EP0625283B1

EP0625283B1 - Schaltmatte oder schaltplatte

Info

Publication number: EP0625283B1
Application number: EP94901895A
Authority: EP
Inventors: Fritz D. Buchien
Original assignee: Mayser GmbH and Co KG
Current assignee: Mayser GmbH and Co KG
Priority date: 1992-12-03
Filing date: 1993-11-26
Publication date: 1996-10-30
Anticipated expiration: 2013-11-26
Also published as: DE4240622A1; KR950700599A; EP0625283A1; WO1994012996A1; US5512716A; DE4240622C2; ES2094041T3; DE59304362D1; ATE144858T1; JPH07503575A

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltmatte oder -platte nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Schaltmatten sind beispielsweise aus der DE 38 21 305 A1 bekannt, 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 Endkanten aneinanderliegen und durch durch sie hindurchgeführte Expanderschnüre zusammengehalten werden. In diesen Kontaktplatten verläuft eine Kontaktbahn, und die Ausgestaltung ist dabei so getroffen, daß jede der Kontaktplatten an ihren Enden Kontaktstellen besitzt, die mit den Kontaktstellen des benachbarten plattenförmigen Elementes in Verbindung kommen. Bei einer Berührung der Schaltmatte und bei einer dadurch bewirkten Auseinanderbewegung der plattenförmigen Elemente, werden die Kontaktstellen getrennt, so daß hierdurch der Stromkreis unterbrochen wird.
Schaltmatten dieser Art lassen sich in der Regel nicht feinfühlig genug ausbilden, um einen Schaltvorgang auch bei geringen Drücken zu bewirken.
Eine Schaltmatte der Gattung nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 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 geannten 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 angeordneten Blattfedern gehalten ist. Bei solchen Bauarten kann die Auslösung eines Schaltvorganges dann gefährdet sein, wenn der Druck auf die Einrichtung unmittelbar im Bereich des Schaltkopfes eines Kontaktstiftes 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 Schaltmatte 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 Kontaktunterbrechung führt.
Zur Lösung dieser Aufgabe werden bei einer Schaltmatte oder -platte der eingangs genannten Art die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 vorgesehen.
Durch diese Ausgestaltungen wird es jeweils möglich, die gesamte 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 und der direkten Verbindung der Schaltstifte mit einem der Flächenkörper auch eine feinfühlige Betätigung ermöglichen.
In Weiterbildung der Erfindung können die Merkmale des Patentanspruch 2 vorgesehen werden, die eine kompakte und flache Bauweise ermöglichen.
Durch die Merkmale des Patentanspruch 3 werden zwei unabhängig voneinander wirkende Schaltkreise gebildet. Eine derartig aufgebaute Schaltmatte oder -platte besitzt zwei redundante Sicherheitssysteme, und läßt sich daher insbesondere dort einsetzen, wo erhöhte Anforderungen an die Sicherheit gestellt werden. Dabei kann die Ausgestaltung zweckmäßig jeweils so getroffen werden, daß die einer der Platten oder Matten zugeordnete Kontaktbahn und die mit ihr zusammenwirkenden Kontaktköpfe im Abstand zu der der anderen Platte oder Matte zugeordneten 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 im Anspruch 4 gekennzeichnet. Dabei werden den Vertiefungen Sensoren zugeordnet, die bei Betätigung eines Schaltstiftes durch den die Kontaktbahn unterbrechenden Kontaktkopf betätigt werden. Diese Ausgestaltung nämlich erlaubt es zusätzlich auch noch, jeweils festzustellen, an welcher Stelle die Unterbrechung der Kontaktbahn erfolgt ist. Dies ist z.B. für Sicherheitseinrichtungen, mit denen auch festgestellt 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 Führungsplatte 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 jeweils 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 dargestellt, die aus zwei im wesentlichen parallel zueinander angeordneten Flächenkörpern in der