DE4412294A1 - Sicherheitsabschaltung - Google Patents
SicherheitsabschaltungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Schalteranordnung zum Anzeigen der
Bewegung und der Neigung der Schalteranordnung. Bei Bewegung oder
Neigung der Schalteranordnung werden Schalter durch ein bewegba
res Betätigungselement aktiviert. Unter Bewegung wird nachfolgend
eine Parallelverschiebung der Schalteranordnung verstanden, wäh
rend eine Neigung als Drehbewegung um eine Achse aufgefaßt wird.
Aus dem Stand der Technik sind Schalteranordnungen bekannt, mit
denen die Bewegung und die Neigung der Anordnung angezeigt wird.
Das spanische Gebrauchsmuster U 92 00 971 beschreibt eine solche
Schalteranordnung, bei der ein Schalter in einem Gehäuse angeord
net ist, der durch eine Kugel betätigt wird. Weiter weist die im
Gebrauchsmuster U 92 00 971 dargestellte Schalteranordnung als
Bodenwand eine schiefe Ebene auf. Der Schalter, der Neigung und
Bewegung anzeigt, ist einem oberen Ende der schiefen Ebene zu
geordnet, auf das die Kugel bei einer Neigung oder Parallelver
schiebung der Schalteranordnung zurollt. Im Ruhezustand befindet
sich die Kugel auf einem unteren Abschnitt der schiefen Ebene,
die vom Schalter beabstandet ist. Wird die Schalteranordnung be
wegt oder geneigt, so rollt das Betätigungselement über die bei
den Leiterbahnen des Schalters und stellt einen Kontakt her.
Nachteilig an dieser Anordnung ist, daß beide Bewegungszustände,
Parallelverschiebung und Neigung, durch einen Schalter angezeigt
werden, den die Kugel nur erreicht, wenn sie die schiefe Ebene
überwindet. Die Anzeige ist daher nicht in alle Bewegungsrich
tungen gleich sicher und funktioniert nur bei vergleichsweise
heftiger Beschleunigung der Kugel. Das Bewegen des Betätigungs
elementes erfordert also in Abhängigkeit von der Bewegungsrich
tung unterschiedlichen Kraftaufwand.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Schalteranordnung be
reitzustellen, die auch bei geringer Beschleunigung eine Bewegung
der Schalteranordnung sicher anzeigt und die einfach aufgebaut
ist.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Schalteranordnung mit den
kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1. Erfindungsgemäß ist
ein zweiter Schalter, der mit einem über einen Widerstand auflad
baren Kondensator verbunden ist, Bestandteil der Schalteranord
nung. Die Bezeichnung Schalter wird nachstehend entweder für eine
Leiterbahn verwendet, deren erster und zweiter Leiterbahnab
schnitt jeweils mit einer eigenen elektrischen Zuleitung verbun
den ist oder für mehrere Leiterbahnen, deren erste und zweite
Leiterbahnabschnitte jeweils mit einer gemeinsamen elektrischen
Zuleitung verbunden sind.
Dieser zweite Schalter funktioniert in der Weise, daß, wenn die
Leiterbahnabschnitte des Schalters infolge Bewegung durch das
bewegbare Betätigungselement verbunden werden, über den mit die
sem Schalter verbundenen Kondensator in jedem Fall ein Schaltim
puls abgegeben wird. Sind die Leiterbahnabschnitte des Schalters
infolge der weiteren Bewegung des bewegbaren Betätigungselementes
nicht mehr verbunden, wird der Kondensator entladen und gibt,
wenn die Leiterbahnen durch das Betätigungselement wieder verbun
den werden, einen nächsten Impuls ab.
Der erste Schalter funktioniert dagegen als Ein-Aus-Schalter.
Werden die Leiterbahnen des ersten Schalters nicht durch das
Betätigungselement verbunden, weil das Gerät weder geneigt noch
bewegt wird, so wird kein Schaltsignal abgegeben. Werden die
beiden Leiterbahnen infolge Bewegung kurzfristig durch das Betä
tigungselement verbunden, so wird ein kurzer Ein-Aus-Impuls durch
den Schalter abgegeben. Beim Neigen der Schalteranordnung liegt
das Betätigungselement an den Leiterbahnen des ersten Schalters
an und schaltet damit den Schalter ein. Es wird eine dauernde
Neigung der Schalteranordnung angezeigt.
Das Vorsehen von zwei Schaltern, von denen einer speziell darauf
ausgerichtet ist, auch langsamste Bewegungen des Betätigungsele
mentes anzuzeigen, gewährleistet, daß die Schalteranordnung auch
bei geringer Beschleunigung sicher eine Bewegung anzeigt, was bei
den Gegenständen nach Ansprüchen 1 und 2 gegeben ist.
Der Gegenstand nach Anspruch 3 zeigt eine Schalteranordnung mit
besonders großer Ansprechempfindlichkeit auch bei Bewegungen mit
geringster Beschleunigung.
Wird die erfindungsgemäße Schalteranordnung beispielsweise in
Verbindung mit einer Zählvorrichtung (sog. Timer) oder einem
Sicherheitsabschalter für ein Bügeleisen verwendet, so wird bei
einer Parallelverschiebung des Gerätes - und damit der Schalter
anordnung - mindestens der zweite Schalter, bei stärkerer Bewe
gung auch der erste Schalter in kurzen Zeitabständen durch die
infolge der Bewegung rollende Kugel betätigt. Die Kugel rollt
dabei wegen der bei der Bewegung auftretenden Beschleunigung. Der
erste Schalter gibt dann durch Ein-Aus-Schalten Schaltimpulse ab,
der zweite Schalter gibt in Verbindung mit dem Kondensator in
jedem Fall nur Schaltimpulse ab, weil bei einem dauerhaften
Schließen des zweiten Schalters der Kondensator in die Sättigung
kommt und bei voll geladenem Kondensator kein Stromfluß über den
zweiten Schalter, den Kondensator und den Widerstand möglich ist.
