eine elektrische Verbindung an einer Verbindungsstelle öffnen oder schließen, je nachdem ob der Drucktaster als Öffner oder Schließer ausgeführt ist. Der Drucktaster ist gegen das Eindringen von Staub und/oder Flüssigkeit zwischen dem Stößel und dem Gehäuse in den Innenbereich durch einen Dichtbalg geschützt, der bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ringförmig geschlossen ist und ein gehäuseseitiges Ende sowie ein stößelseitiges Ende aufweist. Die beiden Enden des Dichtbalgs sind vorzugsweise ringförmig oder kreisringförmig. Das gehäuseseitige Ende des Dichtbalgs ist mit dem Gehäuse verbunden. Das stößelseitige Ende des Dichtbalgs ist mit dem Stößel verbunden.
Eine Feder des Drucktasters dient dazu, den Stößel in seine Ausgangslage bzw. Ruhelage durch eine von der Feder zwischen dem Gehäuse und dem Stößel wirkende Vorspannkraft vorzuspannen. Eine Bedienperson kann den Stößel an der Betätigungsfläche entgegen der Vorspannkraft relativ zum Gehäuse bewegen. Die Federn weist Windungen unterschiedlichen Durchmessers auf. Es ist eine vorzugsweise vollständig ringförmig geschlossene Abschlusswindung vorhanden, die das stößelseitige Ende des Dichtbalgs radial zur Bewegungsrichtung des Stößels gesehen gegen den Stößel drückt. Die Abschlusswindung hat einen kleineren Durchmesser als die anderen Windungen, die als Federwindungen bezeichnet sind. Die Federwindungen dienen zur Erzeugung der Vorspannkraft, wobei sich vorzugsweise eine Federwindung am Gehäuse und eine Federwindung am Stößel in Bewegungsrichtung abstützt. Die Feder ist vorzugsweise als einstückige Feder aus einem Draht hergestellt und hat abgesehen von der Abschlusswindung die Form einer Schraubenfeder. Die Federwindungen bezeichnen die Windungen der Feder mit Ausnahme der Abschlussfeder. Diese Federwindungen haben vorzugsweise alle denselben Durchmesser.
Über die Feder wird erfindungsgemäß nicht nur die Vorspannkraft zum Vorspannen des Stößels in seine Ruhelage erzeugt, sondern außerdem mit Hilfe der Abschlusswindung der Dichtbalg radial gegen den Stößel gespannt. Dadurch ergibt sich eine besonders gute Dichtungswirkung zwischen dem Dichtbalg und dem Stößel. Die Dichtungswirkung am Stößel ist durch Aufschieben des Dichtbalgs und anschließendes Aufschieben der Feder sehr einfach mit nur wenigen Bauteilen herzustellen.
Es ist vorteilhaft, wenn am Stößel eine radial zur Bewegungsrichtung offene Stößelnut vorhanden ist, in der das stößelseitige Ende des Dichtbalgs angeordnet ist. Das stößelseitige Ende kann dabei einen Wulst bilden, der insbesondere vollständig innerhalb der Stößelnut angeordnet ist, so dass sich die Abschlusswindung der Feder nach dem Anordnen des stößelseitigen Endes in der Stößelnut sehr einfach auf das stößelseitige Ende des Dichtbalgs aufschieben lässt, was die Montage erheblich vereinfacht. Vorzugsweise kann sich der Stößel in Aufschieberichtung des Dichtbalgs bzw. der Feder zur Stößelnut hin vorzugsweise konisch erweitern, um das Aufschieben der Abschlusswindung auf das stößelseitige Ende des Dichtbalgs zu vereinfachen.
Um einen besseren Halt der Abschlusswindung am stößelseitigen Ende des Dichtbalgs zu erreichen, kann das stößelseitige Ende an seiner radial äußeren Seite eine vorzugsweise ringförmig umlaufende Vertiefung aufweisen oder bilden, in der die Abschlusswindung zumindest teilweise aufgenommen ist.
Zwischen der Abschlusswindung und der benachbarten Federwindung der Feder kann ein sich radial und/oder schräg zur Radialrichtung erstreckendes Übergangsteil vorhanden sein. Durch das Übergangsteil wird der Durchmesser der Feder im Anschluss an die Abschlusswindung vergrößert. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Feder ist zwischen der Abschlusswindung und der benachbarten Federwindung ein Radialabstand vorhanden. Dadurch ist sichergestellt, dass die axial zur Federlängsachse wirkende und durch die Feder erzeugte Vorspannkraft ausschließlich oder zumindest im Wesentlichen ausschließlich von den Federwindungen erzeugt wird.
Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Feder ist auch sichergestellt, dass bei einem Federbruch die Dichtungswirkung aufgrund der Abschlusswindung erhalten bleibt. Denn ein Federbruch kann in der Regel nur in den in Bewegungsrichtung, also in Richtung der Federlängsachse, zusammengedrückten und auffedernden Federwindungen auftreten. Da die Abschlusswindung an diesem Federvorgang nicht teilnimmt, ist ein Federbruch an der Abschlusswindung durch Materialermündung nahezu ausgeschlossen.
