DE4336729C2 - Optischer Schalter - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen optischen Schalter nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Stand der Technik

In den letzten Jahren sind zunehmend induktive, kapazitive und insbesondere auch optoelektronische Sensoren bekannt geworden. So ist es beispielsweise aus der Literaturstelle: "Leitungslos schalten mit Infrarotlicht" etz-Band 111 (1990) Heft 18, Seite 942 bis 946 bekannt geworden, eine Signalübertragung und insbesondere Schaltvorgänge leitungslos mittels optischer Übertragungselemente vorzunehmen. Dabei wird stets ein Sender für optische Strahlungen und ein Empfänger zum Empfang dieser Strahlungen verwendet. Ein Schaltvorgang kann beispielsweise durch eine Beeinflussung des Lichtstrahlengangs zwischen Sender und Empfänger mittels einer Drehblende als Lichtschranke erfolgen.

Aus der DE 38 00 510 A1 ist ein optisches Schaltelement bekannt geworden, welches aus einer Lichtleiteranordnung besteht, über die eine Lichtquelle mit einem fotoelektrischen Wandlerelement optisch verbunden ist und bei welchem ein Kopplungselement zur schaltbaren Beeinflussung des über die Lichtleiteranordnung übertragenen Lichtes vorgesehen ist. Dabei kann der mechanische Schaltvorgang am Kopplungselement in ein optisches und nachfolgend gegebenenfalls in ein elektrisches Signal umgewandelt werden.

Weiter ist aus der DE 35 24 492 A1 ein optischer Schalter mit einem Betätigungsorgan aus flexiblem Material bekannt. Ein erster optischer Leiter abgehend von einer Lichtquelle sowie ein zu einer Auswerteeinrichtung führender zweiter optischer Leiter sind derart auf das Betätigungsorgan ausgerichtet, dass Licht von der Lichtquelle über den ersten optischen Leiter zum Betätigungsorgan übertragen und in den zweiten optischen Leiter reflektiert sowie zur Auswerteeinrichtung übertragen wird. Bei Betätigung des Betätigungsorgans verformt sich dieses, so dass das am Betätigungsorgan reflektierte Licht nicht in den zweiten Lichtleiter gelangt. Bei diesem optischen Schalter kann die Lichtquelle auch im Bereich des Betätigungsorgans angeordnet sein. Zudem kann das Betätigungsorgan aus durchsichtigem Material bestehen, womit das Licht zusätzlich zur Beleuchtung des Betätigungsorgans dient.

Aus der DE 38 03 529 C2 ist weiterhin ein optischer Sensor bekannt geworden, bei welchem die Bauteile zur Verarbeitung der optischen und elektrischen Signale und insbesondere auch eine Lichtquelle sowie ein fotoelektrischer Wandler auf einer gemeinsamen Leiterplatte angeordnet sind. Darüber hinaus ist eine separate optische Leiterplatte vorgesehen, die eine Lichtleiteranordnung umfasst, wobei mittels Kopplungselementen das von der Lichtleiteranordnung übertragene Licht schaltbar beeinflusst werden kann. Die optische Leiterplatte enthält ein Bündel von optischen Lichtleitern, die sich fächerartig verzweigen und zu den verschiedenen. Kopplungselementen führen. Eines der gezeigten Kopplungselemente besteht aus einer mit Lichtdurchtrittsöffnungen ausgestatteten Scheibe, die an einem als Betätigungsorgan dienenden Drehknopf angebracht ist. Ein Teil des Lichtes wird über einen separaten Lichtleiter zu einem Funktionsanzeigeelement geführt.

Zur Beleuchtung von Schaltelementen ist es aus der Literaturstelle: "Electronic engineering", April 1981, Seite 51 bis 56 bekannt geworden, ein an seinem Betätigungsorgan beleuchtetes Schaltelement über eine Lichtleiteranordnung zu schalten. Dabei wird die Lichtleiteranordnung von einer Lichtquelle zum Betätigungsorgan des Schaltelements geführt und von dort aus nach Reflektion des Lichtes einem fotoelektrischen Wandlerelement zugeführt. Durch eine Beeinflussung des Betätigungselementes auf verschiedenster Art und Weise wird das Maß der Reflektion des Lichtstrahls und damit der Schaltvorgang verändert.

