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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Ein- und Ausschalten eines
elektrischen Gerätes nach
dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Solche Vorrichtungen finden bei
einer Vielzahl von elektrischen Geräten, insbesondere für die Bautechnik,
die Landwirtschaft und die Holzbearbeitung Verwendung.
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Aus
der
DE 94 03 510 U1 ist
eine derartige Vorrichtung bekannt, welche zusätzlich die Funktion eines normgerechten
Not-Aus-Schalters bereitstellt, die allerdings hier nicht von Bedeutung
ist. Das zum Schließen
des Versorgungsstromkreises des elektrischen Gerätes vorgesehene Schütz wird
bei dieser bekannten Vorrichtung nicht elektrisch über seinen Steuerstromkreis,
sondern durch direkte mechanische Einwirkung eines Einschaltknopfes
und eines Ausschaltknopfes auf den Kern der Schützspule bzw. den Kontaktkamm
des Schützes
geschaltet. Dies ist mit relativ langen Schaltwegen verbunden, was
aber beim Ein- und Ausschalten von Geräten der fraglichen Art nicht
unerwünscht
sein muß.
In den einschlägigen
Sicherheitsvorschriften ist für
bestimmte Anwendungen sogar ein Schaltweg der Kontakte von mindestens
3 mm vorgeschrieben.
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Obgleich
diese bekannte Vorrichtung ihren Zweck im allgemeinen zufriedenstellend
erfüllt,
kann sich unter den rauhen Einsatzbedingungen, wie sie in den eingangs
genannten Anwendungsfeldern typischerweise gegeben sind, auf die
Dauer Schmutz im Bereich der Betätigungsknöpfe ablagern
und deren mechanische Funktion beeinträchtigen. Da das Gehäuse im Bereich
der Betätigungsknöpfe nicht
abgedichtet ist, kann langfristig auch Feuchtigkeit und/oder Staub
in das Innere des Gehäuses
eindringen. Darüber
hinaus tragen die Benutzer der fraglichen Geräte häufig Arbeitshandschuhe, woraus
sich erhöhte
ergonomische Anforderungen an die Betätigungsknöpfe ergeben.
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Zwar
sind Folientastaturen bekannt, bei denen die einzelnen Taster von
der Umgebung durch eine Folie getrennt und auf diese Weise geschützt sind.
Beispielsweise zeigt die
DE
40 16 122 A1 eine Folientastatur zur Bedienung eines Mikrowellenherdes,
deren Taster als Kunststoffkörper
ausgebildet sind, die sich jeweils über einstückig angeformte Federelemente
auf einer Leiterplatte abstützen.
Dabei weist der Kunststoffkörper
eine leitfähig
beschichtete Unterseite auf, die beim Niederdrücken zueinander benachbart
angeordnete Leiterbahnen auf besagter Leiterplatte leitend miteinander
verbindet. Solche Folientastaturen sind aber nur zum Schalten digitaler Steuersignale
sehr geringer Leistung ausgelegt und kommen daher als Hauptschalter
elektrischer Geräte von
vornherein nicht in Betracht.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum
Ein- und Ausschalten eines elektrischen Gerätes zu schaffen, die im Bereich
der Betätigungsknöpfe wirksam
gegen Ablagerung und Eindringen von Schmutz bzw. Feuchtigkeit geschützt ist
und dabei gute ergonomische Eigenschaften bietet.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine
Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte
Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Die
Erfindung sieht vor, die Ein- und Ausschalttaster als Folientaster
auszubilden, und überwindet
dabei durch den versenkten Einbau von einzelnen Tastern mit Schließer- bzw. Öffnerfunktion
im Gehäuse
und durch die Anordnung einer elastischen Folie unmittelbar über deren
Betätigungsknöpfen das Problem,
daß Folientastaturen
herkömmlicher
Art, wie sie unter anderem bei steuerungstechnischen Bedien- und
Beobachtungstafeln vorkommen, als Hauptschalter bestimmter Arten
von elektrischen Geräten
aus Sicherheitsgründen
nicht in Frage kommen.