Das wechselnde Ein-Aus-Schalten des zweiten Schalters führt zu
einem Laden und Entladen des Kondensators. Die Schaltimpulse zei
gen an, daß das Gerät in Bewegung ist. Damit wird die Sicher
heitsabschaltung des Bügeleisens immer wieder ausgeschaltet. Ist
das Gerät in Ruhestellung, befindet sich die Kugel im Stillstand
und betätigt keinen Schalter. Es werden daher keine Schaltimpulse
abgegeben, die die Sicherheitsabschaltung des Bügeleisens aus
schalten, so daß nach vorgegebener Zeit das Gerät abgeschaltet
wird. Sollte bei einer derartigen Ruhestellung die Kugel zufällig
den zweiten Schalter schließen, kommt der Kondensator in die Sät
tigung und verbleibt dann voll geladen. Damit fließt kein Strom
mehr über den Kondensator und von dem IC wird auch diese Stellung
als "Stillstand" erkannt, da eine Bewegung immer mit einem Strom
fluß verbunden ist. Wird das Gerät senkrecht gestellt, so wird es
über den vorbestimmten Neigungswinkel hinausbewegt und die Kugel
liegt dauernd am ersten Schalter an. Solange sich das Bügeleisen
in dieser Stellung befindet, ist der erste Schalter eingeschal
tet, der die Sicherheitsabschaltung in der Weise betätigt, daß
das Gerät nach einer vorbestimmten, längeren Dauer abgestellt
wird.
Gemäß Anspruch 4 weist die Bodenwand des Gehäuses einen ersten
ebenen Abschnitt auf, an den sich ein zweiter Abschnitt an
schließt, der, bezogen auf den ersten Abschnitt, in einem defi
nierten Winkel geneigt ist. Der zweite Schalter, der eine Bewe
gung der Schalteranordnung anzeigt, ist dabei dem ersten Ab
schnitt zugeordnet und der erste Schalter, der eine Neigung oder
Bewegung der Schalteranordnung anzeigt, ist dem zweiten Abschnitt
zugeordnet.
Das Ausmaß des Neigungswinkels bestimmt, ab wann eine Neigung der
Anordnung angezeigt wird, denn der erste Schalter ist an dem Ende
des zweiten Abschnittes angeordnet, das dem ersten Abschnitt ab
gewandt ist. Wird die Schalteranordnung geneigt, so rollt das Be
tätigungselement in Richtung auf den zweiten Abschnitt. Es rollt
den geneigten zweiten Abschnitt aber erst dann hinauf, wenn die
Anordnung heftig bewegt oder über den Neigungswinkel hinausbewegt
wird. Der erste Schalter wird daher auch erst dann betätigt, wenn
die Anordnung über den Neigungswinkel hinaus geneigt oder heftig,
das heißt mit großer Beschleunigung bewegt wird.
Der zweite Schalter ist so am ersten Abschnitt der Bodenwand an
geordnet, daß auch eine geringe Parallelverschiebung der Schal
teranordnung mit kleinster Beschleunigung schon dazu führt, daß
das Betätigungselement auf dem ersten Abschnitt in Bewegung ver
setzt wird und dann zwischen dem ersten und zweiten Leiterbahnab
schnitt oder zwischen den ersten und zweiten Leiterbahnab
schnitten des zweiten Schalters einen Kontakt herstellt, so daß
bereits eine geringste Bewegung der Schalteranordnung sicher
angezeigt wird. Ist das Gerät in Ruhestellung, wird keiner der
Schalter betätigt.
In vorteilhafter Weise sind der erste und der zweite Schalter bei
dieser Ausführungsform jeweils aus mehreren Leiterbahnen aufge
baut, wobei die ersten und zweiten Leiterbahnabschnitte des
ersten und zweiten Schalters jeweils mit einer gemeinsamen elek
trischen Zuleitung verbunden sind. Die Leiterbahnen erstrecken
sich entweder senkrecht aus der Bodenwand heraus oder sind in der
Bodenwand angeordnet. Diese Ausführungsform der Schalteranordnung
ist besonders preisgünstig, da einfach zu montierende Bauteile
verwendet werden.
Eine Schalteranordnung nach Anspruch 5 weist eine Bodenwand auf,
die mit einem Ausschnitt versehen ist. Der Ausschnitt weist einen
ersten Bereich mit parallelen Seitenkanten auf, an den sich ein
zweiter Bereich anschließt, dessen Seitenkanten konvergent ver
laufen. Der zweite Schalter ist an den parallelen Seitenkanten
des ersten Bereiches angeordnet und der erste Schalter ist an dem
Ende des zweiten Bereiches angeordnet, der dem ersten Bereich
abgewandt ist.
Das Betätigungselement ist auf den Seitenkanten des Ausschnittes
abgestützt. Wird die Schalteranordnung parallel verschoben, so
rollt das Betätigungselement auf den Seltenkanten des ersten Be
reiches ab. Dabei betätigt es den zweiten Schalter, der bei die
ser Ausführungsform nach Anspruch 6 bevorzugt aus mehreren Lei
terbahnen mit jeweils einem ersten und einem zweiten Leiterbahn
abschnitt besteht, wobei die ersten Leiterbahnabschnitte an einer
Seitenkante anliegen und die zweite Leiterbahnabschnitte an der
gegenüberliegenden Seitenkante. Das Betätigungselement stellt
zwischen den ersten Leiterbahnabschnitten und den zugehörigen
zweiten Leiterbahnabschnitten einen Kontakt her, und die Bewegung
der Schalteranordnung wird durch Schaltimpulse, die vom Konden
sator abgegeben werden, angezeigt. Durch die Verwendung mehrerer
Leiterbahnen ist eine hohe Ansprechempfindlichkeit gegeben. Bei
langsamer Bewegung verbleibt das Betätigungselement im ersten
Bereich der Bodenwand. Nur bei heftiger Bewegung oder bei einer
Neigung der Schalteranordnung rollt das Betätigungselement in den
Bereich der konvergierenden Seitenkanten, hin zum ersten Schal
ter. Der Übergang in den zweiten Bereich erfordert ein Anheben
des Betätigungselementes auf die konvergent verlaufenden Seiten
kanten des Ausschnittes, das nur durch heftige Bewegung oder
Neigen der Anordnung bewirkt wird. Durch das Ausmaß der Konver
genz läßt sich, vergleichbar der Auswahl des Neigungswinkels,
bestimmen, ab welcher Neigung das Betätigungselement sicher den
ersten Schalter betätigt. Der erste Schalter ist hier wiederum
bevorzugt aus einer Leiterbahn mit einem ersten und einem zweiten
Leiterbahnabschnitt aufgebaut. Ein Ausschnitt in der Bodenwand
des Gehäuses läßt sich einfach fertigen und führt dazu, daß das
Gehäuse - und damit die gesamte Schalteranordnung - möglichst
klein gehalten werden kann.
