DE3638667C2 - - Google Patents

Description

Flächenschalter, bei welchen eine Scheibe oder eine Folie beim Eindrücken auf einen anderen Schaltkörper eine elektrische oder elektronische Schaltung vollzieht, sind bekannt. Sie werden vorzugsweise in der Industrie zum Schalten von Bearbeitungsvorgängen oder an Türen von öffent­ lichen Verkehrsmitteln, in und an Fahrstühlen u. s. w. verwendet, wo es wünschenswert ist, eine Schaltung ohne herausragende und damit beschädig­ bare Schaltelemente (Schalthebel u. ä.) und ohne Suchen nach solchen (z. B. im Dunkeln) zu vollzie­ hen, sondern lediglich bei Leichtdruckbetätigung einer Schalterfläche die Schaltung ausführen zu können.

Bedeutsam ist hierbei ein möglichst kurzer Schalt­ weg. Soll die Schaltung spontan und zuverlässig zustande kommen, ist es erforderlich, daß Schalt­ druck und Schaltweg stets gleich und unveränder­ lich sind; nur dann sind die Voraussetzungen für eine optimale Leichtdruckschaltung gegeben. Schließlich muß die Schaltung auch bei einer exzentrischen Betätigung der Schaltfläche zuver­ lässig erfolgen.

Die bisher bekannten Flächenschalter sind noch weit davon entfernt, diese Vorbedingungen zu erfüllen. Die technischen Abnahmestellen verlangen, daß der Flächenschalter innerhalb eines Tempe­ raturbereiches zwischen -30°C und +80°C ein­ wandfrei funktioniert.

Die Hauptschwierigkeit bei den bekannten Flächenschaltern liegt darin, daß die Luft­ masse im Luftraum zwischen der Schaltfolie und dem Gegen­ schaltelement von den Temperaturschwankungen stark be­ einflußt wird. Eine Ausgleichsverbindung zu der Außen­ luft würde Feuchtigkeit in das Schaltsystem einbringen und die Kontakte zerstören. Steigt die Temperatur im System, erweitert sich die im Schalter eingeschlossene Luft, hebt die Schaltfolie an, verlängert den Schalt­ weg und erhöht den zur Schaltung notwendigen Schalt­ druck. Fällt aber die Temperatur, zieht sich umgekehrt die Luft im Schaltsystem zusammen; die dünne Schaltfolie wird vom praktisch gleichbleibenden Druck der Außen­ luft näher an das Gegenschaltelement gedrückt. Dabei dürfen die Schaltwege nicht derart kurz werden, daß un­ gewollte Schaltungen schon durch Erschütterungen aus­ gelöst werden, z. B. durch Schwingungen einer Fahrzeug­ wand.

Bisher war niemand imstande, dieses Problem zu lösen; mangels einer Problemlösung behalf man sich lediglich damit, an den Symptomen zu basteln. So hielt man den Luftraum im Schaltsystem möglichst klein, schloß ihn hermetisch ab und gestaltete den mittleren Schaltweg derart groß, daß Selbstschaltung selbst bei maximaler Kälte ausgeschlossen war. Die unvermeidlichen Kompro­ misse zwischen diesen Merkmalen blieben jedoch unbe­ friedigend.

Die DE-GMS 79 02 331 und 79 19 972 beschreiben Berüh­ rungsschalter, deren Schaltorgane jeweils zwei elasti­ sche Folien aufweisen, die von je einem Folienring im Abstand voneinander gehalten werden. Auf jeder Folie befindet sich je ein aufgedrucktes Kontaktfeld aus elektrisch leitfähigem Material. Drückt man auf die äußere Schaltfolie, kommt die Schaltung zustande.

An diesen Erfindungen zeichnen sich die techni­ schen Schwierigkeiten genau ab, mit denen der Konstrukteur eines Flächenschalters zu kämpfen hat. Wenn der Schalter auf geringe und insbeson­ dere auf exzentrische Fingerdrücke ansprechen soll, muß die äußere Schaltfolie dünn und elastisch sein. Damit reagiert der Schalter auch auf Flä­ chendruck, z. B. auf den Wasserdruck aus einem Reinigungsschlauch, ja selbst auf die Einwirkung einer starken Regenböe. Bei Folien der in diesen Druckschriften beschriebenen Art ist die Einwir­ kung von Temperaturschwankungen, wie vorhin dar­ gestellt, besonders kritisch.

