DE4327604A1 - Beweglicher Lageschalter - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Lageschalter zum Schalten von elektrischen Geräten, aufweisend ein bewegliches Gehäuse mit wenigstens einem an diesem angebrachten Schaltelement, wenig­ stens einem Schaltkörper, des sen Position gegenüber dem Schalt­ element in Abhängigkeit von der Lage des Gehäuses derart änder­ bar ist, daß sich der Schaltzustand des Schaltelements ändert, und mit wenigstens zwei elektrischen Anschlüssen, die durch eine Öffnung des Gehäuses durchgeführt sind.

Lageschalter dieser Art dienen zum Ein- bzw. Ausschalten von elektrischen Aggregaten in Abhängigkeit von der Änderung der räumlichen Lage eines Tasters, Schwimmkörpers o. ä. Lage­ Aufnehmers, mit denen der Lageschalter verbunden ist.

Bei her­ kömmlichen mechanischen Lageschaltern wird das Schaltelement vom Schaltkörper direkt mechanisch betätigt. Bei Quecksilber­ schaltern werden in ein Glasröhrchen eingeschmolzene Kontakte vom Quecksilber miteinander verbunden, so daß das Quecksilber die Funktionen des Schaltkörpers und des Schaltelements verei­ nigt. Diese bekannten Lageschalter können zwar relativ hohe Ströme und damit die zugehörigen elektrischen Geräte direkt schalten; sie haben jedoch schwerwiegende betriebliche Nach­ teile, die das Schaltverhalten und die betriebliche Zuverläs­ sigkeit beeinträchtigen. Bei Quecksilberschaltern tritt noch eine erhebliche Umweltgefahr hinzu.

Bei einem aus der DE-PS 37 16 623 bekannten Lageschalter dient eine in einem hermetisch geschlossenen Kolben frei beweg­ lich angeordnete Kugel als Schaltkörper. Im Bereich einer von zwei Endlagen tritt die Kugel mit dem Schaltelement einer elek­ trischen Schaltstrecke magnetisch, elektrisch oder lichtoptisch in Wechselwirkung und ruft eine Änderung des Schaltzustands hervor. Diese bekannte Konstruktion ist zwar als Lageschalter relativ vielfältig verwendbar; die Schaltstrecke kann jedoch nur durch relativ schwache Schaltsignale beeinflußt werden, so daß auch nur relativ schwache Ströme durch das Schaltelement fließen können. Diese schwachen Ströme werden über die elektri­ schen Anschlüsse durch die Gehäuseöffnung und einen beweglichen Arm zu einer Verstärkerstufe übertragen und in die benötigten Schaltströme umgesetzt. Die Übertragung relativ niedriger Signalströme über bewegte Leitungen erhöht die Störanfälligkeit und vermindert die betriebliche Zuverlässigkeit des Lageschalters.

Aus den DE-PS′n 34 35 847 und 41 07 279 sind Lageschalter unter Verwendung von Reed-Kontakten als Schaltelemente bekannt. Derartige Reed-Kontakte können auch höhere Schaltströme direkt schalten. Reed-Kontakten sind in einem Röhrchen gleitende Per­ manentmagneten zugeordnet. Die Haltekräfte sind in der dem Reed-Kontakt benachbarten einen Endposition des Magneten größer als in der anderen. In Verbindung mit den Reibungskräften zwi­ schen Magnet und dem letzteren aufnehmenden Röhrchen entstehen stärkere Asymmetrien zwischen Ein- und Ausschaltpunkten (Hysterese). Bei großen Schaltleistungen werden entsprechend starke Permanentmagnete als Schaltkörper benötigt. Diese sind vor allem dann unerwünscht, wenn der Lageschalter als Schwimm­ schalter in ferromagnetische Materialien enthaltenden Flüssig­ keiten eingesetzt wird. Es können sich ferromagnetische Ansamm­ lungen auf der Schwimmeroberfläche durch die Anziehungskräfte des Permanentmagneten ergeben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Lageschal­ ter zur Verfügung zu stellen, der auch hohe Schaltströme zuver­ lässig zu schalten vermag.

