EP1632967A1 - Elektrische Schaltvorrichtung mit Anzeigemittel - Google Patents

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EP1632967A1
EP1632967A1 EP05019091A EP05019091A EP1632967A1 EP 1632967 A1 EP1632967 A1 EP 1632967A1 EP 05019091 A EP05019091 A EP 05019091A EP 05019091 A EP05019091 A EP 05019091A EP 1632967 A1 EP1632967 A1 EP 1632967A1
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EP
European Patent Office
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switching device
display means
switching
energy
actuating element
Prior art date
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Application number
EP05019091A
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English (en)
French (fr)
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EP1632967B1 (de
Inventor
Thomas Freyermuth
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Eaton Industries GmbH
Original Assignee
Moeller GmbH
Kloeckner Moeller GmbH
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Publication date
Application filed by Moeller GmbH, Kloeckner Moeller GmbH filed Critical Moeller GmbH
Priority to PL05019091T priority Critical patent/PL1632967T3/pl
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Publication of EP1632967B1 publication Critical patent/EP1632967B1/de
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H9/00—Details of switching devices, not covered by groups H01H1/00 - H01H7/00
    • H01H9/16—Indicators for switching condition, e.g. "on" or "off"
    • H01H9/168—Indicators for switching condition, e.g. "on" or "off" making use of an electromagnetic wave communication
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H13/00—Switches having rectilinearly-movable operating part or parts adapted for pushing or pulling in one direction only, e.g. push-button switch
    • H01H13/02—Details
    • H01H13/023—Light-emitting indicators
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H2207/00—Connections
    • H01H2207/048—Inductive or infrared coupling
    • H—ELECTRICITY
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    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H9/00—Details of switching devices, not covered by groups H01H1/00 - H01H7/00
    • H01H9/16—Indicators for switching condition, e.g. "on" or "off"
    • H01H9/167—Circuits for remote indication

Definitions

  • the invention relates to an electrical switching device with display means, with actuators for the switch contacts and with display means for displaying the functional or switching state of the switching device.
  • Switching devices or switching signal units which have a housing and a hollow actuating element (tappet) which can be displaced against spring force, wherein a luminous means fastened in the housing is present which illuminates a translucent surface located on the upper side or front side of the actuating element from inside (EP 0 417 048 A2, EP 0 632 474 B1).
  • the light intensity at the front of the actuator is not high. Also, a lateral emission of light is barely present, so that light is almost only visible when viewed directly from the front.
  • DE 37 25 011 C2 shows a switch with a movable switch handle, in which an electric light source is arranged in the switch handle. The light source is energized via a transformer (wireless) power supply.
  • the possible energy transmission becomes weaker and the brightness of the indicator decreases because the energy field has only a limited extent of the order of a few millimeters.
  • metallic front panels can greatly weaken the usable field or even completely shield. This is especially true when the switch device is to reach through a wall or if for other reasons, the length of the switching shaft must be increased. Although there is the possibility to generate more energy in the transmitter. But this is associated with greater effort and more power loss.
  • the invention has for its object to improve the power supply for display means on electrical switching devices or installation devices, in particular for the power supply in switching devices with a particularly large distance between control and / or display elements and the housing of the switching device.
  • the essence of the invention is that between the power supply (the energy transmitter) and the at least one display means (the energy receiver) at least one wireless power transformer is present.
  • the energy exchanger is arranged between the primary coil of a primary oscillator (transmitting coil) and receiver coil of a display oscillating circuit. This is an extension of the inherently short range of a single oscillator.
  • the invention allows a constant and permanent power supply, even compared to the use of batteries in a display means and it eliminates the problem of range limitation in shift shaft extensions. Passing through metallic front panels is possible.
  • the at least one display means receives the electrical power supply according to the induction principle of an arranged in the housing of the switching device designed as an oscillator energy transmitter.
  • the primary oscillator generates a short-range electromagnetic alternating field and induces in a receiver coil of the energy exchanger an electrical voltage which is wirelessly transmitted to a receiver coil on the side of the display means.
  • the frequency of the alternating field can be, for example, in the range of 50 to 150 kHz.
  • Optical display means of command and signaling devices usually have low power consumption, so that here the invention finds optimal use.
  • the electromagnetic field of the oscillators is spatially relatively narrow.
  • the respective receiver coils are arranged in the field of the transmitting coils.
  • Power is supplied via mains connection (230 V or 400 V) or via mains voltage reduced to low voltage (12 or 24 V).
  • the energy exchanger can be inside of the actuator be clamped cavity or protrude into this more or less deep.
  • the resonant frequencies of the resonant circuits used are coordinated with each other.
  • an embodiment is proposed in which the position of the actuating element (switching shaft with control knob) correlates with switching positions of the switching device.
  • an operating display or position indicator can be brought into effect optically and / or acoustically.
  • a soft magnetic material is provided. This material may be arranged in the form of a rod, for example in the shaft of the actuating element.
  • the alternating electromagnetic field is extended over a sufficient distance to the display means.
  • the at least one display means may be at least one optical and / or at least one acoustic display means.
  • optical displays or illuminants are used primarily as optical display means.
  • Optical displays can be designed as LED displays or as light guide plates.
  • As an acoustic display means can be used alone or together with the optical means: speaker, buzzer or horns.