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Der
Schaltweg der Betätigungsknöpfe kann durch
die Verwendung von Tastern mit mehreren, zueinander in Reihe geschalteten Kontakten
bei gleichbleibendem effektiven Schaltweg der Kontakte deutlich
reduziert werden, woraus sich eine entsprechend geringere Auslenkung
der Folie bei der Betätigung ergibt.
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Zweckmäßige Maßnahmen
zur Vereinfachung der Montage sind die gemeinsame Halterung beider
Taster an der Gehäuseinnenseite
durch einen einzigen Träger
und die Verwendung eines zusammenhängenden, außen auf die Gehäusewand
geklebten Folienstückes
zur Abdeckung beider Taster. Die Folie ist vorzugsweise selbstklebend
beschichtet und dichtet nach ihrer Aufbringung die Öffnungen, durch
welche die Betätigungsknöpfe der
Taster ragen, hermetisch ab.
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Die
Elastizität
der Folie über
den Betätigungsknöpfen kann
durch eine in diesem Bereich vorgesehene Auswölbung nach außen erheblich
gesteigert werden, wobei diese Auswölbung sich nur in der Größenordnung
der Foliendicke zu bewegen braucht.
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Die
Folie kann darüber
hinaus bei bereichsweise transparenter Ausbildung auch die Funktion
eines Sichtfensters für
eine Kontrollampe erfüllen,
wie sie häufig
bei Hauptschaltern elektrischer Geräte vorkommt.
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Bekannte
Zusatzfunktionen einer Hauptschaltereinheit, wie die Bereitstellung
einer Steckverbindung für
den Netzanschluß und
die Integration eines Sicherheitsschalters werden durch die Ausbildung
der Betätigungselemente
als Folientaster nicht beeinträchtigt.
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Nachfolgend
wird ein Ausführungsbeispiel der
Erfindung anhand der Zeichnungen beschrieben. In diesen zeigt
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1 einen
Gesamtquerschnitt durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung,
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2 eine
perspektivische, teilweise aufgebrochene Innenansicht des Gehäuses der
Vorrichtung mit Explosionsdarstellung einiger Komponenten
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3 eine
vergrößerte Ansicht
eines Details von 1
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4 eine
detaillierte Querschnittsansicht des Einschalttasters
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5 eine
detaillierte Querschnittsansicht des Ausschalttasters
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6 den
elektrischen Schaltplan der Vorrichtung.
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Nach 1 umfaßt eine
erfindungsgemäße Vorrichtung 1 zum
Ein- und Ausschalten eines elektrischen Gerätes ein Gehäuse 2, in dem ein
Schütz 3 angeordnet
ist. Die Kontakte des Schützes 3 werden bei
Betätigung
eines Einschalttasters 4 geschlossen und bei Betätigung eines
Ausschalttasters 5 geöffnet. Das
Schütz 3 weist
zum Anschluß der
Taster 4 und 5 an seine Spule sowie zum Anschluß von in 1 nicht
dargestellten Ein- und Ausgangsleitungen mehrere Steckkontakte 6 auf.
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Die
Eingangsleitungen verbinden das Schütz 3 mit einem in
das Gehäuse 2 der
Vorrichtung 1 integrierten Steckverbinder 7, an
den ein Netzverlängerungskabel
angesteckt werden kann. Die Ausgangsleitungen führen von dem Schütz 3 aus
direkt in das Gerät,
dessen Hauptschalter durch die Vorrichtung 1 gebildet wird,
und sind dort typischerweise an einen Elektromotor angeschlossen.
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Ferner
ist in das Gehäuse 2 noch
ein Sicherheitstaster 8 eingebaut, der über einen aus dem Gehäuse herausragenden
Betätigungsknopf 9 betätigt wird.
