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Die Erfindung betrifft eine Tasteinrichtung
zur Erzeugung eines Signals mit einem zur Erzeugung des Signals
beweglichen Tastelement und mit einer Aufnahme, an oder in der das
Tastelement beweglich geführt
ist, wobei das Tastelement durch magnetische Kräfte in einer Ruheposition an
der Aufnahme gehalten wird und das Signal durch Bewegung des Tastelementes
entgegen der magnetischen Kräfte
erzeugbar ist.
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Eine derartige Tasteinrichtung kann
insbesondere zur Betätigung
elektrischer Geräte
und Vorrichtungen, wie z. B. zur Bedienung eines Aufzugs dienen.
Hierbei wird das durch Betätigung
der Tasteinrichtung erzeugte Signal (z.B. Schaltsignal) verwendet,
um das entsprechende elektrische Gerät bzw. die entsprechende elektrische
Vorrichtung zu aktivieren oder zu steuern.
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Bei bekannten Tasteinrichtungen der
eingangs genannten Art ist ein weichmagnetisches Tastelement beweglich
in einem zumindest teilweise aus einem permanentmagnetischem Material
bestehenden Gehäuse
geführt.
Die magnetische Wechselwirkung zwischen dem weichmagnetischen Tastelement und
den permanentmagnetischen Bereichen des Gehäuses bewirkt, dass sich das
Tastelement im unbetätigten
Zustand in einer Ruheposition befindet, aus der heraus das Tastelement
entgegen der Wirkung der magnetischen Kräfte ausgelenkt werden kann, um
ein Signal zu erzeugen. Diese bekannten Tasteinrichtungen haben
den Nachteil, dass aufgrund der Verwendung eines weichmagnetischen
Materials für das
Tastelement die Gefahr von Sprödbrüchen des Tastelementes
besteht und zudem ein erheblicher Platzbedarf besteht. Dies spielt
insbesondere dann eine Rolle, wenn eine Mehrzahl Tasteinrichtungen auf
einem begrenzten Raum nebeneinander angeordnet werden muss, wie
z. B. auf Schalttafeln von Aufzügen.
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Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine
Tasteinrichtung der eingangs genannten Art weiter zu verbessern.
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Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch
die Schaffung einer Tasteinrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs
1 gelöst.
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Danach besteht das Tastelement zumindest teilweise
aus einem permanentmagnetischen Material.
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Die erfindungsgemäße Lösung hat den Vorteil, dass
für das
aufgrund seiner Beweglichkeit besonders hohen Belastungen bzw. verstärkter Abnutzung
ausgesetzte Tastelement ein besonders hartes, permanentmagnetisches
Material verwendet werden kann. Zudem ermöglicht die Verwendung eines
permanentmagnetischen Materials für das Tastelement eine besonders
kompakte, kleinvolumige Ausführung des
Tastelementes.
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Dabei kann wahlweise das Tastelement
insgesamt oder nur ein Abschnitt des Tastelementes aus dem permanentmagnetischen
Material, z. B. Neodyn bestehen. Im letztgenannten Fall wird für die nichtmagnetischen
Bereiche des Tastelementes vorzugsweise ein besonders stabiles und
gegen Abnutzung beständiges
Material verwendet. Das entsprechende Material kann dabei frei im
Hinblick auf möglichst
gute mechanische Eigenschaften gewählt werden, da die erforderlichen
magnetischen Eigenschaften durch den permanentmagnetischen Abschnitt des
Tastelementes gewährleistet
werden. Die Aufnahme für
das Tastelement kann demgegenüber komplett
aus nicht-permanentmagnetischen Material (z.B. teilweise aus Kunststoff
und teilweise aus einem weichmagnetischen Material) bestehen.
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Das Tastelement ist mit einem Bedienelement
zur Betätigung
der Tasteinrichtung (durch Verschieben des Tastelementes) gekoppelt,
das vorzugsweise eine einstöckige
Baueinheit mit dem Tastelement bildet.