Form von 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) elastisch 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 Kontaktstiften (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 Kontaktstifte (5) besitzen an ihrem vom Befestigungsende abgewandten Ende einen scheibenförmigen Kontaktkopf (6), der ebenso wie die Kontaktstifte (5) aus einem elektrisch leitfähigem Material besteht. Es wäre auch möglich, die Kontaktstifte (5) selbst aus nicht leitfähigem Material herzustellen, und hierauf aus leitfähigem Material bestehende Kontaktköpfe aufzusetzen. Die einteilige 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 Figuren 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 oberen, zur Betätigung dienenden Platte (1) verteilen.
Zwischen der Führungsplatte (3) und der unteren Platte (2) verläuft 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 jeweils 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) verbunden sein kann, seitlich in den Bereich der Vertiefungen (7) herein, so daß sie bis unter die Kontaktköpfe (6) reicht. Bei nicht betätigter oberer Platte (1) liegen daher alle Schaltstifte (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 Schaltkopf (6) so weit in seine Vertiefung (7) hereingedrückt, 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 Schaltköpfe (6) durch das Durchbiegen der Platte (1) die Kontaktbahn unterbricht, sondern mehrere Schaltköpfe. Die Ausgestaltung 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 Schaltkopf in seine Vertiefung (7) gedrückt wird. Auch dies führt aber zu einer Unterbrechung des Schaltkreises. Jeder der Schaltstifte (5) stellt einen Trennschalter dar. Seine Betätigung führt zur Unterbrechung 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 nun zwei Platten (11 und 12) jeweils fest mit den Enden der Schaltstifte (5) bzw. (5') und um 180° zueinanderverdreht durch Zwischenfügung der Schaumstreifen (4) so aufeinandergelegt sind, daß zwischen ihnen der Schaltzwischenraum (a) gebildet wird. Der Platte (11) und ihren Schaltstiften (5) ist dabei die untere Platte (21) mit ihrem Vertiefungen (7) zugeordnet, der unteren Platte (12) und ihren Schaltstiften (5') die obere Abdeckplatte (22) mit den Vertiefungen (7'). Bei dieser Ausführungsform, die also in etwa der doppelten Ausführung der Schaltplatte der Fig. 1 bis 3 entspricht, übernehmen jeweils die Platten (11 und 12) die Funktion einer Führungsplatte für die Schaltstifte (5 und 5'). Die Platte (12) dient daher als Führungsplatte für die Schaltstifte (5), die fest mit der Platte (11) verbunden sind und umgekehrt, dient die Platte (11) als Führungsplatte für die Schaltstifte (5'), die fest mit der Platte (12) verbunden sind. Wie Fig. 5 zeigt, werden daher bei einer Ausübung einer Kraft auf die obere Abdeckplatte (22) und bei einer dadurch bewirkten Verformung der Platte (11) die Schaltstifte (5) dieser Platte (11) in die Vertiefungen (7) der unteren Abdeckplatte (21) gedrückt, gleichzeitig aber auch die Schaltstifte (5') der unteren Platte (12) in die Vertiefungen (7') der oberen Abdeckplatte (22). Da jeweils 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 Sicherheitskreisen ausgerüsteten Schaltplatte.
Die Fig. 7 schließlich zeigt eine Möglichkeit, wie mit verhältnismäßig einfachen Mitteln auch die Lage der durch die Kontaktstifte (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 Schaltkopf des um den Schaltweg nach unten gedrückten Schaltstiftes (5) in die zugeordnete Vertiefung (7) hereingedrückt ist, ein Signal abzugeben erlauben, mit dem die Stelle des jeweils ausgelösten Trennschalters lokalisierbar ist. Die Sensoren (15) können z.B. als piezoelektrische Elemente ausgebildet und über nicht nähergezeigte Kontaktwege mit einer Anzeigetafel verbunden 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 abzuschalten, wenn die Bedienungsperson dem Gefahrenbereich zu nahe kommt.