Bei einem Lageschalter der eingangs genannten Art wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in dem Gehäuse eine elektronische Schalteinrichtung eingebaut und mit den wenigstens zwei Anschlüssen gekoppelt ist; und daß die elektronische Schalteinrichtung einen mit dem Schaltelement ge­ koppelten Signalgabezweig und einen von wenigstens einem Ele­ ment des Signalgabezweigs betätigten Schaltstromzweig aufweist, wobei die Anordnung so getroffen ist, daß das Schaltelement bei geringer Baugröße und eigener Schaltleistung hohe Schaltströme über den Schaltstromzweig zu schalten vermag.

Der erfindungsgemäße Lageschalter vereinigt in überraschen­ der Weise die Vorteile der durchaus unterschiedlichen bekannten Konstruktionen. Sowohl Schaltkörper als auch Schaltelement kön­ nen auf eine nur vom physikalischen Wirkprinzip bestimmte Min­ destgröße reduziert werden. Ihnen ist eine einfache Signalgabe­ funktion zugeordnet. Das Schalten über einen dem gewünschten Schaltstrom entsprechenden Schaltstromzweig wird vom Signal­ gabezweig auf kürzestem Leitungswege bewirkt. Es entfallen daher bisher notwendig erscheinende lange und kritische Signal­ stromwege über Schwimmerarme o. dgl.. Die Komponenten des Schaltstromzweiges sind ebenso wie diejenigen des Signalgabe­ zweigs rein elektronischer Art und können demzufolge eine ex­ trem geringe Baugröße haben. Dadurch wird das Eigengewicht des Gehäuses mit allen in diesem integrierten Komponenten des Lage­ schalters relativ gering gehalten, so daß der neue Lageschalter vielfältige Anwendungsmöglichkeiten bietet. Vor allem in der zweipoligen Ausführung mit einem Anschlußpaar läßt sich ein er­ findungsgemäß ausgebildeter Schwimmschalter problemlos für un­ zuverlässig arbeitende mechanische Schalter austauschen. Die elektronische Schalteinrichtung und/oder eine dieser nachgeord­ nete Auswerteeinrichtung können so ausgebildet werden, daß ihr Schaltverhalten zu demjenigen des Schaltelements invers ist. Dadurch können etwaige Unsymmetrien leichter ausgeglichen wer­ den.

In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung ist vorgese­ hen, daß der Schaltkörper bei Überschreiten einer Relativposi­ tion gegenüber dem Schaltelement einen solchen Schaltzustand (Aus-Zustand) des Lageschalters herstellt, bei dem der über die Anschlüsse fließende Ruhestrom unterbrochen oder auf einen sehr niedrigen Restwert begrenzt ist. Wenn im Aus-Zustand des Lage­ schalters über das Anschlußpaar am Schaltstromzweig Spannungen von mehreren 100 Volt, beispielsweise die Netzspannung anste­ hen, so läßt sich der Ruhestrom in der Praxis auf den µA- Bereich bzw. wenige mA begrenzen. Bei Verwendung von ladungsge­ steuerten Bauelementen in Kombination mit kleinen mechanischen oder Reed-Kontakten oder kapazitiven Schaltelementen läßt sich ein Ruhestrom nahe 0 erreichen.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist in einem länglichen, im wesentlichen zylindrischen Röhrchen aus magnetisch neutralem Material ein Schaltkörper aus magnetisch wirksamem Material zwischen zwei Endpositionen beweglich ange­ ordnet. Im Bereich mindestens einer Endposition ist wenigstens ein Schaltelement angeordnet, das vom Schaltkörper magnetisch betätigt wird. Der Permanentmagnet und seine Lagerung im Inne­ ren des Röhrchens aus magnetisch neutralem Material können so vorgesehen sein, daß die oben beschrieben Hysterese des Schalt­ körpers minimiert ist. Die magnetischen Haltekräfte, welche die Hysterese erhöhen können, sind ebenfalls minimierbar, da die verwendeten Reed-Kontakte sehr klein sein können. Eine Ansamm­ lung von ferromagnetischen Partikeln ist bei der durch die Erfindung ermöglichten Schwäche des Magnetfeldes kaum zu be­ fürchten.

