DE10304595B3

DE10304595B3 - Schaltvorrichtung

Info

Publication number: DE10304595B3
Application number: DE10304595A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Bredow; Thomas Burchard; Thomas Haug
Original assignee: Integrated Electronic Systems !SYS Consulting GmbH
Current assignee: Integrated Electronic Systems !SYS Consulting GmbH
Priority date: 2003-02-05
Filing date: 2003-02-05
Publication date: 2004-10-07
Anticipated expiration: 2023-02-06

Abstract

Es wird eine Schaltvorrichtung beschrieben, die eine hohe Wartungs- bzw. Reparaturfreundlichkeit aufweist. Die Schaltvorrichtung ist wenigstens zweiteilig aufgebaut und mit einem an oder in einem Gehäuse (10) angeordneten Sensorelement (SO) und einem mit dem Sensorelement (SO) berührungslos zusammenwirkenden Betätigungselement, das Teil einer Betätigungseinheit (20) ist, welche lösbar am Gehäuse (10) befestigt ist. Hierdurch kann bei einer mechanischen Beschädigung des Betätigungselements, welches beispielsweise in Form eines Tasters (22) oder eines Joysticks ausgebildet sein kann, die Betätigungseinheit (20) mitsamt des Betätigungselements leicht ausgetauscht werden und eine Reparatur wird dadurch sehr einfach und entsprechend kostengünstig.

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Schaltvorrichtungen, bei denen die Betätigung beispielsweise mittels Tastern oder Joysticks erfolgt, sind in großer Zahl bekannt. Bei solchen Schaltvorrichtungen wird die Bewegung eines in der Regel von einem Bediener bewegten Betätigungselements in elektrische Signale umgesetzt. Hierbei ist es beispielsweise aus der US 4 459 578 auch bekannt, die Bewegung des Betätigungselements von den diese Betätigung detektierenden Sensoren mechanisch zu entkoppeln. Hierbei trägt das Betätigungselement beispielsweise einen Magneten, und die Sensoren sind Hallsonden, die die Bewegung des Magneten in elektrische Signale umwandeln. Bei der Vorrichtung der US 4 459 578 ragt der Betätigungshebel in das Gehäuse, in dem die Hallsonden angeordnet sind, hinein, so dass bei einer Undichtigkeit im Durchtrittsbereich des Steuerhebels die Elektronik durch eindringende Feuchtigkeit beschädigt werden kann.

Die JP 03250519 A schlägt einen in einem Gehäuse untergebrachten Taster vor, bei dem das Betätigungselement von dem ihm zugeordneten Sensorelement ebenfalls mechanisch entkoppelt ist. Auch hier ragt das Betätigungselement in das Gehäuse, in dem die Sensorelemente angeordnet sind, hinein.

Diese Vorrichtungen haben insbesondere den Nachteil, dass bei einer mechanischen Beschädigung des Betätigungselements in der Regel die gesamte Schaltvorrichtung ausgetauscht werden muss, oder nur sehr aufwendig repariert werden kann. Dies ist insbesondere dann von Nachteil, wenn solche Schaltvorrichtungen im industriellen oder gewerblichen Bereich, insbesondere auf Baustellen, eingesetzt werden, da hier aufgrund der rauhen Arbeitsbedingungen eine Beschädigung mechanisch beweglicher Teile leicht auftreten kann.

Aus der WO 02/13387 A1 ist eine Schaltvorrichtung bekannt, bei der diese Nachteile vermieden werden: Auf der einen Seite einer Wandung befindet sich ein Betätigungselement, auf der anderen Seite ein Schaltelement. Das Schaltelement ist hier als Wippschalter ausgeführt, der einen Magneten trägt, dessen Verschwenkung von dem Schaltelement registriert und einen entsprechenden Schaltvorgang umgesetzt wird. Die den Wippschalter aufnehmende Betätigungseinheit ist mittels einer Klebeschicht dauerhaft auf der Wandung befestigt.

Ähnliche Schaltvorrichtungen sind für Schiebe- oder Drehschalter aus der DE 198 59 105 A1 , der DE 44 32 399 C2 und der DE 693 07 480 T2 im wesentlichen für Haushaltsgeräte bekannt.

Aus der 197 56 475 A1 ist es bekannt, als Betätigungselement einen einachsig verschwenkbaren Joystick einzusetzen, wobei die berührungslos betätigbaren Schalter zumindest annähernd entlang eines Kreisbogens angeordnet sind, um die Schwenkbewegungen des am unteren Ende des Joysticks angebrachten Magneten in entsprechende Schaltvorgänge umzusetzen.