Aus der DE-OS 33 38 810 ist ein Flächenschalter bekannt, der aus einem scheibenförmigen, elastischen Tastelement besteht, das gegen den eigenen elastischen Biegewiderstand an ein Schalterelement andrückbar ist und dadurch über an diesen Elementen angeordneten Schaltorganen einen elektronischen oder schwachstromelektrischen Stromkreis schließt. Zwischen dem scheibenförmigen Tastelement und dem Schalterelement ist ein hermetisch abgeschlossener Luftraum ausgebildet. Dieser bekannte Flächenschalter hat den Nachteil, daß sich bei einer Temperaturverringerung der abgeschlossene Luftraum verkleinert, was insbesondere bei sehr tiefen Temperaturen dazu führen kann, daß ein unbeabsichtigter Schaltimpuls selbständig ausgelöst wird. Auch eine nach außen gewölbte Ausbildung des Tastelementes schließt dies nicht grundsätzlich aus. Bei einer Temperaturerhöhung, wie dies beispielsweise im Sommer oder bei direkter Sonneneinstrahlung vorkommen kann, erhöht sich der Luftdruck in dem abgeschlossenen Luftraum verhältnismäßig stark, was einen entsprechend erhöhten Fingerdruck erforderlich macht.

Aus der DE-OS 35 07 457 ist ein elektrischer Schalter bekannt, bei dem zwischen zwei hermetisch abgeschlossenen Kammern eine Membran mit einer Öffnung geringen Querschnitts angeordnet ist. Über diese Öffnung findet ein Druckausgleich zwischen den beiden Kammern statt. Dadurch soll bei diesem Schalter sichergestellt werden, daß die den Schaltkontakt tragende Membran nach jedem Schaltvorgang rasch eine Mittelstellung einnimmt, welche einer Schaltstellung entspricht.

Der im Anspruch 1 als übergeordnet dargestellte Tastschal­ ter ist nur unvollständig imstande, die eingangs auf­ gestellten Forderungen an einem optimalen Flächen­ schalter zu erfüllen, denn im Prinzip ist dieser Schalter nichts mehr als ein - allerdings technisch perfektioniertes - Spiegelbild der Erfindungen der DE-GMS 79 02 331 und 79 19 972. An der technischen Problematik eines Flächenschalters, das immerwäh­ rende Gleichgewicht Schaltdruck-Schaltweg bei kür­ zestem Schaltweg unter allen gegebenen Betriebs­ zuständen sicherzustellen, geht auch diese Erfin­ dung vorbei. Dazu kommt, daß der Tastschalter nach DE-OS 33 38 810 immer noch dünne und entsprechend verletzbare Folien verwendet - und infolge des Ar­ beitsprinzips verwenden muß, daß also schon vom Gesichtspunkt der Verletzbarkeit die Konstruktion unzulänglich ist. Hieran ändert die beschriebene Verwendung einer besonderen Schutzfolie nichts.

Schließlich weist keine der bekannten Flächenschal­ ter eine galvanische Trennung des Tastelements von den stromführenden Organen auf. Diese Tatsache schloß bisher die Verwendung der bekannten Flächenschalter im Spannungsbereich 24 V und höher aus, da für diesen Bereich die galvanische Trennung Normvorschrift ist.

Gegenüber diesem Stand der Technik liegt nun der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Flächenschalter der eingangs beschriebenen Gattung so auszubilden, daß bei kleinen Schaltwegen bei einer Temperaturänderung der für die Betätigung erforderliche Schaltweg und der Schaltdruck weitgehend konstant bleiben, d. h., bei einer Temperaturerhöhung sollen sich der Schaltweg und der Schaltdruck nicht vergrößern und umgekehrt soll bei einer Temperaturverringerung ausgeschlossen werden, daß ein selbständiger Schaltimpuls erfolgt.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird gemäß der Erfindung bei einem Flächenschalter der eingangs beschriebenen Gattung vorgeschlagen, daß der hermetisch abgeschlossene Luftraum mit einem hochelastischen Druckausgleichsschlauch verbunden ist, dessen dem Luftraum abgewandtes Ende verschlossen ist.

Diese Ausbildung stellt sicher, daß bei jeglicher Temperaturänderung der für die Betätigung erforderliche Schaltweg und der Schaltdruck weitgehend konstant bleiben und die selbständige Auslösung eines Schaltimpulses ausgeschlossen ist.

Weitere Merkmale eines Flächenschalters gemäß der Erfindung sind in den Ansprüchen 2-6 offenbart.

