SehaltVorrichtung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltvorrichtung entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein Wesensmerkmal vieler haπdbetätigter Schaltvorrich¬ tungen sind Kontakte, die im Berührungsfalle einen Stromkreis schließen und im Trennuπgsfalle einen Strom¬ kreis öffnen. Ein Ausüben von Schaltfunktionen ist hierbei jedoch stets mit einem gewissen mechanischen, auch oxidativen Verschleiß insbesondere im Bereich der miteinander in Berührung zu bringenden Kontaktstellen • verbunden. Störend für ein einwandfreies Schließen und öffnen eines Stromkreises wirken sich auch Verschmutzun¬ gen im Bereich der Kontaktstellen aus. Soll nach diesem Prinzip ein Schalter entsprechend der Zündschutzart "Eigeπsicherheit" ausgebildet werden, sind relativ aufwendige Haßnahmen erforderlich. So ist aus der Zeit-

schrift "Elektronik Praxis", Nr. 9, 09. Mai 1991, Seiten 22 und 23 - ein entsprechend dieser Zündschutzart ausge¬ bildeter, auf obigem Prinzip basierender Schalter be¬ kannt, bei dem zur Realisierung eindeutiger Öffnungs- und Schließvorgange zwei Unterbrecherstellen mit insge¬ samt vier Kontaktpunkten vorgesehen sind, wobei in Verbindung mit einer winklig ausgeführten Auflagefläche der Kontakte und einer definierten Kontaktkraft eine gewisse Selbstreinigung der Kontaktflachen erreicht wird, wobei insbesondere Oxid- und Schmutzpartikel entfernt werden können. Insgesamt gestaltet sich dieser Schalter jedoch vergleichsweise kompliziert.

Aus dem Prospekt "Befehlsgeräte und Leuchtmelder", Elan Schaltelemente GmbH, Seiten 59,60 ist ein elektronisches Tastelement bekannt, dessen Schaltprinzip auf einer Lichtschranke beruht, deren Strahleπgang Ober einen durch eine Drucktaste bewegten Stößel unterbrochen oder freigegeben wird. Zu diesem Zweck sind innerhalb eines Schaltergehäuses eine Luminenzdiode als Strahlungssender und ein Fotowiderstand als Strahlungsempfänger angeordnet, wobei innerhalb des zwischen diesen Bauteilen bestehen¬ den Zwischenraumes der Stößel verschiebbar untergebracht ist. Diese Schaltvorrichtung kann mit mehreren Ausgängen zum Ansteuern bzw. Schalten unterschiedlicher nachgeord- neter elektrischer Funktiσnselemeπte ausgerüstet sein. Dieses berührungslose Schaltprinzip zeichnet sich durch weitestgehende Verschleißfreiheit aus.

Es sind ferner nach induktiven Prinzipien arbeitende Näherungsschalter bzw. Sensoren bekannt, die bei Aπnähe- rung eines metallischen Gegenstands in einem Abstand von beispielsweise 50 mm ihren Schaltzustand andern, so daß aus der Bewegung des metallischen Gegenstands bzw. dessen Position Schaltfunktionen ableitbar sind. Die

Eigenschaften derartiger Näherungsschalter sind bei¬ spielsweise in der DIN 19243 genormt.

Aus dem Katalog "Sensortechnik" der Firma Hans Turck GmbH & Co. KG, D-4330 Mülheim, Ausgabe 1./90 sind induk- tive Näherungsschalter bekannt, bei denen ein, einen

Schlitz aufweisender Sensor mit einem, eine Metallfahne aufweisenden, relativ zu diesem beweglich angeordneten \' Betätigungsorgan zusammenwirkt. Die Bewegung des Betäti¬ gungsorgans ist dahingehend ausgelegt, daß die Metallfah- ne durch den Schlitz des Sensors hindurchführbar ist und innerhalb des Schlitzes den Schaltzustand des Sensors induktiv beeinflußt. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind zwei mit Abstand zueinander angeordnete Sensoren vorgesehen, deren Schlitze fluchtend verlaufen und zum induktiven Zusammenwirken mit einer Metallfahne bestimmt sind. Aus der Position der Metallfahne wird mittels der Sensoren die Position eines Ventils berührungslos erfaßt.