  • Display means should generally indicate functional or switching states of the switching device. However, other effects are possible, such as in the sense of a control or function display.
  • the display means could be activated by a higher-level controller (for example a programmable logic controller PLC) for continuous light or flashing light. It could be provided that the display means is activated when the associated switching device is to be operated by an operator (in the sense of an actuation request or user prompting).
  • the at least one display means is in the actuator - so preferably in the control knob - integrated.
  • the display means with the Actuator is firmly connected, wherein the display means is seated in the form of a light source either on the surface or end face of the actuating element, or housed in a hole in the surface. In this case, the light radiates into free space.
  • the integration can also consist in that the surface of the actuating element is transparent or translucent, so that the lighting means is mounted behind the surface and the light passes through the translucent surface.
  • An optical display means may also be arranged on the front side of the housing, without being mounted directly on or in the actuating element. For example, it may be integrated on a front shield of the switching device or designed as such.
  • the at least one (visually or acoustically executed) display means can be arranged on a printed circuit board and wired.
  • On the circuit board further electronic components may be present, wherein preferably is thought of an electronic chip.
  • Such components may serve the particular interconnection or control of the display means, such as the periodic interruption of the supply voltage. In this way, special lighting effects (e.g., steady light, running light, or flashing light) can be generated.
  • the actuating element relative to the housing is movably mounted and linear or rotary actuated.
  • the actuator does not necessarily have to be movable, for example, designed as a rocker, plunger or knob. It can also be a rigidly arranged touch sensor. Such a touch sensor can also be fed by the primary oscillator via the alternating field of the energy exchanger and be controlled by an electronic circuit in the circuit.
  • the switching device may be a simple ON-OFF switch, it may be designed as a button, as a cam switch or may act on a relay, wherein the switch positions can be latching or non-latching ingestible.
  • Cam switches As navbewegbewegmaschine object, a cam switch can be used. Cam switches have multiple switch positions, the arrangement being used to identify individual switch positions via an associated optical indicator (or audible indicator).
  • Fig. 1 shows a circuit arrangement in which the electrical energy is transmitted from a primary resonant circuit PK via an intermediate resonant circuit designed as an energy exchanger 100 to a receiver resonant circuit SK.
  • PK means an oscillator circuit with primary resonant circuit 62 and SK the circuit of the secondary circuit.
  • the oscillator of the primary resonant circuit fed by the mains voltage at the primary coil 63, provides an alternating field, preferably 125 kHz, which is of short range.
  • the circuit is designed so that the waveform is as sinusoidal as possible, whereby unwanted harmonics are avoided. Electromagnetic fields with frequencies up to the maximum range of 150 kHz are still well below the limits of the EMC regulations (professional association in Germany), so that - especially because of the short range - no special shielding measures must be taken.
  • the simple built-in receiver consists of an LC resonant circuit whose resonance frequency is tuned to the frequency (125 kHz) of the oscillator.
  • the current consumption of the oscillator with a supply voltage of 12 V has a typical value of approx. 100 mA.
  • the intermediate resonant circuit 100 is shown schematically.
  • the coils TS1, TS2 and the capacitor 73 are wired.
  • the electrical wiring may be inserted in the shaft 124 of the control knob. However, it can also be wound around the shaft 124 between the receiving coil and the transmitting coil, thereby the length of the intermediate oscillating circuit can be adapted to the respective length of the shaft.
  • the control knob and / or the display means relative to the housing movable but also be fixed in space. Especially with mobile control buttons wireless energy transfer has special advantages.
  • the receiver-transmitter combination 100 is arranged between primary coil 63 of the oscillator and secondary coil 65 of the receiver 30.
  • the intermediate resonant circuit is tuned to the primary oscillator 62 resonant circuit. It comprises a receiving coil (first partial coil TS1 of the inductance) and a transmitting coil (second partial coil TS2 of the inductance).
  • the receiving coil TS1 (TS1 'in Fig. 2) is arranged on the side of the primary coil of the transmitter resonant circuit, and the transmitting coil TS1 (TS2 "in Fig. 2) on the side of the secondary coil 65 (65A1 in Fig.
  • two intermediate resonant circuits are formed one behind the other, whereby the coils are geometrically arranged such that the respective receiver coil (TS1 'and TS2') are located within the associated transmitter coil (63, TS1 ").
  • Fig. 2 shows a switching device in section.
  • Switching devices usually have a device made of insulating material device housing. Typical housings consist of a lower part and a top part. In the lower part, for example, the primary resonant circuit PK can be accommodated, of which only the transmitting coil 63 is shown here.
  • the supply voltage can be supplied via cable terminals arranged at the bottom of the housing.
  • actuation contacts are at least present, which are moved when pressed down or when turning the control knob 12.2. With activation of the actuating contacts circuits are opened or disconnected depending on the function or design of the switching device, wherein the power supply for at least one display means (30A1) is switched directly or via an intermediate relay.
  • a display means may be provided, for example, at least one arranged in the control knob or on the front panel LED, which can bring an activated switching state for display.
  • a control knob is mounted in the upper housing part in a cylindrical guide, which can be set up with springs reset functions.
  • a support member for the secondary coil 65A1 can be arranged on such a cylindrical guide.
  • LEDs receive their electrical supply voltage via the voltage induced in the secondary coil 65, 65A1.