Schließlich zeigen die US 5 034 602 und JP 02-068 514 AA Schalter zum optischen Schalten mittels Lichtstrahlen. Diese optischen Schalter besitzen eine als Betätigungsorgan dienende Taste, die sowohl als Kopplungselement für das optische Schalten dient als auch gleichzeitig über einen Strahlteiler von den Lichtstrahlen beleuchtbar ist.

Vorteile der Erfindung

Der erfindungsgemäße Schalter mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, dass ein beleuchtbarer Schalter geschaffen wird, dessen Betätigungsorgan unmittelbar durch eine Lichtquelle beleuchtet ist, wobei der Schaltvorgang des Schalters auf optoelektronischen Wege vollzogen wird. Dabei wird im Gegensatz zu bekannten Einrichtungen nicht das Licht über eine Lichtleiteranordnung zum zu beleuchtenden Betätigungsorgan geführt, sondern die Lichtquelle befindet sich wie bei herkömmlichen mechanischen Schaltern unmittelbar beim Betätigungsorgan. Zur Durchführung des Schaltvorgangs selbst durch das Betätigungsorgan wird ein Teil des Lichtes der Lichtquelle für einen Schaltvorgang im optischen Schalter verwendet, wobei der Lichtdurchgang durch die Lichtleiteranordnung über ein Kopplungselement geschaltet wird. Das Kopplungselement ist als Drehscheibe mit wenigstens einer Lichtdurchtrittsöffnung ausgebildet, wobei die Drehbewegung der Drehscheibe über einen Schwenkzapfen, am Betätigungsorgan erfolgt.

Durch diese Maßnahme kann durch ein einziges Bauteil eine ausreichende Beleuchtung des Betätigungsorgans sowie der Schaltvorgang des optischen Schalters selbst vorgenommen werden. Hierdurch erübrigt sich gegebenenfalls ein separates Bauteil als Lichtquelle innerhalb des Betätigungsorgans. Weiterhin müsste demgegenüber eine nicht im Bereich des Betätigungsorgans sich befindende Lichtquelle eine wesentlich höhere Leistung zu dessen Beleuchtung aufweisen, falls diese über eine Lichtleiteranordnung zum Betätigungsorgan geführt würde.

In den Unteransprüchen sind vorteilhafte und zweckmäßige Weiterbildungen des im Hauptanspruch angegebenen Schalters angegeben.

Besonders vorteilhaft ist die Anordnung wenigstens eines Lichtleiterelements im Bereich der Lichtquelle, von wo aus ein Teil des Lichtes zu dem insbesondere als doppelte Drehscheibe ausgebildeten Kopplungselement geführt wird. Dabei werden die übereinander angeordneten Drehscheiben um eine gemeinsame Drehachse gegenläufig verdreht, um eine große relative Bewegung zueinander durchzuführen.

Die Drehbewegung der beiden Drehscheiben gegeneinander erfolgt über jeweils einen exzentrisch zur Mittelachse angeordneten Schwenkzapfen, der mit dem Betätigungsorgan verbunden ist. Die Drehscheiben weisen zur Durchführung des Schaltvorgangs übereinander verschiebbare Bohrungen auf, die in fluchtender Stellung einen Lichtdurchtritt zur Durchführung der Schaltbewegung hervorrufen.

Als Betätigungsorgan des Schalters wird in vorteilhafter Weise eine Wippe zur Bildung eines Wippschalters verwendet, wobei die durchsichtige Wippe mit einem sich konisch verjüngenden, im Querschnitt rechteckförmigen Reflektor verbunden ist. In der Mitte des Reflektors befindet sich die vorzugsweise als Leuchtdiode oder Glühlampe ausgebildete Lichtquelle, so dass die Reflektorwirkung einen gut beleuchteten Wippschalter ergibt.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines vorteilhaften und zweckmäßigen Ausführungsbeispiels, welches anhand der Zeichnungen näher erläutert ist.