Der Sicherheitstaster 8 ist normalerweise offen, und wird
erst geschlossen, wenn der Betätigungsknopf 9 gegen
die Kraft einer Feder 10 in das Gehäuse gedrückt wird. Die Vorrichtung 1 ist
dazu vorgesehen, so an ein elektrisches Gerät angebaut zu werden, daß der Betätigungsknopf 9 im
geschlossenen Zustand des Gehäuses
des Gerätes
eingedrückt
ist und beim Öffnen
des Gehäuses
des Gerätes zwangsläufig entlastet
wird, woraufhin der Sicherheitstaster 8 die Stromversorgung
des Gerätes
durch Öffnen
der Kontakte des Schützes 3 unterbricht,
um einer Unfallgefahr vorzubeugen.
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Wie
aus 1 ersichtlich ist, schließen die Taster 4 und 5 direkt
an die innere Oberfläche 11 eines
Wandabschnitts 12 des Gehäuses 2 an, und zwar
so, daß ihre
Betätigungsknöpfe, von
denen in 1 nur derjenige 13 des
geschnitten dargestellten Ausschalttasters 5 erkennbar
ist, durch Öffnungen
in diesem Wandabschnitt 12 des Gehäuses 2 hindurch bis
an dessen äußere Oberfläche 14 ragen.
Diese Oberfläche 14 ist
mit einer elastischen Folie 15 überzogen, d.h. die auf ihrer
Unterseite selbstklebend beschichtete Folie 15 ist auf
die Oberfläche 14 flächig aufgeklebt.
Die Folie 15 überdeckt
einstückig
den Bereich beider Taster 4 und 5. Beide Taster 4 und 5 sind an
der inneren Oberfläche 11 des
Gehäusewandabschnitts 12 durch
einen gemeinsamen Träger 16 gehaltert,
dessen Form den rückseitigen
Konturen der beiden Taster 4 und 5 angepaßt ist.
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Verdeutlicht
wird die vorstehend beschriebene Konstruktion durch die Explosionsdarstellung
in 2 mit teilweise aufgeschnittenem Gehäuse 2. Wie
bereits 1 läßt auch 2 den schrägen Verlauf
des für
die Taster 4 und 5 vorgesehenen Gehäusewandabschnitts 12 erkennen.
Die Öffnung 17 ist dem
Einschalttaster 4, die Öffnung 18 dem
Ausschalttaster 5 zugeordnet. Eine weitere, kleinere Öffnung 19 ist
dazu bestimmt, das Licht einer Kontrollampe, welche den Schaltzustand
des Schützes 3 anzeigen
soll, durch den Gehäusewandabschnitt 12 hindurchzulassen.
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Bei
der Montage der Vorrichtung 1 werden die Taster 4 und 5 in
den Träger 16 eingefügt und danach
der Träger 16 an
den Gehäusewandabschnitt 12 von
innen angeschraubt, wozu an letzteren zwei Buchsen 20 und 21 und
an den Träger 16 zwei
entsprechende Ösen 22 und 23 angeformt
sind. An das Gehäuse 2 sind
im Inneren weitere Funktionselemente angeformt, wie z. B. eine Halterung 24 für das Schütz 3 und
Schnapphaken 25 zum Befestigen eines Deckels 26 (1).
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Die
Folie 15 ist nahezu eben und in ihren Abmessungen sowie
ihrer Form genau an den Gehäusewandabschnitt 12 angepaßt, so daß sie diesen
im fertigen Zustand der Vorrichtung 1 vollständig abdeckt.
Sie weist zwei Auswölbungen 27 und 28 auf, deren
Konturen annähernd
denjenigen der Öffnungen 17 und 18 entsprechen.
Die Auswölbungen 27 und 28 sind
vorzugsweise auf der Außenseite
farbig gekennzeichnet, beispielsweise die dem Einschalttaster 4 zugeordnete
Auswölbung 27 grün und die dem
Ausschalttaster 5 zugeordnete Auswölbung 28 rot. Dies
setzt selbstverständlich
voraus, daß die restliche
Fläche
der Außenseite
der Folie 15 eine dritte Farbe aufweist, von der sich die
beiden anderen deutlich unterscheiden.
