DE2432844A1

DE2432844A1 - Druckempfindliche schalteranordnung

Info

Publication number: DE2432844A1
Application number: DE2432844A
Authority: DE
Inventors: Gideon A Durocher
Original assignee: Essex International Inc
Current assignee: Essex International Inc
Priority date: 1973-07-24
Filing date: 1974-07-09
Publication date: 1975-02-13
Also published as: GB1454805A; CA1045696A; US3830991A; JPS5042385A

Description

LW 2940

Essex International Inc.

Port Wayne, Indiana, USA

Druckempfindliche Schalteranordnung

Die Erfindung betrifft eine druckempfindliche Schalteranordnung mit elektrischen Leitern auf einander gegenüberliegenden Seiten einer elektrisch nicht leitenden zusammendrückbaren Matte, die mindestens eine Öffnung mit mindestens einem darin liegenden Überbrücker aufweist, dessen Höhe kleiner als der Abstand der beiden Leiter voneinander ist und der beim Zusammendrücken der Matte und einer Relativbewegung der Leiter aufeinander zu zwischen beiden Leitern eine elektrisch leitende Verbindung herstellen kann.

Schalteranordnungen dieser Art werden in Trittmatten eingebaut, die beim Begehen einen beliebigen Betriebsmechanismus steuern bzw. auslösen, beispielsweise das Öffnen und Schliessen automatischer Türen. Trittmatten der beschriebenen Art

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liegen beispielsweise vor und hinter Türen von Supermärkten, Flughafenhallen und anderen viel begangenen Gebäuden. Besucher, die sich der Tür nähern treten auf die Matte _t drücken diese dabei durch ihr Körpergewicht zusammen und schliessen dabei in Ruhestellung geöffnete Schalter, die in die Matte eingearbeitet sind. Durch das Schliessen des Schalters bzw. der Schalter wird der angekoppelte Mechanismus, beispielsweise der Türöffner oder Türschliesser, betätigt.

Die in solchen Matten verwendeten Schalter weisen jedoch noch eine Reihe ungelöster Probleme auf. Die gebräuchlichsten Schalter dieser Art bestehen beispielsweise aus einem Paar metallischer Leiterplatten, die durch Isolatoren in einem bestimmten Abstand voneinander gehalten werden. Beim Einwirken einer Kompressionskraft auf die obere Leiterplatte wird diese verformt, berührt die untere Platte und schliesst dadurch den elektrischen Kontakt. Erfolgt die Einwirkung der Kompressionskraft jedoch zufällig direkt über einem der isolierenden Abstandhalter, so erfolgt kein Schliessen der Kontakte. Auch ausserhalb der direkt über den isolierenden Abstandshaltern liegenden Bereiche ist die zum Schliessen der Kontakte erforderliche Kompressionskraft eine Funktion des Abstandes vom Abstandhalter. Weitere Probleme treten bei der Verwendung von Trittmatten dieser Art bei ihrer Verlegung auf nicht ebenen Oberflächen auf, beispielsweise wenn Steine zwischen eine an sich ebene Auflagefläche und die Mattenunterseite geraten. Auch plastische Verformungen der Leiterbleche,, die beispielsweise durch unachtsames Handhaben der Trittmatten verursacht werden können, führen zu Störungen des Schaltermechanismus.

Das ausgesprochen hohe Gewicht der Leiterplatten-Trittmatten und die Notwendigkeit, die Kontaktplatten regelmässig zu