Das Vorsehen eines Ausschnittes mit konvergierenden Seitenkanten
in der Bodenwand des Gehäuses wird nach Anspruch 15 für sich
allein genommen als erfinderisch angesehen, da auch eine aus dem
Stand der Technik bekannte Schalteranordnung mit nur einem Schal
ter, der als Ein-Aus-Schalter ausgebildet ist, durch ein in einem
solchen Ausschnitt bewegbaren Betätigungselement betätigt werden
kann. Ein solcher Ausschnitt kann auch, ausgehend von einem
mittleren Abschnitt mit parallelen Seitenkanten, zwei Endab
schnitte mit konvergierenden Seitenkanten aufweisen.
Gemäß Anspruch 7 liegen mehrere Leiterbahnen bestehend aus ersten
und zweiten Leiterbahnabschnitten oder, vorzugsweise, eine Lei
terbahn bestehend aus einem ersten und einem zweiten Leiterbahn
abschnitt als zweiter Schalter an der Bodenwand der Schalteran
ordnung an. Die beiden Leiterbahnabschnitte sind langgestreckt und
erhaben ausgebildet. Vorzugsweise weisen sie einen runden oder
annähernd runden Querschnitt auf. Diese beiden Leiterbahnab
schnitte, die den zweiten Schalter bilden, sind, bezogen auf eine
gemeinsame Achse, symmetrisch angeordnet und sind in ihren mitt
leren Bereichen so weit voneinander beabstandet, daß das beweg
bare Betätigungsmittel, das zwischen den Leiterbahnabschnitten
angeordnet ist, in diesem Bereich auf der Bodenwand aufliegt und
keinen Kontakt zwischen den Leiterbahnabschnitten herstellen kann
(Ruhestellung der Schalteranordnung). An diese mittleren Bereiche
der Leiterbahnabschnitte schließen sich jeweils Endbereiche an.
Die Endbereiche zweier Leiterbahnabschnitte, die sich jeweils
gegenüberliegen, verlaufen konvergent zueinander, so daß das
Betätigungselement, wenn es infolge einer Parallelverschiebung zu
den einander enger gegenüberliegenden Endbereichen der Leiter
bahnabschnitte bewegt wird, auf diesen Leiterbahnabschnitten
abgestützt ist und damit einen Kontakt herstellt, so daß der
zweite Schalter über den Kondensator eine Bewegung anzeigt.
Der erste Schalter ist jeweils einem Endbereich der beiden Lei
terbahnabschnitte gegenüber angeordnet. Wird die Schalteranord
nung bewegt, so muß das Betätigungselement, um aus dem mittleren
Bereich ausgelenkt zu werden, von der Bodenwand angehoben werden
und liegt dann auf den beiden erhabenen Leiterbahnabschnitten des
zweiten Schalters auf. Bis zum ersten Schalter, das heißt, bis
zum Ende der Leiterbahnabschnitte bewegt es sich jedoch nur bei
heftiger Bewegung oder beim Neigen der Anordnung. Je stärker die
Anordnung geneigt wird, desto weiter rollt das Betätigungselement
auf einen Endbereich der Leiterbahnen zu. Durch das Ausmaß der
Konvergenz kann ein Neigungswinkel definiert werden, dessen Über
schreiten sicher angezeigt wird, da das Betätigungselement bei
einer Neigung, die diesen Winkel überschreitet, sicher am ersten
Schalter anliegt.
Es wird gemäß Anspruch 8 bevorzugt, daß der erste Schalter aus
zwei Leiterbahnabschnitten besteht, die jeweils mit einer eigenen
elektrischen Zuleitung versehen sind. Vorzugsweise erstreckt sich
ein erster Leiterbahnabschnitt des ersten Schalters senkrecht aus
der Bodenwand heraus und der Kontakt des ersten Schalters, mit
dem dieser eine Neigung der Anordnung anzeigt, wird hergestellt,
indem das Betätigungselement den sich senkrecht aus der Bodenwand
heraus erstreckenden Leiterbahnabschnitt mit einem der an der
Bodenwand anliegenden Leiterbahnabschnitte verbindet. Mindestens
einer der Leiterbahnabschnitte, die den zweiten Schalter bilden,
wird bei dieser Schalteranordnung auch beim Betätigen des ersten
Schalters kontaktiert.
Diese Konstruktion der Schalteranordnung ist besonders einfach
herzustellen und spricht bereits auf Parallelverschiebungen mit
geringster Beschleunigung sicher an, da der Kontaktdruck des Be
tätigungsmittels auf die beiden Leiterbahnen des zweiten Schal
ters im Moment des Abhebens von der Bodenwand am größten ist.
Als Betätigungselement wird bevorzugt nach Anspruch 9 eine Kugel
verwendet. Als besonders geeignet hat sich eine Stahlkugel mit
versilberter Oberfläche erwiesen. Die Leiterbahnen werden bevor
zugt mit vergoldeter Oberfläche hergestellt. Die Schalteranord
nung ist bei diesen Oberflächenbeschichtungen besonders resistent
gegen ein aggressives Umgebungsklima, beispielsweise gegen Säure
dämpfe oder hohe Luftfeuchtigkeit und erhöhte Temperaturen.