Ausführungsbeispiele

Anhand von Zeichnungen werden in der Folge zwei Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt und erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein Flächenschalter in einer Draufsicht,

Fig. 2 den Schnitt X-X der Fig. 1 und

Fig. 3 den Schnitt X-X der Fig. 1, jedoch mit einer anderen Anordnung der Schalt­ organe.

Das Schaltergehäuse 1, 2 besteht aus einem Einsteck­ teil 1 und einem Aufnahmeteil 2 und ist aus einem geeigneten Kunstharz, z. B. Polyvinylchlorid, im Spritzgießverfahren gegossen. Das Einsteckteil 1 ist wannenförmig; der Wannenboden stellt das äu­ ßere Tastelement 3 dar. Das Aufnahmeteil 2 ist als Doppelring ausgebildet und weist eine ringförmige Mulde 4 auf, in welche die Wannenwand des Einsteck­ teils 1 beim Zusammenstecken des Schaltergehäuses 1, 2 eintaucht. In einer gegenüberliegenden Mulde 5 ist Raum für einen Dichtring 6.

Vor dem Einstecken des Einsteckteils 1 in das Auf­ nahmeteil 2 wird ein zylinderförmiges Schaltelement 7, im folgenden Schalterteil genannt, bis zu einem im Einsteckteil 1 befindlichen ringförmigen Anschlag 8 in das Einsteckteil 1 eingeführt. In einer ringförmigen Ausnehmung 9 des Schalterteils 7 ist ein Distanz- und Dicht­ ring 10 eingelegt.

Das Tastelement 3 und das Schalterteil 7 sind transparent (klar, milchig oder farbig). Um die Hochachse des Schalterteils 7 sind drei Leucht­ körper 11, z. B. Leuchtdioden, angeordnet. Im Raume 12 unter dem Schalterteil 7 befinden sich die für die Schaltung erforderlichen Elektronik- und Verteilerorgane 13 und die zugehörigen Lei­ tungen 14.

Zwischen dem Tastelement 3 und dem Schalterteil 7 befindet sich ein enger luftgefüllter Raum 15. Der Luftraum 15 ist bis auf einen mit ihm ver­ bundenen hochelastischen Druckausgleichsschlauch 16 hermetisch abgeschlossen. Der Druckausgleichs­ schlauch 16 ragt in den unter dem Schalterteil 7 befindlichen Raum 12 hinein und ist dort an seinem dem Luftraum 15 abgewandten Ende 17 ver­ schlossen. Dehnt sich die im Luftraum-Aus­ gleichsschlauch befindliche Luft infolge von Temperaturanstieg, wird der damit verbundene Druckanstieg im System Luftraum-Druckausgleichsschlauch von dem Druckausgleichsschlauch 16 elastisch auf­ gefangen; es entsteht im Luftraum 15 kein merk­ bar erhöhter Druck. Der durch die Ausdehnung der hochelastischen Schlauchwand entstehen­ de Eigendruck ist bei den hier in Frage kommenden Luftmengen kaum meßbar, wenn überhaupt. Anstelle des hier beschriebenen Druckausgleichsschlauchs kann jede Art von hochelastischem Luftsack verwendet werden.

Bei fallenden Temperaturen würde sich normaler­ weise der Luftdruck im Luftraum 15 verringern, während der auf das Tastelement 3 ruhende Außen­ druck im wesentlichen gleich bliebe. Auch hier sorgt der Ausgleichschlauch 16 für Ausgleich. Der Gesamtdruck im Raume 15, 16 ändert sich bei Tem­ peraturrückgang nicht, und der Druck der Außenluft kann die Ursprungslage des Tastelements nicht beein­ flussen, also das Tastelement nicht näher an das Schalterteil 7 herandrücken. Die Höhe des Luft­ raums 15 kann mithin extrem eng gehalten werden.

Die Stärke des Tastelements 3 ist derart bemes­ sen, daß ein Fingerdruck von 3 N im Zentralbe­ reich und von 4 N im Randbereich eine Schaltung auslöst. Diese geringen Schaltdrücke sind daher ausreichend, um den kurzen Schaltweg zu überwinden. Bei einem wesentlich längeren Schaltweg müßte wegen des relativ starken Tastelements erheblich größere Druckkräfte eingesetzt werden.

Ein weiterer Vorteil am relativ starken Tastele­ ment ist, daß ein flächendeckender Druck, z. B. der Druck des Spritzwassers aus einem Reinigungs­ schlauch oder der Druck einer starken Regenböe, nicht imstande ist, eine Schaltung auszulösen.