  • the addressed in this arrangement example electrical components can sit on a (not shown here) small circuit board. It can also (also on the circuit board) be present an electronic chip that controls the duration of the power supply, in which case effects such as flashing light or change between the two LEDs or the like can be programmed.
  • Both intermediate resonant circuits (TS1'-TS2 ', TS1 "-TS2") are directly incorporated in the shaft 124 of the switching device. This is shown in FIG. 2 as a cam switch and in a mounting wall 22nd arranged. It has an unlit control button 12.2 and a front plate with 30A1 bulb.
  • the switching device in Fig. 3 is shown without housing and has a control button (or knob) 12.1 with a cap.
  • the switching device is installed in an opening of a mounting wall 22.
  • the device is bolted to a threaded ring 20 on the thread of the shaft passing through the opening.
  • the secondary coil 63 of the transformer resonant circuit is arranged according to the embodiment of Fig. 3 in the control knob 12.1. In this case, not necessarily multiple turns of wire must be provided. It may preferably be the secondary coil of individual series-connected SMD coils are removed, which are easy to accommodate because of their miniature size in a control knob.
  • the secondary coil can be made up of eight SMD coils with 220 mH each.
  • the control button of the signaling device penetrates from the front and the shield carrier.
  • the front shield consists of an engraved plate made of plastic, which can also be aluminum coated.
  • the side of the control button sits a bulb 30.1.
  • the front shield consists of a light guide plate made of transparent plastic with superficial aluminum coating, which has superficial Einritzungen.
  • the light guide plate is illuminated at one edge by the light source 30.1. At the points of the scratches, the light emerges forward so that the image of the scoring is clearly visible when the illuminant is active.
  • the lighting means 30.1 receives its power supply wirelessly via the receiver coil 65.
  • the receiver coil is located outside the mounting wall 22.
  • the transmitter coil 63 of the energy exchanger projects far into the knob and comes to rest outside the mounting wall. This makes it possible to pass the energy field unimpaired through an opening, even if the opening should be formed in a magnetizable plate.
  • the front shield described in FIG. 3 could alternatively also be designed as an LCD display.
  • the power supply for an LCD display can also be formed according to the invention. The person skilled in the art should immediately realize that even with a LCD display controlled by an electronic chip, further display or luminous effects can be achieved than are possible with a light guide plate that can only be activated statically.
  • FIG. 4 shows the plan view of a display surface of a cam switch
  • FIG. 5 shows the plan view of the display surface likewise of a cam switch with a cover disk.
  • Cam switches are rotationally actuated and have several switching positions. Here the switching positions are marked A1, A2 etc.
  • a transmitting coil TS2 of the intermediate oscillating circuit used which is rotatable with the control knob of the cam switch in the various switching positions.
  • Each switching position is associated with a light source (LED) 30A1, 30A2 ..., etc., which is fed by its own energy receiver (secondary coil) 65A1, 65A2 ... etc. Because of the short range of the electromagnetic field of the transmitting coil TS2 only the next adjacent to the transmitting coil TS2 lamps 30A1, 30A2 ... is activated and made to light.
  • LED light source
  • a cover plate 122 is attached to the control knob, which has a single opening. The opening is arranged in the cover so that in each switching position, only the switching position associated with the display means is visible and light passes through this opening when the lamp is activated.

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Abstract

Die Erfindung betrifft elektrische Schaltvorrichtungen mit Gehäuse, mit Betätigungselement (12.2) für die Schaltkontakte und mit mindestens einem Anzeigemittel (30A1) zur Anzeige des Funktions- oder Schaltzustands der Schaltvorrichtung. Die Energieversorgung für das Anzeigemittel soll verbessert werden. Der Kern der Erfindung ist, dass die elektrische Energieversorgung drahtlos über mindestens einen induktiven Energieübertrager (TS1'-TS2'; TS1"-TS2") erfolgt, und damit das Anzeigemittel (30A1) versorgt wird. Eingesetzt wird ein räumlich begrenztes elektromagnetisches Wechselfeld im Frequenzbereich von 50 bis 150 kHz. Der Energieübertrager stellt die Spannungsversorgung an einen Empfängerschwingkreis (65A1) des Anzeigemittels (30A1) dar. Die Schaltvorrichtung wird über Netzanschluss (230 V) oder über auf 12 oder 24 V verminderte Netzspannung gespeist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine elektrische Schaltvorrichtung mit Anzeigemittel, mit Betätigungselemente für die Schaltkontakte und mit Anzeigemittel zur Anzeige des Funktions- oder Schaltzustands der Schaltvorrichtung.
  • Bekannt sind Schaltvorrichtungen oder schaltende Signaleinheiten, die ein Gehäuse und ein gegen Federkraft längst verschiebbares hohles Betätigungselement (Stößel) aufweisen, wobei ein im Gehäuse befestigtes Leuchtmittel vorhanden ist, welches eine an der Oberseite oder Stirnseite des Betätigungselements befindliche durchscheinende Fläche von innen beleuchtet (EP 0 417 048 A2, EP 0 632 474 B1). Die Lichtstärke an der Stirnseite des Betätigungselements ist nicht hoch. Auch ist eine seitliche Abstrahlung des Lichts kaum vorhanden, so dass Licht fast nur bei direkter Betrachtung von vorn sichtbar ist.