Claims

Schaltmatte oder -platte, bestehend aus im wesentlichen parallel zueinander angeordneten elektrisch isolierenden Flächenkörpern (1, 2 bzw. 11, 12), denen mindestens eine stromdurchflossene Kontaktbahn (8, 8') zugeordnet ist, die in Serie liegende Trennschalter aufweist, die bei Druck auf einen der Flächenkörper betätigt werden, wobei den Trennschaltern Kontaktstifte (5, 5') zugeordnet sind, die in einer Führung beweglich gehalten sind, die von einem isolierenden Flächenkörper (3, 11, 12) gebildet ist und unter Federkraft mit einem Kontaktkopf (6) an der Kontaktbahn anliegen, die den Bereich der Kontaktköpfe durchquert, wobei sie in diesen Bereichen nur beim Anliegen eines jeweiligen Kontaktkopfes an der Kontaktbahn durchverbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktstifte (5, 5') mit dem von dem Kontaktkopf (6) abgewandten Ende mit einem der Flächenkörper (1 bzw. 11, 12) fest verbunden sind, daß der die Führungen der der jeweiligen Kontaktbahn zugeordneten Kontaktstifte aufweisende Flächenkörper zwischen dieser Kontaktbahn (8, 8') und dem mit diesen Kontaktstiften fest verbundenen Flächenkörper angeordnet ist, daß die Schaltmatte oder -platte elastische Elemente aufweist, die den mit den einer Kontaktbahn zugeordneten Kontaktstiften verbundenen Flächenkörper elastisch nachgiebig von der zugehörigen Kontaktbahn beabstanden, so daß die Kontaktköpfe dieser Kontaktstifte unter Federkraft an der Kontaktbahn anliegen, und daß an einer dem die Führungen für die Kontaktstifte aufweisenden Flächenkörper abgewandten Seite der Kontaktbahn ein Flächenkörper vorgesehen ist, der die Bewegung der Kontaktköpfe dieser Kontaktstifte zulassende Vertiefungen (7, 7') aufweist.
Schaltmatte oder -platte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vertiefungen (7) in dem nicht mit den Kontaktstiften verbundenen Flächenkörper (2) vorgesehen sind, daß die Führung für die Kontaktstifte zwischen den beiden Flächenkörpern (1, 2) angeordnet ist, und daß zwischen dem die Vertiefungen (7) aufweisenden Flächenkörper (2) und der Führung (3) die Kontaktbahn (8) angeordnet ist.
Schaltmatte oder -platte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Führung für die Kontaktstifte (5, 5') von einem der beiden Flächenkörper (11, 12) gebildet ist, daß die Vertiefungen (7, 7') in zusätzlichen, als Abdeckung dienenden Flächenkörpern (21, 22) vorgesehen sind, und daß zwischen diesen die Vertiefungen (7, 7') aufweisenden Flächenkörpern (21, 22) und der Führung (11, 12) jeweils eine Kontaktbahn (8, 8') angeordnet ist, so daß zwei unabhängig voneinander wirkende Schaltkreise gebildet sind.
Schaltmatte oder -platte nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß in den Vertiefungen (7) jeweils Sensoren (15) angeordnet sind, die bei Betätigung eines Schaltstiftes (5) durch den die Kontaktbahn (8) unterbrechenden Kontaktkopf (6) betätigt werden.
Schaltmatte oder -platte nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die einem der Flächenkörper (11, 12) zugeordnete Konkaktbahn (8, 8') und die mit ihr zusammenwirkenden Kontaktköpfe (6) im Abstand zu der dem anderen Flächenkörper zugeordneten Kontaktbahn verlaufen.
Schaltmatte oder -platte nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktbahn (8, 8') eines der Flächenkörper (12) jeweils in der Mitte zwischen parallelen Ästen der mäanderförmigen Kontaktbahn (8) des anderen Flächenkörpers (11) verläuft.