DE1588325B2 - Kapazitiver Berührungsschalter - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen kapazitiven Beruh- 55 Schwellenwertschalter gleichzeitig als Speichermittel rungsschalter, der oberhalb eines vorgegebenen und als Anzeigevorrichtung gestaltet, wie es z. B. bei Schwellenwertes in den leitenden Zustand gelangt. Verwendung einer Relaisröhre der Fall ist, dann wird

Schaltungen dieser Art werden in einfachster Weise der Schaltungsaufbau unter Verwendung der erfindurch mechanisch betätigbare Schaltungsanordnun- dungsgemäßen Anordnung gegenüber bisher weitgen realisiert, die aber den Nachteil besitzen, daß 60 gehend vereinfacht.

eine nicht zu vernachlässigende mechanische Ener- Erfindungsgemäß können die beiden Strompfade

gie für den Schaltvorgang als solchen aufgewendet je an eine besondere Impulsquelle oder an eine gewerden muß. Eine weitere einfache Möglichkeit für meinsame Impulsquelle zur Lieferung der erfordereine Schaltungsanordnung der genannten Art besteht liehen Signale angeschlossen sein. Im ersten Falle darin, daß eine Photozelle verwendet wird, um den 65 wird die Impulsdauer zweckmäßigerweise kleiner als Schwellenwertschalter auszulösen. Eine solche Schal- die Impulspause gewählt. Zur Bereitstellung der enttungsanordnung hat für manche Verwendungszwecke sprechenden Zeitkonstanten ist gemäß einer vorteilden Nachteil, daß der Schaltvorgang ausgelöst wird, haften Weiterbildung der Erfindung in beiden Strom-

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pfaden jeweils ein Widerstand des gleichen Werts in richtung gepolt ist. Während der nächsten HaIb-

Serie mit der jeweils zugeordneten Diode geschaltet. periode T₂ ist der angelegte Rechteckimpuls negativ,

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist dann so daß die Verhältnisse umgekehrt sind; der Konden-

bei Anwendung einer gemeinsamen Impulsquelle der sator 6 entlädt sich dann über die Diode 10 und den

Widerstand des zweiten Strompfads mit einer dritten 5 Widerstand 9, während die Diode 8 jetzt in Sperr-

Diode überbrückt, deren Polung entgegengesetzt der richtung gepolt ist. Damit wird somit erreicht, daß

der Diode des zweiten Strompfads ist. Das Tastver- der Kondensator 6 nicht vollständig aufgeladen wird,

hältnis wird in diesem Falle vorteilhafterweise für Wird nun berücksichtigt, daß der Wert der Vorspan-

die zugeführten Impulse gleich eins gewählt. nung so gewählt ist, daß die Relaisröhre 2 ohne wei-

Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus io teres nicht zünden kann, dann wird unter diesen

der nachfolgenden Beschreibung, die an Hand von Voraussetzungen der nichtleitende Zustand der Re-

Ausführungsbeispielen mit Hilfe der nachstehend laisröhre 2 aufrechterhalten.

aufgeführten Zeichnungen die Erfindung näher er- Wird nun aber die mit dem Punkt 3 in Verbindung

läutert, und aus den Patentansprüchen. Es zeigt stehende Klemme berührt, dann wird der zweite

Fig. 1 ein erstes Schaltbild der erfindungsgemä- 15 Strompfad, der ja den Entladepfad des Kondensa-

ßen Schaltungsanordnung, tors 6 darstellt, zum mindesten zeitweise blockiert,

F i g. 2 Impulsdiagramme zur Erläuterung der so daß das Potential am Kondensator 6 genügend

Wirkungsweise der Erfindung, hoch ansteigen kann, um die Relaisröhre 2 zu zün-

F i g. 3 ein zweites Schaltungsbeispiel der erfin- den. Dieser Vorgang läßt sich am besten mit Hilfe

dungsgemäßen Schaltungsanordnung. 20 der in F i g. 3 gezeigten Impulsdiagramme erläutern.

