DE2162044C3 - Kapazitiver Schalter - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen kapazitiven Schalter mit wenigstens einem Kondensator, der aus zwei in? Abstand angeordneten, komplementäre Flächen aufweisenden Elektroden gebildet ist, von denen wenigstens eine zur Veränderung des Abstands zwischen den Elektrodenflächen und damit der Kapazität des Kondensators mittels einer mechanischen Betätigungseinrichtung zwischen zwei Positionen bewegbar ist

Die bekannten galvanischen Kontakte sind empfindlich gegen Schmutz, Phenoldämpfe, Feuchtigkeit, Korrosion und andere Einflüsse, worunter insbesondere ihre Zuverlässigkeit bei niedrigen Spannungen, wie sie in Transistorschaltungen und anderen elektronischen Schaltungen auftreten, leidet Deshalb versucht man, zu kapazitiven Schaltern überzugehen, bei denen keine metallische Berührung der Kontaktelemente erforderlich ist. Die Kapazität eines Kondensators schwankt aber sehr stark mit dem Abstand seiner Elektroden, die hier durch die beiden Kontaktelemente gebildet werden. Solche Kapazitätsschwankungen geben gerade in elektrischen Schaltungen zu Störeinflüssen AnIaQ.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schaltvorrichtung zur mechanischen Veränderung der Kapazität eines Kondensators zur Verfügung zu stellen, die Kapazitätsschwankungen möglichst ausschließt und so eine zuverlässige Kontaktgabe ermöglicht.

Zur Lösung der Aufgabe geht die Erfindung aus von einem kapazitiven Schalter der eingangs genannten Art und ist gekennzeichnet durch einen Magneten, der die bewegbare Elektrode in Richtung auf die eine Position drängt und in dieser mit einer vorgegebenen, von der Betätigungseinrichtung überwindbare Kraft haften läßt Durch die von dem Magneten ausgeübte Kraft werden die Elektroden des Kondensators in der einen Position fest haftend gehalten, so daß Kapazitätsschwankungen auch bei Erschütterungen und Stoßen weitgehend ausgeschaltet sind. Außerdem ist der Schalter unempfindlich gegen Schmutz und Feuchtigkeit und kann unter normalen atmosphärischen Bedingungen betrieben werden.

Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnungen beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 und 2 Schnittdarstellungen eines drucktastebetätigten kapazitiven Schalters gemäß der Erfindung in zwei verschiedenen Stellungen;

F i g. 3 die Schnittdarstellung einer Ausführungsform, bei der die bewegliche Kondensatorelektrode um ein Biegegelenk schwenkbar ist;

F i g. 4 die Schnittdarstellung einer Ausführungsform,' bei der die Kondensatorelektroden magnetisch voneinander entfernt gehalten werden;

Fig.5 eine ähnliche Ausführungsform wie Fig.4, jedoch mit Druckknopfauslösung.

Bei der Ausführungsform nach F i g. 1 und 2 sind an den gegenüberliegenden Innenseilen eines Kunststoffgehäuses 10 zwei magnetische Rückschlußplatten 12 aus Stahl angeordnet Auf den Rückschlußplatten 12 sind Dauermagnete 14 und 16 befestigt Auf den freien Oberflächen der Magnete 14 und 16 sind feste Kondensatorelektroden 18 und 20 befestigt, deren

J5 Anschlußklemmen durch den Boden des Gehäuses 10 nach außen reichen. Die Elektroden 18 und 20 sind mit einem dünnen Dielektrikum 22 überzogen.

Zwei bewegliche Elektroden. 24 und 26 in Form ferromagnetischer gebogener Platte? sind so ausgebildet, daß sie auf dem Boden des Gehäuses 10 schwenkbar sind und von den Dauermagneten 14 bzw. 16 in Stellungen angezogen werden, in denen sie gegen die dielektrischen Oberzüge 22 drücken. Ein gemeinsamer Anschlußstift 30 für die beiden Elektroden 24 und 26 geht in der Mitte durch den Boden des Gehäuses 10 und ist über biegsame Leitungen 32 mit den schwenkbaren Belegungen verbunden.

In dem in F i g. 1 dargestellten Ruhezustand hat die Kapazität zwischen dem Anschlußstift 30 und den festen

Elektroden 18 und 20 ihr Maximum. Wenn die Kapazität

in einem solchen Zeitpunkt abgefragt wird, zeigt ihr

Höchswert an, daß die Elektroden 24 und 26 sich in der Ruhestellung befinden. Eine Taste 40 führt mit einer Stoßstange 42 in den

Innenraum des Gehäuses 10. Eine Schulter 44 an der Stoßstange 42 steht in Eingriff mit einer Auslösefeder 46, die wiederum in Eingriff mit dem umgebogenen Ende der Schwenkplatte 26 steht. Eine weitere Schulter 48 an der Stoßstange 42 steht über eine Feder 50 mit dem umgebogenen Ende der Schwenkplatte 24 in Verbindung.