Vorzugsweise ist im Schaltstromzweig wenigstens ein elek­ tronischer Schalter angeordnet, der von dem Signalgabezweig bei Betätigung des Schaltelements nahezu leistungslos angesteuert werden kann. Auswahlkriterien des zu verwendenden Schalters im Schaltstromzweig sind die Höhe des zu schaltenden Stroms und der Spannung sowie die maximale Verlustleistung der Gesamtan­ ordnung. In Weiterbildung der Erfindung kann zwischen dem bei­ spielsweise als Reed-Kontakt ausgebildeten Schaltelement und der Steuerelektrode des elektronischen Schalters eine Verstär­ ker- und/oder Inversionsschaltung vorgesehen sein.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltelement einen Hall- Sensor aufweist, der bei Annäherung des Schaltkörpers ein Aus­ ganssignal an die elektronische Schalteinrichtung anlegt, und daß die Schalteinrichtung den Hall-Sensor speist. Bei diesem Ausführungsbeispiel läßt sich die Stärke des Magnetfeldes des Schaltkörpers noch weiter verringern, da der Hall-Sensor be­ reits auf geringe Magnetfeldänderungen reagiert. Außerdem er­ zeugt der Hall-Sensor keine magnetische Haltekraft auf den Schaltkörper, so daß dessen Bewegung nur von der neigungsabhän­ gigen Gewichtskraftkomponente und den Reibungskräften im Röhr­ chen bestimmt wird.

Da ein Hall-Element zunächst ein stetiges Ausgangssignal (wachsende Ausgangsspannung bei wachsendem Magnetfeld) erzeugt, ist dem Hall-Element vorzugsweise eine Schmitt-Trigger-Schal­ tung zur Erzeugung des Schaltsignals (Ein/Aus) nachgeschaltet. Außerdem ist dem Hall-Sensor eine Stromquelle zugeordnet, die das Hall-Element mit dem Konstantstrom versorgt. Hall-Sensoren, die Hall-Element, Trigger-Schaltung und Stromquelle enthalten, sind als integrierte Schaltung verfügbar. Der Ruhestrom des ausgeschalteten Lageschalters wird bei entsprechender Beschal­ tung im wesentlichen vom Ruhestrom des Hall-Sensors bestimmt.

Anstelle eines Hall-Sensors lassen sich in anderen Ausfüh­ rungsbeispielen induktive, kapazitive oder optische Sensoren verwenden, die über den Signalgabezweig einen elektronischen Schalter im Schaltstromkreis betätigen.

Wird ein induktiver Sensor in dem Schaltelement verwendet, so besteht der Schaltkörper vorzugsweise aus einem ferromagne­ tischen Material, das keine permanentmagnetischen Eigenschaften hat. Der induktive Sensor weist eine Spule auf, die beispiels­ weise um ein Röhrchen gewickelt ist, in welchem sich ein kugel­ förmiger Schaltkörper bewegt. Die Spule wird mit einem Wechsel­ strom gespeist, wobei der in den Spulenbereich eintretende Schaltkörper die Induktivität der Spule ändert.

Bei Verwendung eines kapazitiven Sensors besteht der Schaltkörper vorzugsweise aus einem Dielektrikum mit einer hohen Dielektrizitätskonstante. Der Schaltkörper, beispiels­ weise eine Kugel, befindet sich in einem Röhrchen, an dessen einen Ende an gegenüberliegenden Seiten der Wandung des Röhr­ chens zwei Kondensatorplatten angeordnet sind. Diese Konden­ satoranordnung wird entweder mit einer Gleich- oder einer Wech­ selspannung gespeist. Bei Eintreten des Schalkörpers in die Kondensatoranordnung ändert sich die Kapazität, was entweder zu einem Ladestromimpuls (bei Gleichspannungsspeisung) oder zu einem geänderten Wechselstrom führt.

