DE3017944A1 - Kapazitives schaltelement - Google Patents

Kapazitives schaltelement

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DE3017944A1
DE3017944A1 DE19803017944 DE3017944A DE3017944A1 DE 3017944 A1 DE3017944 A1 DE 3017944A1 DE 19803017944 DE19803017944 DE 19803017944 DE 3017944 A DE3017944 A DE 3017944A DE 3017944 A1 DE3017944 A1 DE 3017944A1
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capacitor
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capacitive switching
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Albert 7981 Blitzenreute Wasmeier
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Rafi GmbH and Co KG
Rafi GmbH and Co Elektrotechnische Spezialfabrik
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Rafi GmbH and Co KG
Rafi GmbH and Co Elektrotechnische Spezialfabrik
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    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/94Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the way in which the control signals are generated
    • H03K17/965Switches controlled by moving an element forming part of the switch
    • H03K17/97Switches controlled by moving an element forming part of the switch using a magnetic movable element
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
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    • H03K17/975Switches controlled by moving an element forming part of the switch using a capacitive movable element

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  • Switches That Are Operated By Magnetic Or Electric Fields (AREA)

Description

  • Kapazitives Schaltelement
  • Ein kapazitiver Taster als elektrischen Signalgeber mit einer beweglichen Belagelektrode, die mittels eines axial verschiebbaren und selbsttätig in die Ruhestellung zurückkehrenden Verstellglieds betätigbar und zusammen mit einen Dielektrikum sowie mindestens einer stationär angeordneten Belagelektrode einen veränderbaren Kondensator bildet, bei dem in Ruhestel5sung die beiden Belagelektroden mit Abstand übereinanderliegen und eine kleine Kapazität aufweisen und in Schaltstellung isoliert aufeinanderliegen und eine grdnaere Kapazität bilden, ist durch die DE-PS 22 29 406 bekannt Das axial verschiebbare Betätigungsglied ist bei dieser Ausgestaltung an seiner Unterseite mit einer isolierenden Trägerscheibe bestückt, an der die Schenkelenden einer gebogenen Blattfeder befestigt sind, die die bewegliche Belagelektrode bildet und mit der auf einer Grundplatte angeordneten stationären Belagelektrode zusammenwirkt Das Betätigungsglied, die Trägerscheibe sowie die Belagelektroden sind hierbei. somit axial hintereinander angeordnet.
  • Bei Schalttasten mag diese Augestaltung möglich sein, obwohl eine einwandfreie Funktion nicht gegeben ist, da die bewegliche Belagelektrode bei jedem Schaltvorgang mechanisch beansprucht und somit die Betätigungscharakteristik rasch verändert wird und des weiteren die Belagelektroden nicht zuverlässig vor Schmutz zu schützen sind: eine universelle Anwendung des auf diese Weise gebildeten mechanisch beanspruchten Kondensators ist jedoch nicht zu bewerkstelligen.
  • Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein kapazitives Schaltelement zu schaffen, das äusserst einfach in seinem Aufbau ist, das mechanisch nicht beansprucht wird und damit eine hohe Lebensdauer aufweist und dessen Einschaltpunkt auch bei sehr intensiver Benutzung nicht verändert wird. Des weiteren sollen die beiden Schaltpunkte unterschiedlich sein, damit eine echte Schalthysterese gegeben ist und es soll ohne Schwierigkeiten eine staub- und feuchtigkeitsdichte Anordnung der den Kondensator bildenden Bauteile bewerkstelligt werden können.
  • Gemäss der Erfindung ist das kapazitive Schaltelement dadurch gekennzeichnet, dass einem Kondensator mit veränderbarer Kapazität ein Magnet als Schaltglied zugeordnet ist, mittels dem die Kapazität des Kondensators veränderbar ist.
  • Zweckmässig ist es hierbei, als Schaltglied einen Permanentmagneten vorzusehen und zum Auslösen eines Schaltvorganges Kondensatoren und Permanentmagneten relativ zueinander zu verstellen, wobei der Kondensator und/oder der Permanentmagnet in einer translatorischen Bewegung oder einer rotierenden Bewegung zueinander verstellbar sein können.
  • In gleicher Weise kann als Schaltglied aber auch ein Elektromagnet mit vorzugsweise gerichtetem Magnetfeld vorgesehen werden, wobei zum Auslösen eines Schaltvorganges in dem Schaltelement der Elektromagnet ein- oder ausgeschaltet wird Nach einer bevorzugten Ausführungsform kann der Kondensator innerhalb des Elektromagneten angeordnet sein Angebracht ist es, den Kondensator aus einer stationären Belagelektrode und einer von dieser durch ein Dielektrikum getrennten beweglichen und magnetisch empfindlichen Belagelektrode zu bilden, wobei die beiden Belagelektroden als ebene oder gekrümmte dünnwandige Platten, Bänder oder Folien gestaltet sein können, die in Ruhestellung parallel zueinander angeordnet sind. Die bewegliche Belagelektrode kann hierbei auch als vorzugsweise vorgespannte Blattfeder ausgebildet sein.
  • Sehr zweckmässig ist es ferner, die bewegliche Belagelektrode einseitig im äusseren Randbereich einer Längsseite mit Hilfe eines Distanzstückes mit Abstand an der stationären Belagelektrode zu befestigen.
  • Vorteilhaft ist es auch, die bewegliche Belagelektrode zur Reduzierung des verformbaren Querschnittes mit einem oder mehreren Einschnitten, vorzugsweise im Bereich der Befestigung an der stationären Belagelektrode mit einer U-förmig ausgebildeten Freisparung zu versehen.
  • Um die Belagelektroden zuverlässig vor Staub und Feuchtigkeit zu schützen, ist es ferner angebracht, diese sowie das Dielektrikum in einem geschlossenen Gehäuse einzusetzen.
  • Ausserdem sollte die stationäre Belagelektrode und die bewegliche Belagelektrode seitlich neben dem Magneten oder dessen Bewegungsbahn angeordnet und die stationäre Belagelektrode zwischen der beweglichen Belagelektrode und-dem Magneten eingesetzt sein.
  • Vorteilhaft ist es des weiteren, eine oder beide Belagelektroden derart auszubilden und/oder vorzuspannen, dass deren Anlage und damit die Kapazität des Kondensators in Abhängigkeit von dem Kraft feld des Magneten verändert wird.
  • Damit ist eine Möglichkeit gegeben, den Weg oder die Intensität des Magneten in einen analogen Schaltimpuls umzuwandeln.