Aus dem gleichen Katalog der Firma Hans Turck GmbH & Co. KG sind Einrichtungen zur Positionserfassung der Kolben von Pneumatik-Zylindern bekannt, deren Funktions¬ prinzip auf der induktiven Beeinflussung eines, auf der Außenseite des aus einem nicht agnetisierbaren Werkstoff bestehenden Zylinders angeordneten Sensors beruht. Zu diesem Zweck trägt der Kolben einen Permanentmagneten.

Bisher sind diese induktiven Näherungsschalter nicht in Verbindung mit haπdbetätigten Schaltern verwendet worden.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine handbetätigte Schaltvorrichtuπg zu entwerfen, welche bei hoher Schmutz- une pfindlichkeit weitestgehend verschleißfrei arbeitet,

im konstruktiven Aufbau einfach ist und die Möglichkeit der Verwendung von Staπdardbauteilen eröffnet. Gelöst ist diese Aufgabe bei einer gattungsgemäßen Schaltvor¬ richtung durch die Merkmale des Keπnzeichnungsteils des Anspruchs 1.

Aufgrund der induktiven oder kapazitiven Wirkverbiπdυng zwischen dem Schaltorgan und dem Betätigungsorgan können Verschmutzungen in einem weiten Rahmen zugelassen werden, ohne daß die Schaltzuverlässigkeit hierdurch beeinträch- tigt werden würde. Insbesondere kann das eigentliche

Schaltorgan weitestgehend gekapselt ausgebildet sein und auch auf diese Weise zuverlässig vor Umgebungseinflüssen geschützt werden. Als Schaltorgan kann beispielsweise ^\' ein induktiver Näherungsschalter benutzt werden, somit ein nach DIN 19234 genormtes, als elektrischer Wegfühler bekanntes Standardbauteil. Derartige, auch als Initiato¬ ren bekannte Standardbauteile bieten ferner die Möglich¬ keit der Zusammenfassung von Überwachungsfunktionen mit den eigentlichen Schaltfunktionen. Erstere beziehen sich beispielsweise auf die Störfälle Drahtbruch oder auch Kurzschluß, welche im Rahmen einer elektronischen Über¬ wachung zu Störmeldungen führen, die gleichzeitig eine Lokalisierung und Klassifizierung der Störung ermöglichen. Da diese Initiatoren handelsüblich in der Züπdschutzart "eigensicher" verfügbar sind, können in diesem Sinne ausgerüstete Schalter in solchen explosionsgefährdeten Bereichen Verwendung finden, bei denen für elektrische Betriebsmittel die Zündschutzart "eigensicher" als erforderlich angesehen wird. Im wesentlichen vergleich- bare Gesichtspunkte gelten auch bei der kapazitiven Methode.

Das Schaltorgan ist entsprechend den Merkmalen des Anspruchs 2 wenigstens zwischen zwei Grenzstellungaπ

relativ zu dem Betätigungsorgan bewegbar. Diesen Greπz- stellungen entsprechen unterschiedliche Einwirkuπgsgrade des Betätigungsorgans auf das Schaltorgan, wobei die Unterschiede in den Einwifkuπgsgraden derart beschaffen sein müssen, daß die den Grenzstellungen entsprechenden Schaltzustände, beispielsweise die Öffnung oder Schlie¬ ßung eines Stromkreises erreichbar sind. Dies bedeutet bei einem induktiven Näherungsschalter beispielsweise, daß in der einen Grenzstellung eine gegenüber der ande- ren Grenzstellung fühlbare Veränderung der Induktivität eines Spulensystems gegeben ist, welche in ein entspre¬ chendes Signal umsetzbar ist. Vergleichbares gilt für eine kapazitive Beeinflussung. Die Relativbewegung zwischen Schaltorgan und Betätigungsorgan kann eine geradlinige Bewegung beispielsweise des Betätigυngsor- gaπs gegenüber dem Schaltorgan sein. In Betracht kommt jedoch auch eine Drehbewegung.

Die Merkmale des Anspruchs 3 sind auf eine solche Vari¬ ante der Schaltvorrichtung gerichtet, bei der das Betä- tigungsorgan in den genannten Grenzstellungen verrastbar ist. Dies bedeutet, daß über die Schaltvorrichtung beispielsweise die Schaltzustände "EIN" oder "AUS" realisierbar sind.

Alternativ kann die Schaltvorrichtung entsprechend den Merkmalen des Anspruchs 4 auch derart ausgebildet sein, daß das Betätigυngsorgan in einer der beiden Grenzstel¬ lungen unter Federkraft gehalten ist und ansonsten nicht verrastbar ist. Dies bedeutet, daß die Schaltvorrichtung für einen Tastbetrieb ausgelegt ist, so daß aus der Betätigung ein Impuls resultiert, der seinerseits zur Auslösung πachgeordneter Schaltvorgänge geeignet ist.

