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Die
Erfindung betrifft einen beleuchtbaren sensitiven Schalter mit einer
optoelektronischen Sensoranordnung als Betätigungsmittel, die nach dem Reflexlichttasterprinzip
arbeitet und aus einem Strahler in einem lichtdurchlässigen Gehäuse und
einem fotosensitiven Element, das im reflektierten Strahlengang
des Strahlers angeordnet ist, besteht.
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Neben
mechanischen Bedienelementen für Schalter
kommen wegen ihres recht einfachen Fertigungs- und Montageaufwandes
und den immer höheren
Anforderungen an die Zuverlässigkeit
und Bedienbarkeit bei recht unterschiedlichen Umgebungsbedingungen
immer häufiger
Berührungsschalter
auf der Basis von kapazitiven bzw. optoelektronischen Sensoren zur
Anwendung. Dabei wird bei den Bedienelementen auf optoelektronischer
Basis zwischen passiven und aktiven Sensoren unterschieden, wobei
bei den passiven Sensoren nur ein Fotoempfänger zum Einsatz kommt, dagegen
der aktive Sensor aus einem Strahler mit gerichtetem Strahl und
einem seitlich angeordneten, fotosensitiven Empfänger besteht, der die an einer
lichtdurchlässigen
Betätigungsfläche reflektierte
Strahlung detektiert. Solche Reflexlichttaster werden beispielweise
in den Druckschriften
DE
42 07 772 A1 ,
DE
195 47 301 C1 beschrieben und weisen im Vergleich zum passiven Sensor
eine erhöhte
Signalsicherheit bei einem wesentlich verringerten Energiebedarf
auf.
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Gleichzeitig
besteht aber die Forderung, einen solchen sensitiven Schalter auch
bei Dunkelheit sicher bedienen zu können, so dass eine Beleuchtung
des Schalters notwendig wird. Dazu weist ein solcher Schalter eine
zusätzliche
separate Beleuchtungseinrichtung auf, die sowohl innerhalb des Schalters
unterhalb der Betätigungsfläche als
auch außerhalb
durch eine externe Beleuchtung gerichtet auf den Schalter angeordnet
sein kann. Beleuchtungsvarianten, basierend auf der Verwendung von Leuchtdioden,
besitzen bei einer hohen Zuverlässigkeit
einen besonders geringen Energieverbrauch. Auch sind Leuchtdioden
besonders langlebig und weitestgehend wartungsfrei und recht einfach
anzusteuern. Die Patentschrift
DE 39 31 668 C2 zeigt eine Möglichkeit
von Beleuchtungsvorrichtungen für
Anzeigetafeln unter Verwendung von Leuchtdioden. In der Offenlegungsschrift
DE 100 20 960 A1 wird
dagegen beschrieben, wie mittels eines IR-Passivbewegungssensors eine Lichtquelle
in einem Schließzylinder
bei Annäherung
gesteuert wird. Ebenfalls ein Näherungsschalter
wird in der Patentschrift
DE
42 32 972 C2 verwendet, um die Beleuchtung für Bedienelemente
zu aktivieren. Festzustellen ist aber, dass auf jeden Fall eine
separate Beleuchtungsvorrichtung notwendig ist, was bei erhöhtem Platzbedarf
einen zusätzlichen
Herstellungs- und Fertigungsaufwand bedarf.
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EP 0 243 411 B1 beschreibt
einen beleuchtbaren sensitiven Schalter, insbesondere eine berührungsempfindliche
LED, die eine lichtempfindliche Photodiode und eine lichtsendende
Diode innerhalb ein und desselben Gehäuses auf einem Substrat aufweist.
Licht von der lichtsendenden Diode wird bei Annäherung eines Gegenstands an
die LED auf die Photodiode zurückreflektiert.
Verschiedene Schaltzustände
werden durch verschiedene Intensitäten oder Blinkfrequenzen der
lichtsendenden Diode dargestellt.
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Es
besteht deshalb die Aufgabe, einen beleuchtbaren sensitiven Sehalter
zu schaffen, der bei geringem Platzbedarf eine deutliche Senkung
des Material- und Herstellungsaufwandes zulässt.
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Diese
Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Vorteilhafte
Weiterbildungen der Erfindung sind mit den Unteransprüchen gegeben.