  • Vorgeschlagen wurde auch schon, die Lichtausbeute dadurch zu erhöhen, dass eine im Betätigungselement angeordnete Sammellinse das Licht zur Oberseite des Betätigungselements bündelt (DE 32 37 589 A1).
  • Zwar sind Lösungen möglich, bei denen das Anzeige-, insbesondere Leuchtmittel nicht starr im Gehäuse und relativ tief im Betätigungselement sitzt, sondern mitbeweglich im Betätigungselement angeordnet wird. Doch hierbei muss die Energieversorgung über flexible Leitungen erfolgen. Solche Leitungen können elektrische oder optische Leitungen sein. Solche Lösungen haben den Nachteil, dass flexible elektrische Leitungen gegen dauernde mechanische Belastungen empfindlich sind, ebenso gilt dies für lichtübermittelnde Lichtwellenleiter. Weiterhin ist eine aufwendige Verbindungstechnik von starren Kontakten zum beweglichen Leuchtmittel notwendig.
  • Es gibt weiterhin Stand der Technik, bei dem die Energieversorgung nicht leitungsgebunden erfolgt. DE 37 25 011 C2 zeigt einen Schalter mit einem beweglichen Schaltergriff, bei dem im Schaltergriff eine elektrische Lichtquelle angeordnet ist. Die Lichtquelle wird über eine transformatorische (drahtlose) Energieversorgung bestromt.
  • Mit größer werdendem Abstand von Sender und Empfänger wird die mögliche Energieübertragung schwächer und die Helligkeit des Anzeigemittels sinkt, weil das Energiefeld nur eine begrenzte Ausdehnung in der Größenordnung von einigen Millimetern hat.
  • Weiterhin können metallische Frontplatten das nutzbare Feld stark abschwächen oder gar ganz abschirmen. Dies gilt insbesondere dann, wenn die Schaltervorrichtung durch eine Wandung hindurchgreifen soll oder wenn aus anderen Gründen, die Länge der Schaltwelle vergrößert werden muss. Es gibt zwar die Möglichkeit, im Sender mehr Energie zu erzeugen. Doch ist damit ein größerer Aufwand und mehr Verlustleistung verbunden.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Energieversorgung für Anzeigemittel an elektrischen Schaltvorrichtungen oder Installationsgeräten zu verbessern, insbesondere für die Energieversorgung bei Schaltvorrichtungen mit besonders großem Abstand zwischen Bedien- und/oder Anzeigeelementen und dem Gehäuse der Schaltvorrichtung.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des unabhängigen Anspruches gelöst, während den abhängigen Ansprüchen vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung zu entnehmen sind.
  • Der Kern der Erfindung ist, dass zwischen der Spannungsversorgung (dem Energiesender) und dem mindestens einen Anzeigemittel (dem Energieempfänger) mindestens ein drahtloser Energieübertrager vorhanden ist. Der Energieübertrager wird zwischen Primärspule eines primären Oszillators (Sendespule) und Empfängerspule eines Anzeigeschwingkreises angeordnet. Damit kommt eine Verlängerung der an sich kurzen Reichweite eines einzigen Oszillators zustande. Die Erfindung erlaubt eine konstante und dauerhafte Stromversorgung, auch im Vergleich zum Einsatz von Batterien in einem Anzeigemittel und es entfällt das Problem der Reichweitenbegrenzung bei Schaltwellenverlängerungen. Durchführung durch metallische Frontplatten sind möglich.
  • Das mindestens eine Anzeigemittel erhält die elektrische Energieversorgung nach dem Induktionsprinzip von einem im Gehäuse der Schaltvorrichtung angeordneten als Oszillator ausgebildeten Energiesender. Der primäre Oszillator erzeugt ein elektromagnetisches Wechselfeld kurzer Reichweite und induziert in einer Empfängerspule des Energieübertragers eine elektrische Spannung, die an eine Empfängerspule auf der Seite des Anzeigemittels drahtlos übermittel wird. Die Frequenz des Wechselfeldes kann beispielsweise im Bereich von 50 bis 150 kHz liegen. Optische Anzeigemittel von Befehls- und Meldegeräten haben in der Regel geringen Leistungsverbrauch, so dass hier die Erfindung einen optimalen Einsatz findet.
  • Das elektromagnetische Feld der Oszillatoren ist räumlich relativ eng begrenzt. Die jeweiligen Empfängerspulen werden in dem Feld der Sendespulen angeordnet. Die Spannungsversorgung erfolgt über Netzanschluss (230 V oder 400 V) oder über auf Kleinspannung (12 oder 24 V) verminderte Netzspannung. Der Energieübertrager kann im Inneren eines vom Betätigungselement aufgespannten Hohlraums angeordnet sein oder in diesen mehr oder weniger tief hineinragen. Die Resonanzfrequenzen der eingesetzten Schwingkreise sind untereinander aufeinander abgestimmt.
  • Für rotativ betätigbare Schaltvorrichtungen wird eine Ausführungsform vorgeschlagen, bei der die Lage des Betätigungselements (Schaltwelle mit Bedienknopf) mit Schaltstellungen der Schaltvorrichtung korreliert. In der jeweiligen aktiven Stellung des Betätigungselements kann eine Betriebsanzeige oder Stellungsanzeige optisch und/oder akustisch zur Wirkung gebracht werden.