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An der Aufnahme, in oder an der das
Tastelement beweglich geführt
wird, ist ein dem Tastelement zugeordneter magnetischer Bereich
vorgesehen, der mit dem Tastelement zusammenwirkt, um dieses im
unbetätigten
Zustand in seiner Ruheposition zu halten. Dieser magnetische Bereich
kann beispielsweise in einer plattenförmigen Abdeckung der Aufnahme
vorgesehen sein.
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In einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung besteht der magnetische Bereich der Aufnahme aus einem
magnetisch weicheren Material als das Tastelement. Dies bedeutet,
dass das für
den magnetischen Bereich der Aufnahme verwendete Material eine kleinere
Remanenz aufweist und durch ein kleineres Koerzitivfeld ummagnetisierbar
ist als das für
das Tastelement verwendete permanentmagnetische Material.
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In seiner Ruheposition haftet das
Tastelement an dem weichmagnetischen Bereich der Aufnahme und bei
Betätigung
der Tasteinrichtung zum Auslösen
des Signals wird das Tastelement von dem weichmagnetischen Bereich
abgelöst
und aus der Ruheposition heraus verschoben.
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Gemäß einer Variante der Erfindung
bildet die Aufnahme ein Gehäuse
der Tasteinrichtung, das aus einem Gehäuseunterteil und einer hiermit
verrastbaren Abdeckung besteht. Für die nichtmagnetischen Bereiche
des Gehäuses,
z. B. das Gehäuseunterteil
kann als Material insbesondere Kunststoff verwendet werden.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform
der Erfindung ist das Tastelement derart symmetrisch ausgebildet
und in der Aufnahme derart geführt,
dass bei einer Bewegung des Tastelementes aus seiner Ruheposition
heraus zum Auslösen
des Signals alle Punkte des Tastelementes in gleichen Zeiträumen jeweils
den gleichen Weg zurücklegen.
Hierdurch wird ein Verkippen des Tastelementes beim Schaltern vermieden
und eine gleichmäßige, geradlinige
Bewegung des Tastelementes aus seiner Ruheposition heraus in eine
Position erreicht, in der das gewünschte Signal ausgelöst wird.
Hierzu kann das Tastelement insbesondere rotationssymmetrisch bezüglich seiner
Verschieberichtung ausgebildet sein und in einer entsprechend rotationssymmetrisch
ausgebildeten Aufnahme geführt
werden. Das Bedienelement des Tastelementes ist dabei derart gestaltet,
dass bei Betätigung
des Bedienelementes die entsprechenden Bedienkräfte entlang der Symmetrieachse
in das Tastelement eingeleitet werden. Hierdurch wird ein klar definiertes,
eindeutiges Schaltgefühl
erzeugt, anhand dessen zuverlässig
feststellbar ist, ob eine Betätigung
der Tasteinrichtung tatsächlich
den gewünschten
Schaltvorgang ausgelöst
hat.
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Zur Erzeugung eines Signals weist
die Tasteinrichtung eine Signalerzeugungseinrichtung auf, die eine
Bewegung des Tastelementes aus seiner Ruheposition heraus detektiert
und ein Signal erzeugt, wenn diese Bewegung bestimmte Kriterien, insbesondere
hinsichtlich des Ausmaßes
der Bewegung, erfüllt.
D.h., ein Signal wird nur dann erzeugt, wenn sich das Tastelement
um eine bestimmte Mindeststrecke aus seiner Ruheposition heraus
bewegt hat.
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Zur Detektion der Bewegung des Tastelementes
kann ein magnetischer Sensor vorgesehen sein, der eine mit der Bewegung
des magnetischen Tastelementes verbundene Änderung des magnetischen Flusses
detektiert, z. B. ein Hallsensor. Alternativ können aber auch andere Sensoren
verwendet werden, wie z. B. ein optischer Sensor in Form einer Lichtschranke,
ein Drucksensor in Form eines Piezoelementes oder ein elektrischer
Kontakt, der aufgrund einer Bewegung des Tastelementes eine elektrische
Verbindung öffnet
oder schließt.
