ZIMMERMANN, Rudolf (Hammerphilippsburg 3A, Sulzbach-Rosenberg, 92237, DE)
| Patentansprüche
1. Schaltelement (1) und/oder Regelelement mit mindestens zwei elektrischen Anschlüssen (2, 3), einem Betätigungsele- ment (5) und einem durch die Betätigungsbewegung des Betäti- gungselementes (5) verformbaren Leiterelement (4) , wobei das verformbare Leiterelement (4) elektrisch mit den zwei elektrischen Anschlüssen (2, 3) verbunden ist, da du r ch gekenn z e i c hn e t , dass das verformbare Leiterele- ment (4) einen mit der Verformung änderbaren elektrischen Widerstand aufweist.
2. Schaltelement (1) und/oder Regelelement nach Anspruch 1, wobei das verformbare Leiterelement (4) zum Aufbau einer Ver- formungskraft vorgesehen ist, die der Betätigungsbewegung entgegen gerichtet ist.
3. Schaltelement (1) und/oder Regelelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das verformbare Leiterelement (4) zumindest teilweise leitfähigen Kunststoff, insbesondere intrinsisch leitfähigen Kunststoff oder Kunststoff-Compound, aufweist .
4. Schaltelement (1) und/oder Regelelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das verformbare Leiterelement
(4) eine Form aufweist, die zum Aufbau einer Federkraft vorgesehen ist.
5. Schaltelement (1) und/oder Regelelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der elektrische Widerstand des verformbaren Leiterelementes (4) durch die Verformung desselben zu einem Widerstand eines gewöhnlichen Leiters änderbar ist.
6. Schaltelement (1) und/oder Regelelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der elektrische Widerstand des verformbaren Leiterelementes (4) durch die Verformung desselben zu einem Widerstand änderbar ist, der im Wesentli- chen einem Widerstand einer offenen Schaltbrücke zwischen zwei Kontakten entspricht.
7. Schaltelement (1) und/oder Regelelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die änderung des Widerstandes des Leiterelementes (4) durch eine insgesamte oder partielle Verformung des verformbaren Leiterelementes (4) änderbar ist.
8. Schaltelement (1) und/oder Regelelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das verformbare Leiterelement (4) wenigstens eine Progressionszone aufweist.
9. Schaltgerät, insbesondere Positionsschalter, mit wenigstens einem austauschbarem oder integriertem Schaltelement (1) und/oder Regelelement nach einem der Ansprüche 1 bis 8. |
Beschreibung
Schaltelement und/oder Regelelement
Die Erfindung betrifft ein Schaltelement und/oder Regelelement mit mindestens zwei elektrischen Anschlüssen, einem Betätigungselement und einem durch die Betätigungsbewegung des Betätigungselementes verformbaren Leiterelement, wobei das Leiterelement elektrisch mit den zwei elektrischen Anschlüs- sen verbunden ist. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Schaltgerät, insbesondere einen Positionsschalter, mit wenigstens einem austauschbaren oder einem integrierten Schalt- und/oder Regelelement dieser Art.
Schaltelemente und Regelelemente sind seit langem in verschiedenen Ausgestaltungen bekannt. Ein Beispiel für ein Schaltelement stellt der Drucktaster dar, den man beispielsweise mit modular in Scheiben- oder Blockform auf ein Drucktastergehäuse aufschnapp- oder schraubbaren Elementen vor- sieht. Dies ist ebenso bei Schaltgeräten mit den so genannten Hilfsschaltern üblich. Bei Positionsschaltern sind genannte Elemente meist in das Gesamtgehäuse eingebaut, welches auch die diversen Betätigungselemente trägt.
Schaltelemente können ebenso in integrierter Form auftreten, wobei die schaltenden Einzelteile direkt im gemeinsamen Drucktaster, Schütz- oder Positionsschaltergehäuse angeordnet sind.
In ähnlicher Vielfalt gibt es Regelelemente, wie beispielsweise Potentiometer, die ebenfalls modular verwendbar sind oder integriert auftreten.
Ein klassischer Aufbau eines Schaltelements weist typischer- weise bewegbare elektrisch leitende Metallteile zur überbrückung der Kontaktstrecke auf und neben den Kontaktierungs- stellen sind zudem Anschlussklemmen für eine elektrische Verdrahtung vorgesehen. Ein Regelelement weist einen ähnlichen
Aufbau auf, wobei anstatt der Kontaktierungsstellen leitende Elemente vorgesehen sind, die auf eine elektrische Größe regulativen Einfluss nehmen.
Konventionelle Schaltelemente werden in der Praxis oft als „Alleskönner" eingesetzt, die eine Dauerstromtragfähigkeit von 10A aufweisen und auch reine Steuersignale im mA-Bereich schalten können.