Das Gehäuse kann ein erstes Gehäuseteil mit einer in Bewegungsrichtung offenen Gehäusenut aufweisen, in der das gehäuseseitige Ende des Dichtbalgs angeordnet ist. Das gehäuseseitige Ende des Dichtbalgs kann kraftschlüssig bzw. reibschlüssig und/oder stoffschlüssig in der Gehäusenut befestigt sein.
Dabei besteht auch die Möglichkeit, dass an einem mit dem ersten Gehäuseteil verbundenen zweiten Gehäuseteil des Gehäuses ein Haltevorsprung vorhanden ist, der das in der Gehäusenut angeordnete gehäuseseitige Ende des Dichtbalgs beaufschlagt, um ein Herausrutschen des gehäuseseitigen Endes aus der Gehäusenut zu verhindern. Der Haltevorsprung kann ringförmig geschlossen und vorzugsweise hohlzylindrisch ausgeführt sein. Sein dem gehäuseseitigen Ende des Dichtbalgs zugeordnetes freies Ende kann in eine am gehäuseseitigen Ende vorhandene Ausnehmung hineinragen. Das gehäuseseitige Ende des Dichtbalgs kann durch den Haltevorsprung elastisch verformt werden, so dass die Dichtwirkung verbessert ist.
Zwischen dem gehäuseseitigen Ende und dem stößelseitigen Ende des Dichtbalgs kann dieser einen membranartigen Balgteil aufweisen. Der Balgteil bildet einen und vorzugsweise nur einen Meniskus. Unter Meniskus ist eine Wölbung des Balgteils zu verstehen, in deren Bereich sich der Balgteil um über 90° und bis zu 180° wölbt. Während der Bewegung des Stößels bewegt sich der Meniskus gemeinsam mit dem Stößel in Bewegungsrichtung. Zwischen dem Meniskus und dem gehäuseseitigen Balgteil kann ein erster Abschnitt und zwischen dem Meniskus und dem stößelseitigen Balgteil kann ein zweiter Abschnitt des Balgteils gebildet sein. Der erste Abschnitt erstreckt sich vorzugsweise benachbart zum Haltevorsprung und ist insbesondere koaxial zur Bewegungsrichtung angeordnet. Der zweite Abschnitt kann bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel an einem Radialflansch des Stößels im Anschluss an das stößelseitige Ende anliegen. Bei einer solchen Anordnung ist auch bei der Bewegung des Stößels die elastische Verformung des Dichtbalgs gering. Es treten keine oder kaum Dehnungen des Dichtbalgs auf. Dadurch kann eine hohe Lebensdauer des Dichtbalgs erreicht werden.
Der erfindungsgemäße Drucktaster kann durch folgendes Verfahren sehr einfach hergestellt werden:
Zunächst wird ein Gehäuse mit einer Gehäuseausnehmung sowie ein Stößel bereitgestellt, der vorzugsweise die Stößelnut aufweist. Zunächst wird der Dichtbalg auf den Stößel aufgeschoben. Dabei wird das stößelseitige Ende des Dichtbalgs elastisch aufgeweitet, so dass es dichtend am Stößel anliegt. Beim bevorzugten Ausführungsbeispiel wird der Dichtbalg soweit über den Stößel geschoben, bis das stößelseitige Ende sich elastisch in die Dichtnut zusammenzieht und dort am Nutgrund dichtend anliegt.
Anschließend wird die Feder auf den Stößel aufgeschoben, wobei die Abschlusswindung elastisch aufgeweitet und auf das stößelseitige Ende des Dichtbalgs aufgeschoben wird. Die Abschlusswindung übt eine Radialkraft auf das stößelseitige Ende des Dichtbalgs aus und verbessert die Dichtheit an der Verbindungsstelle des Dichtbalgs mit dem Stößel. Im Anschluss daran wird der Stößel in der Gehäuseausnehmung des Gehäuses bewegbar gelagert angeordnet und das gehäuseseitige Ende des Dichtbalgs mit dem Gehäuse dichtend verbunden. Der durch die Federwindungen gebildete Teil der Feder stützt sich zwischen dem Stößel und dem Gehäuse ab und spannt den Stößel in seine Ausgangs- bzw. Ruhelage vor. Zum Aufschieben des Dichtbalgs und/oder der Feder wird bevorzugt ein Montagewerkzeug verwendet. Das Montagewerkzeug kann einen axial geschlitzten Hülsenteil aufweisen. Der wenigstens eine Schlitz im Hülsenteil erstreckt sich bis zu einem freien Ende des Hülsenteils hin, so dass sich der Hülsenteil radial aufweiten kann. Insbesondere mit Hilfe der Stirnfläche des Hülsenteils kann das stößelseitige Ende des Dichtbalgs bzw. die Abschlusswindung entlang des Stößels bewegt werden.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen sowie der Beschreibung. Die Zeichnung ist ergänzend heranzuziehen. Die Beschreibung beschränkt sich auf wesentlicher Merkmale der Erfindung. Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert.
Es zeigen:
1 einen Längsschnitt durch ein Ausführungsbeispiels eines elektrischen Drucktasters,
2 die Feder des Drucktasters gemäß 1 in einer perspektivischen Darstellung,
3 die Feder aus 2 in einer Seitenansicht,
4 die Feder gemäß der 2 und 3 in einer Draufsicht entlang der Federlängsachse auf die Abschlusswindung und
5 ein Montagewerkzeug in perspektivischer Teildarstellung zur Montage des Drucktasters gemäß 1.