  • Eine weitere Maßnahme zur Energieübertragung bei Überlänge des Abstandes Sender-Empfänger soll darin bestehen, dass ein weichmagnetisches Material vorzusehen wird. Dieses Material kann in Form eines Stabes, beispielsweise in der Welle des Betätigungselements angeordnet sein. Damit wird das elektromagnetische Wechselfeld über eine ausreichende Strecke hin zum Anzeigemittel verlängert.
  • Mit den vorgelegten Anordnungen lassen sich etwa ab 10 mm Reichweiten überbrücken. Es können auch zwei oder mehr Energieübertrager (Zwischenschwingkreise) hintereinander ausgebildet sein. Reichweiten bis 500 mm sind möglich, ohne dass der nötige Energieaufwand übermäßig vergrößert wird.
  • Das mindestens eine Anzeigemittel kann mindestens ein optisches und/oder mindestens ein akustisches Anzeigemittel sein. Hierbei kommen als optische Anzeigemittel in erster Linie optische Displays oder Leuchtmittel (beispielsweise LEDs) zum Einsatz. Optische Displays können als LED-Displays oder als Lichtleitplatten ausgestaltet sein. Als akustisches Anzeigemittel können allein oder zusammen mit den optischen Mitteln eingesetzt werden: Lautsprecher, Summer oder Hupen.
  • Anzeigemittel sollen in der Regel Funktions- oder Schaltzustände der Schaltvorrichtung anzeigen. Es sind jedoch auch andere Effekte möglich, etwa im Sinne einer Bedien- oder Funktionsanzeige. Hierbei könnte beispielsweise das Anzeigemittel von einer übergeordneten Steuerung (beispielsweise eine speicherprogrammierbaren Steuerung SPS) auf Dauerlicht oder Blinklicht aktivierbar sein. Es könnte vorgesehen sein, dass das Anzeigemittel dann aktiviert wird, wenn die zugehörige Schaltvorrichtung von einer Bedienperson betätigt werden soll (im Sinne einer Betätigungsaufforderung oder Bedienerführung).
  • Das mindestens eine Anzeigemittel ist im Betätigungselement - also vorzugsweise im Bedienknopf - integriert. Als Integration soll vorzugsweise verstanden werden, dass das Anzeigemittel mit dem Betätigungselement fest verbunden ist, wobei das Anzeigemittel in Form eines Leuchtmittels entweder auf der Oberfläche oder Stirnfläche des Betätigungselements sitzt, oder in einem Loch in der Oberfläche untergebracht ist. In diesem Fall strahlt das Licht in den freien Raum ab. Die Integration kann aber auch darin bestehen, dass die Fläche des Betätigungselements transparent oder durchscheinend ausgebildet ist, so dass das Leuchtmittel hinter der Fläche angebracht ist und das Licht durch die durchscheinende Fläche hindurchtritt.
  • Es kann auch ein optisches Anzeigemittel an der Frontseite des Gehäuses angeordnet sein, ohne direkt auf oder in dem Betätigungselement angebracht zu sein. Beispielsweise kann es auf einem Frontschild des Schaltgeräts integriert oder als solches ausgebildet sein.
  • Das mindestens eine (ob optisch oder akustisch ausgeführte) Anzeigemittel kann auf einer Leiterplatte angeordnet und verdrahtet sein. Auf der Leiterplatte können weitere elektronische Bauelemente vorhanden sein, wobei vorzugsweise an ein Elektronik-Chip gedacht wird. Solche Bauelementen können der besonderen Verschaltung oder Ansteuerung des Anzeigemittels dienen, beispielsweise der periodischen Unterbrechung der Versorgungsspannung. Auf diese Weise können besondere Lichteffekte (z.B. Dauerlicht, Lauflicht oder Blinklicht) erzeugt werden.
  • Vorzugsweise ist das Betätigungselement gegenüber dem Gehäuse beweglich gelagert und linear oder rotativ betätigbar. Das Betätigungselement muss jedoch nicht notwendigerweise beweglich, beispielsweise als Wippe, Stößel oder Drehknopf ausgebildet sein. Es kann sich auch um einen starr angeordneten Berührungssensor handeln. Ein solcher Berührungssensor kann ebenfalls von dem Primär-Oszillator über das Wechselfeld des Energieübertragers gespeist und schaltungsmäßig von einem Elektronik-Chip gesteuert sein.
  • Die Schaltvorrichtung kann ein einfacher EIN-AUS-Schalter sein, sie kann als Taster, als Nockenschalter ausgebildet sein oder kann ein Relais beaufschlagen, wobei die Schaltstellungen rastend oder nicht rastend einnehmbar sein können.
  • Als rotationsbeweglicher Gegenstand kann ein Nockenschalter eingesetzt werden. Nockenschalter haben mehrere Schaltpositionen, wobei die Anordnung dafür eingesetzt wird, einzelne Schaltpositionen über ein zugeordnetes optisches Anzeigemittel (oder akustisches Anzeigemittel) kenntlich zu machen.
  • Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den folgenden, anhand von Figuren erläuterten Ausführungsbeispielen. Es zeigen
    • Fig. 1:
    eine Schaltungsanordnung der Energieversorgung;
    Fig. 2:
    ein Schnittbild durch ein erstes Schaltgerät;
    Fig. 3:
    ein Schnittbild durch ein zweites Schaltgerät mit Frontschild;
    Fig. 4:
    eine Aufsicht auf eine Anzeigefläche eines Nockenschalters und
    Fig. 5:
    eine Aufsicht auf eine Anzeigefläche ebenfalls eines Nockenschalters mit Abdeckscheibe.