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Zur Erzeugung von Redundanz, mit
dem Ziel der Fehlerverhinderung, kann die Bewegung des Tastelementes
von zwei unabhängigen
Signalerzeugungseinrichtungen, z. B. zwei separaten Hall-Sensoren überwacht
werden. Die entsprechenden Signalerzeugungseinrichtungen können in
einfacher Weise in der Aufnahme bzw. dem Gehäuse der Tasteinrichtung angeordnet
sein und beispielsweise zur Erzeugung eines elektrischen oder optischen
Signals dienen, das zum Schalten oder Steuern eines Gerätes dient.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung
ist die Tasteinrichtung mit einer Einrichtung zur Fernauslösung der
Tasteinrichtung gekoppelt, die eine Auslenkung des Tastelementes
von einem beliebigen von der Tasteinrichtung beabstandeten Ort her
ermöglicht.
Dient die Tasteinrichtung beispielsweise zur Bildung eines Schaltfeldes
in einem Aufzug, so ermöglicht
die Fernauslösung
eine Betätigung
der entsprechenden Tasteinrichtung auch außerhalb des Aufzugs. Hierdurch
lässt sich
die Funktionsfähigkeit der
Tasteinrichtung mittels Ferndiagnose überprüfen, ohne dass die entsprechende
Tasteinrichtung durch das Service-Personal unmittelbar manuell ausgelöst werden
müsste.
Die Funktionsfähigkeit
des Schaltfeldes in einem Aufzug kann hierdurch beispielsweise von
einer zentralen Servicestelle her überprüft werden, ohne dass das Service-Personal
den Aufzug betreten müsste.
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Die Einrichtung zur Fernauslösung weist
in einer bevorzugten Ausführungsform
einen Elektromagneten auf, der bei Bestromung eine Bewegung des
Tastelementes bewirkt, in dem er die magnetischen Haltekräfte überkompensiert,
die das Tastelement in seiner Ruheposition halten. Die Bestromung des
Elektromagneten lässt
sich von einem beliebigen Ort her einleiten, von dem ein Signal
zu dem Elektromagneten übertragbar
ist, um dessen Bestromung auszulösen.
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Der Elektromagnet kann dabei wahlweise entweder
unmittelbar mit den von ihm erzeugten elektromagnetischen Kräften auf
das Tastelement einwirken oder die Verschiebung eines dritten Elementes
bewirken, welches wiederum auf das Tastelement einwirkt.
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Weitere Merkmale und Vorteile der
Erfindung werden bei der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen
anhand der Figuren deutlich werden.
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Es zeigen:
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1 einen
Querschnitt durch eine Tasteinrichtung mit einem in einer Aufnahme
verschieblich geführten
Tastelement aus einem permanentmagnetischem Material;
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2a eine
perspektivische Darstellung der Tasteinrichtung aus 1;
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2b eine
Explosionsdarstellung der Tasteinrichtung aus 1;
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2c einen
Sensor für
eine Tasteinrichtung gemäß 1;
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3 einen
Querschnitt durch eine Tasteinrichtung gemäß 1, die zusätzlich eine Einrichtung zur
Fernauslösung
des Tastelementes aufweist.
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In 1 sowie
den ergänzenden
Darstellungen in den 2a bis 2c ist eine Tasteinrichtung dargestellt,
die ein Gehäuseunterteil 2,
ein in dem Gehäuseunterteil 2 längsverschieblich
geführtes
Tastelement 1, eine Abdeckung 3 des Gehäuseunterteils 2 sowie
eine Signalerzeugungseinrichtung 4a, 4b umfasst.