1 zeigt einen Längsschnitt durch ein Ausführungsbeispiel eines elektrischen Drucktasters 10. Der Drucktaster 10 weist ein Gehäuse 11 auf, das beim Ausführungsbeispiel dazu dient, den Drucktaster 10 an einem Wandabschnitt 12 mit einer Wandöffnung 13 zu befestigen. Der Wandabschnitt 12 kann Teil eines Gerätegehäuses oder eines Schaltschranks sein.
Bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Gehäuse 11 mehrteilig ausgeführt. Es weist einen hohlzylindrischen ersten Gehäuseteil 11a auf, der beim Ausführungsbeispiel dazu dient, durch die Wandöffnung 13 gesteckt zu werden. Im Bereich des einen Endes des ersten Gehäuseteils 11a kann ein Sicherungsring 14 aufgeschraubt werden. Mit Abstand zum Sicherungsring 14 ist am ersten Gehäuseteil 11a ein Befestigungsvorsprung 15 vorhanden, der mit dem Sicherungsring 14 zusammenarbeitet. Zwischen dem Befestigungsvorsprung 15 und dem Sicherungsring 14 kann das erste Gehäuseteil 11a am Wandabschnitt 12 befestigt werden. Um ein Eindringen von Flüssigkeit durch die Wandöffnung 13 zu vermeiden, ist erfindungsgemäß zwischen dem Befestigungsvorsprung 15 und dem Wandabschnitt 12 ein Dichtring 16 angeordnet. Der Außendurchmesser des Befestigungsvorsprungs 15 sowie des Sicherungsrings 14 sind größer als der Durchmesser der beispielsgemäß kreisförmigen Wandöffnung 13.
Der erste Gehäuseteil 11a ist koaxial zu einer Längsachse L des Drucktasters 10 angeordnet. Im Bereich des Befestigungsvorsprungs 15 ragt ein beispielsgemäß hohlzylindrischer Verbindungsabschnitt 17 vom Befestigungsvorsprung 15 koaxial zur Längsachse L weg. An diesem Verbindungsabschnitt 17 ist beim Ausführungsbeispiel ein zweites Gehäuseteil 11b mit dem ersten Gehäuseteil 11a verbunden. Die Verbindung zwischen den beiden Gehäuseteilen 11a und 11b kann kraftschlüssig und/oder formschlüssig, beispielsweise mit Hilfe einer Schraubverbindung erfolgen. Insbesondere sind die beiden Gehäuseteile 11a und 11b lösbar miteinander verbunden. Bei dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel dient ein hohlzylindrischer Haltevorsprung 18 des zweiten Gehäuseteils 11b zur Verbindung mit dem Verbindungsabschnitt 17. Der Außendurchmesser des Haltevorsprungs 18 entspricht in etwa dem Innendurchmesser des Erfindungsabschnitts 17, so dass der Haltevorsprung 18 entlang der Längsachse L in den Verbindungsabschnitt 17 eingesteckt werden kann, um die beiden Gehäuseteile 11a und 11b miteinander zu verbinden.
Der Haltevorsprung 18 ist von einem ringförmig geschlossenen Abdeckteil 23 des zweiten Gehäuseteils 11b koaxial vollständig umschlossen. Zwischen dem Haltevorsprung 18 und dem Abdeckteil 23 ist ein Ringraum 24 gebildet, in dem sich bei hergestellter Verbindung der Verbindungsabschnitt 17 des ersten Gehäuseteils 11a befindet. An einem Ringabschnitt 25 des zweiten Gehäuseteils 11b sind der Haltevorsprung 18 und der Abdeckteil 23 miteinander verbunden. Der Ringabschnitt 25 umschließt eine beispielsgemäß kreisförmige Gehäuseöffnung 26.
Ein Betätigungsteil 30 eines relativ zum Gehäuse 11 bewegbaren Stößels 31 weist eine von außen durch die Gehäuseöffnung 26 zugängliche Betätigungsfläche 32 auf, die bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel konkav gewölbt ausgeführt ist. Die Betätigungsfläche 32 dient zur manuellen Betätigung des Drucktasters 10 durch eine Bedienperson.
Der Stößel 31 kann wie bei dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel ebenfalls aus mehreren miteinander verbundenen Teilen bestehen. Das Betätigungsteil 30 ist beispielsgemäß mit Hilfe von Rastmitteln 33 an einem zylindrischen Teil 34 des Stößels 31 befestigt. Das Betätigungsteil 30 weist eine kreisförmig konturierte Platte mit der Betätigungsfläche 32 auf, wobei auf der der Betätigungsfläche 32 entgegengesetzten Seiten mehrere Rastelemente 35 wegragen, die mit Rastgegenelementen 36 am zylindrischen Teil 34 zur Herstellung der Rastverbindung zusammenarbeiten. Die Rastgegenelemente 36 sind wie in 1 veranschaulicht beim Ausführungsbeispiel innerhalb eines hohlzylindrischen Abschnitts 37 des zylindrischen Teils 34 des Stößels 31 vorgesehen. Die der Betätigungsfläche 32 entgegengesetzte Rückseite der Platte des Betätigungsteils 30 liegt am zylindrischen Teil 34 und beispielsgemäß an einer Stirnfläche des hohlzylindrischen Abschnitts 37 auf.