  • Das gemäss der Erfindung ausgebildete kapazitive Schaltelement besteht nicht nur aus wenigen Bauteilen und ist da mit auf wirtschaftliche Weise herzustellen, sondern ein derartiges Schaltelement ist vor allem sehr zuverlässig in der Funktion, störunempfindlich und ausserordentlich vielseitig verwendbar. Wird nämlich einem Kondensator mit veränderbarer Kapazität ein Magnet als Schaltglied zugeordnet, mittels dem die Kapazität verändert werden kann, so ist es mit einfachen Mitteln möglich, die den Kondensator bildenden Bauteile hermetisch abzukapseln, so dass diese weder durch Staub noch durch Luftfeuchtigkeit beeinflusst werden können. Fehlfunktionen aufgrund eventueller Kapazitätsänderungen sind demnach ausgeschlossen.
  • Des weiteren werden die Belagelemente des Kondensators mechanisch nicht beansprucht. Die Anlage an der stationären Belagelektrode erfolgt vielmehr ausschliesslich durch die Kraft des Magneten, so dass ein erster Schaltvorgang stets bei einer bestimmten Magnetkraft erfolgt und somit -auch keine Schaltpunktverschiebungen auftreten. Und durch die magnetische Betätigung des Kondensators ist auch eine echte Schalthystere gegeben, da bei schwächer werdendem Magnetfeld der Kondensator über den ersten Schaltpunkt hinaus noch anspricht.
  • Aufgrund der sehr einfachen Ausgestaltung kann das nur aus einem Kondensator und einem Magneten bestehende Schaltelement in äusserst vielseitiger Weise eingesetzt werden. Beispielsweise ist es möglich, dieses als elektrischen Signalgeber in Form einer kapazitiven Taste mit axial verschiebbarem Betätigungsglied auszubauen. Der Kondensator oder der Magnet können aber auch in rotierende oder linear verstellbare Bauteile eingesetzt werden, um eine Drehzahl, einen Druck, einen Verstellweg odOdglO zu bestimmen. Eine vielseitige Verwendbarkeit als Drehzahlmesser, Drucksensor0 Koppelelement, kapazitive Taster oder ähnlichen Bauteilen ist somit ohne Schwierigkeiten gegeben.
  • Weitere Einzelheiten eines gemäss der Erfindung ausgebildeten kapazitiven Schaltelementes sind den in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen, die nachfolgend im einzelnen erläutert sind, zu entnehmen. Hierbei zeigen: Fig. 1 ein aus einem Kondensator und einem Permanentmagnet bestehendes Schaltelement in schematischer Darstellung, Fig. 2 das Schaltelement nach Fig. 1 in einem Schaltzustand, Fig. 3 das Schaltelement nach Fig. 1 mit einem Elektromagneten als Schaltglied, Fig. 4 das Schaltelement nach Fig. 4 in einem Schaltzustand, Fig. 5 eine andersartige Ausgestaltung eines Schaltelementes nach Fig. 3, Fig. 6 eine weitere Ausführungsform eines Schaltelementes nach Fig. 1, Fig. 7 das Schaltelement nach Fig. 6 in einem Schaltzustand, und Fig. 8 die den veränderbaren Kondensator bildenden Bauteile des Schaltelementes nach Fig. 6 in perspektivischer Darstellung.
  • Das in den Fig. 1 bis 4 dargestellte und jeweils mit 1 bezeichnete Schaltelement besteht aus einem Kondensator 2 mit veränderbarer Kapazität und einem Magneten als Schaltglied, der als Permanentmagnet 3 oder auch als Elektromagnet 4 ausgebildet sein kann. Der Kondensator weist eine stationäre Belagelektrode 5 sowie eine bewegliche magnetisch empfindliche Belagelektrode 6 auf, die durch ein Dielektrikum 7 voneinander getrennt sind.