An dem Ausführungsbeispiel Fig. 2 ist das Tastele­ ment 3 mit einer kreisförmig um seine Hochachse und nach innen hin ausgerichtete wulstartige Ring­ verstärkung 18 versehen. In die von der wulstförmigen Ringverstär­ kung 18 gebildete Mulde ragt zentrierend der Schalt­ knopf 19 eines im Schalterteil 7 angeordneten federbelasteten und feineinstellbaren Druckta­ sters 20 hinein und liegt hier ständig auf dem Tastelement 3 auf, so daß jeder auf das Tast­ element 3 ausgeübte Fingerdruck den Schaltknopf 19 und damit den Drucktaster 20 bewegt und eine eine Schaltung auslöst. Schaltweg und Schaltdruck sind durch die Einstellung des Drucktasters 20 bestimmbar. Diese Technik ist nur deswegen möglich, weil die Höhe des Luftraums 15 stets gleich bleibt. Würde z. B. das Tastelement 3 unter dem Einfluß eines inneren Überdrucks auswölben, än­ derte sich nicht nur der Schaltweg, sondern es wäre auch ein erheblich höherer Fingerdruck er­ forderlich, um das starke Tastelement nach un­ ten zu drücken.

An der Außenseite des Schalterteils 7 befindet sich eine ringförmige Ausnehmung 21 rund um den Drucktaster 20. Zwischen der Ringverstärkung 18 und dem Schalterteil 7 bildet sich hier als Teil des Luftraumes 15 der Zentralluftraum 22, in welchem die wulstartige Ringverstärkung 18 eintaucht.

In fahrenden Waggons, deren Tür mit erfindungsgemäßen Fläschenschaltern ausgerüstet sind, können keine Fehl­ schaltungen ausgelöst werden, weil der Schaltknopf 19 in der Mulde der Verstärkung 18 zuverlässig axial und radial eingebettet ist und mit den Fahr­ zeugwänden mitschwingt.

Das Schaltprinzip nach dem Flächenschalter Fig. 2 weist neben dem Vorteil eines sehr kurzen und einstellbaren Schaltweges auch den Vorteil einer galvanischen Trennung der Schaltorgane auf, ein Vorteil, der noch kein bisher bekannter Flächen­ schalter besaß. Auch nach Totalbeschädigung des Tastelements 3 bleibt es ausgeschlossen, daß eine Person, die den Schalter betätigen will, mit der Hand in Teile gerät, die unter Spannung stehen, vgl. S. 6 unten.

Fig. 3 zeigt eine andere, einfachere Version des Flächenschalters. Das Tast­ element 3 weist keine Verstärkung 18 und der Schalterteil 7 keine ringförmige Ausnehmung 21 auf. Der Luftraum 15 verläuft dementsprechend scheibenförmig zwischen Tastelement 3 und Schal­ terteil 7. Auf die Innenseite des Tastelements 3 und die nach außen gekehrte Seite des Schalter­ teils 7 sind Kontaktgitter 23, 24 aus leitendem Material (z. B. Gold) aufgebracht (aufgedampft), die über Zuleitungen (25, 26) mit den Elektronik- und Verteilerorganen 13 verbunden sind. Alle übrigen Einzelheiten sind die gleichen wie für Fig. 2 beschrieben.

Übt man auf das Tastelement 3 einen Fingerdruck aus, wird das Kontaktgitter 23 an das Kontaktgit­ ter 24 herangedrückt, worauf die Schaltung erfolgt. Schaltweg und Schaltdruck werden unmittelbar von der Höhe des Luftraums 15 bestimmt, die primär von der Anordnung des Anschlags 8 im Einsteckteil 1 abhängt, jedoch durch Verwendung von Distanz- und Dichtringe 10 unterschiedlicher Stärke regulierbar ist, allerdings nur im engen Rahmen. Wegen der relativen Steifigkeit des Tastelements 3 und des Druckausgleichs im Luftraum 15 sind bei dieser Anordnung ebenso extrem kurze Schalt­ wege möglich wie im Ausführungsbeispiel Fig. 2.

Die Version Fig. 3 besitzt den Vorteil der Ein­ fachheit und einer erheblich niedrigeren Bau­ höhe. Gegenüber der Version Fig. 2 weist sie den Nachteil der galvanischen Nicht-Trennung auf, der jedoch weniger ins Gewicht fällt als bei den bekannten Flächenschaltern, da das Tastelement 3 als integriertes Teil des Schaltergehäuses 1, 2 Eindringen von Luft und Feuchtigkeit ins Ge­ häuseinnere verhindert und durch seine relati­ ve Materialstärke schon in sich robust ist.