Das Gehäuse 11 weist eine in etwa zylindrische Gehäuseausnehmung 40 auf, die beim Ausführungsbeispiel am ersten Gehäuseteil 11a koaxial zur Längsachse L vorgesehen ist. In der Gehäuseausnehmung 40 ist der Stößel 31 und beispielsgemäß der zylindrische Teil 34 des Stößels 31 in einer Bewegungsrichtung R bewegbar gelagert. Die Bewegungsrichtung R erstreckt sich beim Ausführungsbeispiel parallel zur Längsachse L. In der unbetätigten Ruhelage des Drucktasters 10, die in 1 dargestellt ist, ist die Betätigungsfläche 32 bzw. das Betätigungsteil 30 in axialer Richtung entlang der Längsachse L mit Abstand zum ersten Gehäuseteil 11a angeordnet und befindet sich beispielsgemäß in der Gehäuseöffnung 26.
Auf der dem Betätigungsteil 30 zugewandten in Richtung der Längsachse L orientierten Axialseite 41 des ersten Gehäuseteils 11a ist eine Abstützfläche 42 für eine Feder 43 vorhanden. Die Abstützfläche 42 ist beim hier dargestellten Ausführungsbeispiel durch den Nutgrund einer Lagernut 44 gebildet. Die Lagernut 44 ist zwischen zwei koaxial zueinander angeordneten Axialvorsprüngen 45, 46 des ersten Gehäuseteils 11a gebildet. Sie dient zur Aufnahme des sich am Gehäuse 11 abstützenden Endes der Feder 43. Die Feder 43 stützt sich einerseits am Gehäuse 11 und andererseits am Stößel 31 ab und spannt diesen in seine unbetätigte Ausgangslage vor.
Die Feder 43 ist in den 2 bis 4 veranschaulicht. Sie weist eine ringförmig um die Federlängsachse F vollständig geschlossene Abschlusswindung 47 mit einem ersten Durchmesser D1 auf. Die Abschlusswindung 47 beginnt an dem ersten freien Ende 48 des die Feder 43 bildenden Drahts der um die Federlängsachse F zur Bildung der Abschlusswindung 47 ausgehend vom ersten freien Ende 48 um mehr als 360° gewunden ist. Dadurch ist ein Überlappungsbereich 49 gebildet, in dem zwei Drahtabschnitte zum vollständigen ringförmigen Schließen der Abschlusswindung 47 aneinander anliegen. Der Überlappungsbereich 49 bildet das dem ersten freien Ende 48 entgegengesetzte Ende der Abschlusswindung 47. Im Anschluss an den Überlappungsbereich 49 weist der Draht der Feder einen Übergangsteil 50 auf, der radial oder wie beim Ausführungsbeispiel ausgehend vom Überlappungsbereich 49 schräg zur Radialrichtung gegenüber der Federlängsachse F nach außen verläuft. Deswegen ändert sich durch den Übergangsteil 50 der Durchmesser der Feder 43.
Abgesehen von der Abschlusswindung 47 weisen alle anderen Windungen, die als Federwindungen 51 bezeichnet werden, einen zweiten Durchmesser D2 auf, der größer ist als der erste Durchmesser D1 der Abschlusswindung 47. Als erster und zweiter Durchmesser D1, D2 sind in 4 die Innendurchmesser der Windungen 47, 51 eingetragen. Da der die Feder 43 bildende Draht seine Querschnittsform und die Größe des Querschnitts nicht verändert, könnten auch jeweils der mittlere Durchmesser oder der Außendurchmesser als erster Durchmesser D1 bzw. zweiter Durchmesser D2 herangezogen werden. Bei dem Vergleich der Durchmesser D1, D2 geht es lediglich um die Relation der beiden Durchmesser zueinander. Die Differenz zwischen dem ersten Durchmesser D1 und dem zweiten Durchmesser D2 ist betragsmäßig größer als der Durchmesser des die Feder 43 bildenden Drahtes, so dass radial zur Federlängsachse F betrachtet zwischen der Abschlusswindung 47 und der angrenzenden Federwindung 51 ein Radialabstand A gebildet ist. Beim Komprimieren der Feder 43 während der Betätigung des Drucktasters 10 und der Bewegung des Stößels 31 in Bewegungsrichtung R kann dadurch die Abschlusswindung 47 in den Innenbereich der sich anschließenden Federwindung 51 eingreifen bzw. eintauchen.