Diese Lösung hat aber den eingangs beschriebenen Nachteil, dass der Joystick in das Gehäuse, in dem die Sensorelemente angeordnet sind, hineinragt und führt zu den damit verbundenen Dichtigkeitsproblemen.

Aus der DE 199 54 497 C1 ist ein Joystick-artig ausgebildetes Bedienelement für den Einsatz bei medizinischen Operationen bekannt, dessen kugelartig ausgebildetes unteres Ende in einem als Pfannenlager ausgebildeten Grundkörper verschwenkbar ist, wodurch ein Magnet in Wechselwirkung verschiedener Stärke mit einem Hall-Element als Sensor gelangt, der dann ein elektrisches Gerät ansteuert. Zur Gewährleistung der Sterilität befindet sich zwischen Bedienelement und Grundkörper ein tuchartiges Abdeckmittel, eine Halterung des Betätigungselementes in einer Betätigungseinheit ist nicht vorgesehen, die oben angesprochenen Anwendungen im industriellen oder gewerblichen Bereich sind mit diesem Gerät nicht möglich.

Hiervon ausgehend ist es Aufgabe der Erfindung, die gattungsgemäße Schaltvorrichtung gemäß der WO 02/13387 A1 über Tastschalteranwendungen hinaus zu erweitern, wobei sie unempfindlich gegen Feuchtigkeit und Verschmutzung und eine hohe Wartungs- bzw. Reparaturfreundlichkeit erhalten soll.

Diese Aufgabe wird mit einer Schaltvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Bei einer mechanischen Beschädigung des Joysticks kann somit die Betätigungseinheit mitsamt des Joysticks leicht ausgetauscht werden. Eine Reparatur wird damit sehr einfach und entsprechend kostengünstig. Diese sehr einfache Austauschbarkeit des Betätigungselements ist insbesondere auch dann vorteilhaft, wenn die Schaltvorrichtung Teil einer größeren Einheit ist, da das entsprechende Ersetzen direkt vor Ort und in der Regel auch durch einen Laien ohne Hilfe eines Fachmanns erfolgen kann. Somit kann die Ausfallzeit der Gesamtvorrichtung auf ein Minimum reduziert werden.

Die Befestigung der Betätigungseinheit am Gehäuse kann auf verschiedene Arten erfolgen, wobei die Befestigung mittels Schrauben dann zu bevorzugen ist, wenn eine sehr hohe Stabilität gefordert ist. Eine Befestigung über Rastvorrichtungen hingegen hat den Vorteil, dass ein Auswechseln besonders schnell und ohne Werkzeug erfolgen kann.

Dadurch, dass der Joystick vom Gehäuse mechanisch entkoppelt ist, kann das Gehäuse als solches sehr einfach wasser- und/oder luftdicht ausgeführt wer den, wodurch die innen liegende Sensorik und Elektronik sehr gut vor schädlichen Umwelteinflüssen geschützt ist.

Als Sensorelemente sind vorzugsweise Hallsonden gewählt. Dies hat den Vorteil, dass eine sehr hohe Detektionssicherheit bezüglich des Bewegungs- bzw. Positionszustandes des im Joystick enthaltenen Magneten erreicht werden kann, ohne dass der Joystick hierzu ein aktives Bauteil aufweisen müsste.

Die Sicherheit der Informationsübertragung kann durch Anbringen von Metallelementen zur elektromagnetischen Abschirmung noch erhöht werden.