Problematisch ist hierbei die Verwendung von Schaltkontakten aus einer Silber-Nickel-Legierung, die sich für das Schalten von induktiven Strömen konzipiert ist. Diese Schaltkontakte führen bei sehr niedrigen Strömen bzw Steuerströmen von wenigen mA leicht zu Kontaktschwierigkeiten oder gar Versagern, da bei diesen Strömen keine Reinigungseffekte durch kleine Lichtbögen beim Schalten auftreten. Dadurch wirken sich Fremdkörper, wie Staubpartikel oder ähnliches, negativ auf die Kontaktsicherheit aus, zumal die genannten Schaltelemente bzw. Regelelemente aus wirtschaftlichen Gründen in der Regel nur mäßig gegen das Eindringen von Staub abgedichtet werden.
Eine kostenaufwendige Lösung stellen abgedichtete oder gar vakuumgekapselte (so genannte Read-Kontakte) Kontakte dar.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, preisgünstige und zuverlässige Schalt- bzw. Regelelemente für geringe Stromstärken, insbesondere Steuersignale, zu schaffen.
Diese Aufgabe wird bei einem Schalt- und/oder Regelelement der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass das verformbare Leiterelement einen mit der Verformung änderbaren elektrischen Widerstand aufweist.
Die Funktionsweise des Schaltelementes bzw. des Regelelemen- tes basiert auf einem verformbaren Leiterelement, welches einen mit dessen Verformung änderbaren elektrischen Widerstand aufweist. Das Leiterelement ist hierbei im Strompfad zwischen den zwei elektrischen Anschlüssen angeordnet und ist durch
die Betätigungsbewegung des Betätigungseleinentes verformbar bzw. dessen elektrischer Widerstand ist änderbar. Durch die änderung des elektrischen Widerstandes kann entweder eine Schaltung (z.B. Hilfsschalter) erfolgen oder auch eine Rege- lung (z.B. Dimmer) .
Vorteilhafterweise ist das verformbare Leiterelement zum Aufbau einer Verformungskraft vorgesehen, die der Betätigungsbewegung entgegengerichtet ist. Das verformbare Leiterelement übernimmt somit zusätzlich eine mechanische Funktion, die das Betätigungselement nach Beendigung der Betätigung wieder in eine Ausgangsposition bringt. Ein rückstellendes Element im Sinne einer Feder ist dadurch gegebenenfalls überflüssig oder kann zur Kraftunterstützung eingesetzt werden.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform weist das verformbare Leiterelement eine Form auf, die zum Aufbau einer Federkraft vorgesehen ist. Hierbei sind spiralförmige, schleifenförmige, membranähnliche oder in ähnlicher Weise Kraft unterstützende Formen für spezielle Raumbedürfnisse bzw. spezielle Kraftbedürfnisse umsetzbar.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform ist der elektrische Widerstand des variablen Leiterelementes durch die Verformung desselben zu einem Widerstand eines gewöhnlichen Leiters änderbar. Hierdurch ist der regelnde bzw. schaltende Einfluss des Leiterelementes durch eine entsprechende Position des Betätigungselementes eliminierbar. Dies ist beispielsweise bei einem betätigten oder bei einem unbetätigten Schalt- und/oder Regelelement der Fall.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform ist der elektrische Widerstand des verformbaren Leiterelementes durch die Verformung desselben zu einem Widerstand einer offenen Schaltstre- cke zwischen zwei Kontakten änderbar. Hierdurch kann bei einem Schaltelement ein Zustand erzielt werden, der einer Kontaktöffnung entspricht und beim Regelelement einer Unterbrechung der Regelung.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform ist das Leiterelement durch eine insgesamte oder partielle Verformung des variablen Leiterelements änderbar. Bei der Beanspruchung des verformba- ren Leiterelementes werden Zonen des Leiterelementes in Abhängigkeit von dessen Form stärker oder weniger stark beansprucht. In Abhängigkeit der Beanspruchung der jeweiligen Zone wird der ohmsche Widerstand des elektrisch leitenden Kunststoffes lokal und damit auch insgesamt geändert.
Vorteilhafterweise weist das verformbare Leiterelement wenigstens eine Progressionszone auf. Eine Progressionszone erzielt eine Betätigungsbewegung unterstützende Wirkung, indem eine Art Schnappfunktion in die Form des verformbaren Leiter- elementes integriert ist. Die Betätigung beschränkt sich hierbei lediglich auf eine Auslösefunktion, wobei der eigentliche Krafthaushalt bereits im verformbaren Leiterelement gespeichert ist und bei Auslösung freigesetzt wird.