Die der Abschlusswindung 47 entgegengesetzte und das zweite freie Ende 52 der Feder 43 aufweisende, dem Gehäuse 11 zugeordnete Federwindung 51 dient als Abstützwindung 53 und liegt auf der Abstützfläche 42 am Gehäuse 11 und beispielsgemäß dem ersten Gehäuseteil 11a an. Die Abstützwindung 53 der Feder 43 windet sich beispielsgemäß in einer Radialebene bezüglich der Federlängsachse F. Die am entgegengesetzten Ende der Feder 43 vorhandene Abschlusswindung 47 weist in Axialrichtung entlang der Federlängsachse F lediglich eine geringe Steigung auf, die dem Durchmesser des Drahtes des Feder 43 entspricht. Die zwischen der Abstützwindung 53 und der Abschlusswindung 47 vorhandenen Federwindungen 51 winden sich schraubenförmig um die Federlängsachse F. Die Anzahl der Federwindungen 51 zwischen der Abschlusswindung 47 und der Abstützwindung 53 ist beliebig. Die Federwindungen 51 müssen nicht vollständig ringförmig geschlossen sein, so dass die Anzahl der Federwindungen 51 nicht unbedingt eine natürliche Zahl sein muss. Beim Ausführungsbeispiel kann beispielsweise die Abstützwindung 53 nicht vollständig geschlossen sein.
Am Stößel 31 ist eine koaxial zur Längsachse L vorhandene, nach radial außen geöffnete Stößelnut 57 vorhanden. Bei dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel befindet sich die Stößelnut 57 am zylindrischen Teil 34 und insbesondere am hohlzylindrischen Abschnitt 37 des Stößels. Die Stößelnut 57 ist auf der dem Betätigungsteil 30 zugeordneten Seite von einem Radialflansch 58 des Stößels 31 begrenzt. Der Radialflansch 58 bildet das dem Betätigungsteil 30 zugeordnete und an diesem anliegende axiale Ende des zylindrischen Teils 34. Auf der dem Radialflansch 58 axial entgegengesetzten Seite grenzt an die Stößelnut 57 vorzugsweise unmittelbar ein sich zur Stößelnut 57 hin konisch erweiternder Erweiterungsabschnitt 59 an. Im Anschluss an diesen Erweiterungsabschnitt 59 ist der Außendurchmesser des zylindrischen Teils 34 des Stößels 31 in einem Führungsabschnitt 60 im Wesentlichen konstant und entspricht etwa dem Innendurchmesser der Gehäuseausnehmung 40.
Zwischen dem Gehäuse 11 und dem Stößel 31 ist ein Dichtbalg 65 angeordnet. Der Dichtbalg 65 weist ein gehäuseseitiges Ende 66 sowie ein stößelseitiges Ende 67 auf. Die beiden Enden 66, 67 sind jeweils von einem kreisringförmigen Dichtwulst gebildet. Zwischen den beiden Enden 66, 67 erstreckt sich ein membranartiges Balgteil 68 des Dichtbalgs 65. Der Dichtbalg 65 ist aus einem einheitlichen Kunststoffmaterial, vorzugsweise Gummimaterial, naht- und fügestellenlos einstückig hergestellt. Der membranartige Balgteil 68 ist an einem Meniskus 69 um bis zu 180° gewölbt. Ein erster Abschnitt 68a des Balgteils 68 erstreckt sich ausgehend vom gehäuseseitigen Ende 66 radial innen benachbart zum Halteteil 18 in etwa koaxial zur Längsachse L des Drucktasters 10 bis zum Meniskus 69. Ein zweiter Abschnitt 68b des Balgteils 68 erstreckt sich zwischen dem stößelseitigen Ende 67 und dem Meniskus 69. Das stößelseitige Ende 67 ist in der Stößelnut 57 angeordnet. Der zweite Abschnitt 68b liegt am Radialflansch 58 des Stößels 31 an und verläuft in diesem Bereich in etwa radial zur Längsachse L des Drucktasters 10.
Das stößelseitige Ende 67 kann an seiner radial äußeren Seite eine Vertiefung 70 für die Abschlusswindung 47 der Feder 43 aufweisen, die das stößelseitige Ende 67 des Dichtbalgs 65 mit einer radial nach innen zur Längs L hin gerichteten Kraft in die Stößelnut 57 drückt. Die Vertiefung 70 kann sich auch ausschließlich durch die elastische Verformung des stößelseitigen Endes 67 bilden, wenn die Abschlusswindung 47 radial zur Längsachse L auf das stößelseitige Ende 67 drückt.
Die Abschlusswindung 47 liegt an dem in der Stößelnut 57 angeordneten stößelseitigen Ende 67 an und drückt das stößelseitige Ende 67 radial gegen den Stößel 31. Dadurch wird zwischen dem Dichtbalg 65 und dem Stößel 31 eine besonders gute Abdichtung erreicht. Die Abschlusswindung 47 trägt nichts oder nur wenig zur axialen Vorspannung des Stößels 31 in Bewegungsrichtung R bei. Diese Vorspannkraft wird durch die Federwindungen 51 mit einem größeren zweiten Durchmesser D2 erzeugt. Die sich an die Abschlusswindung 47 anschließende Federwindung 51 kann sich hierfür über den Dichtbalg 65 und beispielsgemäß den zweiten Abschnitt 68b am Stößel 31 und beispielsgemäß am Radialflansch 58 axial abstützen. Zumindest stützt sich die an die Abschlusswindung 47 anschließende Federwindung 51 bei Komprimieren der Feder 43 über den Dichtbalg 65 am Stößel 31 axial ab.
