DE3119495A1 - "annaeherungs-schalter" - Google Patents

Description

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Dipl.-fng. HANS E. U —-.\KE .:....* ".."...*"*..· .*. OI IQAQR

Plenzenaueretraße 2 λ " * * O \ \ Ό HOD 8000 MÜNCHEN 80 ' l(/,

Playmont AG, oberer Graben 22, St. Gallen (Schweiz)

Annäherungs-Schalter

Dr.LP/sti Hl 167 a

12.5.1981

Annäherungs-Schalter

Die Erfindung bezieht sich auf einen kontaktlosen Schalter, welcher ohne Berührung leitender Teile betätigbar ist. Es sind Sehalter dieser Art bekannt, deren Arbeitsprinzip darauf beruht, dass das vom elektrischen Verteilernetz innerhalb der meisten Gebäude erzeugte Wechselfeld durch das Dielektrikum menschlicher Körperteile konzentriert wird, und bei Annäherung dieser Körperteile an eine geeignet aufgebaute Sonde das von dieser abgegebene Signal zur Steuerung eines Schaltkreises benutzt werden kann.

Die Sonde - oder Sensortaste - arbeitet meist kapazitiv, und besteht im allgemeinen aus einer dielektrischen Schicht, an die sich auf einer Seite eine mit dem Schaltkreis verbundene metallische Elektrode möglichst eng anschliesst, während die entgegengesetzte Seite der dielektrischen Schicht vorgesehen ist, um beispielsweise mit einem Finger berührt zu werden. Da das vom Verteilernetz erzeugte 50-Hz-Streufeld klein ist, muss die Sensortaste möglichst wirksam arbeiten, was eiiier&,wits eine verhältnismässig dünne Schicht mit grosser Dielektrizitätskonstante, und andererseits das Vermeiden eines Luftspaltes zwischen dieser Schicht und der Elektrodenfläche bedingt. Die erste Bedingung kann leicht durch die Verwendung einer Kunststoff-Folie als dielektrische Schicht erfüllt werden, während die zweite entweder eine sehr genaue mechanische Passung, oder auch das Aufdampfen der Metallfläche auf das Dielektrikum nahelegt. Für viele Anwendungen sind diese Lösungen aber ungeeignet oder unbrauchbar. Insbesondere

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12.5.1981

sind Annäherungs-Schalter der obgenannten Art an sich für elektronisch gesteuerte Spielautomaten besonders geeignet, die oft rauhen Bedingungen, unter denen letztere arbeiten, schliessen aber Kunststoff-Folien als Berührungsflächen praktisch aus und verlangen die Verwendung eines mechanisch sehr widerstandsfähigen dielektrischen Materials, beispielsweise einer Glasplatte von mehreren Millimetern Dicke. Sind nun, wie es in aller Regel der Fall ist, mehrere Sensortasten auf einer einzigen Abdeckfläche angeordnet, dann wird das genaue Ausrichten der Elektroden gegenüber einer starren Abdeckplatte schwierig und Luftspalte fast unvermeidlich. Ein Aufdampfen der Metallflächen auf die Abdeckplatte ist auch nicht zweckmässig, da die aufgedampften Flächen noch einzeln mit den entsprechenden elektrischen Schaltungen verbunden werden müssten, welche meist auf einer parallel zur Abdeckplatte montierbaren Printplatte untergebracht sind.. Die Herstellung einer Vielzahl solcher elektrischer Verbindungen ist aber aufwendig, besonders da es oft wünschenswert ist, wahlweise austauschbare Kombinationen verschiedener Abdeck- und Printplatten verwenden zu können.

Es ist das Ziel der Erfindung, obige Nachteile zu vermeiden und einen einfach herzustellenden, empfindlichen Schalter zu schaffen, dessen Abdeckplatte aus einem mehrere Millimeter dickem, steifem Material bestehen kann, ohne dass zur Vermeidung von Luftspalten ein genaues Ausrichten der Elektrodenträger notwendig wird. -

Zu diesem Zweck ist die Erfingung durch die in Anspruch 1 aufgezählten Merkmale gekennzeichnet.

Im folgenden soll die Erfindung anhand der Beschrei-

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bung einer Ausführungsform und der Zeichnung näher erläutert werden. Es zeigt:

Fig. 1 einen schematischen Querschnitt durch eine Sonde und den diese betätigenden Finger.

Fig. 2 ein Teilschema der Steuerung eines Schaltkreises .