Weitere bevorzugte Ausführungsformen ergeben sich aus den weiteren Unteransprüchen und aus den nun mit Bezug auf die Figuren näher erläuterten Ausführungsbeispielen.
Es zeigen:
1 Eine schematisierte Darstellung einer Schaltvorrichtung im Querschnitt,
2 einen Teil einer Schaltvorrichtung im Querschnitt, wobei das Betätigungselement als Taster ausgebildet ist,
3a ein Teil einer Schaltvorrichtung im Querschnitt, wobei das Betätigungselement als Einachs-Joystick ausgebildet ist,
3b die Platine aus 3a in der Draufsicht,
4a,b eine Variation zu dem in den 3a und b Gezeigten,
5a ein Teil einer Schaltvorrichtung mit einem Zweiachs-Joystick,
5b die Platine aus 5a in der Draufsicht und
6 eine Teilansicht einer Schaltvorrichtung im Querschnitt, wobei das Aufnahmeelement auf das Gehäuse aufgerastet ist.
Die Schaltvorrichtung besteht aus einem Gehäuse 10, an dessen erstem Wandungsabschnitt 12 die Betätigungseinheit 20 angeordnet ist. Die Betätigungseinheit 20 weist den Tasterabschnitt 22 auf, der vom Benutzer niedergedrückt werden kann, um ein Signal auszulösen. Die Rückstellung des Tasterabschnitts 22 erfolgt mittels der Druckfeder 28. Der Tasterabschnitt 22 ist über den elastischen Verbindungsabschnitt 24 mit dem Befestigungsabschnitt 26 verbunden, welcher wiederum mittels Schrauben 40 mit dem Gehäuse 10 verschraubt ist. Die entsprechenden Schraubenlöcher sind hierbei als Sacklöcher ausgebildet, so dass das Gehäuse 10 zumindest in diesem Abschnitt hermetisch geschlossen bleibt. Die hermetische Geschlossenheit bleibt auch bei einem Abschrauben der Betätigungseinheit 20 erhalten, so dass bei einem Austauschen der Betätigungseinheit 20 keine besonderen Schutzmaßnahmen zum Schutz der sich innerhalb des Gehäuses 10 befindenden Elektronik getroffen werden müssen.
Am Tastenabschnitt 22 der Betätigungseinheit 20 ist der Magnet M befestigt, der in elektromagnetischer Wirkverbindung mit dem auf der Platine 14 angeordneten Hallsensor S0 steht. Um die elektromagnetische Wirkverbindung sicherzustellen, muss die Gehäusewandung zumindest in diesem Bereich aus einem magnetisch durchlässigen Material, vorzugsweise aus Kunststoff, bestehen.
Durch eine Abstandsänderung des Magneten ändert sich der Spannungszustand des Hallsensor S0, welcher von der Auswerteeinheit 16 in ein als Steuerbefehl geeignetes Signal gewandelt wird. Hierzu ist der Hallsensor S0 mit der Auswerteeinheit 16 und diese beispielsweise mit einer nicht dargestellten Sendeeinheit verbunden.
Anstatt den Hallsensor S0 auf einer Platine anzuordnen, welche mit dem Gehäuse 10 verschraubt ist, wäre es auch möglich, den Hallsensor direkt in oder am ersten Wandungsabschnitt 12 anzuordnen, auch wenn dies aus Gründen der Wartungsfreundlichkeit in der Regel nicht zu bevorzugen ist.
2 zeigt einen Teil einer Schaltvorrichtung, der derjenigen aus 1 ähnlich ist. Abweichend zu dem oben dargestellten Ausführungsbeispiel weist der erste Wandungsabschnitt 12 an der Stelle, an der sich der Tasterabschnitt 22 befindet, eine Einbuchtung 18 auf. Dadurch wird es möglich, die Betätigungseinheit 20 teilweise in das Gehäuse 10 hineinragen zu lassen, wobei jedoch die hermetische Trennung erhalten bleibt. Somit können unter Beibehaltung der oben beschriebenen Vorteile relativ große Schaltwege realisiert werden, ohne die Betätigungseinheit sehr weit über das Gehäuse 10 hinausragen zu lassen.
3a zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem das Betätigungselement nicht in Form eines niederdrückbaren Tasters, sondern in Form eines schwenkbaren Hebels 32 ausgeführt ist, so dass eine Joystick-Steuerung entsteht. Auch hier ist die Betätigungseinheit 20 auf einem ersten Wandungsabschnitt 12 eines Gehäuses 10 aufgeschraubt. Die Betätigungseinheit 20 besteht hier aus einem Hebel 32, der mittels des einachsigen Gelenks 34 am Verbindungsabschnitt 38 gehalten ist. Am Verbindungsabschnitt 38 ist der Befestigungsabschnitt 36 angeformt. Der Befestigungsabschnitt 36 weist Durchgangslöcher auf, durch die Schrauben 40 zur Befestigung am ersten Wandungsabschnitt 12 ragen. Das Gelenk 34 kann beispielsweise als selbstrückstellendes Elastomergelenk ausgeführt sein.
Das untere Ende des Hebels 32 trägt den Magneten M, der in Wirkverbindung mit den beiden Hallsensoren S0 und S1 steht, die auf der Platine 14 angeordnet sind (siehe hierzu auch 3b). Durch ein Verschwenken des Hebels ändert sich der Abstand des Magneten M zu den beiden Hallsensoren S0 und S1. Aus den entsprechend auftretenden Spannungsänderungen kann somit die Position des Hebels 32 bestimmt und ein entsprechendes Steuersignal generiert werden.
Die 4a und b zeigen ein Ausführungsbeispiel, das dem eben beschriebenen sehr ähnlich ist. Zur Erhöhung der Signalsicherheit ist hier ein weiterer Hallsensor S2 vorhanden. Hierdurch ergibt sich eine Informationsredundanz, die sich positiv auf die Schaltsicherheit auswirkt.
Die 5a und b zeigen ein Ausführungsbeispiel mit einem zweiachsigen Joystick. Die Konstruktion der Betätigungseinheit 20 entspricht der der 3a und 4a mit dem einzigen Unterschied, dass das Gelenk 34 hier zweiachsig ausgebildet ist. Zur Detektion der Bewegung des Magneten M dienen hier insgesamt fünf Hallsensoren S0 bis S4, die entsprechend der 5b auf der Platine 14 angeordnet sind.
Um die Schaltsicherheit zu erhöhen, kann es für viele Anwendungsfälle sinnvoll sein, eine elektromagnetische Abschirmung, insbesondere in Form von Weicheisen-Elementen vorzusehen. Hierdurch kann der Störeinfluss von von außen kommender elektromagnetischer Strahlung oder von äußeren Magnetfeldern abgemildert werden. Hierzu ist es beispielsweise denkbar, den Verbindungsabschnitt 38 der letzten drei Ausführungsbeispiele aus Metall zu fertigen, oder mit einer metallischen Innenwandbeschichtung auszustatten. Entsprechende Metallabschirmungen können natürlich auch am Gehäuse 10 angeordnet werden, wobei natürlich zu beachten ist, dass zwischen dem Magneten M und den Hallsensoren kein ferromagnetisches Material angeordnet werden darf.
In den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen wird jeweils die Bewegung bzw. die Position eines Magneten mittels einem oder mehreren Hallsensoren detektiert. Es sind jedoch auch andere Ausführungsformen möglich. Beispielsweise kann anstatt eines Magneten ein Metall eingesetzt werden, dessen Positionsänderung durch einen oder mehrere induktive Sensoren erfasst wird. Durch das Entfernen bzw. Annähern des Metalls wird in den Sensoren jeweils ein Schwingkreis beeinflusst. Es ist auch denkbar kapazitive Sensoren einzusetzen, die auf die Annäherung beliebiger Materialien reagieren. Sowohl induktive als auch kapazitive Sensoren sind als integrierte Schaltkreise erhältlich. Hier ist bei der Konstruktion der Schaltvorrichtung bzw. der Auslegung der Auswerteelektronik jedoch darauf zu achten, dass von außen kommende Störeinflüsse nicht zu ungewollten Schaltvorgängen führen.
6 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem die Betätigungseinheit 20 nicht durch Schrauben, sondern durch Einrasten am Gehäuse befestigt wird. Hierzu weist der erste Wandungsabschnitt 12 des Gehäuses eine Rastausnehmung 52 mit einer Rastkante 52A auf. Der Befestigungsabschnitt 26 der Betätigungseinheit 20 endet in einer elastischen Rastnase 55, die bei Einführen in die Rastausnehmung 52 in Formschluss mit der Rastkante 52A kommt und die mittels des Entriegelungshebels 56 von der Rastkante 52A gelöst werden kann.

