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Das Prinzip dieses Schaltgerätes beruht darauf, daß bei Berührung
aber auch bereits bei Annäherung an die
Sensorelektrode mit der
Hand, also ab einem bestimmten Abstand ein Strom von Erdpotential über den Körper
des Bedienenden, der Hand, der Sensorelektrode und einem Widerstand zur Phase fließt,
wobei an dem Widerstand ein Spannungsabfall entsteht, der zur Betätigung des elektronischen
Schaltelementes ausgewertet wird.
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Das bekannte elektronische Schaltgerät hat zwischen der Sensorelektrode
und dem geerdeten Tragorgan eine auf Phasenpotential liegende Abschirmung in Form
einer Blechplatte, die innerhalb der Abdeckhaube eingerastet und ebenfalls über
eine federnde Steckverbindung direkt an Phase angeschlossen ist. Es sei bemerkt,
daß die elektrische Verbindung zwischen Sensorelektrode und dem Widerstand sowie
der Abschirmung mit Phase automatisch durch das Aufsetzen der Abdeckkappe erfolgt
Durch die Abschirmung wird die Ausbildung eines kapazitiven Streufeldes der Sensorelektrode
in Richtung auf geerdete Teile des Schaltgerätes, z. B. des Tragorganes oder des
Untergrundes verhindert, d. h. die Sensorelektrode wird in Bezug auf den Montageuntergrund
des Schaltgerätes potentialunabhängig.
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Das vorstehend beschriebene elektronische Schaltgerät hat sich in
der Praxis bereits vielfach bewährt, weil das Ein- und Ausschalten eines elektrischen
Verbrauchers einfacher als bei den herkömmlichen mechanischen Schaltern ist.
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Es hat sich jedoch herausgestellt, daß bei dem vorstehend beschriebenen
Schaltgerät in einer feuchten Umgebung oder bei großen Temperaturschwankungen infolge
Kondensatbildung an der Oberfläche des Schaltgerätes Funktionsstörungen auftreten
können.
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Und zwar werden diese Störungen hervorgerufen durch Kriechströme entlang
der feuchten Oberfläche der Abdeckkappe zwischen der Sensorelektrode und der durch
die Feuchtigkeit ebenfalls Nullpotential führenden Unterlage, in diesem Fall dem
Abschlußrahmen.
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Dabei spielt es keine Rolle, ob die Sensorelektrode an der Innenseite
oder der Außenseite der Abdeckkappe angeordnet ist.
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Der gleiche Einfluß macht sich bei ähnlichen Schaltgeräten bemerkbar,
die jedoch im Gegensatz zu dem vorstehend beschriebenen Gerät nur durch Berührung
der Sensorelektrode ansprechen. Bei diesen Schaltgeräten ist die Sensorelektrode
an der Vorderseite eines Trägers befestigt, der ebenfalls als Kappe bzw.
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Platte ausgebildet ist. Ferner stützt sich der Träger auf einer rahmenartigen
Unterlage ab, die mit Nullpotential führenden Teilen in Verbindung steht Außerdem
ist nicht auszuschließen, daß sich von der Abdeckkappe bzw. Träger selbst direkt
zum metallischen Tragorgan Kriechstrecken ausbilden, die zu Funktionsstörungen führen,
Aufgabe der Erfindung ist es, die Funktionssicherheit des obengenannten Schaltgerätes
auch bei feuchter Umgebung oder Kondensatbildung zu gewährleisten und so auszubilden,
daß Kriechstromstrecken zwischen der Sensorelektrode und Null, bzw. Erdpotential,
nicht auftreten.
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Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß auf der
Oberfläche des Trägers eine im Abstand die Sensorelektrode umgebende Hilfselektrode
befestigt und mit Phasenpotential verbunden ist Bei dem erfindungsgemäß ausgebildeten
Schaltgerät ist somit die Sensorelektrode durch die Hilfselektrode mit Phasenpotential
umgeben. Da die Sensorelektrode selbst ebenfalls wechselstrommäßig ggf. über einen
Widerstand an Phase liegt, ist kein Potentialunterschied im Bereich der Sensorelektrode
vorhanden, so daß trotz Feuchtigkeit bzw. Kondenswasserbildung kein Kriechstrom
entstehen kann, der am Widerstand einen Spannungsabfall hervorruft und den Schaltzustand
beeinflußt. Durch diese Ausbildung fließt ein Kriechstrom nur noch von der Hilfselektrode
nach Erdpotential, der jedoch keinen Einfluß auf den Eingangskreis des Schaltverstärkers
hat.