  • Die Fig. 1 zeigt eine Schaltungsanordnung, bei der die elektrische Energie ausgehend von einem Primär-Schwingkreis PK über einen als Zwischenschwingkreis ausgebildeten Energieübertrager 100 an einen Empfängerschwingkreis SK übertragen wird. Die Schaltungsanordnung dürfte für den Fachmann leicht verständlich sein, wobei mit PK eine Oszillatorschaltung mit Primärschwingkreis 62 und mit SK die Schaltung des Sekundärkreises gemeint ist. Der Oszillator des Primärschwingkreises liefert, gespeist von der Netzspannung an der Primärspule 63, ein Wechselfeld mit vorzugsweise 125 kHz, welches von kurzer Reichweite ist. Die Schaltung ist so ausgelegt, dass die Schwingungsform möglichst sinusförmig ist, wodurch unerwünschte Oberschwingungen vermieden werden. Elektromagnetische Felder mit Frequenzen bis in den Bereich maximal 150 kHz liegen noch deutlich unter den Grenzwerten der EMV-Vorschriften (Berufsgenossenschaft in DE), so dass - insbesondere auch wegen der kurzen Reichweite - keine besonderen Abschirmmaßnahmen ergriffen werden müssen.
  • Der einfach aufgebaute Empfänger (SK) besteht aus einem LC-Schwingkreis, dessen Resonanzfrequenz auf die Frequenz (125 kHz) des Oszillators abgestimmt ist. In dem gezeigten Beispiel sind zwei antiparallel geschaltete LEDs vorhanden. Wegen der geringen Leistungsaufnahme der verwendeten Elektronikteile ist der Leistungsverbrauch klein. Zwei LEDs können mit ca. 50 mW betrieben werden. Die Stromaufnahme des Oszillators bei einer Versorgungsspannung von 12 V hat mit ca. 100 mA einen typischen Wert.
  • In der Mitte der Figur 1 ist schematisch der Zwischenschwingkreis 100 gezeigt. Die Spulen TS1, TS2 und der Kondensator 73 sind verdrahtet. Die elektrische Verdrahtung kann in der Welle 124 des Bedienknopfs eingelegt sein. Sie kann jedoch auch zwischen Empfangsspule und Sendespule um die Welle 124 herumgewickelt sein, dadurch kann die Länge des Zwischenschwingkreises an die jeweilige Länge der Welle angepasst werden. Je nach Funktion des Schaltgeräts kann der Bedienknopf und/oder das Anzeigemittel gegenüber dem Gehäuse beweglich aber auch raumfest angeordnet sein. Insbesondere bei beweglichen Bedienknöpfen hat die drahtlose Energieübertragung besondere Vorteile.
  • Die Empfänger-Sender-Kombination 100 wird zwischen Primärspule 63 des Oszillators und Sekundärspule 65 des Empfängers 30 angeordnet. Der Zwischenschwingkreis ist ein auf den primären Oszillator 62 abgestimmter Schwingkreis. Er umfasst eine Empfangsspule (erste Teilspule TS1 der Induktivität) und eine Sendespule (zweite Teilspule TS2 der Induktivität). Die Empfangsspule TS1 (TS1' in Fig. 2) wird auf der Seite der Primärspule des Senderschwingkreises angeordnet, und die Sendespule TS1 (TS2" in Fig. 2) auf der Seite der Sekundärspule 65 (65A1 in Fig. 2) des Empfängerschwingkreises. In Fig. 2 sind zwei Zwischenschwingkreise hintereinander ausgebildet. Dabei sind die Spulen geometrisch so angeordnet, dass sich die jeweilige Empfängerspule (TS1' und TS2') innerhalb der zugeordneten Senderspule (63, TS1") befinden. Durch diese Maßnahme lässt sich die Energie optimal übertragen, da dabei Streuverluste relativ klein sind.
  • Die Fig. 2 zeigt ein Schaltgerät im Schnitt. Schaltvorrichtungen haben in der Regel ein aus Isolationsstoff hergestelltes Gerätegehäuse. Typische Gehäuse bestehen aus einem Unterteil und einem Oberteil. Im Unterteil kann beispielsweise der Primär-Schwingkreis PK untergebracht sein, von dem hier nur die Sendespule 63 gezeigt ist. Die Versorgungsspannung kann über am Gehäuseboden angeordnete Kabelanschlussklemmen zugeführt werden. Im Gehäuse sind weiterhin mindestens Betätigungskontakte vorhanden, die beim Herunterdrücken oder beim Drehen des Bedienknopfs 12.2 bewegt werden. Mit Aktivierung der Betätigungskontakte werden je nach Funktion oder Ausbildung der Schaltvorrichtung Stromkreise geöffnet oder getrennt, wobei direkt oder über ein zwischengeschaltetes Relais die Stromversorgung für mindestens ein Anzeigemittel (30A1) geschaltet wird. Ein Anzeigemittel kann beispielsweise mindestens eine im Bedienknopf oder an der Frontplatte angeordnete LED vorgesehen sein, die einen aktivierten Schaltzustand zur Anzeige bringen kann.