Das Gehäuse der Schalteranordnung wird häufig auf einer Leiter
platte angeordnet sein, die beispielsweise für die Steuerung
eines Gerätes ausgelegt ist. Gemäß einer bevorzugten Ausführungs
form der Erfindung (Anspruch 10 und 11) ist dann die Leiterplatte
als Bodenwand des Gehäuses ausgebildet. Dies vereinfacht den Auf
bau und die Montage der Schalteranordnung erheblich.
Nach Anspruch 12 ergibt sich eine besonders einfache Steuerung
für eine Zählvorrichtung, beispielsweise den Timer eines Bügel
eisens, wenn die Schaltungsanordnung in der Weise mit der Zähl
vorrichtung verbunden ist, daß der erste und zweite Leiterbahnab
schnitt des ersten Schalters jeweils separat über eine erste und
eine zweite Leitung mit der Zählvorrichtung gekoppelt sind, daß
der erste Leiterbahnabschnitt des ersten Schalters zugleich der
erste Leiterbahnabschnitt des zweiten Schalters ist und daß der
zweite Leiterbahnabschnitt des zweiten Schalters über einen Kon
densator mit der zweiten Leitung verbunden ist. Vorteilhaft an
dieser Anordnung ist, daß die Schalteranordnung lediglich zwei
Ausgänge, nämlich die erste und die zweite Leitung erfordert, um
die Signale, die von den beiden Schaltern abgegeben werden,
weiterzuleiten.
In vorteilhafter Weise wird dabei nach Anspruch 13 ein Abschalt
signal generiert, beispielsweise für ein Bügeleisen, wenn die
Schalteranordnung für eine bestimmte Mindestzeit stillsteht.
Bei dem Gegenstand nach Anspruch 14 wird ein zweites Abschalt
signal generiert, wenn die Schalteranordnung um mehr als einen
bestimmten Neigungswinkel q geneigt ist. Insbesondere bei einem
Bügeleisen kann dann das Abschaltsignal nach einem längeren Zeit
raum generiert werden, wenn das Bügeleisen normal, das heißt in
vertikaler Position, abgestellt und während dieses längeren Zeit
raumes nicht benutzt wird.
Die erfindungsgemäße Schalteranordnung wird nachstehend näher
erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 einen Schnitt durch eine erste Ausführungsform der er
findungsgemäßen Schalteranordnung gemäß der Schnitt
führung A-A nach Fig. 2,
Fig. 2 einen Schnitt quer durch die Schalteranordnung gemäß der
Schnittführung II-II nach Fig. 1,
Fig. 3 eine Aufsicht auf eine zweite Ausführungsform der
Schalteranordnung,
Fig. 4 einen Schnitt durch die Schalteranordnung nach Fig. 3
entlang der Linie B-B,
Fig. 5 eine Aufsicht auf eine dritte Ausführungsform der
Schalteranordnung,
Fig. 6 einen Schnitt durch die Schalteranordnung nach Fig. 5
entlang der Linie C-C,
Fig. 7a einen Schnitt durch die Schalteranordnung nach Fig. 5
entlang der Linie D-D, jedoch um 90° entgegen dem
Uhrzeigersinn verdreht,
Fig. 7b einen Schnitt durch die Schalteranordnung nach Fig. 5
entlang der Linie E-E, jedoch um 90° entgegen dem
Uhrzeigersinn verdreht und
Fig. 8 eine Schaltungsskizze der Schalteranordnung.
Nachstehend wird eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Schalteranordnung 2 unter Bezugnahme auf die Fig. 1 und 2 erläu
tert. Die Fig. 1 und 2 zeigen eine Schalteranordnung 2, die in
einem Gehäuse 3 mit einer Bodenwand 4, Seitenwänden 6 und einer
Oberwand 8 angeordnet ist. Das Gehäuse 3 ist aus isolierendem
Material, vorzugsweise Kunststoff, hergestellt. In das Gehäuse 3
sind zwei Paare von Leiterbahnabschnitten 10a, b und 12a, b ein
gesetzt, die jeweils zu einem zweiten und einem ersten Schalter
10, 12 gehören. Die Leiterbahnabschnitte 10a, b und 12a, b er
strecken sich von der Bodenwand 4 zur Oberwand 8 und sind jeweils
mit einer eigenen elektrischen Zuleitung 11a, b und 13a, b ver
bunden.
Die Bodenwand 4 weist nach den Fig. 1 und 2 einen ersten ebe
nen Abschnitt 14 auf, an den sich ein zweiter Abschnitt 40 an
schließt, der in einem Winkel q (Fig. 1) zum ersten Abschnitt 14
geneigt ist. Der zweite Schalter 10 ist dem ersten, ebenen Ab
schnitt 14 der Bodenwand 4 zugeordnet und der erste Schalter 12
ist dem zweiten, geneigten Abschnitt 40 der Bodenwand 4 zugeord
net. Auf der Bodenwand 4 rollt eine Kugel 18, die durch die Sei
tenwände 6 und die Oberwand 8 in der Schalteranordnung 2 gehalten
wird. Fig. 2 zeigt in der Aufsicht die Anordnung der Leiterbahn
abschnitte 10a, b und 12a, b der beiden Schalter 10 und 12. Die
in Fig. 2 markierte Achse X-X bezeichnet die Achse, um die die
Schalteranordnung 2 geneigt wird, wenn der erste Schalter 12
eingeschaltet ist, wie dies bei den Fig. 1 und 2 der Fall ist.
Die Kugel 18 ist versilbert und weist somit eine elektrisch
leitende Oberfläche auf, die die vergoldeten Leiterbahnabschnitte
10a, b und 12 a, b der Schalter 10 und 12 in elektrisch leitenden
Kontakt bringt, wenn sie mit zwei Punkten ihrer Oberfläche an
jeweils zwei Leiterbahnabschnitten anliegt. Im Ruhezustand, das
heißt, wenn die Schalteranordnung weder geneigt noch bewegt wird,
befindet sich die Kugel 18 auf dem ersten Abschnitt 14 der Schal
teranordnung 2 und betätigt keinen der beiden Schalter 10, 12.