  • Wird, wie es in Fig. 1 dargestellt ist, der Magnet 3 gemäss dem Pfeil 4 parallel zu dem Kondensator 21 gemäss dem Pfeil B senkrecht zu diesem oder auf einer Kreisbahn (Pfeil C) zu diesem bewegt - selbstverständlich kann aber auch der Kondensator an dem Magneten 3 vorbeibewegt werden - bzw. wird der Elektromagnet eingeschaltet, so wird durch das Magnetfeld die bewegliche Belagelektrode 6 zu der stationären Belagelektrode hingezogen und legt sich an dieser wie es in den Fig. 2 und 4 gezeigt ist, durch das Dielektrikum 7 elektrisch getrennt an. Dadurch wird die Kapazität zwischen den den veränderbaren Kondensator 2 bildenden Belagelektroden 5 und 6, die in Ruhelage gemäss den Fig. 1 und 3 mit Abstand übereinander liegen, und eine geringe Kapazität aufweisen, vergrössert, so dass ein Schaltvorgang ausgeführt wird.
  • Durch die Lage des Magneten 3 bzw. die Erregung des Magneten 4 kann somit ein Schaltvorgang ausgelöst werden. Der Verstellweg des Magneten 3auf den beispielsweise eine Druckkraft, um eine Druckhöhe zu bestimmen, einwirkt, bzw. die Erregung des Magneten 4 ist gegebenenfalls unmittelbar in ein analoges elektrisches Signal umzuwandeln.
  • Das Schaltelement 11 nach Fig. 5 ist in gleicher Weise aufgebaut und wirksam. Der Kondensator 12, der wiederum aus einer stationären Belagelektrode 14,einer beweglichen Belagelektrode 15 sowie einem zwischen diesen angeordneten Dielektrikum 16 gebildet ist, ist hierbei von einem Elektromagneten 13 unmittelbar umgeben, wobei dessen Magnetfeld durch eine Platte 17 gerichtet ist0 Auf diese Weise ergibt sich eine besonders kompakte Ausgestaltung des Schaltelementes 11.
  • Das in den Fig. 6 bis 8 dargestellte Schaltelement 21 besteht ebenfalls aus einem Kondensator 22 mit veränderbarer Kapazität und einem gegenüber diesem verstellbar angeordneten Permanentmagneten 23. Die aen Kondensator 22 bildenden Bauteile, nämlich die stationäre Belagelektrode 25, die bewegliche, magnetisch empfindliche Belagelektrode 26 sowie das Dielektrikum2;ind bei dieser Ausgestaltung in einem geschlossenen Gehäuse 24 eingesetzt, in dem die stationäre Belagelektrode 25 mittels der Randteile 25' beispielsweise in nicht sichtbaren schnitzartigen Ausnehmungen gehalten ist. An der stationären Belagelektrode 25 ist das Dielektrikum 27 unmittelbar und mittels eines Distanzstückes 30 und Nieten 32, die die in diese Teile eingearbeiteten Schlitze 31, 31', 31" und 31m' durchgreifen,und rnit Abstand auch die bewegliche Belagelektrode 26 an diesen befestigt.
  • Die beiden Belagelektroden 25 und 26, deren Anschluss 28 und 29 aus dem Gehäuse 24 herausgeführt sind, sind als dünnwandige Platten'ausgebildet und seitlich neben dem Magneten 23 angeordnet. Durch das von diesen ausgehende Magnetfeld wird die bewegliche Belagelektrode 26 zu der stationären Belagelektrode 25 entgegen ihrer Eigenspannung hingezogen und liegt, wie es in Fig. 7 dargestellt ist, an dieser durch das Dielektrikum 27 getrennt an. Dadurch wird wiederum die Kapazität des Kondensators 22 vergrössert und ein Schaltvorgang ausgeführt. Um den zu verformenden Querschnitt der beweglichen Belagelektrode 25 und damit die erforderliche Schaltkraft zu verringern, ist in diese eine U-förmige Freisparung 33 eingearbeitet.
  • Die Bauteile des Kondensators 22 werden somit nicht mechanisch beansprucht, vielmehr sind diese völlig abgekapselt in dem Gehäuse 24 eingesetzt, so dass sie vor Staub und Schmutz zuverlässig geschützt sind. Der Magnet 23 kann hierbei, wie auch bei den anderen Ausführungsbeispielen, auf unterschiedliche Art verstellt bzw. beeinflusst werden.