Das Betätiguπgsorgan kann entsprechend den Merkmalen des

Anspruchs 5 zum gleichzeitigen Zusammenwirken mit mehr als einem Schaltorgan bestimmt und ausgestaltet sein. Dies kann beispielsweise bei einem verrastbaren Betäti- gungsorgaπ der Fall sein, ^" in dessen einer Grenzstellung ein erstes Schaltorgan aktiviert ist, ein zweites hinge¬ gen nicht und in dessen zweiter Grenzstellung das zweite Schaltorgan aktiviert ist und das erste nicht. Dieses Prinzip kann in beliebiger Weise auch auf mehr als zwei Schaltorgane extrapoliert werden, und zwar in nahezu beliebiger Kombination der, den einzelnen Schaltorganen in der einen Grenzstellung des Betätigungsorgans jeweils zugeordneten Schaltzustände. Dieses Prinzip kann ferner dahingehend erweitert werden, daß das Betätigungsorgan in mehreren Verschiebe- oder auch Drehwinkelpositionen verrastbar ist υnd mit einer entsprechenden Vielzahl von Schaltorganen in Verbindung bringbar ist.

Die Merkmale der Ansprüche 6 und 7 sind auf die Ausge¬ staltung des Betatigungsorgans gerichtet, welches als geradlinig bewegter Taster ausgebildet ist, an dem ein, an einem Ende eine Befestigungsplatte tragender Stab angebracht ist und wobei an der Befestigυngsplatte das induktiv oder auch kapazitiv wirksame Teil befestigt ist, welches bei Schaltfunktionen in Wechselwirkung mit dem Schaltorgan tritt.

Die Bewegung des Betätigungsorgans gegenüber dem Schalt¬ organ bzw. umgekehrt ist keineswegs auf eine Bewegung zwischen zwei Grenzstellungen beschränkt. So kann es sich beispielsweise auch um eine in mehr als zwei Posi¬ tionen verrastbare geradlinige Bewegung bzw. um eine in mehr als zwei Drehwinkelpositionen verrastbare Drehbewe¬ gung handeln.

Gemäß den Merkmalen des Anspruchs 9 besteht die Schalt-

Vorrichtung weitestgehend aus Kunststoff, womit insbe¬ sondere in Verbindung mit den eingangs genannten induk¬ tiven Näherungsschaltern alle Voraussetzungen erfüllbar sind, um diese Vorrichtung in der Zündschutzart "eigensi- eher" auszubilden. Ein für den Betrieb des Näherungs¬ schalters erforderlicher Schaltverstärker muß in diesem Fall in an sich bekannter Weise in einem nicht explosions¬ gefährdeten Raum untergebracht werden. Schaltverstärker für induktive Näherungssensoren sind handelsübliche Bauteile und es sei in diesem Zusammenhang lediglich beispielhaft hingewiesen auf den Prospekt "Automatisie¬ rungstechnik", Ausgabe 11.90 der Firma Hans Turk GmbH & Co. KG, D-4330 Mülheim.

Das Schaltergehäuse kann bei einem magnetisch betätigten induktiven Näherungsschalter bei im übrigen unveränderten Aufbau jedoch auch aus einem metallischen, und zwar einen nicht magπetisierbaren Werkstoff bestehen.

Die Merkmale der Ansprüche 10 und 11 sind auf eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung einer Schaltvorrich- tung gerichtet, deren Prinzip unter Beibehaltung der an sich bekannten Elemeπtenpaarung Schaltfahne/Schlitz- Schaltorgan in vielfältiger Weise variierbar ist. Die Schaltfahne, im Fall eines induktiven Schaltorgans eine Metallfahπe ist durch den genannten Schlitz hindurch bewegbar bzw. in diesen einführbar und es bilden die beiderseits der Metallfahne befindlichen seitlichen Grenzflächen des Schlitzes die induktiv aktiven Teile des Schaltorgans. Vergleichbares gilt für ein kapazitives Schaltorgaπ. Das Betätigungsorgan kann mit einer, jedoch auch mehreren Schaltfahπeπ ausgerüstet sein und es kann ferner das Schaltgehäuse mit einer, jedoch auch mehreren, jeweils mit zumindest einem Schlitz versehenen Schaltor¬ ganen bestückt sein, die entlang der Beweguπgsbahn des