Bei geringer Parallelverschiebung der Schalteranordnung 2 nach
links (und später nach rechts), was den Bügelbewegungen eines
Bügeleisens entspricht, rollt die Kugel 18 aufgrund ihrer Träg
heit auf dem ersten Abschnitt 14 hin und her und betätigt dabei
in kurzen Zeitabständen den zweiten Schalter 10, indem sie zwi
schen dessen Leiterbahnabschnitten 10a, 10b einen Kontakt her
stellt. Der Leiterbahnabschnitt 10b des zweiten Schalters 10 ist
mit dem Leiterbahnabschnitt 12b des ersten Schalters über einen
Kondensator K verbunden, der bei geschlossenem Schalter 2 über
den Widerstand R₁ geladen wird. Mit zunehmender Ladung des Kon
densators K nimmt der Strom ab bis er schließlich bei voll gela
denem Kondensator gleich 0 wird. Dies gilt nur für den Strom
durch den Widerstand R₁. Der Strom durch den Widerstand R₂
fließt weiter, wird aber wegen der Sperrwirkung des Kondensators
K von dem IC nicht registriert. Auch bei dauerhaft geschlossenem
zweiten Schalter 10 wird also von dem IC nur ein kurzer Strompuls
registriert. Öffnet der zweite Schalter 10 wieder, wird der Kon
densator über die Widerstände R₂ und R₁ entladen. Da bei der
Entladung des Kondensators K die Stromflußrichtung umgekehrt ist
zum Aufladen des Kondensators K, wird dieser Stromfluß wegen des
anderen Vorzeichens vor dem IC nicht registriert. Um die Entla
dung des Kondensators zu beschleunigen, kann dem Widerstand R₁
die Diode D₁ parallel geschaltet werden. Beim Entladen des
Kondensators wird dadurch der Widerstand R₁ kurzgeschlossen,
beim Laden des Kondensators K über den zweiten Schalter 10 sperrt
die Diode. Nach der Entladung des Kondensators K kann durch er
neutes Schließen des zweiten Schalters 10 von dem IC ein Strom
puls registriert werden. Durch den Wechsel von Öffnen und
Schließen des zweiten Schalters 10 registriert der IC also eine
Abfolge von Strompulsen.
Bei heftigerer Bewegung, bei einer Neigung der Schalteranordnung
2 entgegen dem Uhrzeigersinn nach Fig. 1 oder bei Beschleunigung
der Schalteranordnung nach rechts (Fig. 1) rollt die Kugel 18 in
Richtung auf den zweiten Abschnitt 40 und dann auf den zweiten
Abschnitt 40 hinauf. Bei ausreichend starker Bewegung oder Nei
gung erreicht die Kugel 18 die Leiterbahnabschnitte 12a und 12b
des ersten Schalters 12 und löst einen Kontakt aus. Bleibt die
Schalteranordnung 2 über den Winkel q hinaus geneigt, liegt die
Kugel 18 am Schalter 12 dauerhaft an. Der Schalter 12 zeigt eine
Neigung der Anordnung 2 durch einen dauerhaft über den Widerstand
R₁ fließenden Strom an, wenn er sich im eingeschalteten Zustand
befindet. Wird der Schalter 12 nur kurzzeitig infolge heftiger
Bewegung geschlossen, wird von dem IC ein Strompuls registriert.
Während der Schalter 12 geschlossen ist, wird der Kondensator K
über den Widerstand R₂ geladen. Nach dem Öffnen des Schalters
12 wird der Kondensator über die Widerstände R₁ und R₂ ent
laden. Wegen der Stromflußrichtung registriert der IC diesen Ent
ladevorgang als Verlängerung des Strompulses. Das Entladen kann
durch die Diode D₂ beschleunigt werden, die bei diesem Entlade
vorgang den Widerstand R₁ kurzschließt.
Die Fig. 3 und 4 zeigen eine zweite Ausführungsform der Schal
teranordnung 2. Die Bodenwand 4 des Gehäuses 2 weist einen
Ausschnitt 20 auf. Der Ausschnitt 20 weist einen ersten Ab
schnitt 20a mit parallelen Seitenkanten 21 und einen zweiten Ab
schnitt 20b mit konvergierenden Seltenkanten 23 auf. Der erste
Schalter 12 ist an dem Ende des zweiten Abschnittes 20b angeord
net, an dem die Seitenkanten 23 den geringsten Abstand voneinan
der aufweisen. Dieses Ende ist dem ersten Abschnitt 20a entgegen
gesetzt. Der zweite Schalter 12 ist aus einer Leiterbahn 12, be
stehend aus zwei Leiterbahnabschnitten 12a, 12b aufgebaut, die
sich parallel zu den Seltenwänden 6 erstrecken.
Der zweite Schalter 10 wird nach den Fig. 3 und 4 aus mehreren
Leiterbahnen 15, 16 gebildet, die sich quer über den Ausschnitt
20a erstrecken. Die ersten und zweiten Leiterbahnabschnitte 15a,
16a; 15b, 16b sind dabei jeweils mit gemeinsamen Zuleitungen 17a;
17b verbunden. Wenn die Schalteranordnung 2 bewegt wird, rollt
die Kugel 18 in diesem Ausschnitt 20a hin und her und berührt
dabei die Leiterbahnabschnitte 15a, b; 16a, b der Leiterbahnen
15, 16, die an den gegenüberliegenden Seitenkanten 21 des Aus
schnittes 20a angeordnet sind. Dadurch löst der zweite Schalter
10 Schaltimpulse aus. Wird die Schalteranordnung 2, also die
Kugel 18 heftiger bewegt, so rollt sie in den Abschnitt 20b
hinein. Dabei wird sie, wie aus Fig. 4 ersichtlich ist, angeho
ben, da die beiden Seitenkanten 23 des Abschnitts 20b zur Spitze
30 hin geringer beabstandet sind, als die Seitenkanten des Ab
schnittes 20a. Wird die Schalteranordnung 2 über den Neigungs
winkel q geneigt, der durch das Ausmaß der Konvergenz bestimmbar
ist, mit dem die beiden Seitenkanten 23 des Abschnittes 20b zu
einander verlaufen, liegt die Kugel 18 an den Leiterbahnabschnit
ten 12a, b an und schaltet den ersten Schalter 12 ein, wie dies
in Fig. 4 durch die gestrichelt dargestellte Kugel 18 angezeigt
wird. Die Schaltungsweise der elektrischen Schaltung ergibt sich
analog Fig. 2. Die Tatsache, daß der zweite Schalter aus mehreren
Leiterbahnen besteht, bewirkt lediglich, daß häufiger Schaltim
pulse gegeben werden.