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Darüber hinaus
weist die Folie 15 einen transparenten Bereich 29 auf,
der nach dem Aufbringen auf die Gehäusewand 12 über der Öffnung 19 liegt
und ein Sichtfenster für
eine darunter angeordnete, den Schaltzustand des Schützes 3 anzeigende Kontrollampe
bildet. Eine solche Kontrollampe ist insbesondere deshalb nützlich,
weil der Schaltzustand des Schützes 3 im
Gegensatz zum Stand der Technik nicht an einer mechanischen Stellung
von Betätigungsknöpfen zu
erkennen ist.
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Die
Funktion der Auswölbungen 27 und 28 besteht
darin, ein Federelement in die Folie 15 zu integrieren,
das im Bereich der Öffnungen 17 und 18 eine
höhere
Auslenkung als ein völlig
planer Bereich der Folie 15 erlaubt. Dabei bemißt sich
die Höhe
der Auswölbungen 27 und 28 anhand
der von den Tastern 4 und 5 benötigten Auslenkung
sowie der Grundelastizität
der Folie 15.
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Es
versteht sich von selbst, daß für die Folie 15 ein
möglichst
elastisches und ermüdungsfreies Material
ausgewählt
werden sollte. Ein geeignetes Material ist insbesondere Polyesterfolie,
wie sie im Stand der Technik z. B. unter der Marke „Autotex
2" bekannt ist.
Diese Folie besteht aus einer Polyesterbasis und einer flexiblen,
chemisch gebundenen, UV-ausgehärteten,
strukturierten Beschichtung. Ihre Oberfläche ist bereits für den Aufdruck
von Farben bzw. eines Klarlacks für Sichtfenster vorbereitet.
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Zur
Verdeutlichung der Auswölbung
der Folie 15 im Bereich der Öffnungen 17 und 18 zeigt 3 eine
vergrößerte Ansicht
eines Details aus 1, nämlich den Bereich des Ausschalttasters 5. Wie
daraus zu ersehen ist, besteht die Auswölbung 28 bei diesem
Ausführungsbeispiel
aus einem ebenen Mittelteil 30 und einem überhöhten Rand 31.
Daß durch
diese Struktur eine Federwirkung erzielt wird, wenn die Folie 15 aus
einem elastischen Material besteht, ist ohne weiteres ersichtlich.
Dabei genügt
bereits ein relativ geringfügiges
Ausmaß an
Auswölbung.
So entspricht bei dem in 3 gezeigten Ausführungsbeispiel
der Abstand der Unterseite des ebenen Mittelteils 30 der
Auswölbung 28 von
der Oberflächenebene 15a der
Folie 15 auf dem Gehäusewandabschnitt 12 außerhalb
der Auswölbung 28 lediglich etwa
der Dicke der Folie 15 und die höchste Stelle des Randes 31 ragt
um etwa das Dreifache der Dicke der Folie 15 über besagte
Oberflächenebene 15a hinaus.
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Ein
angenehmer Nebeneffekt der Auswölbung
ist die Fühlbarkeit
der Positionen der Taster 4 und 5 auf der äußeren Oberfläche 14 des
Gehäusewandabschnitts 12.
Durch eine verschiedenartige Form der Auswölbungen 27 und 28,
beispielsweise in Form einer in den Figuren nicht dargestellten,
zusätzlichen
Auswölbung
in der Mitte einer der beiden Auswölbungen 27 oder 28,
ist sogar die rein taktile Unterscheidung der beiden Taster 4 und 5 durch
den Bediener möglich.
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Den
Querschnitt einer bevorzugten Ausführungsform des Einschalttasters 4 zeigt 4.
Demnach umfaßt
der Taster 4 ein Gehäuseunterteil 33 und
ein als der zuvor erwähnte
Betätigungsknopf 13 fungierendes
Gehäuseoberteil 34,
die beide aus einem isolierenden Material bestehen und gegeneinander
in vertikaler Richtung verschiebbar sind. Im Ruhezustand werden
sie durch Federn 35 und 36 bis zu einem Anschlag
auseinandergedrückt.
In dem Unterteil 33 sind zwei Kontaktelektroden 37 und 38 angeordnet.
