DE3332870A1 - Schalter - Google Patents

Description

Kombinat -

VEB Keramische Werke Hermsdorf P 919

(17.8.83)

Schalter

Die Erfindung betrifft einen Schalter, bei dem die optische Strahlung einer Strahlungsquelle durch grundsätzlich mit Umhüllungen versehene Lichtleiter einem Strahlungsempfänger zugeleitet und zur Erzeugung eines Schaltzustandes vorzugsweise manuell beeinflußt wird. Der Schalter ist sowohl als einfacher Ein— und Ausschalter für Lichtquellen und elektrische bzw· elektronische Geräte als auch als Taste zur Datenein- und -ausgabe bei elektronischen Geräten verwendbar·

Es sind bereite Sensorschalter bekannt, mit denen Schaltstellungen unter Ausnutzung des Halleffektes realisiert werden· Da bei der Abstandsänderung zwischen den verwendeten Bauteilen, einem Hallgenerator mit Schwellwertauslösung, eine Potentialänderung auftritt, sind elektrische Mittel suT Bewertung dieser Änderung zusätzlich vorzusehen· Außerdem sind mechanische toleranzhaltige Mittel zur Abstandsänderung selbst erforderlich, die einerseits eine voluminöse Bauweise bedingen und andererseits in chemisch bzw. physikalisch aktiver Atmosphäre eines besonderen Schutzes bedürfen.

Andere bekannte Schaltelemente bedienen sich eines vorzugsweise in Inertgasatmosphäre befindlichen and sich unter der Wirkung eines veränderlichen Magnetfeldes schließenden oder Öffnenden Kontaktes« Abgesehen davon, daß auch in diesem Fall mechanische oder elektrische Mittel zur Veränderung der Intensität des auf den Kontakt wirkenden magnetischen Feldes vorgesehen sein müssen, sind schaltungstechnische Maßnahmen zum Entprellen des Kontaktes und die Verwendung

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von Edelmetallen oder seltenen und damit teuren Metallen ₍ zur Kontaktherstellung unumgänglich·

Ferner sind Sensorschalter bekannt, bei denen ein Stromfluß zwischen zwei Kontaktflächen über den Hautwiderstand des menschlichen Körpers zur Steuerung der Kontaktgabe erfolgt· Oder es wird der Ableitstrom von einer Kontaktfläche über den menschlichen Körper zu einer elektrischen Masse ausgewertet· Diese Sensorschalter vermeiden zwar voluminöse mechanische Mittel zur Abstandsänderung zwischen einzelnen Bauteilen, jedoch wird die damit verbundene physische Belastung des menschlichen Körpers beim Betätigen des Sensorechalters als nachteilig und belastend angesehen·

Darüber hinaus sind seltene oder Edelmetalle zur Verhinderung von KorrAsionselnflüesen auf der Berührungsfläche des Sehalters notwendig· Es sind auch kontaktlose Eingabevorrichtungen zur manuellen Eingabe von Informationen in elektrische Geräte bekannt, bei denen die auf βtrahlungsempfindliche Energiewandler fallende Strahlung einer oder mehrerer Strahlungsquellen geometrisch beeinflußt wird. Diese Anordnung ist sehr aufwendig im Aufbau und gegen Verschmutzungen sehr anfällig·

einer anderen Ausführungsform werden bewegliche mechanische Teile zur Beeinflussung der Strahlungsführung verwendet, die das Volumen der ^Eingabevorrichtung vergrößern und die selbst mit einer hinreichenden Maßhaltigkeit zur Vermeidung von Verklemmungen und Verdrückungen ausgeführt »©in müssen.

Schließlich 1st die Verwendung von Lichtleitfasern sur Eingabe von Informationen in elektronische Geräte bekannt; in fliesen Fällen erfolgt ebenso eine geometrische Trennung

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der Strahlenführung durch Auftrennung der Lichtleit- , fasern und Einschieben von Blenden oder Verschlüssen in die Auftrennstelle· Auch ist bekannt, an dem der Lichtquelle zugewendeten Ende der Lichtleitfasern zur Aussonderung nicht paralleler Strahlen die Lichtleitfasern entsprechend oder nicht zu ummanteln, so daß die nicht parallel zur Lichtleitfaser verlaufenden Strahlen absorbiert werden oder aus der Lichtleitfaser austreten· Eine physikalische Beeinflussung des übertragenen Lichtstromee, insbesondere durch Berührung, findet dabei nicht statt·