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Das Gehäuseunterteil 2 besteht
aus Kunststoff und weist einen Grundkörper 20 auf, der eine holzylindrische
Aufnahme A für
das Tastelement 1 definiert. In dieser holzylindrischen
Aufnahme A ist das aus einem permanentmagnetischen Material bestehende
Tastelement 1 entlang der Mittelachse M längsverschieblich
geführt.
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Das Tastelement 1 besteht
aus einem permanentmagnetischen Material (z.B. Neodyn) und bildet
einen zylindrischen Grundkörper 10,
der in der Aufnahme A angeordnet ist und dessen Mittelachse mit
der Mittelachse M der holzylindrischen Aufnahme A zusammenfällt. Der
Durchmesser des Grundkörpers 10 des
Tastelementes 1 ist so auf den Innendurchmesser der Aufnahme
A abgestimmt, dass sich das Tastelement 1 in der holzylindrischen
Aufnahme A an den seitlichen Wänden
der Aufnahme A verschieben lässt.
Hierdurch wird ein Verkippen des Tastelementes 1 in der
Aufnahme A vermieden.
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An den Grundkörper 10 des Tastelementes 1 ist
ein Betätigungsabschnitt 11 angeformt,
der aus der Aufnahme A des Gehäuseunterteils 2 herausragt und
der für
eine manuelle Bedienung des Tastelementes 1 ausgebildet
und vorgesehen ist. Der Betätigungsabschnitt 11 ist
ebenfalls im Wesentlichen zylindrisch ausgebildet, weist jedoch
einen kleineren Durchmesser auf als der Grundkörper 10 des Tastelementes 1.
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An zwei einander gegenüber liegenden
Seiten des Grundkörpers 20 sind
seitliche Schenkel 21, 22 des Gehäuseunterteils 2 ausgebildet,
die jeweils eine Aufnahme 23 bzw. 24 für einen Hall-Sensor 4a bzw. 4b bilden.
Die beiden Hall-Sensoren 4a, 4b dienen als Sensoren
zur Detektion einer Bewegung des Tastelementes 1 in der
Aufnahme A des Gehäuseunterteils 2.
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Auf einem oberen Abschnitt 25 des
Gehäuseunterteils 2 liegt
eine Abdeckung 3, die einen plattenförmigen Grundkörper 30 mit
einer zentralen Öffnung 31 aufweist,
durch die der Betätigungsabschnitt 31 des
Tastelementes 1 hindurchragt. Der plattenförmige Grundkörper 30 der
Abdeckung 3 besteht aus einem weichmagnetischen, insbesondere
ferromagnetischen Material, und dient als Haftplatte, an der das
permanentmagnetische Tastelement 1 in seiner Ruheposition
haftet. Diese Haftwirkung wird durch die magnetische Wechselwirkung
zwischen dem permanentmagnetischen Material des Tastelementes 1 und
dem weichmagnetischen Material der Haftplatte 30 erzeugt.
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Anhand der 2a und 2b ist erkennbar, dass an der Haftplatte 30 insgesamt
vier Befestigungslaschen 36, 37 angeformt sind,
die von der Haftplatte 30 im Wesentlichen senkrecht abstehen und
die Befestigungsöffnungen
aufweisen, in die zugeordnete Rastvorsprünge 26, 27 des
Gehäuseunterteils 2 eingreifen.
Hierdurch sind das Gehäuseunterteil 2 und
die eine Abdeckung 3 bildende Haftplatte 30 formschlüssig durch
eine Rastverbindung aneinander befestigt.
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Anhand der 2a und 2b ist in Kombination mit 2c weiter
erkennbar, dass an den Hall-Sensoren 4a, 4b jeweils
Befestigungsabschnitte 41 bzw. 42 ausgebildet
sind, die in zugeordnete Befestigungsöffnungen des Gehäuseunterteils 2 eingreifen, so
dass die Hall-Sensoren 4a, 4b zuverlässig in
den zugeordneten Aufnahmen 23 und 24 des Gehäuseunterteils 2 gehalten
werden.