  • Typischerweise wird ein Bedienknopf im Gehäuseoberteil in einer zylindrischen Führung gelagert, wo auch mit Federn Rückstellfunktionen eingerichtet sein können. An einer solchen zylindrischen Führung kann beispielsweise auch ein Trägerelement für die Sekundärspule 65A1 angeordnet werden.
  • Auf der Bedienerseite sitzt eine (oder auch mehrere) LED als Anzeigemittel 30, 30A1. Die LEDs erhalten ihre elektrisch Versorgungsspannung über die in der Sekundärspule 65, 65A1 induzierten Spannung. Die in diesem Anordnungsbeispiel angesprochenen elektrischen Bauelemente können auf einer (hier nicht dargestellten) kleinen Leiterplatte sitzen. Es kann auch (ebenfalls auf der Leiterplatte) ein Elektronik-Chip vorhanden sein, der die Dauer der Spannungsversorgung steuert, wobei hier Effekte wie Blinklicht oder Wechsel zwischen beiden LEDs oder ähnliches programmierbar ist.
  • Beide Zwischenschwingkreise (TS1'-TS2'; TS1"-TS2") sind direkt in die Welle 124 der Schaltvorrichtung eingebaut. Diese ist nach Fig. 2 als Nockenschalter gezeigt und in einer Montagewand 22 angeordnet. Sie hat einen unbeleuchteten Bedienknopf 12.2 und ein Frontschild mit Leuchtmittel 30A1.
  • Die Schaltvorrichtung in Fig. 3 ist ohne Gehäuse dargestellt und hat eine Bedientaste (oder auch Bedienknopf) 12.1 mit einer Kappe. Die Schaltvorrichtung ist in einer Öffnung einer Montagewand 22 eingebaut. Die Vorrichtung ist mit einem Schraubring 20 auf dem Gewinde des die Öffnung durchgreifenden Schafts verschraubt. Die Sekundärspule 63 des Übertrager-Schwingkreises wird gemäß Ausführungsbeispiel von Fig. 3 im Bedienknopf 12.1 angeordnet. Hierbei müssen nicht notwendigerweise mehrere Drahtwindungen vorgesehen werden. Es kann vorzugsweise die Sekundärspule aus einzelnen in Reihe geschalteten SMD-Spulen ausgebaut sein, die wegen ihrer Miniaturgröße leicht in einem Bedienknopf unterzubringen sind. Beispielsweise kann die Sekundärspule aus acht SMD-Spulen mit je 220 mH aufgebaut sein.
  • Bei diesem Gerät ist ein von einem Schildträger 27 gehaltenes Frontschild 26 vorhanden. Die Bedientaste des Meldegeräts durchgreift von vorn auch den Schildträger. Das Frontschild besteht aus einem gravierten Plättchen aus Kunststoff, das auch aluminiumbeschichtet sein kann. Seitlich der Bedientaste sitzt ein Leuchtmittel 30.1. Das Frontschild besteht aus einer Lichtleitplatte aus transparentem Kunststoff mit oberflächlicher Aluminiumbeschichtung, welche oberflächliche Einritzungen hat. Die Lichtleitplatte wird an einer Kante von dem Leuchtmittel 30.1 beleuchtet. An den Stellen der Einritzungen tritt das Licht nach vorn aus, so dass das Bild der Einritzung bei aktivem Leuchtmittel deutlich sichtbar wird. Das Leuchtmittel 30.1 (z.B. eine LED) erhält seine Stromversorgung drahtlos über die Empfängerspule 65. Die Empfängerspule befindet sich außerhalb der Montagewand 22. Die Sendespule 63 des Energieübertragers ragt weit in den Bedienknopf hinein und kommt außerhalb der Montagewand zu liegen. Damit ist es möglich, das Energiefeld ungeschwächt durch eine Öffnung hindurchzuführen, auch wenn die Öffnung in einer magnetisierbaren Platte ausgebildet sein sollte.
  • Das in Fig. 3 beschriebene Frontschild könnte alternativ auch als LCD-Display ausgebildet sein. Die Stromversorgung für ein LCD-Display lässt sich ebenfalls gemäß Erfindung ausbilden. Dem Fachmann dürfte unmittelbar klar sein, dass mit einem von einem Elektronik-Chip gesteuerten LCD-Display noch weitere Anzeige- oder Leuchteffekte erzielbar sind, als sie bei einer nur statisch aktivierbaren Lichtleitplatte möglich sind.
  • Die Figur 4 zeigt die Aufsicht auf eine Anzeigefläche eines Nockenschalters und die Figur 5 die Aufsicht auf die Anzeigefläche ebenfalls eines Nockenschalters mit einer Abdeckscheibe. Nockenschalter werden rotativ betätigt und haben mehrere Schaltpositionen. Hier sind die Schaltpositionen mit A1, A2 etc. gekennzeichnet. In der Ausführungsform gemäß Fig. 4 wird eine Sendespule TS2 des Zwischenschwingkreises verwendet, der mit dem Bedienknopf des Nockenschalters in die verschiedenen Schaltpositionen verdrehbar ist. Jeder Schaltposition ist ein Leuchtmittel (LED) 30A1, 30A2 ... usw. zugeordnet, welches von einem eigenen Energieempfänger (Sekundärspule) 65A1, 65A2 ... usw. gespeist wird. Wegen der kurzen Reichweite des elektromagnetischen Feldes der Sendespule TS2 wird jeweils nur das der Sendespule TS2 nächstbenachbarte Leuchtmittel 30A1, 30A2 ... aktiviert und zum Leuchten gebracht.