Es zeigen

Fig. 1 eine Teilansicht eines optischen Schalters mit abgenommenem Betätigungsorgan ohne Schaltergehäuse in teilweiser Schnittstellung und

Fig. 2 eine gesonderte Darstellung des Reflektors in Schnittdarstellung mit zugeordneten doppelten Drehscheiben.

Beschreibung eines Ausführungsbeispiels

Die Fig. 1 zeigt eine Teilansicht eines optischen Schalters 1, bei welchem ein wenigstens teilweise durchsichtiges wippenförmiges Betätigungsorgan mit Bezugszeichen 2 lediglich schematisch angedeutet und ein Schaltergehäuse nicht näher dargestellt ist. Unterhalb des wippenförmigen Betätigungsorgans 2 befindet sich ein mit diesem fest verbundener, pyramidenstumpfförmiger Reflektor 3, der in Fig. 1 und Fig. 2 jeweils im Schnitt dargestellt ist. Dabei zeigt Fig. 1 einen Schnitt durch die vertikale Längssymmetriemittelebene und Fig. 2 einen Schnitt durch die vertikale Quersymmetriemittelebene des Reflektors. Die vier inneren, konisch verlaufenden Wandungsabschnitte 4, 4' bzw. 5, 5' des Reflektors 3 sind zur Herstellung einer guten Lichtausbeute verspiegelt. Im Zentrum des trichterförmigen Reflektors 3 befindet sich eine als Leuchtdiode oder Glühlampe ausgebildete Lichtquelle 6, die sowohl zur Beleuchtung der wenigstens teilweise durchsichtigen Betätigungswippe 2 als auch zur Durchführung des Schaltvorgangs des optischen Schalters dient.

Der Reflektor 3 ist fest mit der Betätigungswippe 2 verbunden. Zur Durchführung der Wippbewegung befinden sich an den beiden gegenüberliegenden Außenwandungsabschnitten 7, 8 jeweils eine Drehlagerung 9, 10, wie sie in der Schnittdarstellung nach Fig. 2 zu sehen ist. Die beiden Drehlagerungen sind zapfenförmig ausgebildet und greifen in entsprechende Ausnehmungen im Schaltergehäuse ein. Die horizontale Drehachse 11 zur Durchführung der Wippbewegung der Betätigungswippe liegt in der vertikalen Quersymmetrieebene des Schalters.

Wie aus Figur. 2 weiterhin ersichtlich, weist der Reflektor 3 zwei gegenüberliegende, vertikal vom Boden 12 des Reflektors 3 nach unten führende Stege 13, 14 auf, die jeweils als Schwenkzapfen zur Betätigung jeweils einer unterhalb des Reflektors 3 angeordneten Drehscheibe 15, 16 dienen. Die unmittelbar übereinanderliegenden Drehscheiben 15, 16 sind auf einem Lagerbolzen 17 drehbar gelagert, dessen vertikale Drehmittelachse 18 in der vertikalen Längssymmetrieebene und der vertikalen Quersymmetrieebene liegt, d. h. die Mittelachse des Systems bildet. Dabei zeigt Fig. 1 eine Explosionsdarstellung der Bauteile, d. h. die beiden horizontalen Drehscheiben 15, 16 sind mit ihren zentrischen Drehlagern 19, 20 vom Lagerbolzen 17 nach oben hin abgehoben. Diese isolierte Stellung der Drehscheiben 15, 16 ist auch in Fig. 2 dargestellt.