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Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist auf der der Hilfselektrode
gegenüberliegenden Seite des Trägers eine ebenfalls mit Phase verbundene zweite
Hilfselektrode angeordnet. Durch die zweite Hilfselektrode läßt sich die Schaltsicherheit
weiter verbessern, da an der der Sensorelektrode gegenüberliegenden Seite des Trägers
ein kapazitiver Strom durch das Trägermaterial fließen würde, wenn sich auf dieser
Seite des Trägers Kriechstrecken ausbilden.
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Nach einer Weiterbildung der Erfindung sind beide Hilfselektroden
miteinander verbunden und über eine gemeinsame Verbindung an Phase angeschlossen.
Die Verbindung läßt sich wie an sich bekannt als federnde Steckverbindung ausbilden.
Eine Vereinfachung der zuletzt beschriebenen Anordnung ergibt sich insofern, wenn
die Hilfselektroden direkt mit einer unmittelbar hinter der Sensorelektrode angeordneten
Phasenpotential führenden Abschirmung aus Metall verbunden sind.
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Die Abschirmung, beispielsweise in Form einer Blechplatte, unterdrückt
wie an sich bekannt, die Ausbildung nach rückwärts gerichteter Streufelder der Sensorelektrode
zu den geerdeten Teilen des Schaltgerätes. Dies ist insofern wichtig, weil andernfalls
Störpotentiale entstehen könnten, die in der Größenordnung der auswertbaren Potentialdifferenz
zwischen der Hand und der Sensorelektrode liegen und eine gewollte Betätigung vortäuschen.
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Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung lassen sich
die Funktionen von Hilfselektroden und Abschirmung durch ein entsprechend ausgebildetes
metallisches Formstück miteinander verquicken. Dieses Formstück besteht aus einem
vertieft liegenden Bodenteil und einem flanschartigen Rand. Der Träger mit der Sensorelektrode
wird dabei an dem flanschartigen Rand befestigt, wobei der Hohlraum, gebildet durch
den vertieft liegenden Bodenteil, zur Aufnahme der Sensorelektrode dient Ferner
läßt sich der Rand des Formstückes um den Rand des Trägers für die Sensorelektrode
herumbördeln. Dadurch werden zusätzliche Befestigungsmittel für die Verbindung von
Träger und Formstück eingespart und gleichzeitig an beiden Seiten des Trägers durch
den Bördelrand die Hilfselektroden hergestellt.
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Der rückwärtige Bodenteil erfüllt dabei die Funktion einer Abschirmplatte.
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Nach einer Weiterbildung der Erfindung sind Sensorelektrode, Hilfselektroden
und Abschirmung aus einem beidseitig metallisierten Träger nach Art gedruckter Leiterplatten
hergestellt.
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Diese Ausbildung eignet sich besonders für Berührungsschalter. Durch
eine besondere Behandlung der Oberflächen der Leiterplatte, insbesondere der Sensorelektrode,
z. B. Vernickeln, Verchromen, Versilbern oder Vergolden, läßt sich eine haltbare
und dekorative Betätigungsfläche herstellen. Durch einen entsprechenden Abschlußrahmen
läßt sich die ebenfalls frontseitige Hilfselektrode abdecken.
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Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist an der Innen- und Außenseite
der Abdeckung je eine
Hilfselektrode und innerhalb des kleinsten
freien Innenquerschnittes einer Hilfselektrode an der Innen-oder Außenseite der
Abdeckung die Sensorelektrode angeordnet. Die Anordnung der Hilfselektroden zueinander
ist im Rahmen der konstruktiven Gegebenheiten frei wählbar. Da jedoch die Hilfselektroden
Phasenpotential führen, ist es zweckmäßig, die äußere Hilfselektrode so anzuordnen,
daß sie nicht berührt werden kann.
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Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist die äußere Hilfselektrode
an den Rand der Abdeckung angeordnet und von einem Abdeckrahmen verdeckt. Ist eine
geschützte Anordnung der äußeren Hilfselektrode nicht möglich, empfiehlt es sich
aus Sicherheitsgründen zwischen dieser Hilfselektrode und Phasenpotential einen
Strombegrenzungswiderstand zu schalten.
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Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist die äußere Hilfselektrode
als Drahtschleife ausgebildet und in einer Rille oder Nut der Abdeckung eingelegt.
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Weitere Ausgestaltungen der Erfindung, insbesondere die Anordnung
und Ausbildung der Hilfselektroden, werden in den nachfolgenden Ausführungsbeispielen
dargestellt und beschrieben.
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In der Zeichnung ist die Erfindung in mehreren Ausführungsbeispielen
dargestellt. Es zeigen: F i g. 1 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen
Schaltgerätes, F i g. 2 eine weitere Ausführung des Schaltgerätes, F i g. 3 ein
drittes Ausführungsbeispiel, F i g. 4 ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen
Schaltgerätes, F i g. 5 eine weitere Ausführung der Erfindung, bei der Hilfselektroden
und Abschirmung einstückig ausgebildet sind, F i g. 6 eine andere Ausführung von
Sensor- und Hilfselektroden mit Abschirmung aus beidseitig beschichteter Leiterplatte.