Das gehäuseseitige Ende 66 des Dichtbalgs 65 ist in einer Gehäusenut 75 angeordnet. Die Gehäusenut 75 ist koaxial zur Längsachse L am Gehäuse 11 und beispielsgemäß am ersten Gehäuseteil 11a vorhanden. Beim Ausführungsbeispiel schließt sich die Gehäusenut 75 radial innen unmittelbar an den Verbindungsabschnitt 17 an, wodurch die Gehäusenut 75 dem Haltevorsprung 18 in Richtung der Längsachse L gesehen gegenüber liegt. Die Gehäusenut 75 ist axial in Bewegungsrichtung R zum Betätigungsteil 30 offen.
In der Gehäusenut 75 ist das von einem Dichtwulst gebildete gehäuseseitige Ende 66 des Dichtbalgs 65 vorzugsweise kraftschlüssig bzw. reibschlüssig angeordnet. Um das Herausrutschens des gehäuseseitigen Endes 66 aus der Gehäusenut 75 zu verhindern, ist dem gehäuseseitigen Ende 66 des Dichtbalgs 65 der Haltevorsprung 18 zugeordnet. Das freie Ende 76 des Haltevorsprungs 18 kann am gehäuseseitigen Ende 66 anliegen oder mit Abstand hierzu angeordnet sein. Über den Haltevorsprung 18 wird das gehäuseseitige Ende 66 des Dichtbalgs 65 beispielsgemäß elastisch verformt. Der Haltevorsprung 18 dient dazu, das Herausrutschen des gehäuseseitigen Endes 66 aus der Gehäusenut 75 zu verhindern. Der Balgteil 68 schließt sich am radial inneren Ende des gehäuseseitigen Endes 66 an, so dass am gehäuseseitigen Ende 66 eine den Balgteil 68 umschließende Ringfläche 78 oder Ringstufe gebildet ist, die dem Haltevorsprung 18 zugeordnet ist, um das Herausrutschen des gehäuseseitigen Endes 66 aus der Gehäusenut 75 zu vermeiden.
Es ist aber auch möglich, dass der Haltevorsprung 18 ohne elastische Verformung des gehäuseseitigen Endes 66 diesem gegenüberliegt oder an diesem anliegt. Dadurch kann verhindert werden, dass das gehäuseseitige Ende 66 des Dichtbalgs 65 beim Zusammenbau des Drucktasters 10 eine Kraft auf den Haltevorsprung 18 und das zweite Gehäuseteil 11b ausübt und den Zusammenbau erschwert oder behindert.
Bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel weist das gehäuseseitige Ende 66 insbesondere an seiner Ringfläche 78 eine Halteausnehmung 77 auf, die eine ringförmig geschlossene Nut bildet. Die Halteausnehmung 77 ist in Bewegungsrichtung R axial offen. In die Halteausnehmung 77 ragt der Haltevorsprung 18 mit seinem freien Ende 78 hinein. Die Halteausnehmung 77 umschließt den sich an das gehäuseseitige Ende 66 anschließenden ersten Abschnitt 68a des Balgteils 68 des Dichtbalgs 65 koaxial.
Über den Dichtbalg 65 wird ein Innenbereich des Drucktasters 10 gegen das Eindringen von Staub und/oder Flüssigkeiten. Beim Ausführungsbeispiel ist der Drucktaster in der Schutzart IP66 gegen das Eindringen von Strahlwasser in den Innenbereich geschützt. Im Innenbereich ist ein elektrischer Kontakt 85 angeordnet, der mit dem Stößel 31 bewegungsgekoppelt und beispielsweise verbunden ist. Beim Betätigen des Tasters durch Drücken auf die Betätigungsfläche 32 verschiebt sich der Stößel 31 entgegen der Vorspannkraft der Feder 43 in Bewegungsrichtung R. Dabei kann der elektrische Kontakt 85 eine elektrische Verbindung an einer Kontaktstelle 86 öffnen oder schließen. Dies ist abhängig davon, ob der Drucktaster 10 als Öffner oder Schließer ausgeführt ist. Auch Kombinationen sind möglich. Mit dem Stößel 31 können auch mehrere elektrische Kontakte 85 verbunden sein, so dass bei der Bewegung des Stößels 31 gleichzeitig mehrere elektrische Verbindungen an einer jeweils zugeordneten Kontaktstelle 86 entweder geöffnet oder geschlossen werden können.
Zwischen dem elektrischen Kontakt 85 und dem Stößel 31 können ein oder mehrere Übertragungselemente zwischengeschaltet sein, die die Stößelbewegung auf den elektrischen Kontakt 85 übertragen. Der elektrische Kontakt 85 und die Kontaktstelle 86 sind beim Ausführungsbeispiel in einem nicht dargestellten Kontaktgehäuse angeordnet. Das Kontaktgehäuse ist vorzugsweise in der Schutzart „druckfeste Kapselung” ausgeführt sein.
Der zuvor beschriebene Drucktaster 10 wird wie folgt montiert:
Auf den Stößel 31 bzw. den zylindrischen Teil 34 des Stößels 31 wird der Dichtbalg 65 aufgeschoben. Hierbei wird das stößelseitige Ende 67 auf der dem Radialflansch 58 entgegengesetzten Seite des zylindrischen Teils 34 aufgeschoben, wobei sich das stößelseitige Ende 67 des Dichtbalgs 65 etwas aufweitet.