Die vertikalen Schwenkzapfen 13, 14 greifen jeweils in eine U-förmige Quernut 21, 21' bzw. 22, 22' der beiden Drehscheiben 15, 16 ein. Wie aus Fig. 2 ersichtlich, ragt der hintere vertikale Schwenkzapfen 14 in die U-förmige Quernut 21, 21' der oberen Drehscheibe 15 hinein, wobei eine ebenfalls U-förmige Aussparung 23 zur Aufnahme des mittleren Steges 24 der oberen Drehscheibe 15 dient. Gleichermaßen greift der in Fig. 2 dargestellte vordere Schwenkzapfen 13 in die beiden U-förmigen Quernuten 22, 22' der unteren Drehscheibe 16 ein, so daß der mittlere Steg 24' der unteren Drehscheibe 16 in eine entsprechende, U-förmige Aussparung 23' des Schwenkzapfens 13 eingreift. Die mittleren Stege 24, 24' sind demzufolge in einer horizontalen Ebene beweglich innerhalb der beiden Schwenkzapfen 13, 14 geführt.

Bei einer Betätigung der Betätigungswippe 2 und damit des hiermit verbundenen Reflektors 3 führt der Reflektor 3 eine Drehbewegung um die horizontale Drehachse 11 aus, was durch die Pfeildarstellung 25 angedeutet ist. Dabei führen die beiden nach unten ragenden Schwenkzapfen 13, 14 eine pendelnde Schwenkbewegung um die Drehachse 11 durch, und verschieben damit die beiden mittleren Stege 24, 24'. Die beim Schwenkzapfen 13 mit der Pfeildarstellung 26, 26' dargestellte Schwenkbewegung der Schwenkzapfen 13, 14 führt demzufolge zu einer gegenläufigen Drehbewegung der beiden Drehscheiben 15, 16, wie dies mit den Pfeilen 27, 28 dargestellt ist. Schwenkt beispielsweise der vordere Schwenkzapfen 13 in Fig. 2 nach hinten in Richtung Pfeil 26, so wird der zugehörige Steg 24' in diese Richtung vom Schwenkzapfen 13 mitgenommen, so daß sich die untere Drehscheibe 16 in Pfeilrichtung 27 gegen den Uhrzeigersinn um die vertikale Drehmittelachse 18 dreht. Gleichermaßen bewegt sich auch der hintere Schwenkzapfen 14 in Fig. 2 nach hinten bzw. nach rechts, so daß auch der Steg 24 in diese Richtung mitgenommen wird, was zu einer Drehbewegung der oberen Drehscheibe 15 in Pfeilrichtung 28, d. h. im Uhrzeigersinn führt. Die beiden Drehscheiben 15, 16 führen demzufolge stets eine gegenläufige Bewegung aufgrund ihrer gegenüberliegenden Stege 24, 24' um die Drehmittelachse 18 durch. Bei Durchführung der Kippbewegung der Betätigungswippe 2 bzw. des Reflektors 3 und damit der Schwenkbewegung der Schwenkzapfen 13, 14 in entgegengesetzter Richtung (Pfeil 26') erfolgt eine entgegengesetzte Bewegung wie oben beschrieben. Die zugehörigen Bewegungen der beiden Drehscheiben 15, 16 sind mit 27' und 28' gestrichelt dargestellt.

Die gegenläufigen Bewegungen der im Aufbau knochenförmigen Drehscheiben 15, 16 führen zu einer horizontalen Kreisverschiebung von Bohrungen 29, 29' auf der oberen Drehscheibe sowie 30, 30' auf der unteren Drehscheibe 16. Aufgrund der gegenläufigen Bewegungen der beiden Drehscheiben 15, 16 wird auch bei kleineren Wippenbewegungen, wie sie beispielsweise bei miniaturisierten Schaltern auftreten, der Winkelabstand α zwischen den vertikalen Winkelebenen durch die jeweiligen übereinanderliegenden Bohrungen 29, 30 bzw. 29', 30' relativ groß gehalten, bevor es zu einer Überdeckung bzw. einer fehlenden Überdeckung der jeweiligen übereinanderliegenden Bohrungen kommt. Hierdurch wird ein sicheres Schaltverhalten erzielt.

Die Lichtführung zur Schaltung des Betätigungsorgans ist in Fig. 1 näher dargestellt.