Die Fig. 5 und 6 zeigen eine dritte Ausführungsform der Schal
teranordnung 2. Auf einer Bodenwand 4 sind zwei runde oder annä
hernd runde vergoldete Drähte 22, 24 parallel zu einer Achse C-C
symmetrisch zu dieser angeordnet. Die beiden Drähte 22, 24 bilden
die voneinander unabhängigen Leiterbahnabschnitte des zweiten
Schalters 10. Die mittleren Bereiche 22a, 24a der beiden Drähte
sind so weit voneinander beabstandet, daß die versilberte Kugel
18 keinen Kontakt zwischen den Drähten herstellen kann, wenn sie,
wie in Fig. 5 dargestellt, in der Mitte, also in Ruhelage, liegt.
Diese Position ist im Detail in Fig. 7a dargestellt, die einen
Schnitt entlang der Linie D-D nach Fig. 5 zeigt. Wenn auch die
Kugel 18 an einem der Drähte 22a oder 24a anliegt, so verbleibt
doch jeweils ein Spalt a zum anderen Draht 24a oder 22a. Ausge
hend von diesen mittleren Bereichen 22a, 24a erstrecken sich die
Abschnitte 22b, 24b der beiden Drähte konvergent zueinander, das
heißt, der Abstand zur gemeinsamen Symmetrieachse C-C wird in
Bewegungsrichtung der Kugel 18 geringer.
Wird die Schalteranordnung 2 in Bewegung versetzt, so rollt die
Kugel 18 nach den Fig. 5 und 6 auf die konvergierenden Ab
schnitte 22b, 24b hinauf und löst damit Schaltimpulse des zweiten
Schalters 10 aus, die durch den Kondensator K abgegeben werden.
Diese Kontaktstellung ist im Detail aus Fig. 7b ersichtlich, bei
der die Kugel 18 auf den beiden Abschnitten 22b, 24b ruht und von
der Bodenwand 4 mit einem Abstand b beabstandet ist.
Wird die Schalteranordnung heftiger bewegt oder geneigt, so rollt
die Kugel 18 auf den beiden Drähten 22, 24 bis an den ersten
Schalter 12 heran, der an einem Ende der beiden Drähte 22, 24 an
geordnet ist. Der Schalter 12 als Ein-Aus-Schalter wird einge
schaltet, indem die Kugel 18 an einer sich senkrecht zur Boden
wand erstreckenden Metallplatte 26 und an einem der Leiterbahnab
schnitte 22 oder 24 des zweiten Schalters 10 anliegt. Einer die
ser beiden Leiterbahnabschnitte 22, 24 des zweiten Schalters 10
bildet dabei gleichzeitig einen Leiterbahnabschnitt des ersten
Schalters 12. Der andere Leiterbahnabschnitt des ersten Schalters
12 wird durch die Metallplatte 26 gebildet. Eine entsprechende
Schaltungsskizze ist in Fig. 8 dargestellt. Bei Neigung der
Schalteranordnung 2 über den Neigungswinkel q hinaus wird er
jedoch dauerhaft eingeschaltet.
Fig. 6 zeigt das Anheben der Kugel 18, wenn sie auf den Ab
schnitten 22b, 24b der Leiterbahnen des zweiten Schalters 10
ruht. Der Neigungswinkel q kann bei dieser Ausführungsform der
Schalteranordnung 2 durch unterschiedlich stark konvergierende
Drähte 22, 24 bestimmt werden.
Fig. 8 zeigt eine Schaltungsskizze der Schalteranordnung 2 gemäß
der dritten Ausführungsform nach den Fig. 5 und 6. Die Leiter
bahnabschnitte E2 und E3 sind als zweiter Schalter 10 in der Bo
denwand 4 angeordnet und werden infolge Bewegung von der Kugel 18
überstrichen. Die Leiterbahnabschnitte E1 und E2 bilden den
ersten Schalter 12, der Bewegung und Neigung anzeigt. Die Lei
terbahnabschnitte E1 und E3 sind nach Fig. 2 und 8 zur Masse M
hin über die Zuleitungen 13b und 11b mit je einem Widerstand R₁
und R₂ verbunden, wobei vor den Widerständen R₁ und R₂
diese über einen Kondensator K miteinander verbunden sind.
Der Leiterbahnabschnitt E2 ist mit einer Leistung 11a verbunden,
die an eine Klemme mit positiver Spannung angeschlossen ist. Die
ser Leiterbahnabschnitt E2 ist dabei sowohl Bestandteil des zwei
ten Schalters 10, bestehend aus den Leiterbahnabschnitten E2 und
E3, als auch des ersten Schalters 12, bestehend aus den Leiter
bahnabschnitten E2 und E1. Die Leitung 13b zwischen E₁ und R₂
geht auf einen Eingang eines IC, in dem eine Zeitzählfunktion
ausgeführt wird, beispielsweise ein Telefunken-Timer U 2608.