Betätigungsorgans angeordnet sind. Weist die Schaltvor¬ richtung beispielsweise zwei Grenzstellungen des Betäti¬ gungsorgans auf, können diesen Grenzstellungen ein, jedoch auch mehrere Schaltorgane zugeordnet sein, wobei Ober die räumliche Anordnung der Schaltorgane relativ zu dem Betätigungsorgan in den genannten Grenzstellungen beliebige Kombinationen der Schaltzustände der einzelnen Schaltorgane möglich sind. Dieses Prinzip kann weiter extrapoliert werden auf Betätigungsorgane, die in mehr als zwei Schaltstellungen verrastbar sind. Insgesamt eröffnet eine Schaltvorrichtung entsprechend den Merkma¬ len der Ansprüche 10 und 11 auch die Möglichkeit einer sehr kompakten Bauform des Schaltergehäuses. Dieses kann aus einem Kunststoff, bei Verwendung eines nicht magne- tisierbaren Werkstoffs jedoch auch aus einem Metall bestehen.

- Die Erfindung wird im folgenden unter Bezugrahme auf ein zeichnerisch schematisch wiedergegebenes Ausführungsbei¬ spiel näher erläutert werden.

Mit 1 ist ein zum Einschrauben in eine Schalttafel bestimmtes, rotationssymmetrisches Schaltergehäuse bezeichnet, dessen Vorderseite mit einer kreisförmi¬ gen, zur Achse 3 des Schaltergehäuses koaxialen Ausneh¬ mung 4 zur Aufnahme eines, als Taster 8 ausgebildeten Betatigungsorgans υnd dessen Rückseite 5 mit einer . ebenfalls zur Achse 3 koaxialen Bohrung 6 zur Aufnahme eines Anschlußkabels 7 versehen ist.

Der Außendurchmesser des kreisscheibenartig ausgebilde¬ ten Tasters 8 ist im wesentlichen an den Iππendurchmes- ser der Ausnehmung 4 angepaßt. Es ist die Ausnehmung 4 auf ihrer rückwärtigen Seite in einer Bohrung 9 kleine¬ ren Durchmessers fortgeführt, an welche sich eine weite-

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re Bohrung 10 kleineren Durchmessers als die Bohrung 9 anschließt. Die Bohrung 10 mündet. ihrerseits in einen zur Achse 3 koaxialen Hohlraum 11 ein, in dessen - bezogen auf die zeichnerische Darstellung - linksseiti- ges Ende der Endabschπitt eines induktiven Näherungs¬ schalters 12 hineinragt.

Mit 13 ist ein Stab bezeichnet, der sich in Richtung der Achse 3 erstreckt, an seinem einen Ende an der Innensei¬ te des Tasters 8 befestigt ist und an seinem anderen Ende eine Befestigungsplatte 14 trägt, die sich innerhalb des Hohlraumes 11 befindet. Die axiale Erstre¬ ckung 4\' der Ausnehmung 4 bildet eine Eindrückbegrenzung für den Taster 8, während die Befestigungsplatte 14 aufgrund ihrer Bemessung relativ zu der Bohrung 10 eine Arretierung für die Bewegung des Tasters 8 in Richtung zur Vorderseite 2 hin bildet. Mittels eines Federele¬ ments 15, dessen eines Ende auf der Innenseite des Tasters 8 υnd dessen anderes Ende an einer kreisringar¬ tigen, den Übergang der Bohrungen 9, 10 bestimmenden Stirnfläche 16 abgestützt ist, wird die in der Zeichnung dargestellte, durch die Befestigungsplatte 14 bestimmte Position des Tasters 8 festgelegt, in welcher sich seine Außenfläche 17 bündig zu der vorderseitigeπ Stirnfläche 18 des Schaltergehäuses 1 erstreckt. Das System aus Taster 8, Stab 13 und Befestigungsplatte 14 kann als einstückiges Kunststoffteil ausgestaltet sein. Es können diese Teile jedoch auch lösbar aneinander befestigt sein. In gleicher Weise besteht das Schaltergehäuse 1 aus Kunststoff und kann aus Moπtagegründen geteilt ausgestaltet sein. Es kann das Schaltergehäuse jedoch grundsätzlich auch aus einem metallischen, nicht magnetisierbareπ Werkstoff bestehen.