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Demnach
sieht die Erfindung einen beleuchtbaren sensitiven Schalter mit
einer optoelektronischen Sensoranordnung als Betätigungsmittel vor, die nach
dem Reflexlichttasterprinzip arbeitet, bei dem der Strahler Licht
im sichtbaren Bereich emittiert, wobei das lichtdurchlässige Gehäuse des
Strahlers als Berührungsfläche des
optoelektronischen Sensors ausgebildet ist, und bei dem das fotosensitive Element
im unmittelbaren Bereich des lichtdurchlässigen Gehäuses, das somit als Lichtleiter
wirkt, angeordnet ist. Des weiteren ist eine elektronische Steuereinheit
für die
optoelektronische Sensoranordnung vorgesehen, die das fotosensitive
Element bei Verwendung als Berührungs-
und Näherungs-Detektor
zugleich auch als Dämmerungs-Detektor
ansteuern kann und den Strahler als Leuchtmittel für den Schalter
betreibt.
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In
einer kostengünstigen
Variante ist das fotosensitive Element unterhalb des lichtdurchlässigen Gehäuses des
Strahlers angeordnet.
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Die
elektronische Steuereinheit ist so ausgestaltet, dass von ihr sowohl
das fotosensitive Element als auch der Strahler gemeinsam getaktet
werden. Der gemeinsame Takt beinhaltet dabei einen Mess- und einen
Arbeitszyklus. Während
des Messzyklusses kann das fotosensitive Element einmal als Dämmerungs-Detektor verwendet
werden, währenddessen
der Strahler grundsätzlich
deaktiviert ist, und ein weiteres mal erfolgt eine Verwendung des
fotosensitiven Elementes als Berührungs-
und Näherungs-Detektor,
währenddessen
der Strahler mindestens einen Messimpuls abgibt. Während des
Arbeitszyklusses wird dann der Strahler von der elektronischen Steuereinheit
als Leuchtmittel angesteuert. Dabei wird einerseits das Leuchtmittel
als Anzeige für
den Schaltzustand des Schalters eingesetzt und kann andererseits
als Beleuchtung für
den Schalter fungieren, indem in Abhängigkeit vom Messergebnis des Dämmerungs-Detektors
die Ein- bzw. Ausschaltung des Leuchtmittels über die elektronische Steuereinheit
vorgenommen wird.
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Eine
vorteilhafte technische Lösung
für die Unterscheidung
der abweichenden Verwendung des Leuchtmittels liegt dann vor, wenn
diese durch eine unterschiedliche Helligkeit signalisiert wird.
Dies erfolgt dann besonders einfach dadurch, dass der Zeitbereich
für die
Aktivierung des Leuchtmittels als Anzeige für den Schaltzustand des Schalters
länger
ist, wie der Zeitbereich für
die Aktivierung des Leuchtmittels als Beleuchtung für den Schalter.
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Eine
andere Variante ist dadurch gegeben, dass zur Kennzeichnung, ob
das Leuchtmittel als Anzeige für
den Schaltzustand des Schalters oder als Beleuchtung für den Schalter
betrieben wird, die Farbe des Leuchtmittels umschaltbar gestaltet
ist.
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Eine
weitere günstige
Ausgestaltungsmöglichkeit
für die
Ansteuerung des fotosensitiven Elementes ergibt sich dadurch, dass
dieses mit unterschiedlichen Empfindlichkeiten betrieben wird, wobei bei
der Verwendung als Dämmerungs-Detektor eine höhere Empfindlichkeit
vorgegeben ist.
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Als
kostengünstig
erweist sich prinzipiell, wenn es sich beim dem Strahler um eine
LED und bei dem fotosensitiven Element um eine Fotodiode oder um
einen Fototransistor handelt. Die Empfindlichkeitsänderung
des fotosensitiven Elementes wird dann durch die zeitweise Änderung
des Arbeitswiderstandes erzeugt. Aber auch kann die mindestens eine
LED als Mehrfarben-LED gestaltet sein.
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Mit
einer solchen Gestaltung des beleuchtbaren sensitiven Schalters
mit einer optoelektronischen Sensoranordnung als Betätigungsmittel
ist es möglich,
diesen bei Senkung des Material- und Herstellungsaufwandes mit einem
wesentlich reduzierten Platzbedarf zu fertigen.