Durch die Erfindung sollen die aufgezeigten Kachteile vermieden und ein vielseitig anwendbarer Schalter geschaffen werden, der sich durch eine hohe Funktionssieherheit und einen einfachen Aufbau auszeichnet. Sie soll auch langzeitig keine schädigenden Einflüsse auf den menschlichen Körper äasüben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Schalter zu schaffen, der auf einem rein optischen Prinzip beruhend, keiner beweglichen Bauteile zu seiner Steuerung bedarf und den Stromfluß über den menschlichen Körper vermeidet.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Lichtleitfasern auf einer Tastfläche nebeneinander liegenden Lichtleiter auf der Seite, die den Kontaktstellen der Lichtleiter mit der Auflagefläche gegenüber lieg't , keine Umhüllung aufweisen. Dadurch ist es möglich, die Lichtleitung durch den Lichtleiter physikalisch-optisch zu beeinflussen. Hierzu wird ein dichteres Medium als das des Lichtleiters, ein Finger oder eine Abdeckung, mit den Stellen der Lichtleiter, die keine Umhüllung aufweisen, in Berührung gebracht. Da-

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durch wird die Totalreflexion des Lichtes im Licht- , leiter an diesen Stellen aufgehoben und die Intensität des von der Strahlungsquelle dem Strahlungsempfänger zugeleiteten Lichtes geschwächt·

Die Reduzierung des ständigen Lichtstroms wird über den Strahlungsempfänger und eine Auswerteschaltung zur Steuerung des die Schaltung ausführenden Elements benutzt·

Die Abdeckung kann als Membran ausgebildet sein, die über den nicht umhüllten Teilen der Lichtleiter federnd so angeordnet ist, daß sie mit dem Finger gegen diese Teile drückbar ist· Die Membran ermöglicht einen dichteren Abschluß gegen eine mechanisch und/oder chemisch aktive Atmosphäre und damit gegen Verschmutzung· Die Anordnung kann auch so getroffen sein, daß alle Elemente des Schalters in einem Block eingegossen und damit gegen Staub, Wasser, Gase und Dämpfe geschützt sind und daß sich nur zwischen der Membran und den Lichtleitern ein geringer, im Auslenkungsbereich der Membran liegender Luftabstand befindet.

Eine vorteilhafte Ausführungeform der Erfindung ergibt sich, wenn der Strahlungsquelle eine Impulsgeberschaltung und dem Strahlungsempfänger eine Impuleverknüpfungsschaltuag zugeordnet und beide Schaltungen miteinander verbunden sind·

Balurch ist es möglich, Sender und Empfänger in einem Taktverhältnis zu betreiben, das gewährleistet, daß während eines manuellen Beeinflussens der nicht umhüllten Lichtleiterteile mindestens ein Lichtimpuls von der Strahlungsquelle gesendet und nach Passieren der Lichtleiter in reduzierter Form rom Strahlungsempfänger empfangen wird·

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Die Impulsdauer ist klein gegenüber der übrigen Zeit« Auf diese Weise gelingt es, die zum Betreiben der Strahlungsquelle und des Strahlungsempfängers notwendige Leistung erheblich zu reduzieren, ohne daß die Funktioussieherheit des Schalters eingeschränkt wird.

Bisher war angenommen worden, daß der Schalter nur ein die Schaltung ausführendes Element und dementsprechend nur eine Strahlungsquelle und einen Strahlungsempfänger aufweist·

Sollen mehrere entfernte, die Schaltung ausführende Elemente gesteuert werden, kann die Strahlung einer Strahlungequelle über Lichtleiter in unterschiedlichen Strängen über unterschiedliche Tastflächen zu Strahlungsempfängern geführt werden, deren Anzahl gleich der Anzahl der die Schaltung ausführenden Elemente ist und die über eine gemeinsame elektronische Codier- und Speiseeinheit sowie eine gemeinsame Decodiereinheit mit den die Schaltung aueführenden Elementen verbunden sind·

Die Verbindung der Strahlungsempfänger mit den die Schalttmg ausführenden Elementen über eine gemeinsame Codier-, Speise- und Decodiereinheit ist auch möglich, wenn jedem Strahlungsempfänger eine Strahlungsquelle zugeordnet ist· Auf diese Weise können die die Schaltung ausführenden Elemente steuernden Sensoren getrennt oder mehrere ausführende Elemente an unterschiedlichen Orten über eine gemeinsame Leitung codiert betrieben werden. Diese Leitung kann auch durch die Hetzinatallation übernommen werden« Der erfindungsgemäße Schalter kann bei höchsten Uraweltanforderungen eingesetzt und mit minimalen Betätigungskräften bedient werden·

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Die Erfindung wird nachstehend an Hand der schematischen Zeichnung näher erläutert. Es seigen:

Fig. 1 die Erfindung in einer Längsschnittdarstellung des Aufrisses,

Fig. 2 die Erfindung in Draufsicht,

Fig· 3 den vergrößerten Querschnitt durch einen auf der Taitflache liegenden lichtleiter,