Oberhalb dieser befindet sich eine dritte Kontaktelektrode 39,
die durch eine weitere Feder 40 von den beiden ersten Elektroden 37 und 38 weg
gegen den mittleren Teil des Oberteils 34 gedrückt wird.
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Bei
der Ausübung
einer ausreichenden Kraft auf das Oberteil 34 bewegt sich
dieses nach unten und drückt
die dritte Kontaktelektrode 39 gleichzeitig gegen beide
anderen Kontaktelektroden 37 und 38, so daß ein Kontakt
von der ersten Elektrode 37 zu der zweiten Elektrode 38 durch
die dritte Elektrode 39 hergestellt wird. Nur die erste
Elektrode 37 und die zweite Elektrode 38 sind
mit den beiden externen Anschlüssen
des Tasters 4 verbunden, so daß dieser von außen als
einpolig erscheint. Intern liegt aber eine Reihenschaltung zweier
mechanisch zwangsgekoppelter Einzelkontakte vor.
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Der
im Ruhezustand vorliegende Abständ D1
zwischen der ersten Elektrode 37 und der dritten Elektrode 39 ist
derselbe wie derjenige zwischen der zweiten Elektrode 38 und
der dritten Elektrode 39. Da die dritte Elektrode 39 auf
schwebendem Potential liegt, fällt
bei gegebener Spannung zwischen der ersten Elektrode 37 und
der zweiten Elektrode 38 über jedem der beiden Spalte
zwischen den Elektroden 37 und 39 einerseits,
sowie 38 und 39 andererseits nur etwa die Hälfte dieser
Spannung ab. Daher zählt
für die
Einhaltung der einschlägigen
Sicherheitsvorschriften als Schaltweg der Kontakte des Tasters 4 das
Doppelte des Abstandes D1, obgleich der Weg der Relativbewegung
des Oberteils 34 gegenüber dem
Unterteil 33, d.h. die zum Schalten des Tasters 4 erforderliche
Auslenkung des Oberteils 34, nur den einfachen Abstand
D1 beträgt.
Der Abstand D1 liegt in der Größenordnung
von ca. 2 mm.
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Den
Querschnitt einer bevorzugten Ausführungsform des Ausschalttasters 5 zeigt 5.
Demnach umfaßt
der Taster 5 ein Gehäuseunterteil 41 und
ein als der zuvor erwähnte
Betätigungsknopf 13 fungierendes
Gehäuseoberteil 42,
die beide aus einem isolierenden Material bestehen und gegeneinander
in vertikaler Richtung verschiebbar sind. Im Ruhezustand werden
sie durch Federn 43 und 44 bis zu einem Anschlag
auseinandergedrückt.
In dem Unterteil 41 sind zwei Kontaktelektroden 45 und 46 angeordnet.
Unterhalb dieser befindet sich in dem Unterteil 41 eine
dritte Kontaktelektrode 47, die durch eine weitere Feder 48 gegen
die beiden ersten Elektroden 45 und 46 gedrückt wird.
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Bei
der Ausübung
einer ausreichenden Kraft auf das Oberteil 42 bewegt sich
dieses nach unten und drückt über einen
mittig an seiner Unterseite angeformten Stempel 49 die
dritte Kontaktelektrode 47 gleichzeitig von beiden anderen
Kontaktelektroden 45 und 46 weg, so daß der im
Ruhezustand durch die dritte Elektrode 47 hergestellte
Kontakt von der ersten Elektrode 45 zu der zweiten Elektrode 46 unterbrochen
wird. Nur die erste Elektrode 45 und die zweite Elektrode 46 sind
mit den beiden externen Anschlüssen
des Tasters 5 verbunden, so daß auch dieser von außen als
einpolig erscheint. Intern liegt aber wiederum eine Reihenschaltung
zweier mechanisch zwangsgekoppelter Einzelkontakte vor.