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Nachstehend
ist ein Ausführungsbeispiel
der Erfindung anhand von Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:
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1 eine
Ausführung
der optoelektronischen Sensoranordnung
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2 Blockschaltbild
eines beleuchtbaren sensitiven Schalters
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3 Signalverlauf
bei Beleuchtung des Schalters
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4 Signalverlauf
bei Anzeige des Schaltzustandes „ON" des Schalters
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Die 1 zeigt
eine mögliche
Variante der Gestaltung der optoelektronischen Sensoranordnung 2,
die nach dem Reflexlichttasterprinzip arbeitet, als Betätigungsmittel
für den
erfinderischen beleuchtbaren sensitiven Schalter 1, und
besteht aus einem Strahler 3 mit einem lichtdurchlässigen Gehäuse 4 und
aus einem fotosensitiven Element 5, der im reflektierten
Strahlengang des Strahlers 3 angeordnet ist. Wesentlich
ist, dass das lichtdurchlässige
Gehäuse 4 selbst
und nicht wie üblich
eine zusätzliche
beabstandet angeordnete Betätigungsfläche als Berührungsfläche der
optoelektronischen Sensoranordnung 2 ausgebildet ist, wobei
das fotosensitive Element 5 im unmittelbaren Bereich des
lichtdurchlässigen
Gehäuses 4,
das somit in dieser räumlichen
Zuordnung als Lichtleiter wirkt, angeordnet ist. Mit der 1 ist
eine mögliche
Gestaltung gegeben, bei der das fotosensitive Element 5 unterhalb
des lichtdurchlässigen
Gehäuses 4 angeordnet
ist. Wird nun das lichtdurchlässige
Gehäuse 4 durch
z. B. einen Finger berührt
bzw. dieser in unmittelbare Nähe
zum Gehäuse 4 gebracht,
dann wird der gerichtete Strahlengang vermehrt reflektiert und trifft
auf das unterhalb des Gehäuses 4 angeordnete
fotosensitive Element 5. Das lichtdurchlässige Gehäuse 4 bildet
somit einen Lichtleiter. Die Folge ist, das fotosensitive Element 5 erzeugt
ein erhöhtes
Ausgangssignal, was eben die Berührung
des Gehäuses 4 und
damit die Betätigung der
optoelektronischen Sensoranordnung 2 signalisiert.
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Eine
solche, wie in 1 dargestellte, mögliche optoelektronische
Sensoranordnung 2 findet Anwendung als Betätigungsmittel
in dem erfindungsgemäßen beleuchtbaren
sensitiven Schalter 1, dessen Funktionsweise nachfolgend
an Hand des Blockschaltbildes gemäß 2 beschrieben
wird. Dem Schalter 1 ist also als Betätigungsmittel eine optoelektronische
Sensoranordnung 2 zugeordnet, wobei diese eben den Strahler 3 und
das fotosensitive Element 5 enthält. Angesteuert wird die optoelektronische
Sensoranordnung 2 wiederum von einer elektronischen Steuereinheit 6,
wobei diese die optoelektronische Sensoranordnung 2 so
beeinflusst, dass das fotosensitive Element 5 entweder
als Berührungs-
und Näherungs-Detektor
oder als Dämmerungs-Detektor 7 verwendet
wird und gleichzeitig kann auch die elektronische Steuereinheit 6 den Strahler 3 als
Leuchtmittel 8 betreiben.
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Eine
Variante zur Realisierung dieser Mehrfachverwendung der optoelektronischen
Sensoranordnung 2 besteht darin, dass sowohl der Strahler 3 als
auch das fotosensitive Element 5 mit einem gemeinsamen
Takt betrieben werden, wobei jeder Takt einen Messzyklus und einen
Arbeitszyklus beinhaltet. Während
des Messzyklus wird das fotosensitive Element 5 einmal
als Dämmerungs-Detektor 7 verwendet,
währenddessen
der Strahler 3 grundsätzlich deaktiviert
ist. Die optoelektronische Sensoranordnung 2 arbeitet somit
als Dämmerungs-Detektor 7.
In der Regel nachfolgend noch während
des Messzyklus wird dann das fotosensitive Element 5 als
Berührungs-
und Näherungs-Detektor
betrieben, währenddessen
der Strahler 3 mindestens einen Messimpuls abgibt. Damit
wird der Betrieb der optoelektronischen Sensoranordnung 2 als
Betätigungselement
für den Schalter 1 gewährleistet.
Der Arbeitszyklus dagegen ist vorgesehen, um den Strahler 3 als
Leuchtmittel 8 betreiben zu können. Dabei wird zwischen der
Verwendung des Strahlers 3 als Beleuchtung für den Schalter 1 oder
als Anzeige des Schaltzustandes des Schalters 1 unterschieden.
