DE4240622C2 - Schaltmatte oder Schaltplatte - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltmatte oder -platte nach dem Oberbegriff der Patentansprüche 1 und 2.

Schaltmatten sind beispielsweise aus der DE 38 21 305 A1 be­ kannt, bei der in eine Schaltmatte aus einem gummielastischen Werkstoff zwei Schaltleisten eingebaut sind, von denen jede aus einer Mehrzahl von Kontaktplatten besteht, die mit ihren End­ kanten aneinanderliegen und durch durch sie hindurchgeführte Expanderschnüre zusammengehalten werden. In diesen Kontaktplat­ ten verläuft eine Kontaktbahn, und die Ausgestaltung ist dabei so getroffen, daß jede der Kontaktplatten an ihren Enden Kon­ taktstellen besitzt, die mit den Kontaktstellen des benachbar­ ten plattenförmigen Elementes in Verbindung kommen. Bei einer Berührung der Schaltmatte und bei einer dadurch bewirkten Aus­ einanderbewegung der plattenförmigen Elemente, werden die Kon­ taktstellen getrennt, so daß hierdurch der Stromkreis unter­ brochen wird.

Schaltmatten dieser Art lassen sich in der Regel nicht feinfüh­ lig genug ausbilden, um einen Schaltvorgang auch bei geringen Drücken zu bewirken.

Bekannt sind auch Schaltungsanordnungen anderer Gattung (DE 37 15 871 A1), bei denen abwechselnd übereinander angeordnete leitende und nichtleitende Schichten vorgesehen sind, durch die unabhängig voneinander wirkende Schaltkreise gebildet sind. Schließlich ist es auch bekannt (DE-GM 88 09 052), flächige Drucksensoren dadurch zu bilden, daß sich kreuzende elektrisch leitfähige Streifen vorgesehen werden, an deren Kreuzungs­ stellen ein Teil der Streifen gewölbt ist, um ohne äußere Druckeinwirkung nicht in Kontakt mit den rechtwinklig dazu verlaufenden weiteren Streifen zu kommen. Durch Messung des Spannungsabfalls längs der Streifen kann der Ort bestimmt werden, an dem ein Kontakt zwischen oberen und unteren Streifen eintritt.

Eine Schaltmatte der Gattung nach dem Oberbegriff des Patentan­ spruches 1 oder des Patentanspruches 2 ist aus der GB 1 394 064 bekannt, bei der Blattfedern entweder auf einer oder auf beiden Seiten einer isolierenden Basisplatte vorgesehen sind, welche die stromdurchflossene Kontaktbahn bilden. Die Blattfedern sind mit Bohrungen an bestimmten Stellen versehen, durch welche aus Stahl bestehende Kontaktstifte mit einem breiten Kopf greifen, der sich jeweils von außen an die unter ihrer Eigenelastizität gegen den Kopf gedrückten Blattfedern preßt. Bei Druck auf die Blattfedern wird daher der Kopf des Kontaktstiftes frei, so daß die Strombahn unterbrochen ist. Dies gilt sowohl für die in der genannten GB 1 394 064 gezeigte Ausführungsform mit einen fest an der Basisplatte angeordneten Kontaktstift als auch für eine ebenfalls dort gezeigte Variante, bei der der Kontaktstift mit zwei jeweils an seinem Ende vorgesehenen Kontaktköpfen zwischen zwei beidseits der Basisplatte angeordnete Blattfedern gehalten ist. Bei solchen Bauarten kann die Auslösung eines Schalt­ vorganges dann gefährdet sein, wenn der Druck auf die Einrich­ tung unmittelbar im Bereich des Schaltkopfes eines Kontakt­ stiftes ausgeübt wird, da der Kontaktstift dort auch bei betätigten Blattfedern eben noch mit einem gewissen Bereich seines Umfanges an der Bohrung in den Blattfedern anliegen kann. Ein sicherer Schaltvorgang ist daher nur durch den Einsatz entsprechender Überwachungseinrichtungen für den fließenden Strom möglich. Eine feinfühlige Betätigung ist mit solchen Bauarten nicht möglich.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Schalt­ matte oder -platte der eingangs genannten Art so auszubilden, daß eine feinfühlige Betätigung möglich ist, und daß auch die gesamte Fläche der Schaltmatte oder -platte in kleine Bereiche unterteilbar ist, an denen eine Berührung schon zu einer Kon­ taktunterbrechung führt.