Aus der Fig. 1 ist die räumliche Anordnung der Trägerplatte 1, welche im vorliegenden Beispiel eine Epoxy-Printplatte sein soll, und der metallischen Stütze 2, deren obere Fläche 3 die aus elektrisch leitendem Schaumstoff bestehende Schicht ^ trägt, ersichtlich. Diese Schaumstoff-Schicht bildet eine Elektrode einer Kapazität, dessen Dielektrikum aus dem Glas einer abdeckenden Glasplatte 5 besteht. Letztere wird - auf nicht gezeigte Weise - parallel zu und in einem gewissen Abstand von der Printplatte 1 gehaltert. Im allgemeinen wird letztere eine ganze Reihe von Stützen 2 tragen, deren obere Fläche 3 im wesentlichen in derselben Ebene liegen. Wegen Fabrikationstoleranzen und auch wegen eines möglichen Durchbiegen- der Glasplatte 5, muss damit gerechnet werden, dass die Oberfläche 3 etwas gegen die Glasplatte -erkantet sind. Dank der Elastizität der Schaumstoffschicht 4 schmiegt sich diese dennoch an die starre Glasplatte 5 an, ohne dass dazwischen ein Luftspalt entstünde, wie er bei Verwendung einer starren Matal!elektrode und eines steifen Materials für die Abdeckplatte sonst praktisch unvermeidlich ist. Dadurch wird nicht nur die Empfindlichkeit der Sonde erhöht, sondern es wird auch beim Nebeneinanderliegen mehrerer Sonden das Uebersprechen, das heisst die Beeinflussung benachbarter Sonden durch das Streufeld einer betätigten Sonde,

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verringert, und zwar zum Teil dadurch, dass das Steuerfeld der letzteren durch den Schaumstoff eingeschnürt wird, sofern dieser eine hohe Dielektrizitätskonstante aufweist.

Ausserdem erlaubt die Kombination einer massiven Stütze 2 und einer nachgiebigen Elektroden-Schicht U einen problemlosen baukastenartigen Zusammenbau einer vorgefertigten Trägerplatte 1 mit der das Dielektrikum der kapazitiven Sensore bildenden Abdeckplatte 5, auch wenn beide verschiedener Provenienz sind.

Obwohl in der beschriebenen Ausführung die Abdeckplatte aus Glas ist, kommen auch andere Isolierstoffe in Frage.

Die Dicke der Platte ist in weiteren Grenzen wählbar, wobei einzig zu beachten ist, dass bei grossen Dicken die Dielektrizitätskonstante des Plattenmaterials entsprechend hoch sein muss, das heisst beispielsweise mit Vorteil über 3 liegt, wenn die Plattendicke 3 mm übersteigt.

Die Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform eines Teiles der dem kapazitiven Fühler der Fig. 1 nachgeschalteten Schaltung. Der als Block schematisierte Fühler 7 liegt an einem Eingang eines gepufferten CMOS-Tores 8, dessen Ausgang über eine Kapazität 9 abgeblockt ist. Bei geeigneter Anpassung derKapazität an den Ausgangswiderstand des Tores, kann ein wirksames Filtrieren transienter Störungen erreicht werden. Ausserdem kann die Empfindlichkeit der Anordnung durch Variation der Speisespannungen des Tores in gewissen Grenzen eingestellt werden. Um dem Eingang des Tores hochohmig einen Arbeitspunkt zu geben, ist eine gegen Masse geschaltete Mittelstromdiode 10 vergesehen, welche vorzugsweise einen kleinen Sperrstrom haben sollte.

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Claims (6)

1. PATENTANSPRÜCHE

   Durch ein Wechselfeld betätigbarer Annäherungsschalter, mit mindestens einem, von einer Schaltungsträgerplatte hervorstehenden, kapazitiv steuerbaren Fühler, dadurch gekennzeichnet, dass dieser einen metallischen Träger aufweist, dessen von der Trägerplatte abgekehrte Fläche mit einer Schicht aus elektrisch leitendem Schaumstoff belegt ist.
2. 2. Annäherungsschalter nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine, die freie Seite der leitenden Schaumstoffschicht berührende steife Abdeckplatte aus dielektrischem Material.
3. 3. Annäherungsschalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Abdeckplatte aus Glas besteht.
4. H. Annäherungsschalter nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Mehrzahl von Fühlern deren freie Schaumstoff-Flächen im wesentlichen in derselben Ebene liegen und je eine Elektrode bilden, die mit einem auf der Trägerplatte angebrachten Schaltkreis elektrisch verbunden ist, wobei der Kreis durch die Einwirkung eines Wechselfeldes auf die ihm zugeordnete Elektrode schaltbar ist.
5. 5. Annäherungsschalter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltkreise als gedruckte Schaltungen auf die Trägerplatte aufgebracht ist.
6. 6. Annäherungsschalter nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Schaltkreis ein CMOS-Tor aufweist, dessen einer Eingang mit der zugehörigen Elektrode, und mit einer Diode gegen Masse verbunden ist, während ein weiterer Eingang des Tores direkt, sein Ausgang aber über einen Kondensator mit der Masse verbunden ist.

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