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Das erfindungsgemäße Schaltgerät weist ein als Baueinheit ausgebildetes
Betätigungsorgan 5 auf. Es besteht im einfachsten Fall aus der Sensorelektrode 6,
einer Hilfselektrode 7 und einem Träger 8 für Sensor-und Hilfselektrode.
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Das Betätigungsorgan 5 ist mechanisch auf einer Unterlage 9 abgestützt
bzw. befestigt, Die Sensorelektrode 6 ist elektrisch über einen hochohmigen Widerstand
10 mit dem Eingang eines Schaltverstärkers 11, dessen Ausgang ggf. über einen nachgeschalteten
Tiefpaß an eine Schwellwertstufe 12 angeschlossen ist.
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Es kann sich dabei beispielsweise um einen Schmitt-Trigger handeln.
Ebenso kann jedoch anstelle des Schmitt-Triggers eine monostabile Kippstufe verwendet
werden. Wesentlich ist, daß am Ausgang dieser Stufe ein Schaltsignal entsteht, das
geeignet ist, die nachfolgende bistabile Kippstufe 13 (Flip-Flop) umzusteuern.
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Der bistabilen Kippstufe 13 folgt schließlich der Zündkreis 14 für
den im Lastkreis liegenden elektronischen Schalter 15 wie Thyristor oder Triac,
der den elektrischen Verbraucher, zB. eine Glühlampe ein-oder ausschaltet.
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Nähert sich der Sensorelektrode 6 z. B. die Hand des Bedienenden,
dann fließt ab einem bestimmten Abstand zwischen der Hand und der Sensorelektrode
ein Strom von Erdpotential über den Körper des Bedienenden und dem von der Hand
und der Sensorelektrode 6 gebildeten Kondensator durch den Widerstand 10 zur Phase
»P<. Der Spannungsabfall am Widerstand bewirkt ein Einschalten des Schaltverstärkers
11, bei Halbwellensteuerung im Takt der Netzfrequenz.
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Die gleichgerichtete Ausgangsspannung wird dem Schmitt-Trigger 12
zugeführt, der bei Überschreitung der Triggerschwelle das Flip-Flop 13 umsteuert
In Schalterstellung »AUS« wird die Steuerspannung des Zündkreises 14 kurzgeschlossen
und umgekehrt durch einen Triggerimpuls der elektronische Schalter 15 geschlossen.
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Der Träger 8 für die Sensorelektrode 6 kann plattenartig oder als
Kappe 16 ausgebildet sein. Je nach Empfindlichkeit des Schaltverstärkers 11 kann
die Sensorelektrode 6 an der Vorderseite des Trägers 8, 10 oder an dessen Rückseite
befestigt sein. Im ersten Fall handelt es sich um einen Berührungsschalter, während
es sich bei der zweiten Ausführungsform um einen Annäherungsschalter handelt. Hier
genugt bereits ein sehr kleiner kapazitiver Strom, der bei Annäherung über die Hand
des Bedienenden zur Sensorelektrode fließt, um den Schaltverstärker 11 zu beeinflussen,
während bei dem Berührungsschalter mit offener Sensorelektrode 6 der Strom höher
sein kann.
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In beiden Fällen liegen jedoch die Nutzströme in einer Größenordnung,
die Störströme ebenfalls unter günstigen Bedingungen erreichen können. Hierzu gehören
in erster Linie Kriechströme.
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Die Hilfselektrode 7 verhindert Kriechströme zur Sensorelektrode.
Sie ist um die Sensorelektrode herum in einer geschlossenen Schleife angeordnet
und mit Phase »P« verbunden. Da die Sensorelektrode ebenfalls an Phase »P« liegt,
herrscht zwischen Hilfselektrode 7 und Sensorelektrode 6 Potentialgleichheit Bei
den Ausführungen gemäß F i g. 1 und 2 der Zeichnung ist es erforderlich, die Hilfselektrode
7 über einen Strombegrenzungswiderstand 17 an Phase zu legen lst die Hilfselektrode
(F i g. 3 - 5) verdeckt angeordnet, kann der Widerstand 17 prinzipiell entfallen.
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Insbesondere bei den Ausführungen nach den F i g. 2-6 der Zeichnung
ist es vorteilhaft, an der Vorder- und Rückseite der Kappe 16 bzw. Platte 8 je eine
Hilfselektrode 7,18 anzuordnen, um die Ausbildung von Kriechstrecken zur Sensorelektrode
bzw. zu dessen Wirkbereich zu verhindern.