Zur Lösung dieser Aufgabe werden bei Schaltmatten oder -platten der eingangs genannten Art die kennzeichnenden Merkmale der Patentansprüche 1 oder 2 vorgesehen.

Durch diese Ausgestaltungen wird es jeweils möglich, die ge­ samte Fläche der Schaltmatte oder -platte mit Kontaktelementen zu versehen, deren Abstand nur durch die Größe der Kontaktköpfe und den zwischen benachbart verlaufenden Ästen der Kontaktbahn notwendigen Isolierabstand bestimmt ist. Diese Ausgestaltung läßt daher eine sehr feine Unterteilung der Fläche einer Schaltplatte oder -matte mit Kontaktelementen zu, die wegen ihrer geringen Größe auch eine feinfühlige Betätigung ermög­ lichen.

Durch die Merkmale des Patentanspruch 2 werden zwei unabhängig voneinander wirkende Schaltkreise gebildet. Eine derartig auf­ gebaute Schaltmatte oder -platte besitzt zwei redundante Sicherheitssysteme, und läßt sich daher insbesondere dort ein­ setzen, wo erhöhte Anforderungen an die Sicherheit gestellt werden. Dabei kann die Ausgestaltung zweckmäßig jeweils so getroffen werden, daß die einer der Platten oder Matten zuge­ ordnete Kontaktbahn und die mit ihr zusammenwirkenden Kontakt köpfe im Abstand zu der der anderen Platte oder Matte zugeord­ neten Kontaktbahn verlaufen. Zweckmäßig verläuft dabei die Kontaktbahn einer der Platten oder Matten jeweils in der Mitte zwischen den parallelen Ästen der mäanderförmigen Kontaktbahn der anderen Platte oder Matte.

Andere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet. Besonders vorteilhaft ist es, in den Vertiefungen Sensoren anzuordnen, die bei Betätigung eines Schaltstiftes durch den die Kontaktbahn unterbrechenden Kontaktkopf betätigt werden. Diese Ausgestaltung nämlich er­ laubt es zusätzlich auch noch, jeweils festzustellen, an wel­ cher Stelle die Unterbrechung der Kontaktbahn erfolgt ist. Dies ist z. B. für Sicherheitseinrichtungen, mit denen auch festge­ stellt werden soll, wo sich eine Bedienungsperson befindet, ein entscheidender Vorteil.

Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 die Draufsicht auf eine erste Ausführungsform einer Schaltplatte, die aus zwei aufeinanderliegenden Platten und einer dazwischen angeordneten Führungs­ platte besteht,

Fig. 2 die Darstellung des Schnittes nach der Linie II-II der Fig. 1,

Fig. 3 den Schnitt durch die Schaltplatte der Fig. 1 und 2 längs der Linie III-III in Fig. 2,

Fig. 4 den Schnitt durch eine andere Ausführungsform einer Schaltplatte mit zwei gegeneinandergelegten und je­ weils mit Schaltstiften verbundenen Schaltplatten gemäß der Erfindung längs der Schnittlinie IV-IV in Fig. 5,

Fig. 5 den Schnitt durch die Schaltplatte der Fig. 4 längs der Schnittlinie V-V,

Fig. 6 den Schnitt durch die Schaltplatte der Fig. 4 und 5 längs der Schnittlinie VI-VI in Fig. 5, und

Fig. 7 schließlich die Schnittdarstellung einer Schaltplatte ähnlich Fig. 5, jedoch mit zusätzlich angeordneten Sensoren.

In den Fig. 1 bis 3 ist schematisch eine Schaltplatte darge­ stellt, die aus zwei im wesentlichen parallel zueinander ange­ ordneten Platten (1) und (2) besteht, von denen die obere eine gewisse Elastizität aufweist, und gegenüber der unteren Platte (2) und einer dazwischen angeordneten Führungsplatte (3) elas­ tisch dadurch gelagert ist, daß Schaumstoffstreifen (4), die auch Teil einer mit Ausstanzungen versehenen Schaumstoffmatte sein können, für einen gewissen geringen Abstand (a) zwischen der oberen Platte (1) und der Führungsplatte (3) sorgen, wenn die obere Platte (1) nicht berührt wird und im Ruhezustand ist. In der in der Fig. 2 dargestellten Lage, wird auf die Mitte der Platte (1) eine gewisse Kraft ausgeübt. Sie hat sich daher in der Mitte etwas durchgebogen.