Der Reflektor 3 weist auf seinem Boden 12 zwei gegenüberliegende Aussparungen 33, 33' auf, durch die zwei stationär im Schaltergehäuse angeordnete Lichtleiterelemente 34, 35 vertikal nach oben gerichtet hindurchragen. Die Lichtleiterelemente 34, 35 sind gleich aufgebaut und stehen einander spiegelbildlich zur vertikalen Quersymmetriemittelebene gegenüber. Sie sind aus Kunststoffelementen oder Glaselementen hergestellt und dienen als Lichtleiter zur Aufnahme eines Teils des Lichtes der Lichtquelle 6.

Im oberen Bereich weist jedes Lichtleiterelement 34, 35 eine um 45° geneigte Reflektionsfläche 36, 36' auf, die einen symbolisch dargestellten horizontalen Lichtstrahl 37 von der Lichtquelle 6 als vertikalen Lichtstrahl 38 nach unten lenkt. Dabei fächert sich der nach unten gerichtete Lichtstrahl auf und trifft im unteren Bereich der beiden Lichtleiterelemente 34, 35 auf eine dachförmig angeordnete Umlenkfläche 39, 39' mit einem Einschlußwinkel von etwa 90°, so daß der nach unten gerichtete Lichtstrahl 38 in eine jeweils nach links und rechts gerichtete Lichtkomponente 40, 40' umgelenkt wird. Diese horizontale Umlenkung geschieht in einem beidseitig angeordneten sockelförmigen Ansatz 41, 41' der beiden Lichtleiterelemente 34, 35, an dessen jeweiligen Enden wiederum den horizontal verlaufenden Lichtstrahl 40 nach unten umlenkende Reflektionsflächen 42, 42' in einer 45°-Stellung vorgesehen sind, so daß der weitere Lichtstrahl 43, 43' auf beiden Seiten des jeweiligen Lichtleiterelements 34, 35 jeweils vertikal nach unten gelenkt wird. Die Lichtleiterelemente 34, 35 führen demzufolge einen Teil des Lichtes der Lichtquelle 6 mit jeweils zwei Strahlen 43, 43' nach unten. Diese Lichtstrahlen werden je nach Stellung der Betätigungswippe 2 mit zugehörigem Reflektor 3 und damit je nach Stellung der beiden Drehscheiben 15, 16 mit zugehörigen Bohrungen 29, 29' bzw. 30, 30' nach unten durch die Drehscheiben 15, 16 hindurchgeleitet und gelangen zu einer Grundplatte 45 mit vier auf der Grundplatte 45 in den Eckpunkten eines Rechteckes oder Quadrates angeordneten Bohrungen 46, 46'. Die Grundplatte 45 trägt auch den Lagerbolzen. 17 zur Aufnahme der beiden Drehscheiben 15, 16.

Unterhalb der Grundplatte 45 befindet sich eine Leiterplatte 47 mit elektronischen Bauelementen. Auf dieser Leiterplatte 47 befindet sich unterhalb jeder der vier Bohrungen 46, 46' ein fotoelektrisches Wandlerelement und insbesondere ein Fotoelement 48, welches zur Aufnahme bzw. Erkennung des durch die vier Bohrungen gegebenenfalls hindurchtretenden Lichtstrahles dient. Je nach Stellung des wippenförmigen Betätigungsorgans 2 wird demzufolge aufgrund der gegenläufigen Drehbewegungen der beiden Drehscheiben 15, 16 ein oder mehrere Lichtstrahlen von der oberen Lichtquelle 6 über die Lichtleiterelemente 34, 35 und über die zugehörigen Bohrungen 29, 29' bzw. 30, 30' nach unten geführt, so daß der jeweilige Lichtstrahl durch eine oder mehrere der vier Bohrungen 46, 46' hindurchführt und beim zugehörigen Fotoelement 48 unterhalb jeder Bohrung ein entsprechendes Schaltsignal auslöst. Ein Teil des Lichtes der Lichtquelle 6 zur unmittelbaren Beleuchtung der Betätigungswippe 2 dient demzufolge zur Vollziehung des Schaltvorgangs bei der Betätigung des Wippenschalters.