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Der
bei maximaler Auslenkung des Oberteils 42 in Richtung des
Unterteils 41 erreichbare Abstand D2 zwischen der ersten
Elektrode 45 und der dritten Elektrode 47 ist
derselbe wie derjenige zwischen der zweiten Elektrode 46 und
der dritten Elektrode 47. Da die dritte Elektrode 47 auf
schwebendem Potential liegt, fällt
bei gegebener Spannung zwischen der ersten Elektrode 45 und
der zweiten Elektrode 46 über jedem der beiden durch
die Auslenkung entstehenden Spalte zwischen den Elektroden 45 und 47 einerseits,
sowie 46 und 47 andererseits nur etwa die Hälfte dieser
Spannung ab. Daher zählt
für die
Einhaltung der einschlägigen
Sicherheitsvorschriften als Schaltweg der Kontakte des Tasters 5 das
Doppelte des Abstandes D2, obgleich der Weg der Relativbewegung
des Oberteils 42 gegenüber
dem Unterteil 41, d.h. die zum Schalten des Tasters 5 erforderliche Auslenkung
des Oberteils 42, nur den einfachen Abstand D2 beträgt. Der
Abstand D2 liegt in der gleichen Größenordnung von ca. 2 mm wie
der Abstand D1.
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Es
versteht sich von selbst, daß das
Prinzip der Erhöhung
des effektiven Schaltweges durch Reihenschaltung mehrerer Kontakte
bei Bedarf auch auf mehr als zwei Kontakte erweiterbar ist.
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Das
Schaltbild einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 ist in 6 dargestellt.
Das Schütz 3 weist
drei Schaltkontakte 50 auf, von denen zwei zum Durchschalten der
Netzanschlüsse
L1 und N und der dritte für
die Selbsthaltung des Schützes 3 verwendet
werden. Ferner weist das Schütz 3 eine
Spule 51 zur magnetischen Betätigung der Kontakte 50 auf.
Parallel zur Spule 51 ist eine Kontrollampe 52 geschaltet,
welche den Schaltzustand des Schützes 3 anzeigt.
Mit Schaltzustand ist hierbei, wie aus 6 ersichtlich ist,
nicht der tatsächliche
Zustand der Schaltkontakte 50, sondern der Ansteuerzustand
der Spule 51 gemeint.
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Der
Einschalttaster 4, der Ausschalttaster 5, und
der Sicherheitstaster 8 und die Schützspule 51 liegen
in Reihe zwischen den Netzanschlüssen
L1 und N. Bei betätigtem
Sicherheitstaster 8 und nicht betätigtem Ausschalttaster 5 kann
die Spule daher durch Betätigung
des Einschalttasters 4 bestromt werden. Wenn das Schütz 3 anzieht,
d.h. seine Kontakte 50 schließt, wird zur Selbsthaltung
der Einschalttaster 4 durch den dritten Schützkontakt überbrückt.
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Durch
Betätigung
des Ausschalttasters 5 oder durch Aufhebung der Betätigung des
Sicherheitstasters 8, was beim Öffnen des Gehäuses des durch
die Vorrichtung 1 geschalteten Gerätes vorgesehen ist, wird der
Stromkreis der Spule 3 unterbrochen und das Schütz 3 öffnet seine
Kontakte. In der Leitung zwischen dem Schütz 3 und dem Netzanschluß L1 liegt
zusätzlich
ein thermischer Überlastschalter 53,
der den Verbraucherstromkreis unabhängig vom Schaltzustand des
Schützes 3 bei
einer zu hohen Leistungsaufnahme des durch die Vorrichtung 1 geschalteten
Gerätes
unterbricht.
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Obgleich
es sehr zweckmäßig ist,
wenn die beiden Taster in direkter Nachbarschaft zueinander angeordnet
sind, so wäre
es auch denkbar, sie bei Bedarf in einer gewissen Entfernung voneinander
anzuordnen und die jeweils zugeordneten Öffnungen in der Gehäusewand
durch zwei separate Folienstücke abzudecken.
Eine solche Abwandlung der Erfindung liegt im Ermessen des Fachmannes
und soll vom Schutz des Patents umfaßt sein.