Die Platten (1, 2 und 3) bestehen aus isolierendem Material. Fest mit der oberen Platte (1) sind die Enden von Kontakt­ stiften (5) verbunden, die beim Ausführungsbeispiel von ihrem in der Platte (1) jeweils steckenden Befestigungsende aus in einen Teil größeren Durchmessers übergehen, der wiederum in der Führungsplatte (3) längsverschiebbar geführt ist. Die Kontakt­ stifte (5) besitzen an ihrem vom Befestigungsende abgewandten Ende einen scheibenförmigen Kontaktkopf (6), der ebenso wie die Kontaktstifte (5) aus einem elektrisch leitfähigem Material be­ steht. Es wäre auch möglich, die Kontaktstifte (5) selbst aus nicht leitfähigem Material herzustellen, und hierauf aus leit­ fähigem Material bestehende Kontaktköpfe aufzusetzen. Die ein­ teilige Herstellung der Kontaktstifte (5) aus einem elektrisch leitfähigen Material, z. B. aus Aluminium, ist jedoch einfacher.

Die Kontaktköpfe sind, wie die Fig. 2 und 3 zeigt, jeweils in den Abmessungen der Kontaktköpfe (6) angepaßten kreisförmigen Vertiefungen (7) aufgenommen, die in der untersten Platte (2) vorgesehen sind, und die eine Tiefe aufweisen, die jeweils dem maximalen Schaltweg der Kontaktstifte (5) entspricht, der durch den im Ruhezustand vorhandenen Abstand (a) zwischen der oberen Platte (1) und der Führungsplatte (3) gegeben ist.

Die Kontaktstifte (5) und die Vertiefungen (7) sind, wie den Fig. 1 und 3 zu entnehmen ist, jeweils in parallelen Reihen und in gleichem Abstand zueinander angeordnet, so daß sich die Kontaktstifte (5) rastermäßig auf der gesamten Fläche der obe­ ren, zur Betätigung dienenden Platte (1) verteilen.

Zwischen der Führungsplatte (3) und der unteren Platte (2) ver­ läuft eine Kontaktbahn (8), die so gelegt ist, daß sie jeweils die Achsen der Kontaktstifte (5) schneidet, und daher auch den Bereich der Kontaktköpfe (6) durchquert. Die Kontaktbahn (8) verläuft mäanderförmig durch die Bereiche der Kontaktköpfe (6), und sie besitzt die Anschlußstellen (9) und (10), an denen je­ weils eine Stromversorgung seitlich an die Schaltplatte angelegt werden kann.

Wie die Fig. 3 und die Fig. 2 zeigt, verläuft die Kontaktbahn (8), die beispielsweise fest mit der Führungsplatte (3) verbun­ den sein kann, seitlich in den Bereich der Vertiefungen (7) he­ rein, so daß sie bis unter die Kontaktköpfe (6) reicht. Bei nicht betätigter oberer Platte (1) liegen daher alle Schalt­ stifte (5) mit ihren Kontaktköpfen (6) in Serie; der an den Stellen (9) und (10) angeschlossene Schaltkreis ist geschlossen.

Wird nun, wie in Fig. 2 dargestellt, die obere Platte (1) durch eine auf sie wirkende Kraft durchgebogen, dann wird mindestens ein Kontaktkopf (6) so weit in seine Vertiefung (7) hereinge­ drückt, daß an seiner Stelle die Kontaktbahn (8) unterbrochen ist. Damit ist auch der Schaltkreis unterbrochen.