Claims (7)

1. Optischer Schalter, bestehend aus einer Lichtquelle (6) sowie einem mit dieser über eine Lichtleiteranordnung (34, 35) verbundenen fotoelektrischen Wandlerelement (48), wobei der Lichtleiteranordnung (34, 35) zu dessen schaltbarer Beeinflussung des übertragenden Lichtes ein Kopplungselement (15, 16) zugeordnet ist, derart dass ein Teil des Lichtes zur Durchführung des Schaltvorganges über die Lichtleiteranordnung (34, 35) und das Kopplungselement (15, 16) zu dem fotoelektrischen Wandlerelement (48) geführt ist, und wobei die Lichtquelle (6) im Bereich des Betätigungsorgans (2) angeordnet ist, so dass die Lichtquelle (6) gleichermaßen als Beleuchtungseinheit (6) für das Betätigungsorgan (2) des optischen Schalters (1) dient, dadurch gekennzeichnet, dass das Kopplungselement (15, 16) im Lichtleiterkreis als verdrehbare Blende oder Drehscheibe (15, 16) mit wenigstens einer Lichtdurchtrittsöffnung (29, 29', 30, 30') ausgebildet ist, wobei das Betätigungsorgan (2) wenigstens einen vertikalen Schwenkzapfen (13, 14) umfasst, der über eine Nut/Steg-Verbindung (21, 21' bis 24, 24') mit der Drehscheibe (15, 16) zusammenwirkt, wobei eine Schwenkbewegung des Schwenkzapfens (13, 14) in einer Vertikalebene eine Drehbewegung der Drehscheibe (15, 16) in einer Horizontalebene bewirkt.

2. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtquelle (6) im Bereich des Betätigungsorgans (2) wenigstens ein Lichtleiterelement (34, 35) zugeordnet ist, welches ein Teil des Lichtes zum Kopplungselement (15, 16) und von dort zu einer Platine (47) mit fotoelektrischem Wandler (48) führt und dass die Betätigung des Betätigungsorgans (2) einen Schaltvorgang am Kopplungselement (15, 16) im Sinne einer Lichtunterbrechung und/oder eines Lichtdurchganges auslöst.

3. Schalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwei übereinander angeordnete Drehscheiben (15, 16) vorgesehen sind, die von zwei gegenüberliegenden, nach unten gerichteten Schwenkzapfen (13, 14) betätigbar sind, wobei die Schwenkzapfen (13, 14) eine in einer Vertikalebene angeordnete Schwenkbewegung und die Drehscheiben (15, 16) eine, in einer Horizontalebene angeordnete Drehbewegung durchführen.

4. Schalter nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehscheiben (15, 16) auf einem Kreis in einem Winkel α versetzt zueinander angeordnete Bohrungen (29, 29' bzw. 30, 30') aufweisen, die durch die Schwenkbewegung des Betätigungsorgans (2) und damit durch die Drehbewegung der Drehscheiben (15, 16) zur Deckung gebracht werden.

5. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Betätigungsorgan (2) als Betätigungswippe (2) ausgebildet ist, welche einen sich konisch verjüngenden Reflektor (3) unterhalb der wenigstens teilweise durchsichtigen Betätigungswippe (2) umfasst und dass der Reflektor (3) in seinem Zentrum die Lichtquelle (6) aufweist, der zwei, spiegelbildlich angeordnete Lichtleiterelemente (34, 35) zugeordnet sind.

6. Schalter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtleiterelemente (34, 35) als Kunststoff- oder Glas- Elemente mit verspiegelten Umlenkflächen (36, 36', 39, 39', 42, 42') ausgebildet sind, die das Licht der Lichtquelle (6) zu den als Drehscheiben (15, 16) ausgebildeten Kopplungselementen führen.

7. Schalter nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die vertikalen Schwenkzapfen (13, 14) nach unten führend beidseitig am Reflektor (3) vorgesehen sind.