Wenn die Taste 40 von Hand heruntergedrückt wird, werden die Auslösefedern 46 und 50 zusammengedrückt und üben zunehmende Kräfte auf die umgebogenen Enden der zugeordneten Schwenkplatten 24 und 26 aus. Die Auslösefeder 46 ist so ausgebildet, daß sie nach dem Niederdrücken der Taste 40 in die in F i g. 2 gezeigte Stellung eine ausreichende Kraft aufbringt, um die

magnetische Anziehung des Dauermagneten 16 zu überwinden, so daß die Schwenkplatte 26 von dem Dielektrikum 22 freikommt. Die Auslösefeder 50 ist so ausgelegt, daß sie erst nach weiterem Niederdrücken der Taste 40 in die in F i g, 2 gestrichelt gezeichnete Lage eine ausreichende Kraft besitzt, um die Schwenkplatte 24 von der zugeordneten festen Elektrode 18 abzuheben.

Wenn also die Drucktaste 40 niedergedrückt wird, ereignet sich zunächst noch nichts. Im weiteren Verlauf ι ο wird aber in der Stellung der F i g. 2 die Schwenkplatte 26 von der Elektrode 20 abgehoben. Schließlich wird bei noch weiterem Niederdrücken auch die Schwenkplatte 24 von der Elektrode 18 abgehoben.

Eine solche Anordnung ist z. B. für eine Schreibmaschinen tastatur verwendbar. Bei Schreibmaschinen wird häufig die Möglichkeit gewünscht, ein Zeichen durch stärkeres Niederdrücken der Taste zu wiederholen. Die Anordnung nach F i g. 1 und 2 ist offenbar imstande, bei normalem Niederdrücken der Taste 40 ein Ausgangssignal abzugeben und bei weiterem Niederdrücken der gleichen Taste ein anderes Ausgangssignal abzugeben, daß die Zwischenwiederholung auslösen kann.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig.3 ist der Dauermagnet 16 an einer Anschlußklemme 52 befestigt und die Oberfläche des Magneten 16 selbst bildet eine Elektrode des Kondensators. Eine ferromagnetische Schwenkplatte 54 ist mittels eines Biegegelenks 58 an einer Anschlußelektrode 56 befestigt Eine Taste 40 ist so ausgebildet, daß sie auf der Außenseite des Gehäuses jo 10 gleiten kann. Eine Auslösefeder 46 ist zwischen der Taste 40 und der Schwenkplatte 54 angeordnet Im Ruhezustand des Schalters nach F i g. 3 hält der Magnet 16 die von ihm angezogene Schwenkplatte 54 fest in Anlage an dem dielektrischen Überzug 22, wodurch eine J5 maximale kapazitive Kopplung zwischen den Elektroden 52 und 56 hergestellt wird.

Wird nun die Taste 40 niedergedrückt, so passiert anfänglich außer der Zusammenpressung der Feder 46 nichts. Bei » eiterem Niederdrücken der Taste 40 übt die Feder 46 schließlich eine ausreichende Kraft auf den Schwenkarm 54 aus, um die Anziehung des Dauermagneten 16 zu überwinden. Die Schwenkplatte 54 hebt sich dann vom Magnet 16 und dem Dielektrikum 22 ab und verschwenkt sich im Uhrzeigersinne unter Biegung des Gelenkes 58. Dadurch wird die kapazitive Kopplung zwischen den Elektroden 52 und 56 stark verringert. Elektronische Schaltungsmaßnahmen bekannter Art können dann verwendet werden, um die Kapazitätsänderung zwischen den beiden Elektroden festzustellen.

In der Ausführungsform nach Fig.4 ist ein Dauermagnet 16 innerhalb eines Gehäuses fest an einem leitenden Träger befestigt, der mit einer Elektrode 62 verbunden ist Eine ferromagnetische leitende Schwenkplatte 64 ist auf einem Zapfen 66 drehbar und wird « normalerweise vom Magnet 16 angezogen. Eine biegsame elektrische Verbindung 68 gewährleistet den Stromfluß zwischen der Elektrode 62 und der Schwenkplatte 64.