Die Darstellung der Fig. 2 ist so gewählt, daß nicht nur einer der Kontaktköpfe (6) durch das Durchbiegen der Platte (1) die Kontaktbahn unterbricht, sondern mehrere Kontaktköpfe. Die Aus­ gestaltung kann aber ohne weiteres auch so getroffen werden, daß bei einer größeren Abmessung der Platte (1) und einer örtlichen Verformung unter Umständen auch nur ein Kontaktkopf in seine Ver­ tiefung (7) gedrückt wird. Auch dies führt aber zu einer Unter­ brechung des Schaltkreises. Jeder der Kontaktstifte (5) stellt einen Trennschalter dar. Seine Betätigung führt zur Unterbre­ chung des Schaltkreises, der zur Überwachung eingesetzt werden kann.

Die Fig. 4 bis 6 zeigen eine Abwandlung der Schaltplatte der Fig. 1 bis 3 insofern, als hier nur zwei Platten (11 und 12) jeweils fest mit den Enden der Kontaktstifte (5) bzw. (5′) und um 180° zueinanderverdreht durch Zwischenfügung der Schaumstreifen (4) so aufeinandergelegt sind, daß zwischen ihnen der Schalt­ zwischenraum (a) gebildet wird. Der Platte (11) und ihren Kontaktstiften (5) ist dabei die untere Platte (21) mit ihrem Vertiefungen (7) zugeordnet, der unteren Platte (12) und ihren Kontaktstiften (5′) die obere Abdeckplatte (22) mit den Vertie­ fungen (7′). Bei dieser Ausführungsform, die also in etwa der doppelten Ausführung der Schaltplatte der Fig. 1 bis 3 ent­ spricht, übernehmen jeweils die Platten (11 und 12) die Funktion einer Führungsplatte für die Kontaktstifte (5 und 5′). Die Platte (12) dient daher als Führungsplatte für die Kontaktstifte (5), die fest mit der Platte (11) verbunden sind und umgekehrt, dient die Platte (11) als Führungsplatte für die Kontaktstifte (5′), die fest mit der Platte (12) verbunden sind. Wie Fig. 5 zeigt, werden daher bei einer Ausübung einer Kraft auf die obere Ab­ deckplatte (22) und bei einer dadurch bewirkten Verformung der Platte (11) die Kontaktstifte (5) dieser Platte (11) in die Ver­ tiefungen (7) der unteren Abdeckplatte (21) gedrückt, gleich­ zeitig aber auch die Kontaktstifte (5′) der unteren Platte (12) in die Vertiefungen (7′) der oberen Abdeckplatte (22). Da je­ weils an der der Platte (21) zugewandten Seite der Platte (12) die Kontaktbahn (8), und an der der Platte (22) zugewandten Seite der Platte (11) die Kontaktbahn (8′) in der gleichen Weise verläuft, wie das schon anhand der Fig. 2 und 3 erläutert wurde, wird daher bei der Ausgestaltung der Schaltplatte der Fig. 4 bis 6 sowohl der an den Anschlußstellen (9 und 10) anliegende Schaltkreis, als auch der Schaltkreis unterbrochen, der an den Stellen (13 und 14) der oberen Platte (11) angelegt ist. Die Ausführungsform der Fig. 4 bis 6 eröffnet daher in einfacher Weise die Möglichkeit einer mit zwei redundanten Sicherheits­ kreisen ausgerüsteten Schaltplatte.

Die Fig. 7 schließlich zeigt eine Möglichkeit, wie mit verhält­ nismäßig einfachen Mitteln auch die Lage der durch die Kontakt­ stifte (5) gebildeten Trennschalter angezeigt werden kann, die jeweils die Unterbrechung des Schaltkreises bewirkt haben. Es sind zu diesem Zweck jeweils am Grund der Vertiefungen (7) der Abdeckplatte (21) Sensoren (15) angebracht, die dann, wenn der Kontaktkopf des um den Schaltweg nach unten gedrückten Kontakt­ stiftes (5) in die zugeordnete Vertiefung (7) hereingedrückt ist, ein Signal abzugeben erlauben, mit dem die Stelle des je­ weils ausgelösten Trennschalters lokalisierbar ist. Die Sensoren (15) können z. B. als piezoelektrische Elemente ausgebildet und über nicht näher gezeigte Kontaktwege mit einer Anzeigetafel ver­ bunden sein. Eine solche Ausführungsform erlaubt es auch, z. B. die Position einer Bedienungsperson relativ zu einem durch die Schaltplatte der Erfindung überwachten Roboter anzuzeigen, um beispielsweise rechtzeitig Bewegungsvorgänge des Roboters abzu­ schalten, wenn die Bedienungsperson dem Gefahrenbereich zu nahe kommt.