Ein optischer Sensor kann beispielsweise an einem Ende eines Röhrchens entgegengesetzt zu einer optischen Strahlungs­ quelle (z. B. eine Laserdiode) angeordnet werden, so daß der Schaltkörper bei Änderung der Neigung des Röhrchens in den Strahlengang zwischen Quelle und Sensor eintritt oder - bei Ab­ tastung der Stirnfläche des Schaltkörpers - einen definierten Abstand zur Endlage unterschreitet und einen Schaltimpuls aus­ löst.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß eine erste elektronische Schalteinrichtung zwischen einem ersten Anschlußpaar und eine zweite elektroni­ sche Schalteinrichtung zwischen einem zweiten Anschlußpaar an­ geordnet ist, wobei beide Anschlußpaare einen gemeinsamen An­ schluß aufweisen können, und daß beide elektronische Schaltein­ richtungen mit dem Schaltelement gekoppelt sind.

Eine solche Anordnung hat den Vorteil, daß mit einem einzi­ gen Schaltelement (und nur einem Schaltkörper) mehrere unabhän­ gige Stromkreise geschaltet werden können. Dies erspart den Einbau mehrerer Lageschalter. Dabei kann eine erste elektroni­ sche Schalteinrichtung gemeinsam mit dem Schaltelement und eine zweite invertiert zum Schaltelement schalten, wobei eine Wech­ selschaltung gebildet wird. Der neue Lageschalter ist mit nur einem Schaltelement für mehrfache Schaltfunktionen geeignet. Neben Inversicnen des Schaltzustandes sind auch zeitliche Ver­ zögerungen implementierbar.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher beschrieben. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine Prinzipdarstellung eines Ausführungsbeispiels des neuen Lageschalters;

Fig. 2 eine vereinfachte Darstellung der Schaltungskompo­ nenten des Lageschalters bei Verwendung eines mecha­ nischen oder Reed-Schaltelements;

Fig. 3 eine Schaltungsanordnung des Lageschalters gemäß Fig. 1, bei der der Schaltzustand des Schaltelements gegenüber dem des Lageschalters invertiert ist;

Fig. 4 eine Schaltungsanordnung des Lageschalters gemäß Fig. 1, bei der zwei elektronische Schalteinrichtun­ gen von einem Schaltelement betätigt werden und gegensinnig schalten;

Fig. 5 ein Ausführungsbeispiel eines mechanischen Schalt­ elements und Schaltkörpers bei einem Lageschalter gemäß Fig. 1 und

Fig. 6 eine Abwandlung der in Fig. 5 gezeigten Schaltkör­ per-Schaltelemente-Kombination.

In Fig. 1 ist eine Prinzipdarstellung des erfindungsgemäßen beweglichen Lageschalters gezeigt. Innerhalb eines Gehäuses 1 des Lageschalters, der als Schwimmkörper ausgebildet sein kann, sind ein beweglich gelagerter Schaltkörper 2, ein Schaltelement 3 und eine elektronische Schalteinrichtung 4 angeordnet.

Der Schaltkörper 2 befindet sich in einem fest im Gehäuse 1 montierten Röhrchen 5 aus Glas oder Kunststoff. Der Schaltkör­ per 2 kann in der Längsrichtung des Röhrchens 5 gleiten, wobei die Oberfläche des Schaltkörpers und die Innenwandung des Röhr­ chens so ausgebildet sind, daß eine geringe Reibung entsteht. Bei einer ersten Winkellage des Lageschalter-Gehäuses 1 gleitet der Schaltkörper 2 von einer Endlage im Röhrchen zur anderen Endlage und bei einer zweiten Winkellage wieder zurück. Die Differenz zwischen beiden Winkellagen bestimmt die in der Pra­ xis unvermeidbare Schalthysterese.

Das Schaltelement 3 ist in der Nähe eines Endes des Röhr­ chens 5 so angeordnet, daß es auf eine Annäherung (bzw. Entfer­ nung) des Schaltkörpers 2 an diese (bzw. von dieser) Endlage mit Ein- bzw. Ausschalten reagiert.