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Die
Beleuchtung des Schalters 1 wird dadurch realisiert, indem,
wie bereits ausgeführt,
das fotosensitive Element 5 in einem Teilbereich des Messzyklusses
als Dämmerungs-Detektor 7 verwendet
wird, wobei das ermittelte Messsignal an die elektronische Steuereinheit 6 weitergeleitet
wird. Wird ein vorgegebener Schwellwert überschritten, so wird der Zustand
Tageslicht erkannt und die elektronische Steuereinheit 6 deaktiviert
den Beleuchtungsmodus für
den Schalter 1. Dagegen, wird durch das Ausgangssignal
des Dämmerungs-Detektors 7 ein
vorgegebener Schwellwert unterschritten, so ist dies ein Zeichen
für beginnende
Dunkelheit bzw. bereits vollzogene Dunkelheit. Um somit die Beleuchtung
des Schalters 1 einzuschalten, steuert die elektronische Steuereinheit 6 den
Strahler 3 während
des Arbeitszyklusses so an, dass der Strahler 3 während dieses Taktbereiches
sichtbares Licht abgibt und somit als Leuchtmittel 8 zur
Beleuchtung des Schalters 1 fungiert. Der Signalverlauf
bei Beleuchtung des Schalters 1 ist mit der 3 gezeigt.
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Der
Strahler 3 als Leuchtmittel 8 kann aber auch dazu
dienen, den Schaltzustand des Schalters 1 anzuzeigen, wie
die 4 es zeigt. Wird nämlich im Messzyklus, in dem
die optoelektronische Sensoranordnung 2 als Berührungs-
und Näherungs-Detektor für den Schalter 1 arbeitet,
ein gewollter Einschaltvorgang des Schalters 1 durch die
elektronische Steuereinheit 6 erkannt, so wird nicht nur
der Schalter 1 selbst betätigt, sondern die elektronische Steuereinheit 6 steuert
auch den Strahler 3 als Leuchtmittel 8 für eine Anzeige
des Schaltzustandes „ON" des Schalters 1 so
an, dass während
des Arbeitszyklusses der Strahler 3 für einen bestimmten Zeitbereich
aktiviert wird. Damit wird durch das intensivere Leuchten des Strahlers 3 signalisiert,
dass der Schalter 1 im „ON-Zustand" ist.
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Um
den Zustand „Beleuchtung
des Schalters 1" von
dem Zustand „Anzeige
des Schaltzustandes des Schalters 1" unterscheiden zu können, werden, wie der Vergleich
der 3 und 4 zeigt, die unterschiedlichen
Helligkeiten des Leuchtmittels 8 so realisiert, dass eben
der Zeitbereich für
die Aktivierung des Leuchtmittels 8 als Anzeige des Schaltzustandes
des Schalters 1 annähernd
doppelt so lang gewählt
ist, wie der Zeitbereich für
die Aktivierung des Leuchtmittels 8 als reine Beleuchtung
des Schalters 1. Im „ON-Zustand" des Schalters 1 leuchtet
dieser also deutlich heller.
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Im Übrigen ist
es aber jederzeit möglich,
die Beleuchtungsfunktion des Schalters 1 unabhängig von
dem Dämmerungs-Detektor 7 zu
gestalten.
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Wird
als Leuchtmittel 8 eine Mehrfarben-LED, z. B. Zweifarben-LED „gelb/grün", verwendet, so kann
zur Unterscheidung der beiden genannten Zustände auch ein Farbwechsel genutzt
werden. Leuchtet die LED nicht, so ist der Schalter 1 bei
Tageslicht im „OFF-Zustand". Bei Dunkelheit
wird zur Beleuchtung des Schalters 1 die LED so aktiviert, dass
diese gelb leuchtet, obwohl der Schalter 1 noch im „OFF-Zustand" ist. Wird dagegen
der Schalter 1 betätigt,
dann leuchtet die LED mit grüner
Farbe, und dient dabei gleichzeitig wiederum zur Beleuchtung des
Schalters 1.
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Besonders
als günstig
erweist es sich, wenn die elektronische Steuereinheit 6 das
fotosensitive Element 5 mit unterschiedlicher Empfindlichkeit
betreibt, wobei bei der Verwendung des fotosensitiven Elementes 5 als
Dämmerungs-Detektor 7 eine
höhere
Empfindlichkeit eingestellt wird. Handelt es bei dem fotosensitiven
Element 5 um eine Fotodiode oder um einen Fototransistor,
dann lässt
sich diese Empfindlichkeitsänderung
des fotosensitiven Elementes 5 in einfacher Weise durch
die zeitweise Änderung
des zugehörigen
Arbeitswiderstandes erzeugen.
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Kommen
als Strahler 3 eine oder mehrere LED's und als fotosensitives Element 5 ein
Fototransistor oder eine Fotodiode zum Einsatz, so bietet sich vorteilhaft
deren Ausführung
in SMD-Technik an.