Vorteilhafterweise besteht das verformbare Leiterelement zumindest teilweise aus einem leitfähigen Kunststoff, dessen Leitfähigkeit durch änderung der Gestalt (verformen, verbiegen etc.) veränderbar ist. Vorteilhafterweise liegt die leitfähige Zone gekapselt im Inneren des Kunststoffteiles und ist damit immun gegen Eindringen und Einfluss von störenden
Fremdkörpern, Flüssigkeiten oder Gasen. Ein Säuberungseffekt aufgrund von Lichtbögen beim Schalten ist nicht notwendig. Nichtsdestoweniger ist es möglich, dass über teilweise eingespritzte Kontaktbleche oder -stifte oder auch nur hervorste- hende Teile des leitfähigen Kunststoffes, zum Anklemmen von Kabeladern vorgesehen werden können. Ausschlaggebend ist, dass die sonst üblichen Kontaktierungsstellen einer Schaltstrecke nicht mehr vorhanden sind und auch nicht mehr gesäubert werden müssen.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform ist der leitfähige Kunststoff zumindest teilweise ein intrinsisch leitfähiger Kunststoff . Bei einem intrinsisch leitfähigen Kunststoff han-
delt es sich -um ein Polymer, wie beispielsweise um Acetylen, Polypyrrol oder Polythiophen. In der Regel werden diese Stoffe als dünne Schicht gespritzt, um dann als leitende Folie oder leitende Segmente eingesetzt zu werden. Ihre elektrische Leitfähigkeit ist um etwa 5 bis 6 Größenordnungen geringer als die Leitfähigkeit metallischer Leiter.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform ist der leitfähige Kunststoff zumindest teilweise ein Compound. Ein Compound ist ein Materialverbund aus einem (nichtleitendem) Kunststoff und leitenden Elementen, wie beispielsweise metallische Leiter, Russpartikel oder Kohlefasern. Die tatsächliche Form der leitenden Elemente kann in Abhängigkeit vom Material und dessen Verwendung variieren. Es sind beispielsweise Fasern, im We- sentlichen kugelförmige Partikel oder Kügelchen einsetzbar.
Vorteilhafterweise weist das verformbare Leiterelement eine isolierende Hülle aus herkömmlichem nichtleitendem Kunststoff. Innerhalb dieser isolierenden Hülle befinden sich Par- tikel (Fasern, Kugeln oder ähnliches) aus Metall oder anderen leitfähigen Materialien, die eingespritzt oder in einem Spritzgussgang umgespritzt oder in so genannten Zwei- Komponenten-Spritzgussverfahren mit zwei oder mehreren Arbeitsschritten zusammengefügt werden. Eine weitere Methode der Vereinigung von leitenden und nicht leitenden Materialien kann durch eine Kombination von Herstellungsschritten des so genannten Metal-Injection-Molding und der thermoplastischen sowie duroplastischen Formgebung bestehen.
Weitere vorteilhafte Ausbildungen und Weiterbildungen der Erfindung sind der Figurenbeschreibung und/oder den Unteransprüchen zu entnehmen.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand den in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher beschrieben und erläutert.
Es zeigen:
FIG 1 ein Leiterelement mit Rückstellungswirkung und FIG 2 ein Schaltelement mit dem Leiterelement aus FIG 1.
FIG 1 zeigt ein Leiterelement 4 mit Rückstellungswirkung. Das Leiterelement 4 weist zwei Löcher 10, 11 auf, die zur leitenden Verbindung des verformbaren Leiterelementes 4 mit zwei Klemmen vorgesehen sind. Die Löcher 10, 11 dienen hierbei zur Anordnung einer Schraube, wobei die eigentliche Kontaktierung über das das Loch 10, 11 begrenzende Umfassung realisiert wird.
Zur Entgegenwirkung der Betätigungsbewegung weist das ver- formbare Leiterelement 4 zwei Federkörper 9 auf, die separat eine Federwirkung aufweisen und zusätzlich eine starke Komprimierung bei der Betätigungsbewegung zulassen. So ist beispielsweise vorgesehen, dass der Steg 12 bei einer Betätigung neben den Steg 13 positioniert wird, wodurch ein relativ ge- ringes Volumen durch das verformbare Leiterelement 4 eingenommen wird.
Die öffnung 6 dient zum Einsatz eines Betätigungselementes 5, welches neben der Betätigung des verformbaren Leiterelementes 4 zusätzlich andere Funktionen wahrnehmen kann.
FIG 2 zeigt ein Schaltelement 1 mit dem Leiterelement 4 der FIG 1. Das verformbare Leiterelement 4 befindet sich im unbe- tätigten Zustand, ist aber bereits mit den Klemmen 2, 3 ver- bunden, die mittels zweier Schrauben 7, 8 für einen elektrischen Kontakt mit einem kabelartigen Leiter vorgesehen sind.