Claims (4)

1. Schaltmatte oder -platte, bestehend aus zwei paral­ lel zueinander angeordneten elektrisch isolierenden platten­ förmigen Körpern (12), von denen der obere elastisch verform­ bar ist und denen mindestens eine stromdurchflossene Kontakt­ bahn (8) zugeordnet ist, die in Serie liegende Trennschalter aufweist, die bei Druck auf den oberen plattenförmigen Körper betätigt werden, wobei als Trennschalter Kontaktstifte vorge­ sehen sind, deren jeder in einer Führung beweglich ist, die von einem zwischen den beiden plattenförmigen Körpern (1, 2) angeordneten, weiteren isolierenden plattenförmigen Körper (3) gebildet ist und die im unbetätigten Zustand unter Feder­ kraft mit einem Kontaktkopf an der Kontaktbahn kontaktgebend anliegen und bei Betätigung von der Kontaktbahn abgehoben sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktstifte mit dem von dem Kontaktkopf abgewandten Ende mit dem oberen platten­ förmigen Körper (1) fest verbunden sind, daß auf der von dem mit den Kontaktstiften (5) verbundenen Körper abgewandten Seite des weiteren plattenförmigen Körpers (3) Vertiefungen (7) für die Bewegung der Kontaktköpfe (6) vorgesehen sind, die in dem nicht mit den Kontaktstiften verbundenen platten­ förmigen Körper (2) vorgesehen sind, und daß zwischen diesem die Vertiefungen (7) aufweisenden plattenförmigen Körper (2) und dem weiteren plattenförmigen Körper (3) die Kontaktbahn (8) angeordnet ist, die den Bereich der Kontaktköpfe (6) durchquert.

2. Schaltmatte oder -platte bestehend aus zwei als Ab­ deckung dienenden parallel zueinander angeordneten elektrisch isolierenden plattenförmigen Körpern (12), zwischen denen in Serie liegende Trennschalter angeordnet sind, die bei Druck auf den oberen plattenförmigen Körper betätigt werden, wobei als Trennschalter Kontaktstifte vorgesehen sind, deren jeder in einer Führung beweglich ist und die in unbetätigtem Zu­ stand unter Federkraft mit einem Kontaktkopf an einer Kon­ taktbahn kontaktgebend anliegen und bei Betätigung von der Kontaktbahn abgehoben sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktstifte (5′) mit dem von dem Kontaktkopf (6) abgewandten Ende mit einem der elastisch verformbaren weiteren platten­ förmigen Körper fest verbunden sind, derart, daß jeder Kon­ taktstift in einer Führung beweglich ist, die im jeweils an­ deren der beiden plattenförmigen Körper (11, 12) gebildet ist, daß in den als Abdeckung dienenden plattenförmigen Kör­ pern (21, 22) Vertiefungen (7, 7′) für die Bewegung der Kon­ taktköpfe (6) vorgesehen sind, und daß zwischen diesen die Vertiefungen (7, 7′) aufweisenden plattenförmigen Körpern (21, 22) und dem jeweils benachbarten Körper jeweils eine Kontaktbahn (8, 8′) angeordnet ist, die den Bereich der Kontaktköpfe (6) durchquert, so daß zwei unabhängig voneinander wirkende Schaltkreise gebildet sind.

3. Schaltmatte oder -platte nach Anspruch 1 oder 2, da­ durch gekennzeichnet, daß in den Vertiefungen (7) Sensoren (15) angeordnet sind, die bei Betätigung eines Kontaktstiftes (5) durch den die Kontaktbahn (8) unterbrechenden Kontaktkopf (6) betätigt werden.

4. Schaltmatte oder -platte nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktbahn (8, 8′) eines der plat­ tenförmigen Körper (12) jeweils in der Mitte zwischen den pa­ rallelen Ästen der mäanderförmigen Kontaktbahn (8) des anderen plattenförmigen Körpers (11) verläuft.