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Bei nicht betätigter Tasteinrichtung haftet
das Tastelement 1 mit seinem Grundkörper 10 an der weichmagnetischen
Haftplatte 30 des aus Gehäuseunterteil 2 und
Abdeckung 3 bestehenden Gehäuses 2, 3.
Durch unmittelbare oder mittelbarer Krafteinwirkung von außen, z.
B. durch Einwirkung auf den Betätigungsabschnitt 11 des
Tastelementes 1, kann diese Haftverbindung gelöst und das
Tastelement 1 entlang der Mittelachse M der Ausnehmung
A des Gehäuseunterteils 2 von
der Haftplatte 30 wegbewegt werden. Bei dieser Bewegung
gelangt er in den von den Hall-Sensoren überwachten Bereich. D.h., die
Hall-Sensoren detektieren die mit der Bewegung des Tastelementes 1 einhergehende Änderung des
magnetischen Feldes. Die Hall-Sensoren 4a, 4b erzeugen
dabei ein elektrisches Signal, welches elektrisch und/oder elektronisch
weiterverarbeitet werden kann, um ein elektrisches Gerät oder sonstige
elektrische Vorrichtung zu bedienen, beispielsweise zu aktivieren
oder zu steuern.
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Nach Beendigung der äußeren Krafteinwirkung
kehrt das Tastelement 1 automatisch in seine in 1 dargestellte Ruheposition
zurück,
da es aufgrund der magnetischen Wechselwirkung zwischen seinem permanentmagnetischen
Grundkörper 10 und
der weichmagnetischen Haftplatte 30 von der Haftplatte 30 angezogen
wird.
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Die Verwendung von Hall-Sensoren 4a, 4b zur
Detektion einer Bewegung des Tastelementes 1 entlang der
Mittelachse M der Ausnehmung A des Grundkörpers 2 ist deshalb
vorteilhaft, weil hierdurch unmittelbar das von dem permanentmagnetischen Material
des Tastelementes 1 erzeugte magnetische Feld zur Erzeugung
eines Signals ausgewertet wird. Es können jedoch zur Bildung einer
Signalerzeugungseinrichtung grundsätzlich auch beliebige andere
Sensoren bzw. Detektoren verwendet werden, mit denen eine Verschiebung
des Tastelementes 1 detektierbar ist, z. B. ein optischer
Sensor, insbesondere in Form einer Lichtschranke, oder ein Drucksensor,
z. B. in Form eines Piezoelementes. Auch die Verwendung anderer
magnetischer Sensoren anstelle der Hall-Sensoren 4a, 4b ist
denkbar. Schließlich kann
das Tastelement 1 auch verwendet werden, um einen elektrischen
Kontakt zu öffnen
oder zu schließen,
z. B. in dem an dem Tastelement 1 selbst ein elektrisches
Kontaktelement angeordnet wird oder indem das Tastelement 1 auf
ein elektrisches Kontaktelement einwirkt.
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Aufgrund der rotationssymmetrischen
Ausbildung des Tastelementes 1 bezüglich der Mittelachse M der
Aufnahme A des Gehäuseunterteils 2 und aufgrund
der kippfreien Führung
des Tastelementes 1 in der Aufnahme A besteht bei der in
den 1 und 2a bis 2c dargestellten
Tasteinrichtung nur ein Lösemoment
und es ergibt sich ein klar wahrnehmbares, einstufiges Schaltgefühl, das
eine hinreichende Auslenkung des Tastelementes 1 zur Erzeugung
des gewünschten
Signals erfühlbar
macht.
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Darüber hinaus hat die Tasteinrichtung
den Vorteil, dass aufgrund der Verwendung eines hinreichend harten
permanentmagnetischen Materials für das Tastelement 1 Beschädigungen
durch Verschleiß vermieden
werden. Dies gilt insbesondere für
Tasteinrichtungen, die sehr häufig
betätigt
werden, wie z. B. bei Schalttafeln in Aufzügen.