Zum Schieben des stößelseitigen Endes 67 entlang der Außenfläche des Stößels 31 dient ein in 5 veranschaulichtes Montagewerkzeug 90. Das Montagewerkzeug 90 weist einen hohlzylindrischen Hülsenteil 91 auf, in den vom freien Ende des Hülsenteils aus in Axialrichtung mehrere parallel zueinander verlaufende Schlitze 92 eingebracht sind. Zwischen zwei benachbarten Schlitzen 92 ist jeweils eine Zunge 93 am Hülsenteil 91 gebildet, die radial von der Längsachse des Hülsenteils auffedern kann. Der Innendurchmesser des Hülsenteils 91 entspricht in etwa dem Außendurchmesser des sich an den Erweiterungsabschnitt 59 anschließenden Führungsabschnitt 60 des zylindrischen Teils 34 des Stößels 31. Die Zungen 93 liegen dabei außen am zylindrischen Teil 34 an, so dass die Stirnflächen 94 der Zungen 93 am stößelseitigen Ende 67 des Dichtbalgs 65 anliegen und diesen entlang der Außenfläche des Stößels 31 verschieben können. Erreicht das stößelseitige Ende 67 des Dichtbalgs 65 den Erweiterungsabschnitt 59 wird dieses Ende 67 radial weiter gedehnt, bis es die Stößelnut 57 erreicht und sich elastisch radial zusammenzieht, so dass es in der Stößelnut 57 zu liegen kommt.
Im Anschluss daran wird die Feder 43 mit der Abschlusswindung 47 genau wie der Dichtbalg 65 auf den Stößel 31 geschoben. Mit Hilfe des Montagewerkzeugs 90 wird die Abschlusswindung 47 entlang des Führungsabschnitts 60 des Stößels 31 und weiter über den Erweiterungsabschnitt 59 bis auf Höhe der Stößelnut 57 geschoben. Bei Erreichen der Stößelnut 57 zieht sich die durch den Erweiterungsabschnitt 59 radial aufgeweitete Abschlusswindung 47 zusammen und bewirkt eine Radialkraft auf das in der Stößelnut 57 angeordnete stößelseitige Ende 67 des Dichtbalgs 65.
Im Anschluss daran kann das gehäuseseitige Ende 66 des Dichtbalgs in der Gehäusenut 75 des ersten Gehäuseteils 11a angeordnet und schließlich das zweite Gehäuseteil 11b mit dem ersten Gehäuseteil 11a verbunden werden.
Die Erfindung betrifft einen gegen das Eindringen von Staub und starkem Strahlwasser geschützten elektrischen Drucktaster 10. Dieser weist ein Gehäuse 11 und einen in einer Gehäuseausnehmung 40 bewegbar gelagerten Stößel 31 auf. Am Stößel 31 ist eine Betätigungsfläche 32 vorhanden, über die eine Bedienperson den Stößel 31 entgegen einer Vorspannkraft einer Feder 43 relativ zum Gehäuse 11 bewegen kann. Bei dieser Betätigung wird über einen elektrischen Kontakt 85 an einer Kontaktstelle 86 eine elektrische Verbindung geöffnet oder geschlossen. Zwischen dem Gehäuse 11 und dem Stößel 31 ist ein Dichtbalg angeordnet. Der Dichtbalg weist ein gehäuseseitiges Ende 66 auf, mit dem er in einer Gehäusenut 75 angeordnet ist. Der Dichtbalg 65 weist auch ein stößelseitiges Ende 67 auf, mit dem er in einer Stößelnut 57 angeordnet ist. Die Feder 43 weist Federwindungen 51 mit einem zweiten Durchmesser D2 auf, der größer ist als der erste Durchmesser D1 einer Abschlusswindung 47, die am stößelseitigen Ende 67 des Dichtbalgs 65 anliegt und dieses Ende 67 radial zur Bewegungsrichtung R an den Stößel 31 bzw. in die Stößelnut 57 drückt.
Bezugszeichenliste

10: Drucktaster
11: Gehäuse
11a: erstes Gehäuseteil
11b: zweites Gehäuseteil
12: Wandabschnitt
13: Wandöffnung
14: Sicherungsring
15: Befestigungsvorsprung
16: Dichtring
17: Verbindungsabschnitt
18: Haltevorsprung
23: Abdeckteil
24: Ringraum
25: Ringabschnitt
30: Betätigungsteil
31: Stößel
32: Betätigungsfläche
33: Rastmittel
34: zylindrisches Teil
35: Rastelement
36: Rastgegenelement
37: hohlzylindrischer Abschnitt
40: Gehäuseausnehmung
41: Axialseite
42: Abstützfläche
43: Feder
44: Lagernut
45: Axialvorsprung
46: Axialvorsprung
47: Abschlusswindung
48: erstes freies Ende
49: Überlappungsbereich
50: Übergangsteil
51: Federwindung
52: zweites freies Ende
53: Abstützwindung
57: Stößelnut
58: Radialflansch
59: Erweiterungsabschnitt
60: Führungsabschnitt
65: Dichtbalg
66: gehäuseseitiges Ende
67: stößelseitiges Ende
68: Balgteil
68a: erster Abschnitt des Balgteils
68b: zweiter Abschnitt des Balgteils
69: Meniskus
70: Vertiefung
75: Gehäusenut
76: freies Ende des Haltevorsprungs
77: Halteausnehmung
78: Ringfläche
85: Kontakt
86: Kontaktstelle
90: Montagewerkzeug
91: Hülsenteil
92: Schlitz
93: Zunge
94: Stirnfläche
A: Radialabstand
D1: erster Durchmesser
D2: zweiter Durchmesser
F: Federlängsachse
L: Längsachse des Drucktasters
R: Bewegungsrichtung

Claims

Elektrischer Drucktaster (10) mit einem Gehäuse (11), das eine Gehäuseausnehmung (40) aufweist, in der ein Stößel (31) in eine Bewegungsrichtung (R) bewegbar gelagert ist, mit einem Innenbereich, in dem ein elektrischer Kontakt (85) angeordnet und mit dem Stößel (31) bewegungsgekoppelt ist, mit einem den Innenbereich abdichtenden Dichtbalg (65), dessen gehäuseseitiges Ende (66) am Gehäuse (11) und dessen anderes, stößelseitiges Ende (67) am Stößel (31) befestigt ist, mit einer den Stößel (31) mit einer Vorspannkraft beaufschlagenden Feder (43), die mehrere Federwindungen (51) aufweist, deren Durchmesser (D2) größer ist als der Durchmesser (D1) einer Abschlusswindung (47), die das stößelseitige Ende (67) des Dichtbalgs (65) radial zur Bewegungsrichtung (R) des Stößels (31) gegen den Stößel drückt.