Figo 4 die zur Erfindung gehörende elektrische Schaltungsanordnung,

Fig® 5 ein Ausführungsbeispiel mit einer Strahlungsquelle und mehreren Schaltelementen und

Fi§> 6 ein weiteres Ausführungsbeispiel mit derselben Anzahl von Strahlungsquellen und Schaltelementen·

In Fig· 1 und 2 ist ein Träger 1 mit einer Auflagefläche 2 vergehen· In den Träger 1 sind eine Strahlungsquelle 3 mit Kontakten 4, ein Strahlungsempfänger 5 mit Kontakten 6 und ein aus optisch wirksamen Fasern (Fig· 3 ) bestehendes Lichtleiterbündel 8 mit seinen Enden eingegossen. Jede Faser 7 ist mit einer Umhüllung 9 versehen und bildet so einen Lichtleiter, bei dem die Faser 7 einen höheren Brechungsindex hat als die Umhüllung 9· Das Lichtleitebündel 8 ist seiner Lichteintrittsflache 10 an der Strahlungsquelle seiner Lichtaustrittsfläche 11 am Strahlungsempfänger 5 angepaßt angeordnet und hat in der Nähe seiner Lichtein- und Auetrittsfläche eine zylindrische Form, Das Lichtleiterbündel 8 verläuft derart aufgefächert über die Auflagefläche 2, daß auf der Auflagefläche 2 nur eine Lage von Lichtleitern 8 angeordnet ist.

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Auf der der Auflagefläche 2 gegenüberliegenden Seite weisen die Lichtleiter 8 in einem Bereich 12 keine Umhüllung 9 auf· Über die Tastfläche 2 ist in einem Abstand vom Bereich 12 der Lichtleiter θ eine federnde Membran 2 angebracht, deren Abstand durch einen auf dem Träger 1 befestigten Abstandskörper 1 *gegeben und mit dem die Membran 2' fest verbunden ist·

Das von der Strahlungsquelle 3 als kontinuierlicher Strom oder Impuls ausgehende Licht wird vom Lichtleiterbündel 8 durch die Lichteintrittsfläche 10 aufgenommen und durch Totalreflexion in den Pasern 7 durch die Lichtaustrittefläche 11 dem Strahlungsempfänger 5 zugeleitet. Wird das Lichtleiterbündel 8 im Bereich 12 zum Beispiel mit dem Finger über die Membran 2* berührt, deren Brechungsindex größer nie der der Fasern 7 ist, so wird an der BerUhrungsetelle die Totalreflexion gelöscht, und das Lieht verlädt die Faeer 7 an dieser Stelle, so daß weniger oder kein Licht auf den Strahlungsemepfänger 5 fällt und in diesem kein Impuls erzeugt wird.

In Fig. 4 ist eine mit einer Betriebsspannung ü_ß versorgte, mit der Strahlungequelle 3 der Fig· 1 bis 2 identische Leuchtdiode 13 an eine Stromquelle 14 angeschlossen, deren Arbeitsweise von einem Taktgeber 15 gesteuert wird· Dadurch wird die Leuchtdiode 13 nicht kontinuierlich, sondern nur in gewissen Zeitabständen, und zwar kurzzeitig, betrieben und der Energieverbrauch des erfindungsgemäßen Schalters erheblich reduziert· Weiterhin ist in Fig· 4 ein mit einer Betriebsspannung Ug versorgter mit dem Strahlungsempfänger in Fig. 1 bis 2 identischer Fotowandler 16 vorgesehen, der die von der Leuchtdiode 13 ausgehenden Strahlungeimpulse durch nicht dargestellte Lichtleiter 8 in Fig. 1 bis 3 empfängt.

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Der Fotowandler 16 ist mit einem Arbeitswiderstand 17 und ebenso wie der Taktgeber 15 mit einer Verknüpfungsschaltung 18 verbunden, die ein HAND- und ein AND-Gatter 19 bzw. 20 enthält. Dem Ausgang der Verknüpfungsschaltung 18 ist ein die Schaltung ausführendes Element (Schaltelement) 21 zugeordnet· In der Verknüpfungsschaltung 18 werden die vom Taktgeber 15 und die vom Fotowandler 16 im wesentlichen gleichzeitig eintreffenden Signale derart miteinander verknüpft, daß das Schaltelement 21 nur dann einen Impuls erhält und seine Lage ändert, wenn das vom Fotowandler 16 kommende Signal ausbleibt oder nicht dem des Taktgebers 15 gleicht· Das AND-Gatter 19 negiert das vom Fotowandler 16 kommende Signal so, daß es bei unbeeinflußtem Lichtimpuls im Lichtleiter entgegengesetzt gleich dem vom Taktgeber 15 kommenden Signal ist, so daß das AND-Gatter 20 beide Signale zu Null addiert und kein Signal an das Schaltelement 21 abgegeben wird·