  • In der Ausführungsform des Nockenschalters gemäß Fig. 5 gibt es für alle den Schaltpositionen zugeordneten Leuchtmitteln nur einen Energieempfänger (Sekundärspule 65A5'). Das heißt, bei Stromversorgung durch das Energiefeld des Zwischenschwingkreises leuchten alle Leuchtmittel. Um die einzelnen Schaltpositionen individuell anzuzeigen, ist am Bedienknopf eine Abdeckscheibe 122 angebracht, die eine einzige Öffnung hat. Die Öffnung ist derart in der Abdeckscheibe angeordnet, dass in jeder Schaltposition nur das der Schaltposition zugeordnete Anzeigemittel sichtbar ist und bei aktiviertem Leuchtmittel durch diese Öffnung Licht hindurchtritt.
    • Bezugszeichenliste:
    • 12.1; 12.2
    Betätigungselement (Bedienknopf, Pilzkopf)
    PK
    Primär-Schwingkreis
    100
    Zwischenschwingkreis
    SK
    Empfängerschwingkreis
    20
    Schraubring
    22
    Trägerplatte, Montagewand, Gehäusewand
    26
    Frontschild
    27
    Schildträger
    28
    Lichtleitplatte
    30.1; 30A1; 30A2
    optisches Anzeigemittel (LED)
    62
    Oszillator
    63
    Primärspule
    65
    Empfängerspule
    73
    Kondensator
    122
    Abdeckscheibe
    124
    Träger (Schalterwelle, Durchführungswelle)
    A1 A2 ...
    Schaltstellungen
    TS1, TS2
    Teilspulen

Claims (9)

  1. Elektrische Schaltvorrichtung, welche in einem Gehäuse untergebracht ist, und die Schaltvorrichtung umfasst:
    - mindestens ein Betätigungselement (12.1, 12.2) für die Schaltkontakte der Schaltvorrichtung,
    - mindestens ein von elektrischer Energie gespeistes Anzeigemittel (30, 30.1, 30A1) zur Anzeige des Schaltzustands der Schaltvorrichtung,
    - wobei die elektrische Energie zwischen einer Einspeiseseite und einer das Anzeigemittel (30, 30.1, 30A1) darstellenden Verbraucherseite drahtlos über ein elektromagnetisches Wechselfeld von einem Energiesender (63, PK) an einen das Anzeigemittel (30, 30.1, 30A1) speisenden Energieempfänger (65, SK) übertragen wird,

    dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Energiesender (63, PK) und dem Energieempfänger (65, SK) mindestens ein drahtloser Energieübertrager (100) vorhanden ist.
  2. Elektrische Schaltvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Energieübertrager (100) mindestens ein Zwischenschwingkreis ist.
  3. Elektrische Schaltvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Energieübertrager (100) ein Weichmagnetstab ist.
  4. Schaltvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein drahtloser Energieübertrager (TS1'-TS2', TS1"-TS2") in einer Welle (124) des Betätigungselements (12.2) für die Schaltkontakte angeordnet ist.
  5. Schaltvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Anzeigemittel mindestens ein optisches (30, 30.1) oder mindestens ein akustisches Anzeigemittel ist.
  6. Schaltvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Anzeigemittel gemeinsam mit einem elektronischen Bauelement vorhanden ist, welches der Steuerung der Versorgungsspannung diese Anzeigemittels (30, 30.1) dient.
  7. Schaltvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Betätigungselement (12.1, 12.2) linear oder rotativ oder durch manuelle Berührung aktivierbar ist.
  8. Schaltvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltvorrichtung ein rotativ zu betätigender Schalter ist und die Schaltvorrichtung für mindestens zwei Schaltpositionen eingerichtet ist, wobei jeweils ein jeder Schaltposition (A1, A2, ..) zugeordnetes optisches oder akustisches Anzeigemittel (30A1, 30A2, ...) vorhanden ist, und jedem Anzeigemittel (30A1, 30A2, ...) ein Empfängerschwingkreis (65A1, 65A2, ...) zugeordnet ist, so dass je Schaltposition (A1, A2, ..) des Betätigungselements nur ein Anzeigemittel (30A1-65A1; 30A2-65A2, ...) gespeist wird.
  9. Schaltvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltvorrichtung ein rotativ zu betätigender Schalter ist und die Schaltvorrichtung für mindestens zwei Schaltpositionen eingerichtet ist, wobei jeweils ein jeder Schaltposition (A1, A2, ..) zugeordnetes optisches Anzeigemittel (30A1, 30A2, ...) vorhanden ist und die Anzeigemittel (30A1, 30A2, ...) von einem Zwischenschwingkreis (TS2) gespeist werden, und dass an dem Betätigungselement des Schalters eine die Anzeigemittel (30A1, 30A2, ...) abdeckende Scheibe (122) befestigt ist, und die Abdeckscheibe (122) eine Öffnung enthält, die derart in der Abdeckscheibe angeordnet ist, dass in jeder Schaltposition nur das der Schaltposition zugeordnete Anzeigemittel sichtbar ist.
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