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entfetten und zu säubern, sind weitere Nachteile der bekannten Anordnungen. Nach der Reinigung der Kontaktplatten müssen diese möglichst schnell wieder in die Schalteranordnung eingebaut und verschlossen werden, um eine Korrosion der Kontaktflachen, die eine weitere Quelle der Störanfälligkeit ist, zu vermeiden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schalteranordnung oder Trittmatte der genannten Art zu schaffen, die an jeder beliebigen Stelle der Oberfläche der Schalteranordnung die gleiche Mxndestkompressxonskraft zum Schliessen der Kontakte erfordert, die an keiner Stelle ihrer Oberfläche unempfindliche Bereiche aufweist und die Schalterelemente enthält, die auch durch die Einwirkung übergrosser Kräfte nicht in ihrer Funktion beeinträchtigt oder zerstört werden.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine druckempfindliche Schalteranordnung der eingangs beschriebenen Art vorgeschlagen, die erfindungsgemäss dadurch gekennzeichnet ist, dass die Öffnung von einem relativ inkompressiblen Ring umgeben ist» dessen Höhe kleiner als die Höhe des Überbrückers ist.

Durch den um die Öffnung und den in der Öffnung liegenden Überbrücker herumliegenden relativ starren und unelastischen Ring wird die auf den Überbrücker einwirkende Kompressionskraft praktisch unabhängig vom Grad der Kompression der Trittmatte auf einen Maximalwert begrenzt.

Die Erfindung ist nachstehend in Verbindung mit den Zeichnungen anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 teilweise im Schnitt eine Draufsicht auf ein Ausführungsbeispiel der Erfindung;

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Fig. 2 einen Schnitt nach 2-2 in Fig. Ij

Fig. 3 einen Schnitt der in Fig. 2 gezeigten Art unter Einwirkung einer die Kontaktgebung bewirkenden Kraft? und

Fig. 4 einen senkrechten Schnitt nach 4-4 in Fig. 1.

Das in Fig. 1 gezeigte Ausführungsbeispiel der Erfindung enthält eine Matte 1 aus elastisch zusammendrückbarem und expandierbar em elektrisch nicht leitendem Material, vorzugsweise aus geschäumtem Weichpolyurethan. In der Matte sind Reihen von im Abstand voneinander angeordneten Öffnungen 2 vorgesehen, die von einer zur anderen Oberfläche der Matte hindurchgehen. Die Öffnungen in jeder der Reihen sind etwa 5 cm voneinander und jede der Reihen ist etwa 2,5 cm voneinander entfernt. Die Öffnungen einander angrenzender Reihen sind auf Lücke gegeneinander versetzt. An der Unterseite der Matte 1 sind mit Bohrungen 4 versehene unterlegscheibenartige Ringe 3 vorzugsweise durch eine Klebverbindung befestigt. Diese Ringe oder Scheiben 3 bestehen vorzugsweise aus einem Phenolharz oder aus einem anderen elektrisch nicht leitenden starren und relativ inkompressiblen Material. Die Ringe 3 sind so angebracht, dass je einer von ihnen je einer der Öffnungen 2 in der Matte 1 zugeordnet sind. Die Öffnung 2 und die Bohrung 4 sind koaxial ausgerichtet. Die Ringe 3 dienen in der weiter unten beschriebenen Weise der Begrenzung der auf die Schaltelemente einwirkenden mechanischen Kräfte.

Die einander gegenüberliegenden Hauptflächen der elektrisch nicht leitenden Matte 1 sind mit flexiblen flächig ausgebildeten elektrischen Leitern 5 und 6 bedeckt. Diese Leiter sind vorzugsweise Kupfernetze. Die Leiterfläche 5 ist Vorzugs-

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weise raittels eines Klebstoffes 7 auf die Matte 1 geklebt. Der dazu verwendete Klebstoff 7 ist vorzugsweise elektrisch leitend. Elektrisch leitende Klebstoffe sind bekannt und im Handel erhältlich. Wird ein elektrisch nicht leitender Klebstoff verwendet, so müssen beim Verkleben der Leiterfläche auf der Matte die Öffnungen 2 ausgespart werden. In entsprechender Weise ist die Leiterfläche 6 vorzugsweise durch eine Klebstoffschicht 8 auf der gegenüberliegenden Oberfläche der Matte 1 befestigt. Der Klebstoff H ist vorzugsweise ebenfalls elektrisch leitend, anderenfalls müssen, v/ie zuvor beschrieben, die Öffnungen 2 beim Einstreichen der Oberfläche mit der Klebmasse ausgespart werden.