Elektrischer Drucktaster (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass am Stößel (31) eine radial zu der Bewegungsrichtung (R) offenen Stößelnut (57) vorhanden ist, in der das stößelseitige Ende (67) des Dichtbalgs (65) angeordnet ist.
Elektrischer Drucktaster (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das stößelseitige Ende (57) des Dichtbalgs (65) an seiner radial äußeren Seite eine ringförmige Vertiefung (70) für die Abschlusswindung (47) aufweist.
Elektrischer Drucktaster (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Abschlusswindung (47) und der benachbarten Federwindung (51) ein sich radial und/oder schräg zur Radialrichtung gegenüber der Federlängsachse (F) erstreckendes Übergangsteil (50) vorhanden ist.
Elektrischer Drucktaster (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Abschlusswindung (47) und der benachbarten Federwindung (51) ein Radialabstand (A) vorhanden ist.
Elektrischer Drucktaster (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (11) ein erstes Gehäuseteil (11a) mit einer in Bewegungsrichtung (R) offenen Gehäusenut (75) aufweist, in der das gehäuseseitige Ende (66) des Dichtbalgs (65) angeordnet ist.
Elektrischer Drucktaster (10) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (11) ein zweites Gehäuseteil (11b) aufweist, das mit dem ersten Gehäuseteil (11a) verbunden ist und einen Haltevorsprung (18) aufweist, der von der offenen Seite der Gehäusenut (75) her am gehäuseseitigen Ende (66) des Dichtbalgs (65) anliegt oder diesem benachbart ist.
Elektrischer Drucktaster (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Balgteil (68) des Dichtbalgs (65) das gehäuseseitige Ende (66) mit dem stößelseitigen Ende (67) verbindet, wobei der Balgteil (68) einen Meniskus (69) bildet.
Elektrischer Drucktaster (10) nach Anspruch 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Balgteil (68) einen ersten Abschnitt (68a) aufweist, der radial innen benachbart zum Haltvorsprung (18) verläuft.
Elektrischer Drucktaster (10) nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Balgteil (68) einen zweiten Abschnitt (68b) aufweist, der sich unmittelbar an das stößelseitige Ende (67) anschließt und an einem Radialflansch (58) des Stößels (31) anliegt.
Verfahren zur Montage eines elektrischen Drucktasters (10) mit folgenden Schritten: – Bereitstellen eines Gehäuses (11), das eine Gehäuseausnehmung (40) aufweist, – Bereitstellen eines Stößels (31), – Aufschieben eines Dichtbalgs (65) auf den Stößel (31), unter elastischer Aufweitung des stößelseitigen Endes (67) des Dichtbalgs (65), – Aufschieben einer Feder (43) mit mehreren Federwindungen (51), deren Durchmesser (D2) größer ist als der Durchmesser (D1) einer Abschlusswindung (47), unter elastischer Aufweitung der Abschlusswindung (47) über den Stößel (31) auf das stößelseitige Ende (67) des Dichtbalgs (65), – Anordnen des Stößels (31) in der Gehäuseausnehmung (40), so dass der Stößel (31) in einer Bewegungsrichtung (R) bewegbar ist, und Verbinden des gehäuseseitigen Endes (66) des Dichtbalgs (65) mit dem Gehäuse (11) zur Abdichtung eines Innenbereichs, in dem ein mit dem Stößel (31) bewegungsgekoppelter elektrischer Kontakt (85) angeordnet ist, gegen das Eindringen einer Flüssigkeit, – wobei die Federwindungen (51) der Feder (43) den Stößel (31) in Bewegungsrichtung (R) mit einer Vorspannkraft beaufschlagen.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass zum Aufschieben des Dichtbalgs (65) und/oder der Feder (43) auf den Stößel (31) ein Montagewerkzeug (90) mit einem axial geschlitzten Hülsenteil (91) verwendet wird.