Der Lageschalter gemäß Fig. 1 weist zwei Anschlüsse 6 und 7 auf, die aus dem Gehäuse 1 herausgeführt sind. Die elektroni­ sche Schalteinrichtung 4 ist schaltungsmäßig zwischen den An­ schlüssen′ 6 und 7 angeordnet. Das Schaltelement 3 ist mit dem Anschluß 7 und einem Steuereingangsanschluß 8 eines zur Schalt­ einrichtung 4 gehörigen Signalgabezweiges gekoppelt. In Abhän­ gigkeit von einem vom Schaltelement 3 erzeugten und an den Steuereingangsanschluß 8 angelegten Ansteuersignal ("Ein"/"Aus") schaltet die elektronische Schalteinrichtung 4 die Verbindung zwischen den Anschlüssen 6 und 7. Im "Ein"-Zu­ stand des Lageschalters bildet die Schalteinrichtung 4 eine niederohmige Verbindung zwischen dem Anschlußpaar 6, 7 und im "Aus"-Zustand eine hochohmige. Im "Ein"-Zustand kann ein großer Strom von einigen Ampère durch das Anschlußpaar 6, 7 fließen, wobei nur eine geringe Spannung von höchstens wenigen Volt über dem Lageschalter abfällt. Im "Aus"-Zustand liegt beispielsweise eine Netzspannung von 230V über dem Lageschalter, und es fließt nur ein sehr geringer Rest- oder Ruhestrom im µA- oder mA- Bereich.

Fig. 2 zeigt schematisch die elektrische Schaltungsanord­ nung im Inneren des Lageschaltergehäuses bei Verwendung eines mechanischen Schaltelements 3, z. B. eines Reed-Kontakts. Die elektronische Schalteinrichtung 4 weist einen Schaltstromzweig mit einem Feldeffekttransistor 10 auf, dessen Ansteuerung prak­ tisch leistungslos durch einen über einen Gate-Anschluß 11 er­ folgt. Möglich ist auch die Verwendung eines IGBT oder ver­ gleichbaren Bauelements. Drain und Source des Transistors 10 sind mit den Anschlüssen 6 bzw. 7 verbunden. In Abhängigkeit von der anliegenden Spannung zwischen Gate und Source ist die Source-Drain-Strecke leitend (niederohmig) oder hochohmig. Bei geöffnetem Schaltelement 3 ist die Gate-Source-Spannung Null und der Feldeffekttransistor ist gesperrt, d. h. der Lageschal­ ter ist im "Aus"-Zustand. Der Signalgabezweig weist einen Span­ nungsteiler mit Widerständen R1 und R2 auf, mit deren Verbin­ dungspunkt das Gate des Transistors 10 gekoppelt ist. Bei ge­ schlossenem Kontakt des Schaltelements 3 liegt eine vom Ver­ hältnis der Widerstände R₁ und R₂ abhängige Spannung am Gate, wobei die Widerstände so dimensioniert sind, daß der Transistor leitend ist, und sich der Lageschalter im "Ein"-Zustand befin­ det. Der durch das Schaltelement 3 fließende Strom ist durch die seriellen Widerstände R₁ und R₂ begrenzt. Aufgrund der praktisch leistungslosen Gate-Ansteuerung können diese Wider­ stände relativ groß und der Strom durch das Schaltelement 3 re­ lativ gering sein. Im "Aus"-Zustand des Lageschalters ist die über dem Schaltelement 3 abfallende Spannung etwa gleich der Spannung zwischen den Anschlüssen 6 und 7.

Bei einem in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Steuereingangsanschluß 8 direkt mit dem Gate-Anschluß 11 des Schalttransistors 10 gekoppelt. Bei geöffnetem, d. h. sich im ausgeschalteten Zustand befindenden Schaltelement 3 bestimmt der Spannungsteiler aus den Widerständen R₁ und R₂ das am Gate- Anschluß 11 anliegende Potential, wobei die über dem Widerstand R₁ bzw. zwischen Gate und Source anliegende Spannung zusätzlich von einer Zenerdiode D1 begrenzt wird. Diese Zenerdiode be­ grenzt außerdem die über das ausgeschaltete Schaltelement 3 ab­ fallende Spannung.

Die Widerstände R₁ und R₂ und die Zenerdiode D1 sind so dimensioniert, daß sich der Transistor 10 bei geöffnetem Schaltelement 3 im "Ein"-Zustand, d. h. im niederohmigen, leitenden Zustand befindet. Umgekehrt wird bei geschlossenem, d. h. bei eingeschaltetem Schaltelement 3 die Gate-Source-Span­ nung gleich Null, und der Transistor sperrt, d. h. er ist im "Aus"-Zustand. Diese Schaltungsanordnung invertiert demzufolge den Schaltzustand des Schaltelements 3.