In F i g. 1 ist die erfindungsgemäße Schaltungs- Während der positiven Halbperiode des angelegten anordnung im gestrichelt gezeichneten Rechteck 1 Rechteckimpulses, d. h. während des Zeitintervalls T₁, dargestellt. Diese Schaltungsanordnung dient dabei wird der Kondensator 6 wie zuvor aufgeladen. In beispielsweise als Zündschaltung für den Starter diesem Zeitabschnitt fließt aber außerdem ein Strom einer Relaisröhre 2. Unter Relaisröhre wird hierbei 25 durch den Widerstand 9 oder, wie in Fig. 1 gezeigt, eine gasgefüllte Röhre mit kalter Kathode bezeich- durch den Widerstand 9 und die Diode 11, um den net. Die zur Auslösung dieser Schaltung dienende symbolisch angedeuteten Kondensator 4, der durch Taste ist zwar nicht besonders dargestellt, stellt aber die Berührung des Bedienenden an der mit dem eine Klemme od. dgl. dar, die direkt oder über ein Punkt 3 verbundenen Klemme gebildet wird, aufbesonderes Dielektrikum mit dem Punkt 3 verbun- 30 zuladen. Die Ladezeitkonstante dieser Kapazität 4 den ist und die zur Betätigung vom Bedienenden be- ist klein, so daß die Ladespannung relativ rasch auf rührt wird. Die bei einer solchen Berührung dann den Vorspannungswert +V ansteigt und damit eine wirksam werdende Kapazität ist durch den gestrichelt Sperrspannung an die Diode 10 angelegt wird. Wähgezeichneten Kondensator 4 dargestellt, der einerseits rend der negativen Halbperiode des angelegten über die gestrichelt gezeichnete Leitung mit dem 35 Rechteckimpulses, d. h. während des Zeitabschnit-Punkt 3 verbunden ist und zum anderen an Erde tes r₂, kann dann die Entladung des Kondensator 6 liegt. Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung ist nicht einsetzen, bis die Diode 10 wieder in Vorwärtsdabei so ausgelegt, daß eine Ausgangsspannung am richtung vorgespannt ist. Dies wiederum kann nicht Punkt 14 entsteht, wenn der Bedienende die mit eintreten, bis sich die Kapazität 4 in ausreichendem dem Punkt 3 in Verbindung stehende Klemme be- 40 Maße über den Widerstand 9 entladen hat, wobei zu rührt, so daß dann die Relaisröhre 2 eingeschaltet berücksichtigen ist, daß die Diode 11 weiterhin in wird, die dann ihrerseits die Taste beleuchtet, um so Sperrichtung vorgespannt bleibt. Das Berühren der anzuzeigen, daß diese Taste betätigt worden ist. mit dem Punkt 3 verbundenen Klemme seitens des

Die Schaltungsanordnung weist fernerhin zwei Bedienenden hat demnach zur Folge, daß der Zeit-Strompfade auf, die einerseits mit der Klemme 5 und 45 abschnitt, während dem der Kondensator 6 entladen andererseits mit einer Platte eines Ladekondensa- werden kann, verringert wird. Die Ladespannung des tors 6 verbunden sind. Ein Strompfad enthält dabei Kondensators 6 steigt also an, bis der im Zeitin Serienschaltung einen Widerstand 7 und eine abschnitt T₁ erreichte Wert exakt im Gleichgewicht Diode 8, die so gepolt ist, daß positive Signale von mit der Entladung während des Zeitabschnittes T₂ der Klemme 5 auf den Kondensator 6 übertragen 50 ist. Der jeweilige Verlauf der Ladespannung über werden. Der andere Strompfad enthält in Serien- dem symbolisch dargestellten Kondensator 4 und schaltung einen Widerstand9 und eine Diode 10, die dem Ladekondensator 6 ist in Fig. 2b bzw. Fig. 2c so gepolt ist, daß positive Signale von dem Konden- dargestellt. Die Spannung V₁ ist dabei die am Punkt sator 6 auf die Klemme 5 übertragen werden. 14 auftretende Spannung.