In Fig· 5 führen von einer Strahlungsquelle 22 mehrere (s@chs) Licht!eifcbündel 23 bis 28 zu Strahlungsempfängern 29 bis 34. Sine Codler- und Speiseeinheit 35 ist einerseits mit der Strahlungsquelle 22 and dem Strahlungsempfän ger 29 1%£ 34 und andererseits über eine Speise- und Signalleitung 36 mit einer Decodiereinheit 37 verbunden· An die Decodiereinheit 37 ist eine der Anzahl der Strahlungsempfänger 29 bis 34 entsprechende Anzahl von Schaltelementen abgeschlossen, von denen ans Darstellungsgründen nur die äußeren 38, 39 *n der Fig. 5 gezeichnet sind·

• Codier- und Speiseeinheit 35 speist über eine Speiseleitung 40 die Strahlungsquelle 22, die die Lichtleitbündel 23 bis 28 gemäß den Pig· 1 bis 3 durchstrahlt, so daß di© Strahlungsempfänger 29 bis 34 Strahlungseignale an die

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Codier- und Speiseeinheit 35 abgeben. Letztere verkoppelt die Strahlungssignale, beispielsweise wie zu Fig· 4 beschrieben, und überträgt in Abhängigkeit vom jeweiligen Strahlungsempfänger über die Speise- und Signalleitung 36 die Informationen codiert zur Decodiereinheit 37·

Diese empfängt die codierten Informationen, decodiert sie und stellt daraus die Befehleimpulse für das zugehörige Schaltelement 38; 39 bereit. Beispielsweise kann dem Strahlungsempfänger 29 das Schaltelement 38 und dem Strahlungsempfänger 34 das Schaltelement 39 zugeordnet sein.

ίη Fig. 6 werden von einer Decodier- und Speiseeinheit drei Strahlungequellen 42; 43; 44 gespeist, die Über Idchtleiterbündel 45; 46; 47 mit Strahlungsempfängern 48; 49; 50 in Verbindung stehen« Die durch die Lichtleiterbündel 45; 46; 47 empfangenen Lichtsignale der Strahlungsquellen 42; 43; 44 rufen in den Strahlungsempfängern 48; 49» 50 elektrische Signale hervor, die in der Codier- und Speiseeinheit 41 codiert und über eine Speise- und Siga&lleitung 51 an eine Decodiereinheit 52 gegeben werden· Die Decodiereinheit 52 deoodiert die durch die Signale überbrachten Informationen und gibt sie an Schaltelemente 53; 54; 55 weiter, wodurch deren Schaltstellungen geändert oder beibehalten werden. Die Anordnung ist so getroffen, daß dem Strahlungsempfänger 48 das Schaltelement 93, dem Strahlungsempfänger 49 das Schaltelement 54 und dem Strahlungsempfänger 50 das Schaltelement 55 zugeordnet ist.

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Claims (1)

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   Patentansprüche

   Schalter, bei dem die optische Strahlung wenigstens einer Strahlungsquelle durch grundsätzlich mit Umhüllungen versehene Lichtleiter mindestens einem Strahlungsempfänger zugeleitet und zur Erzeugung eines Schaltzustandes vorzugsweise manuell beeinflußt wird, gekennzeichnet dadurch, daß die Lichtleiter auf mindestens einer Auflagefläche nebeneinander liegen und daß die nebeneinander liegenden Lichtleiter auf der Seite, die den Kontaktstellen der Lichtleiter mit der Auflagefläche gegenüber liegen, keine Umhüllungen aufweisen·

   Schalter nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß über den auf der Auflagefläche liegenden Lichtleitern in einem Abstand eine Membran federnd angeordnet ist, deren Brechungsindex vorzugsweise größer ist als der Brechungsindex der Lichtleiter.

   Schalter nach Anspruch 2, gekennzeichnet dadurch, daß der Strahlungsquelle eine Impulsgeberschaltung und dem Strahlungsempfänger eine Impulsverknüpfungsschaltung zugeordnet und beide Schaltungen miteinander verbunden sind·

   Schalter nach Anspruch 2, gekennzeichnet dadurch,daß mehrere Strahlungsempfänger und die gleiohe Anzahl Tastflächen vorgesehen sind, daß auf jeder Tastfläche die Lichtleiterfasern cur Verbindung der jeweiligen Strahlungsquelle mit den zugehörigen Strahlungsempfänger nebeneinanderzulegend angeordnet sind und daß den Strahlungsempfängern eine gemeinsame elektronische Codier-und Speiseeinheit sowie Decodiereinheit nachgeordnet sind.