Die Zeichnungen zu den Ausführungsbeispielen Fig. 2 und 3 sind auf Flächenschalter für die Schaltung von Verkehrsampeln an Fußgängerüber­ wegen abgestellt. An solchen und ähnlichen Anla­ gen ragen die Schalter weit aus ihrer Lagerung hervor; sie sind auf einem Rohrstutzen 27 be­ festigt, der mittels einer Mutter 28 auf der Wand 29 des Ampelgehäuses aufgespannt ist. Zur Verwendung beispielsweise an Fahrzeugtüren u. s. w. kann das Schaltergehäuse 1, 2 ohne weiteres so gestal­ tet werden, daß die Ebene des Tastelements 3 etwa in der Ebene der den Schalter aufnehmenden Wand 29 verläuft.

Liste der Bezugszeichen

 1 Einsteckteil des Schaltergehäuses 1, 2
 2 Aufnahmeteil des Schaltergehäuses 1, 2
 3 Tastelement, Tastfläche
 4 ringförmige Mulde im Aufnahmeteil 2
 5 Gegenmulde für Dichtring 6
 6 Dichtring
 7 Schaltelement (Schalterteil)
 8 Anschlag im Einsteckteil 1
 9 ringförmige Ausnehmung am Schalterteil 7
10 Distanz- und Dichtring am Schalterteil 7
11 Leuchtdioden
12 Raum unter dem Schalterteil 7
13 Elektronik- und Verteilerorgane
14 Zuleitungen
15 Luftraum zwischen Tastelement und Schalterteil 7
16 Druckausgleichsschlauch
17 verschlossenes Ende des Druckausgleichs­ schlauchs 16
18 wulstartige Ringverstärkung am Tastelement 3
19 Schaltknopf des Drucktasters 20
20 Drucktaster
21 ringförmige Ausnehmung am Schalterteil 7 um den Drucktaster 20 herum
22 Zentralluftraum
23, 24 Kontaktgitter am Tastelement 3 bzw. um Schalterteil 7
25, 25 Zuleitungen zu den Kontaktgittern 23, 24
27 Rohrstutzen
28 Schraubenmutter
29 Wand, in welcher der Flächenschalter befestigt ist.

Claims (6)

1. Flächenschalter mit einem scheibenförmigen, elastischen Tastelement, das gegen den eigenen elastischen Biegewiderstand an ein Schaltelement andrückbar ist und dadurch über an diesen Elementen angeordneten Schaltorganen einen elektronischen oder schwachstromelektrischen Stromkreis schließt, wobei zwischen dem Tastelement und dem Schaltelement ein hermetisch abgeschlossener Luftraum ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der hermetisch abgeschlossene Luftraum (15, 22) mit einem hochelastischen Druckausgleichsschlauch (16) verbunden ist, dessen von dem Luftraum (15, 22) abgewandtes Ende (17) verschlossen ist.

2. Flächenschalter nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das scheibenförmige elastische Tastelement (3) voll in das Einsteckteil (1) des Schaltergehäuses (1, 2) integriert und mit diesem zusammen in einem Stück erstellt ist.

3. Flächenschalter nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Schaltelement (7) bis zu einem die Höhe des Luftraumes (15, 22) be­ stimmenden ringförmigen Anschlag (8) an der Innen­ wand des Schaltergehäuses (1, 2) von der Innenseite des Einsteckteils (1) her in dieses eingesteckt ist.

4. Flächenschalter nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß als Schaltorgan des Schalt­ elements (7) ein federbelasteter, feineinstell­ barer Drucktaster (20) zentral im Schaltelement (7) gelagert ist, wobei der Schaltknopf (19) des Druckschalters (20) ständig an der Innenseite des Tastelements (3) zentrisch anliegt.

5. Flächenschalter nach Ansprüchen 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Tastelement (3) zentral um seine Mittelachse herum eine wulstartige Ringver­ stärkung (18) aufweist.

6. Flächenschalter nach Ansprüchen 1, 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltelement (7) unter der wulstartigen Verstärkung (18) am Tastelement (3) eine scheibenförmige Ausnehmung (21) aufweist, in welche die wulstartige Ringverstärkung (18) ein­ taucht.