Unter Zwischenschaltung des Kondensators K ist damit auch der
Leiterbahnabschnitt E₃ über die Leitung 11b mit demselben Ein
gang des IC verbunden. Sind die beiden Leiterbahnabschnitte E₁
und E₃ so dimensioniert, daß die Kugel 18 an diesen niemals
gleichzeitig anliegt, ist die Funktionsweise der Schaltung iden
tisch zu der Funktionsweise gemäß Fig. 2. Der Leiterbahnabschnitt
E3 entspricht dem Leiterbahnabschnitt 10b, der Leiterbahnab
schnitt E1 entspricht dem Leiterbahnabschnitt 12b und der Leiter
bahnabschnitt E2 entspricht den Leiterbahnabschnitten 10a und
12a. Sind die Leiterbahnabschnitte E1 und E3 so dimensioniert,
daß sowohl der zweite Schalter 10 als auch der erste Schalter 12
geschlossen sein können, so ergibt sich folgende Funktionsweise.
Bei der Bewegung der Kugel 18 wird zunächst der zweite Schalter
10 geschlossen. Der Kondensator K wird dabei geladen über den
Widerstand R₂. Dies wird von dem IC registriert analog der
Beschreibung der Fig. 2 durch den entstehenden Strompuls. Wird
zusätzlich der erste Schalter 12 geschlossen, so fließt Strom
durch den Widerstand R₂, solange dieser erste Schalter 12
geschlossen ist. Außerdem wird dann der Kondensator K entladen,
da seine Platten auf demselben Potential liegen, wenn sowohl der
zweite als auch der Schalter geschlossen sind. Öffnet nun der
erste Schalter 12 wieder, ist zunächst der zweite Schalter 10
noch geschlossen und der Kondensator K wird wiederum geladen.
Nachdem auch der zweite Schalter 10 geöffnet hat, wird der Kon
densator K wiederum entladen. Bei erneutem Schließen des zweiten
und ersten Schalters kann dies vom IC - wie beschrie
ben - wiederum registriert werden.
Ist eine Schalteranordnung 2, beispielsweise in einem Bügeleisen,
mit einer derartigen Zählvorrichtung IC bzw. einem Timer verbun
den, so zeigt die Schalteranordnung 2 das Bewegen und das Neigen
eines Bügeleisens (nicht dargestellt) oder sonstigen elektrischen
Gerätes an. Bei langsamer Bewegung des Gerätes rollt die Kugel 18
auf den Leiterbahnabschnitten des zweiten Schalters 10, so daß
dieser in rascher Folge über den Kondensator K Schaltimpulse ab
gibt. Diese Schaltimpulse setzen das Zeit-Zählwerk IC des Timers
stets neu auf "NULL" (sog. reset). Nach jedem reset beginnt das
Zählwerk IC von neuem zu zählen. Erreicht es eine vorgegebene
Endzeit, z. B. 30 Sekunden, weil keine weiteren Schaltimpulse
eingehen, so ist dies darauf zurückzuführen, daß das Gerät nicht
bewegt wird. Um Verbrennungen des Bügelgutes und Brände zu ver
hindern, wird das Bügeleisen abgeschaltet, indem ein erstes Ab
schaltsignal generiert wird.
Der erste Schalter 12 zeigt durch kurzes "Antippen" der Leiter
bahnabschnitte E1, E2 ebenfalls eine Bewegung des Bügeleisens an.
Dieses "Antippen" wird jedoch, wie vorstehend beschrieben, nur
bei vergleichsweise heftiger Bewegung ausgelöst. Wird das Gerät
nicht bewegt, so bleibt der erste Schalter 10 ausgeschaltet. Wird
das Gerät über den Neigungswinkel q hinaus geneigt, so liegt die
Kugel 18 am ersten Schalter 12 an und schaltet ihn ein. Bei ein
geschaltetem Schalter 12 wird das Zählwerk IC des Timers nicht
zurückgesetzt, das Gerät aber auch nach Ablauf von 30 Sekunden
nicht ausgeschaltet. Vielmehr wird unterstellt, daß der Benutzer
das Gerät abgestellt hat. Bei eingeschaltetem ersten Schalter 12
wird daher das Bügeleisen erst nach einer längeren Frist, z. B. 6
oder 8 Minuten, abgestellt, da der entsprechende Neigungswinkel q
typischerweise dann überschritten wird, wenn das Bügeleisen in
vertikaler Position abgestellt wird. In diesem Fall wird also ein
zweites Abschaltsignal generiert.
Claims (15)
1. Schalteranordnung zum Anzeigen der Bewegung und der Neigung
der Schalteranordnung (2) in einem Gehäuse mit Bodenwand
(4), Seitenwänden (6) und Oberwand (8) mit mindestens einem
ersten Schalter (12) und einem bewegbaren Betätigungselement
(18),
dadurch gekennzeichnet,
daß die Schalteranordnung einen zweiten Schalter (10) auf
weist, der mit einem über einen Widerstand (R₁) aufladba
ren Kondensator (K) verbunden ist, und daß bei einer Pa
rallelverschiebung der Schalteranordnung (2) mit geringer
Beschleunigung das Betätigungselement (18) den zweiten
Schalter (10), der eine Bewegung der Schalteranordnung an
zeigt, betätigt und daß bei einer Neigung der Schalteranord
nung (2), die, bezogen auf eine vorgegebene erste Achse,
einen vorbestimmten Neigungswinkel (q) überschreitet, das
Betätigungselement (18) den ersten Schalter (12) betätigt,
der eine Neigung oder Bewegung der Schalteranordnung an
zeigt.
2. Schalteranordnung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß ein Schalter aus einer Leiterbahn besteht, die einen
ersten und einen zweiten Leiterbahnabschnitt (10a, b; 12a,
b; 22, 24; E2, E3; E2, E1) aufweist, wobei die Leiterbahnab
schnitte jeweils mit einer eigenen elektrischen Zuleitung
verbunden sind.
3. Schalteranordnung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß ein Schalter aus mehreren Leiterbahnen (15, 16) besteht,
deren erste Leiterbahnabschnitte (15a, 16a) mit einer ge
meinsamen elektrischen Zuleitung verbunden sind und deren
zweite Leiterbahnabschnitte (15b, 16b) mit einer gemeinsa
men elektrischen Zuleitung verbunden sind.
4. Schalteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Bodenwand (4), auf der das Betätigungselement (18)
abrollt, einen ersten ebenen Abschnitt (14) und einen zwei
ten Abschnitt (40) aufweist, der sich an den ersten Ab
schnitt anschließt und der zu diesem ersten Abschnitt in
einem definierten Winkel (q) geneigt ist, wobei der zweite
Schalter (10) dem ersten Abschnitt (14) und der erste Schal
ter (12) dem zweiten Abschnitt (40) zugeordnet ist, in der
Weise, daß der erste Schalter (12) an dem Ende des zweiten
Abschnitts (40) angeordnet ist, das dem ersten Abschnitt
(14) abgewandt ist.
5. Schalteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß in die Bodenwand (4) ein Ausschnitt (20) eingefügt ist,
der einen ersten Bereich (20a) mit parallelen Seitenkanten
und einen sich daran anschließenden zweiten Bereich (20b)
aufweist, dessen Seitenkanten konvergent verlaufen, wobei
der zweite Schalter (10) an den parallelen Seitenkanten des
ersten Bereichs (20a) angeordnet ist und der erste Schalter
(12) an dem vom ersten Bereich (20a) abgewandten Ende des
zweiten Bereichs (20b) angeordnet ist und wobei das beweg
bare Betätigungselement (18) auf den Seitenkanten des Aus
schnittes (20) abgestützt ist.
6. Schalteranordnung nach Anspruch 5, in Rückbeziehung auf An
spruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß die ersten Leiterbahnabschnitte (15a, 16a) des zweiten
Schalters 10 an einer Seitenkante anliegen und die zugehö
rigen zweiten Leiterbahnabschnitte (15b, 16b) an der gegen
über liegenden Seitenkante.
7. Schalteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß zwei langgestreckte, erhaben ausgeformte Leiterbahnab
schnitte (22, 24) einer Leiterbahn oder mehrere erste und
mehrere zweite Leiterbahnabschnitte mehrerer Leiterbahnen
als zweiter Schalter (10) an der ebenen Bodenwand (4) anlie
gen, die, bezogen auf eine gemeinsame zweite Achse (C-C),
symmetrisch angeordnet sind und deren jeweils mittlere Be
reiche (22a, 24a) so weit voneinander beabstandet sind, daß
das zwischen den ersten und zweiten Leiterbahnabschnitten
bewegbare Betätigungsmittel (18) zwischen den mittleren Be
reichen (22a, 24a) keinen Kontakt herstellen kann, und deren
von den jeweils mittleren Bereichen ausgehende Endbereiche
(22b, 24b) konvergent zueinander verlaufen, so daß das be
wegbare Betätigungselement (18), wenn es in einen Endbereich
(22b, 24b) der ersten und zweiten Leiterbahnabschnitte ver
schoben ist, auf den Leiterbahnabschnitten (22, 24) abge
stützt ist und einen Kontakt herstellt, der eine Parallel
verschiebung der Schalteranordnung anzeigt und wobei der
erste Schalter (12) einem Endbereich der ersten und zweiten
Leiterbahnabschnitte gegenüberliegt.
8. Schalteranordnung nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß der erste Schalter (12) aus zwei Leiterbahnabschnitten
(26, 22) besteht, wobei ein erster Leiterbahnabschnitt (26)
sich einem Endbereich der ersten und zweiten Leiterbahnab
schnitte (22, 24) des zweiten Schalters (10) gegenüber senk
recht aus der Bodenwand heraus erstreckt und der zweite Lei
terbahnabschnitt (22) an der Bodenwand anliegt und gleich
zeitig einen Leiterbahnabschnitt des zweiten Schalters (10)
bildet.
9. Schalteranordnung nach einem der Ansprüche 1-8,
dadurch gekennzeichnet,
daß das bewegbare Betätigungselement (18) ein sphärischer
Körper ist.
10. Schalteranordnung nach einem der Ansprüche 1-9,
dadurch gekennzeichnet,
daß sie auf einer Leiterplatte angeordnet ist.
11. Schalteranordnung nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Leiterplatte die Bodenwand (4) der Schalteranordnung
bildet.
12. Schalteranordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche
1-11,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Schalteranordnung (2) mit einer Zeitzählvorrichtung
in der Weise verbunden ist, daß eine erste und eine zweite
Leiterbahn (E1, E2) jeweils separat über eine erste und eine
zweite Leitung mit der Zeitzählvorrichtung gekoppelt sind
und daß eine dritte Leiterbahn (E3) über einen Kondensator
(K) mit der ersten Leitung verbunden ist, so daß die erste
und die dritte Leiterbahn (E1, E3) über die Leitung gemein
sam mit der Zeitzählvorrichtung verbunden sind, daß die
Zeitzählvorrichtung zurückgesetzt wird, wenn ein Strompuls
registriert wird.
13. Schalteranordnung nach Anspruch 12,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Zeitzählvorrichtung ein erstes Abschaltsignal gene
riert, wenn eine bestimmte Mindestzeit erreicht wird.
14. Schalteranordnung nach Anspruch 13,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Zeitzählvorrichtung ein zweites Abschaltsignal ge
neriert, wenn während einer bestimmten Mindestzeit ein Strom
fließt.
15. Schalteranordnung zum Anzeigen der Bewegung und Neigung der
Schalteranordnung, wobei ein Betätigungselement in der
Schalteranordnung bewegbar eingebracht ist, wobei die Schal
teranordnung ein Signal abgibt, wenn das Betätigungselement
eine bestimmte Lage in der Schalteranordnung erreicht, wobei
Bewegung und Neigung der Schalteranordnung dadurch angezeigt
werden, daß das Betätigungselement betrachtet bei horizon
taler Position der Schalteranordnung bei Erreichen der be
stimmten Lage erhöht ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Betätigungselement (18) in einem Ausschnitt mit Sei
tenkanten (20b) geführt wird, wobei die Erhöhung des Betäti
gungselementes (18) dadurch erreicht wird, daß die Seiten
kanten (20b) konvergierend aufeinander zu laufen.
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