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Sie sind untereinander verbunden und über eine federnde Verbindung
19 an Phase »P« angeschlossen In F i g. 3 der Zeichnung ist die Hilfselektrode 18
am Umfang der Kappe 16 angeordnet und durch den Abschlußrahmen 20 verdeckt.
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F i g. 4 zeigt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Das obere Bild zeigt die Innenansicht einer quadratischen Kappe 16, an deren Innenseite
in der Mitte die Sensorelektrode 6 befestigt, vorzugsweise festgeklebt ist. Die
Betätigungsseite ist die nicht sichtbare Außenseite. Es handelt sich hierbei um
eine selbstklebende Metallfolie, zB. Kupferfolie. Umgeben ist die Sensorelektrode
von der ebenfalls aus selbstklebender Kupferfolie bestehenden Hilfselektrode 18.
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Ferner ist eine zweite Hilfselektrode 21 aus Draht in einer Rille
22 am äußeren Umfang der Kappe 16 eingelegt und die beiden Enden durch eine nicht
dargestellte Bohrung in den Innenraum der Kappe geführt, verdrillt und mit der Hilfselektrode
18 verlötet Anstelle von Metallfolie bzw. Draht für die Elektroden 6, 18, 21 können
auch andere elektrisch leitende Materialien verwendet werden, In besonderer Weise
eignen sich hierfür Leitlacke. Sie werden beispielsweise mit einer Maske aufgetragen.
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Die Rückseite der Kappe 16 ist wie an sich bekannt mit einer Abschirmplatte
22 abgedeckt, die zwischen der Kappe 16 und dem Abschlußrahmen 23 festgeklemmt wird.
Sie verhindert die Ausbildung eines
rückwärtigen Streufeldes der
Sensorelektrode mit dem geerdeten Tragorgan 24. Kappe 16, Abschirmplatte 22 und
Rahmen 23 lassen sich mit Klammern 25 aneinander befestigen, so daß eine weitere
Ausführung der eingangs bereits erwähnten Baueinheit 5 entsteht Diese Baueinheit
läßt sich mit den Klammern 26 an dem Tragorgan 24 befestigen. Der Vollständigkeit
halber sei erwähnt, daß die Baugruppen 11, 12, 13, 14, 15 in einem an der Rückseite
des Tragorganes befestigten Gehäuse angeordnet sind.
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Die elektrischen Verbindungen der einzelnen Bauteile miteinander
erfolgen durch Federn 27,28,29. Sie sind einerseits festgelötet und stützen sich
anderseits unter Vorspannung an den entsprechenden Gegenpolen ab.
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Dabei erhalten die Hilfselektroden 18,21 über die Feder 29 Kontakt
mit der Abschirmplatte 22, diese steht über die Feder 28 mit einem Phase führenden
Kontakt 30 des Gehäuses in Verbindung. Die mit der Sensorelektrode verbundene Feder
27 wird durch eine Bohrung 31 isoliert hindurchgeführt und stützt sich an dem Eingangs
pol 32 des Schaltverstärkers 11 ab. Es sei noch bemerkt, daß anstelle von Drahtfedern
Federstifte oder starre Steckverbindungen verwendet werden können.
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Die F i g. 5 der Zeichnung zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem
die Hilfselektroden und die Abschirmplatte aus einem Stück hergestellt sind Das
dadurch entstandene Formstück hat einen flanschartigen Rand 33 und einen gegenüber
dem Rand vertieft liegenden Boden 34.
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Der plattenartige Träger 8 mit der derart befestigten Sensorelektrode
6 ist durch Umbördeln des Randes 33 befestigt. Durch die beidseitige Einfassung
des Trägers 8 durch den Rand 33 wird die Ausbildung von Kriechstrecken beiderseits
der Trägeroberfläche innerhalb dieser Umrandung verhindert. Der Boden 34 dient hier
als Abschirmung für die Sensorelektrode gegenüber geerdeten Teilen des Schaltgerätes,
z.B. dem Tragorgan 24 oder dem Untergrund 9. Durch den Überfallrand des Abschlußrahmens
35 wird die vordere Hilfselektrode, die hier durch den Bördelrand gebildet wird,
verdeckt.
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Die F i g. 6 der Zeichnung zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem
die Sensorelektrode 6, Hilfselektrode 7, 18 und Abschirmung 22 aus einer beidseitig
beschichteten Leiterplatte nach Art gedruckter Leiterbahnen hergestellt sind. Dabei
sind einerseits die vordere Hilfselektrode 7 und die Sensorelektrode 6 durch Wegätzen
eines schmalen Streifens der Metallbelegung hergestellt, während zur Herstellung
der hinteren Hilfselektrode 18 und der Abschirmung 22 kein zusätzlicher Arbeitsgang
notwendig ist. Die Hilfselektrode 7 und die rückseitige Metallbelegung sind durchkontaktiert
und liegen über die Feder 28 an Phase.