Wenn die Taste 40 niedergedrückt wird, drückt sich die Feder 46 zusammen, bis sie genügend Kraft gespeichert hat, um durch Druck auf einen Arm der Platte 64 die magnetische Anziehung des Dauermagneten 16 zu überwinden. Dadurch kann sich die Schwenkplatte 64 vom Magnet 16 lösen und unter der Kraft der Feder 46 sich um den Zapfen 66 verschwenken, bis sie einen dielektrischen Oberzug 22 auf der Oberfläche einer festen Belegung 70 erreicht

Bei der Ausführungsform nach Fig.4 ist die kapazitive Kopplung zwischen den Elektroden 62 und 70 in der Ruhelage des Schalters am geringsten. Wird dagegen die Taste 40 voll niedergedrückt, so befindet sich die Schwenkplatte 64 näher an der festen Elektrode 70, so daß sine erhöhte kapazitive Kopplung zwischen den Elektroden 62 und 70 eintritt

Alle drei Ausführungsformen können zahlreiche Abänderungen erfahren. F i g. 5 zeigt eine Abänderung der Anordnung nach Fig.4, die aber auch bei den Ausführungsformen nach F i g. 1 bis 3 angewandt werden können.

Gemäß F i g. 5 ist auf dem Gehäuse 10 ein Klinkwerk 80 montiert, das auf Druckbetätigung abwechselnd eine Festhaltebewegung und eine Freigabebewegung ausführt Die Taste 40 ist mit dem Kurvenfolger 82 verbunden und wird somit bei jeder zweiten Betätigung niedergedrückt gehalten. Solche Klinkwerke sind bekannt

Eine typische Anschlußschaltung ist in Fig.4 dargestellt Die Schaltung 90 könnte ebenso gut bei den Ausführungsformen nach Fig. 1, 2 und 3 verwendet werden.

In Fig.4 liefert ein Wechselstromerzeuger 92 ein Signa! konstanter Amplitude für die Belegung 71 Der Eingang eines Gleichrichters 94 ist mit der Elektrode 62 verbunden und liefert am Ausgang eine Gleichspannur.g, deren Größe propotional zu der Amplitude der von der Elektrode 70 auf die Elektrode 62 gekoppelten Wechselspannung ist Ein Verstärker 9$ gibt ein entsprechend verstärktes Gleichspannungssignal auf einen Schmitt-Trigger 98 oder eine andere Spannungsschwellenschaltung, die nur dann ein Ausgangssignal abgibt, wenn ihr Eingangssignal einen bestimmten Wert überschreitet Die Spannungspegel können so eingestellt werden, daß der Schmitt-Trigger nur dann eine Ausgangsspannung erzeugt, wenn die kapazitive Kopplung zwischen den Elektroden 62 und 70 gleich oder größer als die Kopplung ist, die beim Anliegen der Schwenkplatte 54 an dem Dielektrikum 22 in Fig.4 auftritt

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

1. Patentansprüche:

   2! 62 044

   J, Kapazitiver Schalter mit wenigstens einem Kondensator, der aus zwei im Abstand angeordneten, komplementären Flächen aufweisenden Elektroden gebildet ist, von denen wenigstens eine zur Veränderung des Abstandes zwischen den Elektrodenflächen und damit der Kapazität des Kondensators mittels einer mechanischen Betätigungseinrichtung zwischen zwei Positionen bewegbar ist, gekennzeichnet durch einen Magneten (14, 16), der die bewegbare Elektrode (24, 26, 54, 64) in Richtung auf die eine Position drängt und in dieser mit einer vorgegebenen, von der Betätigungseinrichtung (40, 42, 44, 46, 48, 50) überwindbaren Kraft haften läßt
2. 2. Kapazitiver Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungseinrichtung als Verbindungsglied zu der bewegbaren Elektrode (24, 26, 54, 64) eine Feder (46, 50) aufweist, derart, daß nach einem bestimmten Weg der Betätigungseinrichtung (40) die Haftkraft des Magneten (14, 16) überwunden wird und die bewegbare Elektrode (24, 26,54,64) unter plötzlicher Änderung der Kapazität des Kondensators in die andere Position schnellt
3. 3. Kapazitiver Schalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die bewegbare Elektrode (24, 26, 54, 64) ferromagnetisches Material aufweist und daß die andere Elektrode (18,20,32,70) mit einem Permanentmagneten (14,16) versehen ist.
4. 4. KapazitWer Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in der einen Position der bewegbaren Elektrode (24, 26, 54) der Abstand zwischen den Elektroden (18,24; 20,26; 16, 54) ein Minimum und die Kapazität des Kondensators ein Maximum ist