In jeder der Öffnungen 2 und in der Bohrung 4 des zugeordneten Ringes 3 ist ein elastisch zusainmendrückbares und ausdehnbares Kontaktelement, ein Überbrücker 9, angeordnet. Der überbrücker 9 ist vorzugsweise ein im entspannten Zustand zylindrisches Element aus einem elektrisch nicht leitenden Elastomeren, vorzugsweise aus Siliconkautschuk, in dem in relativ hoher Konzentration elektrische Leiterteilchen mit vorzugsweise kugelförmiger Gestalt dispergiert sind. Der Überbrücker kann dabei so ausgebildet sein, dass er auch in Abwesenheit äusserer Kompressionskräfte elektrisch leitend ist. Vorzugsweise ist er jedoch so ausgelegt, dass er ohne äussere Krafteinwirkung elektrisch isolierend wirkt und erst unter Einwirkung einer über einer unteren Grenzkraft liegenden Kompressionskraft zum elektrischen Leiter wird. Unabhängig von dieser speziellen Ausbildung des Überbrückers ist jedoch jede der beiden Ausführungsformen des Überbrückers in der Lage, die beiden Leiterschichten 5 und 6 miteinander zu verbinden.

Der spezifische elektrische Widerstand des Überbrückers 9 im entspannten Zustand hängt von der Konzentration der in der

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Gummimatrix dispergierten Leiterteilchen, und von der Art und dem Zustand des Elastomeren ab. Wenn das Elastomer eine relativ hohe Anzahl von Teilchen in relativ hoher Konzentration dispergiert enthält und unter Druck ausgeformt iät, wird ein auch im entspannten Zustand elektrisch leitendes Überbruckerelement erhalten. Sind dagegen die Anzahl und die Konzentration der in der Gummimatrix dispergierten Teilchen klein, oder ist die Gumiuimatrix ohne Druckanwendung ausgeformt, so ist das Überbruckerelement normalerweise im entspannten Zustand nicht leitend. Beim Einwirken einer Druckkraft auf ein solches im entspannten Zustand nicht leitendes Überbrückerelement werden die dispergierten Leiterteilchen so weit relativ zueinander verschoben, dass sie die elektrische Leitung durch den Überbrücker ermöglichen. Beim Entfernen der Kompressionskraft entspannt sich das Elastomer! bewegen sich die dispergierten Leiterteilchen relativ voneinander fort und wird der Leiterpfad durch das Überbrückerelement unterbrochen.

Die Grosse der dispergierten Leiterteilchen richtet sich nach dem vorgesehenen Laststrom. Bei Überlast werden die Leiterteilchen durch die Stromwärme zersetzt oder verflüchtigt, so dass dadurch ebenfalls der Strompfad durch den Überbrücker unterbrochen wird. Der Überbrücker 9 wirkt also gleichzeitig als Sicherung. Da die Unterbrechung des Strompfades unter einer bestimmten Last bei einer bestimmten Krafteinwirkung jedoch bereits durch die Zersetzung» Zerstörung oder Verflüchtigung nur weniger Teilchen erfolgt, ist das Überbruckerelement dadurch nicht unbrauchbar geworden. Bei geringfügiger Erhöhung der Kompressionskraft, häufig sogar bereits bei Expansion und erneuter Kompression, kann erneut ein Strompfad durch den Überbrücker aufgebaut werden. Der Überbrücker bleibt also auch nach erfolgter thermischer Lasttrennung durchaus als funktionsfähiges Schalterelement erhalten.