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Durch die Verwendung zweier, symmetrisch bezüglich des
Tastelementes 1 angeordneter Hall-Sensoren 4a, 4b zur Überwachung
einer Bewegung des Tastelementes 1 können zwei galvanisch getrennte
Schaltkreise mit identischen Signalen versorgt werden. Hiermit kann
beispielsweise Redundanz in der Überwachung
einer Bewegung des Tastelementes 1 gewährleistet werden.
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In einer konkreten Ausführungsform
der Erfindung beträgt
die Höhe
des Tastelementes 1, d. h. dessen Ausdehnung entlang der
Mittelachse M, 2.75 mm. Der Durchmesser des Tastelementes 1 liegt
im Bereich von dessen Grundkörper 10 bei
6 mm und im Bereich von dessen Betätigungsabschnitt 11 bei
2.9 mm.
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Hiermit lässt sich eine Tasteinrichtung
schaffen, deren Gesamthöhe
(Ausdehnung entlang der Mittelachse M der Aufnahme A) bei 5.25 mm
liegt, während
die Abmaße
senkrecht zu der Mittelachse M eine Länge von 11 mm und eine Breite
von 8 mm ergeben. Der Abstand der Hall-Sensoren 4a, 4b von dem
Grundkörper 10 des
Tastelementes 1 senkrecht zur Mittelachse M beträgt dabei
vorzugsweise 0.5 mm.
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Der maximale Hub des Tastelementes,
d. h. die maximal mögliche
Ausdenkung des Tastelementes 1 durch Verschiebung in der
Aufnahme A entlang deren Mittelachse M beträgt 1 mm. Hierdurch ist eine zuverlässige Detektion
einer Schaltbewegung des Tastelementes 1 mittels der Hall-Sensoren 4a, 4b sichergestellt,
so dass als Folge einer solchen Schaltbewegung ein elektrisches
Signal ausgelöst
werden kann.
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3 zeigt
eine Weiterbildung des Ausführungsbeispiels
aus den 1 und 2a bis 2c mit
einer identisch ausgebildeten Tasteinrichtung, die zusätzlich eine
Einrichtung 5 zur Fernauslösung aufweist. Im Folgenden
wird anhand 3 lediglich
die Einrichtung 5 zur Fernauslösung der Tasteinrichtung näher beschrieben
werden. Hinsichtlich der Tasteinrichtung selbst wird auf die Ausführungen
zu den 1 und 2a bis 2c Bezug
genommen.
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Die Einrichtung 5 zur Fernauslösung weist einen
Elektromagneten 50, 51 auf, die auf der Haftplatte 30 der
Abdeckung 3 des Gehäuseunterteils 2 angeordnet
ist und die Öffnung 31 der
Haftplatte 30 ringförmig,
genauer kreisförmig,
umschließt.
D. h., der Elektromagnet 50, 51 ist rotationssymmetrisch bezüglich der
Mittelachse M der Aufnahme A ausgebildet. Der ringförmige Elektromagnet 50, 51 wird
dabei gebildet durch einen im Querschnitt U-förmigen, äußeren Spulenkern 50 und
eine innere Wicklung 51.
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Bei Bestromung erzeugt der Elektromagnet 50, 51 ein
magnetisches Feld, das die magnetische Kraft überkompensiert, mit der das
Tastelement 1 an der Haftplatte 30 haftet. Das
Tastelement 1 wird dadurch, wie bei der weiter oben anhand
der 1 und 2a bis 2c beschriebenen
mechanischen Betätigung, entlang
der Mittelachse M der Aufnahme A ausgelenkt, so dass ein Signal
erzeugt wird. Die Bestromung des Elektromagneten 50, 51 kann
von einem beliebigen Ort her ausgelöst werden, von dem her sich
Steuersignale zu der Tasteinrichtung übertragen lassen, die eine
Bestromung des Elektromagneten 50, 51 bewirken.
Dies ermöglicht
eine Fernauslösung und
Ferndiagnose der Tasteinrichtung.