Vorteilhafterweise ist das Schaltelement 1 modular ausgelegt, wobei das modulare Schaltelement beispielsweise in einen Po- sitionsschalter einbaubar ist und der Betätiger 5 zur Betätigung durch einen Stößel vorgesehen ist. Des Weiteren ist auch eine Integration der abgebildeten Bauteile des Schaltelemen-
tes 1 in den genannten Positionsschalter oder ein anderes Gerät möglich.
Vorteilhafterweise kann auf eine Schaltstrecke sowie auf Kon- taktierungsflachen verzichtet werden.
Vorteilhafterweise könnten zusätzlich Progressionszonen vorgesehen werden, die bei einem anfänglich mit wenig Kraft erfolgtem Eindrücken des Betätigers 5 mit keiner oder nur ge- ringfügiger Leitfähigkeitsänderung auskommt und eine große
Leitfähigkeitsänderung stattfindet, wenn eine steile oder sogar sprunghafte Kraftbedarfszunähme ausgelöst wurde. Dies kann auch mit einem so genannten Schnappeffekt, das heißt dem überwinden eines Kraftmaximums mit anschließendem Rückstell- kraftrückgang einhergehen, was ein besonders sicheres Schaltgefühl vermittelt. Bei der Gestaltung des Schnappeffektes kann die Aufteilung der federnden Partien des Leiterelementes 4 mit oder ohne Einfluss auf die Widerstandsänderung (virtuelle Schaltstrecke) erfolgen.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform sind elastisch verformbare Klemmen oder auch Kabeladeranschlüsse einsetzbar, die bei auftretendem Kabelzug vor abreißender Verbindung durch einen Schaltvorgang oder eine entsprechend ausgewertete Leitfähigkeitsänderung frühzeitig auf eine Veränderung oder Störung an der geometrischen Zuordnung hinweisen können.
Vorteilhafterweise ist eine Schaltelement-Anwesenheitsüberwachung wesentlich einfacher als bei konventionellen Schalt- elementen auszuführen. Ein verformbares Leiterelement ist beispielsweise bei korrekter Montage derart verformt, dass ein Strompfad entweder geöffnet oder geschlossen ist, bzw einen charakteristischen Widerstandswert aufweist. Beim Entfernen des Elementes ändert dieser Pfad, in welchem auch in Se- rie weitere Schaltstrecken oder verformbare Leiterelemente angeordnet sein können, seinen Gesamtwiderstand, der als Indikator für eine Anwesenheitsüberwachung fungiert.
Mit Hilfe eines oder mehrerer verformbarer Leiterelemente kann die virtuelle Schaltstrecke (eine Schaltstrecke im herkömmlichen Sinne ist nicht mehr vorhanden) beliebig in Serie, parallel oder auch als gewurzelter Wechsler in einem quasi einstückigen Kunststoffteil vorhanden sein. Ein gewurzelter Wechsler könnte beispielsweise über zwei Abgänge verfügen, aber nur über einen Eingang. Der Wechsler wäre in der Lage, das Signal, welches am Eingang anliegt, entweder auf den einen oder den anderen Abgang zu schalten oder alternativ den Widerstand des einen Ausgangs im Vergleich zum anderen Ausgang zu erhöhen oder zu erniedrigen.
Vorteilhafterweise ist die Leitfähigkeit der Verbindung der Klemmen 2 , 3 über die virtuelle Schaltstrecke derartig änder- bar, dass ein EIN/AUS bzw. AUS/EIN-Sehaltvorgang ohne Weiteres umgesetzt werden kann. Hierbei muss der ohmsche Widerstand des verformbaren Leiterelementes 4 von nahezu Null bis nahezu unendlich variierbar sein.
Vorteilhafterweise besteht aufgrund des Wegfalls eines zusätzlichen Federelementes ein größerer Designspielraum für den Betätiger 5.
Zusammenfassend betrifft die Erfindung ein Schaltelement und/oder Regelelement mit mindestens zwei elektrischen Anschlüssen, einem Betätigungselement und einem durch die Betätigungsbewegung des Betätigungselementes verformbaren Leiterelements. Ziel ist es, für nicht selbstreinigende Schaltelemente eine Lehre anzugeben, die es ermöglicht, dass Schmutz- und Fremdkörpereffekte in ihrer Wirkung minimiert werden.
Hierfür wird ein verformbares Leiterelement vorgesehen, welches einen mittels Verformung änderbaren elektrischen Widerstand aufweist und mit den elektrischen Anschlüssen des Schaltelementes bzw. Regelelementes verbunden ist.
Next Patent: EDITOR FOR PRODUCING A COMPOSITE FUNCTION FOR AN ELECTRICAL MEASUREMENT OR PROTECTIVE DEVICE