Der im "Aus "-Zustand des Lageschalters fließende Ruhestrom I_R wird vom Widerstand R₂ bestimmt, weil der Widerstand R₁ da­ bei über das Schaltelement 3 überbrückt ist (I_R = U₁/R₂) Zusätzlich weist die Schaltung gemäß Fig. 3 eine Brücken­ gleichrichterschaltung D2 bis D4 zum Schalten von Wechselströ­ men und Überspannungsschutzschaltungen US1 und US2 auf.

Die Kombination von zwei gegensinnig schaltenden elektroni­ schen Schalteinrichtungen mit einem Schaltelement 3 ist in Fig. 4 gezeigt. Drei Anschlußleitungen 6, 7 und 16 sind aus dem Gehäuse des Lageschalters herausgeführt. Zwischen dem Anschluß­ paar 7 und 6 ist die erste elektronische Schalteinrichtung an­ geordnet, die mit derjenigen gemäß Fig. 3 im wesentlichen über­ einstimmt und daher mit den gleichen Bezugszeichen versehen ist.

Zwischen dem Anschußpaar 7 und 16 ist die zweite elektroni­ sche Schalteinrichtung angeordnet, die ebenfalls Brückengleich­ richter D4, D6, D7, D8 und Überspannungsschutzschaltungen US3 und US4 aufweist. Bei dieser zweiten elektronischen Schaltein­ richtung ist der Gate-Anschluß 20 eines ersten Feldeffekttran­ sistors 19 in gleicher Weise wie FET 10 mit dem Schaltelement 3 gekoppelt. Der FET 19 schaltet also auch im Gegentakt (invertiert) zum Schaltelement 3. Die Drain-Source-Strecke des Transistors 19 bildet in Kombination mit einem Widerstand R₃ einen zwischen den Anschlüssen 16′ und 7′ eingebundenen Span­ nungsteiler, dessen Teilerabgriff mit dem Gate-Anschluß 22 eines zweiten Feldeffekttransistors 21 verbunden ist. Dieser zweite Feldeffekttransistor bildet einen zwischen den Anschlüs­ sen 16′ und 7′, bzw. 16 und 7 wirksamen zweiten Schaltstrom­ kreis. Aufgrund der Anordnung des ersten Feldeffekttransistors 19 zwischen dem Gate-Anschluß 22 und dem Soure-Anschluß (7′) schalten die beiden Transistoren 19 und 21 im Gegentakt. Der die Haupt-Schaltfunktion der zweiten elektronischen Schaltein­ richtung ausführende Feldeffekttransistor 21 schaltet also im Gleichtakt mit dem Schaltelement 3 ein bzw. aus. Damit bilden die erste und die zweite Schalteinrichtung mit den Transistoren 10 bzw. 21 eine Art Wechselschalter, bei dem die Verbindung zwischen den Anschlüssen 7 und 6 niederohmig ist, wenn die Ver­ bindung zwischen den Anschlüssen 7 und 16 hochohmig ist und um­ gekehrt.

Die Dioden oder Gleichrichter D9 und D10 dienen der gegen­ seitigen Entkopplung der Anschlüsse 6′ und 16′ bei der Span­ nungsversorgung der Gate-Beschaltung der Feldeffekttransistoren 10 und 19.