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Die im Einzelfall zur Durchschaltung des Überbrückers der beschriebenen Art erforderliche Kraft hängt von mehreren Faktoren ab. Abmessungen, Form und Konzentration der dispergierten Teilchen, die Härte des Elastomers und die makroskopischen Abmessungen des Überbrückers sind die wichtigsten Faktoren. Diese Faktoren können empirisch bestimmt werden, sind jedoch in der GB-PS 1 290 963 eingehend beschrieben .

Die Matte 1, die Ringe 3_t die flächigen Leiter 5 und 6 und die Überbrücker 9 können in der in den Figuren gezeigten Weise in eine elektrisch nicht leitende Hülle 10 eingepasst sein, deren obere und untere Passhälften 11 und 12 aus einem elastischen und zusammendrückbaren Kunststoff, vorzugsweise Polyvinylchlorid, bestehen. Die beiden Passhälften 11 und der Hülle 10 werden vorzugsweise nach Auflegen auf die Schalteranordnung an den Rändern verschweisst, vorzugsweise durch Ultraschallverschweissung. Die Schalteranordnung wird dadurch luft- und feuchtigkeitsdicht eingeschlossen bzw. verkapselt.

Nach dem Einschliessen der Schalteranordnung in die Hülle wird die Matte 1 im Bereich jedes der Ringe 3 in der in Fig. 2 dargestellten Weise verformt. Die Höhe jedes Überbrückers 9 ist kleiner als der Abstand zwischen den beiden flächigen Leitern 5 und 6. Im unbelasteten Zustand werden diese daher auch bei Verwendung im entspannten Zustand leitender Überbrücker nicht durchgeschaltet. Die Durchmesser der Öffnungen 2 und der Bohrungen 4 einerseits und der Überbrücker 9 andererseits sind so gewählt, dass rund um den Überbrücker 9 herum im entspannten Ruhezustand ausreichend Spiel bleibt.

Die Leiterflächen 5 und 6 werden in an sich bekannter Weise an eine Energiequelle und das zu schaltende Element angeschlossen.

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In der in Fig. 4 dargestellten beispielhaften Ausführung eines Anschlusses ist ein kreisringförmiges, elastisch verformbares Koriakt element 13 vorgesehen, das bis auf seine kreisringförmige Konfiguration den Überbrückern 9 entspricht. Das Kontaktelement 13 steht mit der Leiterfläche 5 und mit einer elektrischen Zuführung 14 in Verbindung, die durch die Hülle 10 hindurch geführt ist und über die das zu schaltende Element 15 angeschlossen werden kann« Ein dem Kontaktelement 13 entsprechendes Kontaktelement 16 steht mit der Leiterfläche 6 und einer elektrischen Zuführung 17 in Verbindung, die an der Quelle liegt. Zwischen den Zuführungen 14 und 17 und den Kontaktelementen 13 und liegt ein kreisringförmiger Isolator 18. Isolatordurchführungen 19 und 20 liegen auf den Leiterflächen 5 bzw. und greifen durch diese hindurch. Ein Niet 21 hält die Elemente axial ausgerichtet und drückt die Kontaktelemente und 16 ausreichend stark zusammen, um diese durchzuschalten und den Kontakt zu den Leiterflächen herzustellen. Die Zuleitungen 14 und 17 sind mit einer Aussenisolierung umgeben.

Für den Betrieb wird die Schalteranordnung, die in der Hülle eingeschlossen ist, auf einem festen Untergrund beispielsweise vor einer Tür ausgelegt. Der Anschluss 14 ist mit dem Türmechanismus 15 zum Öffnen und Schliessen der Tür verbunden, während der Anschluss 17 an einer geeigneten Spannungsquelle liegt. Beim Betreten der Oberfläche der Hülle 10 wird auf deren obere Passhälfte 11 eine Kompressionskraft F (Fig. 3) ausgeübt. Unter dieser Kompression werden die Hülle und die Leiterfläche 6 abwärts in Richtung auf die Leiterfläche 5 zu verformt<> Die Abwärtsbewegung der Leiterfläche 6 ist von einer entsprechenden Kompression der Matte 1 begleitet, so dass die Leiterfläche 6 gegen die obere Fläche zumindest eines der Überbrücker 9 drückt