Mit 19 ist eine, auf der, dem Näherungsschalter 12

zugekehrten Seite der Befestigungsplatte 14 angeordnete Platte bezeichnet, die aus einem metallischen, bei¬ spielsweise ferro agnetischen Werkstoff bestehen kann. Unter Beachtung der gegebenenfalls schwächeren agneti- sehen Wirkungen kommen jedoch auch andere metallische Werkstoffe in Betracht. Der Abstand 20 zwischen den Stirnseiten der somit ein induktiv wirksames Teil bil¬ denden Platte 19 einerseits und des Näherungsschalters 12 andererseits entspricht in der gezeigten Ruhelage des Tasters 8 einem solchen Abstand, in welchem die Anwesen¬ heit der Platte 19 ohne relevante Rückwirkungen auf den Schaltzustand des Näherungsschalters ist. Eine Änderung des Schaltzustandes tritt erst ein, wenn als Folge einer Betätigung des Tasters 8 ein Mindestwert dieses Abstan- des 20 unterschritten wird.

Der induktive Näherungsschalter 12 ist im übrigen voll¬ ständig gekapselt ausgebildet und in eine Bohrung 21 - zweckmäßigerweise in Richtung der Achse 3 - justierbar eingesetzt. Das dem Hohlraum 11 abgekehrte Ende des Näherungsschalters ragt in einen weiteren Hohlraum 22 hinein, Ober welchen das Ober die Bohrung 6 geführte An¬ schlußkabel 7 das Schaltergehäuse 1 verläßt.

Das gezeigte Ausführungsbeispiel bildet die einfachste Form einer Schaltvorrichtung, die für Tastbetrieb ausge- legt ist, d.h. ein einmaliges Eindrücken des Tasters 3, der anschließend in die zeichnerisch dargestellte Posi¬ tion zurückfedert, löst einen Impuls aus, der Ober das- Anschlußkabel 7 elektrisch übertragen und in beliebiger Weise umgesetzt werden kann.

Neben einem oben beschriebenen Tastbetrieb ist das durch einen Näherungsschalter 12 und eine relativ zu diesem bewegliche Platte 19 gekennzeichnete Prinzip gruπdsätz-

lieh auch für einen Rast- bzw. Schalterbetrieb geeignet. In diesem Fall muß lediglich dafür Sorge getragen wer¬ den, daß die Platte bzw. das System aus Platte 19, Stab 13 und Taster 8 in einer solchen eingedrückten Position verrastbar ist, in welcher aufgrund der Annäherung der Platte 19 gegenüber dem Näherungsschalter letzterer seinen Schaltzustand verändert.

Es sind jedoch - auf dem dargestellten Prinzip aufbauend - auch weitere Schalterfunktionen in einfachster Weise realisierbar, beispielsweise eine Wechslerfunktion. In diesem Fall sind zwei Näherungsschalter vorgesehen, wobei ein durch ein Betätigυngsorgan bewegbarer Metall¬ körper zwischen zwei stabilen Grenzpositionen bewegbar ist, nämlich einer ersten, in welcher durch den Metall- körper der erste Näherυngsschalter aktiviert ist und einer zweiten, in welcher der zweite Näherungsschalter aktiviert ist. Ausgangsseitig bezüglich eines solchen Schaltsystems ist somit stets einer und nur einer der beiden Näheruπgsschalter aktiviert. Voraussetzung hier- für ist, daß der Metallkδrper bzw. das Betätigungsorgaπ in beiden Schaltpositionen verrastbar oder in sonstiger Weise festlegbar ist.

Im obigen Aυsführυngsbeispiel fungiert als Metallkörper eine Platte. Die Gestalt dieses Metallkörpers kann jedoch grundsätzlich beliebig ausgebildet sein υnd muß lediglich geeignet sein, um als Folge einer definierten Annäherung an den Näherυngsschalter aufgrund ihrer magnetisch-induktiven Rückwirkung einen Schaltvorgang auszulösen.

Nachdem Näherungsschalter in der Zündschutzart "eigensi- clier" ausgebildet sein können, eignen sich Schaltvor¬ richtungen der oben beschriebenen Kategorie besonders

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für einen Einsatz in explosionsgefährdeten Bereichen, insbesondere wenn die Zundschutzart "eigeπsicher" gefor¬ dert wird. In diesem Fall ist der erforderliche Schaltverstärker in einem ^\' nicht explosionsgefährdeten Raum unterzubringen.