Fig. 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer mechanisch wir­ kenden Schaltkörper-Schaltelemente-Kombination 3. Der Schalt­ körper 2 ist eine Kugel mit leitfähiger Oberfläche, die sich innerhalb eines Röhrchens 5 bewegt. An einem Endbereich 26 der Innenwandung 23 des Röhrchens 5 befinden sich streifenförmige Kontakte 24 und 25, die sich in Längsrichtung des Röhrchens 5 erstrecken und so dicht beieinander liegen, daß die in diesen Endbereich 26 eintretende Schaltkörper-Kugel 2 eine leitende Brücke zwischen benachbarten Kontaktstreifen 24 und 25 bildet. Die Kontaktstreifen 24 und 25 sind abwechselnd miteinander ver­ bunden, wobei sämtliche Kontakte 24 mit dem Anschluß 27 und sämtliche Kontakte 25 mit dem Anschluß 28 verbunden sind. Diese Kombination von Schaltkörper und Schaltelement hat den Vorteil, daß sie ohne Magnetfeld auskommt und somit weder Haltekräfte in den Endlagen des Schaltkörpers 2 im Röhrchen 5 hervorruft noch ferromagnetische Partikel an das Gehäuse 1 des Lageschalters anzieht. Zur Erhöhung der Lebensdauer kann innerhalb des Röhr­ chens 5 eine Schutzgasatmosphäre vorgesehen werden. Da von dem Schaltelement 3 nur sehr geringe Signalströme zu schalten sind, können die Kontakte auch auf die Innenwandung 23 des Röhrchens 5 aufgedampft sein.

In Fig. 6 ist eine Abwandlung der in Fig. 5 gezeigten mechanischen Schaltkörper-Schaltelemente-Kombination 3 gezeigt, die sich nur dadurch von der vorbeschriebenen Kombination unterscheidet, daß das Röhrchen 5 zwischen dem Endbereich 26 und dem gegenüberliegenden Endbereich einen mittleren, im Durch­ messer verringerten Abschnitt aufweist, dessen lichter Quer­ schnitt aber noch etwas größer als der Durchmesser des als Kugel ausgebildeten Schaltkörpers ist. Da die Kugel über die im Übergangsbereich vom größeren zum im Durchmesser verringerten Abschnitt des Röhrchens gebildeten Rampen erst bei einer größe­ ren Schräglage des Röhrchens 5 hinwegtreten kann, wird die Schalt-Hysterese eine in dieser Weise ausgestalteten Schaltkör­ per-Schaltelemente-Kombination 3 vergrößert, was für bestimmte Anwendungsfälle durchaus erwünscht ist.

Im Rahmen des Erfindungsgedankens sind zahlreiche Abwand­ lungen möglich. Der Einbau der elektronischen Schalteinrichtung 4 in das bewegte Gehäuse 1 des Lageschalters erlaubt das Schal­ ten relativ hoher Ströme auch bei Verwendung eines extrem klei­ nen und leichten Schaltelements 3. Es können beispielsweise mechanische Mikroschalter oder auch Folien als Schaltelemente verwendet werden, die bei Druckbelastung durch den Schaltkörper ihren Widerstand ändern. Die Schaltelemente und bewegliche Schaltkörper können nach den jeweiligen Einsatzbedingungen aus­ gewählt und mit praktisch allen elektronischen Schaltern oder Schalternetzwerken kombiniert werden. Es können auch niedrige Ströme und Spannungen geschaltet werden, wenn dies aus Gründen der explosionsgefährdeten Einbaulage des Lageschalters notwen­ dig ist. Die Erfindung hat in dem zuletzt genannten speziellen Einsatzfall den Vorteil, daß sie eine zuverlässige Schaltfunk­ tion gewährleistet.

Claims (16)

1. Lageschalter zum Schalten von elektrischen Geräten, auf­ weisend ein bewegliches Gehäuse (1) mit wenigstens einem an diesem angebrachten Schaltelement (3), wenigstens einem Schalt­ körper (2), dessen Position gegenüber dem Schaltelement in Ab­ hängigkeit von der Lage des Gehäuses (1) derart änderbar ist, daß sich der Schaltzustand des Schaltelements ändert, und mit wenigstens zwei elektrischen Anschlüssen (6, 7), die durch eine Öffnung des Gehäuses durchgeführt sind,
dadurch gekennzeichnet,
daß in dem Gehäuse (1) eine elektronische Schalteinrichtung (4) eingebaut und mit den wenigstens zwei Anschlüssen (6, 7) gekoppelt ist; und
daß die elektronische Schalteinrichtung (4) einen mit dem Schaltelement (3) gekoppelten Signalgabezweig (R1, R2, 11) und einen von wenigstens einem Element (11) des Signalgabezweigs betätigten Schaltstromzweig (10, 12, 13) aufweist, wobei die Anordnung so getroffen ist, daß das Schaltelement (3) bei ge­ ringer Baugröße und eigener Schaltleistung hohe Schaltströme über den Schaltstromzweig zu schalten vermag.

2. Lageschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaltkörper (2) bei Überschreiten einer Relativposi­ tion gegenüber dem Schaltelement (3) einen solchen Schaltzu­ stand (Aus-Zustand) des Lageschalters herstellt, bei dem der über die Anschlüsse (6, 7) fließende Ruhestrom unterbrochen oder auf einen sehr niedrigen Restwert begrenzt ist.

3. Lageschalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß in einem länglichen, im wesentlichen zylindri­ schen Röhrchen aus magnetisch neutralem Material ein Schaltkör­ per (2) aus magnetisch wirksamem Material zwischen zwei Endpo­ sitionen beweglich angeordnet ist und daß das wenigstens eine Schaltelement (3) in der einen Endposition vom Schaltkörper magnetisch betätigbar ist.

4. Lageschalter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaltkörper als stabförmiger Permanentmagnet und das Schaltelement als Reed-Kontakt ausgebildet ist.

5. Lageschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß im gesteuerten Schaltstromzweig ein Feld­ effekttransistor (10) angeordnet ist, dessen Source (12) und Drain (13) mit den beiden Anschlüssen (6, 7) des Lageschalters und dessen Gate (11) mit dem Steuerzweig und dem Schaltelement (3) gekoppelt ist.

6. Lageschalter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Strom durch das Schaltelement (3) von einem Widerstand (R₂) und die Spannung über dem Schaltelement (3) von einem Spannungsteiler (R₁, R₂) und/oder einer Zenerdiode (D1) be­ grenzt wird.

7. Lageschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltelement (3) einen Hall-Sensor aufweist, der bei Annäherung des Schaltkörpers (2) ein Aus­ gangssignal an die elektronische Schalteinrichtung (4) anlegt, und daß die Schalteinrichtung (4) den Hall-Sensor speist.

8. Lageschalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Schaltkörper (2) aus einem ferromagnetischen Material besteht und daß das Schaltelement (3) einen induktiven Sensor aufweist.

9. Lageschalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Schaltkörper (2) aus einem Dielektrikum be­ steht und daß das Schaltelement (3) einen kapazitiven Sensor auf­ weist.

10. Lageschalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Schaltelement (3) einen optoelektronischen Sensor aufweist und der Schaltkörper (2) in Abhängigkeit von seiner Position den Lichteinfall auf den Sensor beeinflußt.

11. Lageschalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaltkörper (2) eine elektrisch leitfähige Ober­ fläche aufweist und zwischen zwei Endlagen beweglich so ange­ ordnet ist, daß er in einer Endlage (26) zumindest zwei Kon­ takte (24, 25) überbrückt und einen Stromfluß ermöglicht.

12. Lageschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontakte (24, 25) an der Innenwandung (23) eines Röhrchens (5), in dem sich der Schaltkörper (2) bewegt, angeordnet sind.

13. Lageschalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltelement (3) einen mechanisch vom Schaltkörper (2) betätigbaren Kontakt aufweist, und daß sich der Schaltkörper (2) und der Kontakt innerhalb eines Röhrchens (5) befinden.

14. Lageschalter nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Röhrchen (5) mit Schutzgas gefüllt ist.

15. Lageschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste elektronische Schalteinrichtung zwischen einem ersten Anschlußpaar (7′, 15′) und eine zweite elektronische Schalteinrichtung zwischen einem zweiten Anschlußpaar (7′, 16′) angeordnet ist, wobei beide Anschluß­ paare einen gemeinsamen Anschluß (7′) aufweisen können, und daß beide elektronische Schalteinrichtungen mit dem Schaltelement (3) gekoppelt sind.

16. Lageschalter nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß bei betätigtem Schaltelement (3) die erste elektronische Schalteinrichtung im Aus-Zustand und die zweite elektronische Schalteinrichtung im Ein-Zustand ist und beide Schalteinrich­ tungen mit Umschalten des Schaltelements (3) umschalten.