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und diesen dadurch zwischen den Leiterflächen 5 und 6 zusammendrückt . Dadurch wird ein elektrischer Strompfad bzw. ein Kontakt zwischen der Leiterfläche 6 über den Überbrücker und die Leiterfläche 5 zum Operationsmechanismus 15 hergestellt. Durch das Spiel des überbrückers 9 zum Innendurchmesser der Öffnung 2 und der Bohrung 4 im Ring 3 kann sich der überbrücker 9 bei axialer Kompression radial ausdehnen. Beim Entfernen der Druckkraft F stellen sich der Überbrücker und die Matte 1 elastisch in die in Fig. 2 gezeigte entspannte Form zurück. Eine Matte, die durch Fussgänger schaltbar sein soll, muss unter Einwirkung der unterschiedlichsten Kräfte zuverlässig arbeiten. Eine solche Matte muss beispielsweise einerseits sowohl sicher und zuverlässig unter dem Gewicht eines Kindes schalten als auch unter dem Gewicht eines um ein Vielfaches schwereren Erwachsenen. Auch muss die Matte den sehr viel höheren Drücken standhalten, die auf sie beispielsweise durch die Absätze von Damenschuhen ausgeübt werden. Die Schalteranordnung der Erfindung erfüllt diese Bedingungen zuverlässig, da die Hülle 10, der Klebstoff 7 und 8 und die überbrücker 9 alle gummuelastisch komprimierbar und die Leiterflächen 5 und 6, insbesondere in ihrer bevorzugten Ausbildung in Form von Netzen oder Gittern, flexibel sind.

Andererseits können auch ausserordentlich hohe Kräfte und Drücke die Vorrichtung der Erfindung nicht beschädigen, da die Überbrücker 9 gegen eine übergrosse Kompression durch die nicht zusammendrückbaren Ringe 3 geschützt sind. In der in Fig. 3 gezeigten Verformung der Schalteranordnung der Erfindung führt eine weitere Vergrösserung der Kraft F zu keiner weiteren Erhöhung der auf das darunter liegende Überbrückerelement 9 einwirkenden Kqmpressionskraft, da dieses nicht über die durch die Höhe des Ringes 3 gegebene Grenze hinaus zusammengedrückt werden kann. Die Überbrücker-

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elemente 9 sind daher durch die Ringscheiben 3 gegen eine Beschädigung oder Zerstörung durch iibergrosse Kompression unabhängig von der Grosse der einwirkenden Kraft geschützt.

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Claims

Patentansprüche

1. Druckempfindliche Schalteranordnung mit elektrischen Leitern auf einander gegenüberliegenden Seiten einer elektrisch nicht leitenden zusammendrückbaren Matte, die mindestens eine Öffnung mit mindestens einem darinliegenden Überbrücker aufweist, dessen Höhe kleiner als der Abstand der beiden Leiter voneinander ist und der beim Zusammendrücken der Matte und einer Relativbewegung der beiden Leiter aufeinander zu zwischen beiden Leitern eine elektrisch leitende Verbindung herstellen kann, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung (2) von einem relativ inkompressiblen Ring (3) umgeben ist, dessen Höhe kleiner als die Höhe des Überbrückers (9) ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Überbrücker (9) im entspannten Ruhezustand nichtleitend ist und unter Einwirkung einer Kompressionskraft leitend wird.

3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Überbrücker (9) im Ruhezustand leitend ist.

4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass sie in einer elektrisch nicht-leitenden Hülle (10) eingeschlossen ist.

5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einer der Leiter (5,6) aus einem flexiblen Gitter oder Netz besteht.

6. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Überbrücker (9) aus in einer

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Elastomerenmatrix dispergierten Leiterteilchen besteht.

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