Claims (1)

  1. Patentansprüche: 1. Kapazitives Schaltelement, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass einem Kondensator (2, 12, 22) mit veränderbarer Kapazität ein magnet (3; 4; 13; 23) als Schaltglied zugeordnet ist, mittels dem die Kapazitat des Kondensators (2; 12; 22) veränderbar ist.
    2. Kapazitives Schaltelement nach Anspruch 1, 01 a d u r c g e k e n n z e i c h n e t 0 dass als Schaltglied ein Permanentmagnet (3, 23) vorgesehen ist und dass zum Auslösen eines Schaltvorganges Kondensator (2; 22) und Permanentmagnet (3; 23) relativ zueinander verstellbar sind.
    3. Kapazitives Schaltelement nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der Kondensator (2; 22) und/oder der Permanentmagnet (3: 23) in einer translatorischen Bewegung (A, B) oder einer rotierenden Bewegung (C) zueinander verstellbar sind.
    4. Kapazitives Schaltelement nach Anspruch 1, d a d u r c h gekennzeichnet dass als Schaltglied ein Elektromagnet (4: 13) mit vorzugsweise gerichtetem Magnetfeld vorgesehen ist und dass zum Auslösen eines Schaltvorganges in dem Schaltelement (1: 11) der Elektromagnet (4: 13) ein-oder ausgeschaltet wird.
    5. Kapazitives Schaltelement nach Anspruch 4, d a d u r c h gekennzeichnet, dass der Kondensator (12) innerhalb des Elektromagneten (13) angeordnet ist.
    6. Kapazitives Schaltelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der Kondensator (22) aus einer stationären Belagelektrode (25) und einer von dieser durch ein Dielektrikum (27) getrennten; beweglichen und magnetisch empfindlichen, in die Ausgangslage zurückführbare Belagelektrode (26) gebildet ist.
    7 Kapazitives Schaltelement nach Anspruch 6, d a d u r c h g e k e n n z e i C h n e t , dass die beiden Belagelektroden (25, 26) als ebene oder gekrümmte dünnwandige Platten, Bänder oder Folien ausgebildet sind, die in Ruhestellung parallel zueinander angeordnet sind.
    8 Kapazitives Schaltelement nach Anspruch 6 oder 7, d a d u r c h gekennzeichnet, dass die bewegliche Belagelektrode (26)als vorzugsweise vorgespannte Blattfeder ausgebildet ist 9 Kapazitives Schaltelement nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass die bewegliche Belagelektrode (26) einseitig im äusseren Randbereich einer Langseite mit Hilfe eines Distanzstückes (30) mit Abstand an der stationären Belagelektrode (25) befestigt ist, lo Kapazitives Schaltelement nach Anspruch 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die bewegliche Belagelektrode (26) zur Reduzierung des verformbaren Querschnittes mit einem oder mehreren Einschnitten (33), vorzugsweise im Bereich der befestigun an der stationären Belagelektrode (25) mit einer U-förmig ausgebildeten Freisparung versehen ist 11. Kapazitives Schaltelement nach einem der Ansprüche 6 bis lo, d a d u r c h gekennzeichnet, dass die beiden Belagelektroden (25, 26) sowie das Dielektrikum (27) in einem geschlossenen Gehäuse (24) eingesetzt sind.
    12. Kapazitives Schaltelement nach einem der Ansprüche 6 bis 11, d a d u r c h gekennzeichnet, dass die stationäre Belagelektrode (25) und die bewegliche Belagelektrode (26) seitlich neben dem Magneten (23) oder dessen Bewegungsbahn (A) angeordnet sind und dass die stationäre Belagelektrode (25) zwischen der beweglichen Belagelektrode (26) und dem Magneten (23) eingesetzt ist.
    13. Kapazitives Schaltelement nach einem der Ansprüche 6 bis 12, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass eine oder beide Belagelektroden (25, 26) der Art ausgebildet und/oder vorgespannt sind, dass deren Anlage und damit die Kapazität des Kondensators (22) in Abhängigkeit von dem Kraftfeld des Magnetes (23) veränderbar ist.
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1437863B2 (de) * 1965-02-24 1971-06-16 Siemens AG, 1000 Berlin u 8000 München Kontaktloser zeichengeber
DE2162044B2 (de) * 1970-12-17 1979-04-19 Teletype Corp., Skokie, Ill. (V.St.A.) Kapazitiver Schalter

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE2162044B2 (de) * 1970-12-17 1979-04-19 Teletype Corp., Skokie, Ill. (V.St.A.) Kapazitiver Schalter

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