Wie im Impulsdiagramm nach Fig. 2a gezeigt, 55 In der Schaltungsanordnung nach Fig. 3 ist ein wird der Klemme 5 ein Rechteckimpuls zugeführt. zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung darge-Das Tastverhältnis der Rechteckimpulsfolge besitzt stellt. Der einzige Unterschied besteht lediglich darden Wert 1 und eine Periode der Dauer τ. Die Werte in, daß zwei getrennte Eingangsklemmen 12, 13 zur der Widerstände? und 9 sind gleich, und die Zeit- Zuführung von Rechteckimpulsen vorgesehen sind, konstante des Kondensators 4 im Zusammenwirken 60 die dabei jeweils einem Strompfad zugeordnet sind, mit einem der Widerstände? oder 9 ist groß im Aus den links davon gezeigten Impulsdiagrammen Vergleich zur Periodendauer τ des Rechteckimpulses. geht hervor, daß diese Impulse zwischen zwei Po-Während der positiven Halbperiode T₁ des Recht- tentialwerten V₁ und V₂ variieren und daß die Imeckimpulses fließt ein Strom durch den ersten Strom- pulse in gleichen Zeitabschnitten jeweils von umgepfad über den Widerstand 7 und die Diode 8, so daß 65 kehrter Polarität sind. Das bedeutet aber, daß die der Kondensator 6 eine kleine Ladung erhält, es Ladespannung am Kondensator 6, d. h. die Spanfließt hingegen kein Strom über den zweiten Strom- nung V_t am Punkt 14 ohne weiteres keine Änderung pfad, da die Diode 10 in diesem Falle in Sperr- erfährt. An dieser Stelle sei aber darauf hingewiesen,

daß die SchaltuHg auch so ausgelegt werden kann, daß der Kondensator 6 beim Anlegen von Spannungen umgekehrter Polarität an den Eingangsklemmen

12 und 13 im Ladezustand bleibt. In jedem Falle muß aber gewährleistet sein, daß die Wirkung der angelegten Rechteckimpulse auf den Kondensator 6 über einen der Strompfade unter dem Einfluß der über den anderen Strompfad zugeführten Rechteckimpulse ausgeschaltet oder unterdrückt wird.

Beim Wirksamwerden der Berührungskapazität 4 infolge der Einflußnahme des Bedienenden auf den Punkt 3, sei es direkt oder über ein Dielektrikum, wird wiederum einer der beiden Strompfade blokkiert. Der der Berührungskapazität 4 entsprechende Kondensator wird aufgeladen, wenn der der Klemme

13 zugeführte Rechteckimpuls seinen oberen Potentialwert V₁ einnimmt. Das hat aber zur Folge, daß der Kondensator 6, der über den der Klemme 12 zugeführten Rechteckimpuls auf den Potentialpegel V₁ aufgeladen ist, so lange nicht entladen werden kann, bis die Kapazität 4 in ausreichendem Maße entladen ist. Infolgedessen überschreitet die Ladezeit des Kondensators 6 die Entladezeit mit dem Ergebnis, daß die Ladespannung am Kondensator 6 anwächst, bis schließlich die beispielsweise eingezeichnete Relaisröhre 2 zündet.

Die in diesem Ausführungsbeispiel gezeigten Rechteckimpulse sind so dargestellt, daß sich ungleiche Zeitabschnitte T₁ und r₂ ergeben. Hierbei ist zu beachten, daß bei einer Ladezeitkonstante des Kondensators 4, die sehr groß ist im Vergleich zum Zeitabschnitt T₂, und bei einer Ladezeitkonstante des Kondensators 6, die sehr groß ist im Vergleich zum Zeitabschnitt X₁, für die Spannung V_t am Punkt 14 folgende Beziehung gilt:

V_t = F/(1+2t₁/t₂)

Hierin ist V der Spannungsmittelwert der zugeführten Rechteckimpulse.

Die Erfindung ist mit Hilfe von Ausführungsbeispielen beschrieben, die Tastschalter betreffen. Darüber hinaus lassen sich aber auch andere Verwendungszwecke der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung anführen. Ein Beispiel hierfür ist das Feststellen des Auftretens irgendwelcher Objekte infolge ihrer kapazitiven Wirkung. Die Anzeigevorrichtung in den oben beschriebenen Beispielen wird durch eine Relaisröhre dargestellt. Auch hier sind andere Mittel ebensogut geeignet wie z. B. eine Transistorschaltungsanordnung zum Ansteuern eines Glühbirnchens oder ein steuerbarer Silizium-Gleichrichter.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

1 2 unabhängig davon, in welcher Entfernung von der Patentansprüche: Photozelle der zur Auslösung dienende Lichtstrahl beeinflußt wird. Dies hat zur Folge, daß eine unge-