Claims

Schaltvorrichtung mit wenigstens einem beweglichen, mit einem Magneten (M) verbundenen Betätigungselement (22, 32) und wenigstens einem Sensorelement (S0–S4) mittels dem die Position und/oder die Bewegung des Betätigungselements detektiert werden kann, wobei Betätigungselement und Sensorelement in jeder Stellung voneinander beabstandet sind, wobei das Sensorelement in oder an einem Gehäuse (10) angeordnet ist; und das Betätigungselement (22, 32) Teil einer Betätigungseinheit (20) ist, welche lesbar am Gehäuse befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Betätigungselement ein um mindestens eine Achse schwenkbarer Joystick ist, der an der mittels Befestigungselementen am Gehäuse gehaltenen Betätigungseinheit (20) gehalten ist, und dessen unteres Ende den Magneten (M) trägt, und dass mehrere Sensorelemente (S0....S4) auf einer Platine (14) im oder am Gehäuse (10) unterhalb des Schwenkbereichs des Magneten (M) angeordnet sind.
Schaltvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigungselemente Schrauben (40) sind.
Schaltvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigungselemente Rastvorrichtungen sind.
Schaltvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse zumindest im Bereich des Sensorelementes wasserdicht und/oder luftdicht ist.
Schaltvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorelement eine Hallsonde ist.
Schaltvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorelement ein induktiver Sensor ist.
Schaltvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorelement ein kapazitiver Sensor ist.
Schaltvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Aufnahmeelement und/oder Gehäuse Metallelemente zur elektromagnetischen Abschirmung enthalten.