1. Kapazitiver Berührungsschalter, der ober- wollte Auslösung stattfinden kann bzw. eine erhöhte halb eines vorgegebenen Schwellenwertes in den 5 Störanfälligkeit gegeben ist, wenn andere Umgebungsleitenden Zustand gelangt, dadurchgekenn- einflüsse nicht hinreichend abgeschirmt werden könzeichnet, daß ein an den Schwellenwertschal- nen. Diese Nachteile, die sich im übrigen nicht in ter (2) angeschlossener Ladekondensator (6) mit allen Fällen vermeiden lassen, können zwar mit zwei, je eine zueinander entgegengesetzt gepolte einem mehr oder weniger großen Aufwand vermieden Diode (8, 10) enthaltenden Strompfaden verbun- io werden, die Betriebssicherheit als solche ist aber den ist, wovon der erste zur Aufladung des nicht in allen Fällen und in jeder Hinsicht voll ge-Ladekondensators (6) mit Hilfe von Signalen währleistet. Es sind weiterhin Anordnungen beentsprechender Polarität eine gegenüber der Si- schrieben, die durch bloßes Berühren einer Taste begnaldauer große Zeitkonstante besitzt, während tätigt werden. Hierbei ist aber der Nachteil zu verder zweite Strompfad durch Wirksamwerden von 15 zeichnen, daß hohe Wechselspannungen gegenüber jeweils im Anschluß an die Ladesignale auftre- Erde zur Auslösung des Schaltvorgangs dienen, so tende Signale entgegengesetzter Polarität zur daß sich Schwierigkeiten ergeben, wenn eine solche Entladung des Kondensators dient und daß zur Schaltungsanordnung zur Auslösung von Schwellen-Unterbrechung des Entladevorgangs und damit wertschaltern dient, die mit Transistoren bestückt zur Auslösung des Schwellenwertschalters (2) ein 20 sind.

Auslösekondensator (4) über die Diode (10) des Die Aufgabe der Erfindung besteht nun darin,

zweiten Strompfads an den Ladekondensator (6) eine äußerst einfache Schaltungsanordnung der oben

anschaltbar ist. beschriebenen Art zu schaffen, die die genannten

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, da- Nachteile vermeidet.

durch gekennzeichnet, daß die beiden Strom- 25 Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gepfade je an eine besondere Impulsquelle ange- löst, daß ein an den Schwellenwertschalter angeschlossen sind. schlossener Ladekondensator mit zwei, je eine zu-

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, da- einander entgegengesetzt gepolte Diode enthaltenden durch gekennzeichnet, daß die Impulsdauer (T₁) Strompfaden verbunden ist, wovon der erste zur Aufkleiner als die Impulsdauer (τ₂) ist. 30 ladung des Ladekondensators mit Hilfe von Signalen

4. Schaltungsanordnung nacht Anspruch 1, da- entsprechender Polarität eine gegenüber der Signaldurch gekennzeichnet, daß die beiden Strompfade dauer große Zeitkonstante besitzt, während der zweite an eine gemeinsame Impulsquelle angeschlossen Strompfad durch Wirksamwerden von jeweils im Ansind. Schluß an die Ladesignale auftretende Signale ent-

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 bis 35 gegengesetzter Polarität zur Entladung des Lade-Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß in bei- kondensators dient, und daß zur Unterbrechung des den Strompfaden jeweils ein Widerstand (7, 9) Entladevorganges und damit zur Auslösung des des gleichen Werts in Serie mit der zugeordneten Schwellenwertschalters eine Auslösekapazität ausDiode (8, 10) geschaltet ist. reichender Zeitkonstante über die Diode des zweiten

6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4 40 Strompfads parallel zum Ladekondensator in Wir- und 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Wider- kung gebracht werden kann.

stand (9) des zweiten Strompfads mit einer drit- Die Auslösekapazität läßt sich nun in verschiede-

ten Diode (11) überbrückt ist, deren Polung ent- dener Weise in Wirkung bringen. Eine Möglichkeit

gegengesetzt der der Diode (10) des zweiten besteht darin, daß die kapazitive Wirkung durch einen Strompfads ist. 45 in entsprechender Weise vorübergleitenden Gegen-

7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 6, da- stand ausgelöst wird, während eine weitere Möglichdurch gekennzeichnet, daß das Tastverhältnis der keit durch direkte oder indirekte, nämlich über ein zugeführten Impulse gleich eins ist. entsprechendes Dielektrikum, Berührung gegeben ist.

Eine vorteilhafte Anwendung der zuletzt genannten 50 Möglichkeit besteht beim Aufbau eines Tastenfeldes,

bei dem sich dann der weitere Vorteil ergibt, daß eine

ausreichende Betriebssicherheit gewährleistet ist, weil kein Ausfall beweglicher Tastenteile zu befürchten ist. Wird dabei in an sich bekannter Weise der