DE1640738B1 - Hochempfindlicher elektrischer Schalter mit einem bei Ausbleiben von AEnderung der Neigung oder des Bewegungszustandes des Schalters im einschaltenden Sinne ansprechenden Betaetigungsorgan - Google Patents

Description

I 640

Die Erfindung betrifft einen hochempfindlichen elektrischen Schalter mit einem bei Ausbleiben von Änderungen der Neigung oder des Bewegungszustandes des Schalters im einschaltenden Sinne ansprechenden Betätigungsorgan.

Die bekannten Schalter dieser Art, die automatisch unter der Einwirkung von Stößen, Vibrationen, Richtungsänderungen, Änderungen der Geschwindigkeit oder bei einer Beschleunigung des Schalters schalten, werden gewöhnlich dazu verwendet, direkt oder auch über einen mechanischen Resonanzverstärker, der eine sich über ein weites Frequenzband erstreckende Ansprechkurve aufweist, Alarmsignale auszulösen, welche beispielsweise Einbruchsversuche nachweisen. Sie können auch zum Auslösen des Zünders einer Wassermine verwendet werden, die beim Passieren eines Schiffs explodieren soll.

Alle diese bekannten Schalter besitzen ein gemeinsames Merkmal: sie sind inaktiv, solange sich ihr Betätigungsorgan in Ruhe befindet, und treten in Aktion, d. h. führen einen Schaltvorgang aus, sobald sich auf ihr Betätigungsglied eine bestimmte Änderung der Amplitude und/oder der Frequenz und/oder der Richtung und/oder der Geschwindigkeit auswirkt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Schalter zu schaffen, der inaktiv ist, solange sich auf sein Betätigungsglied eine Verschiebung oder Beschleunigung auswirkt, und nur tätig wird, wenn das Betätigungsglied unbewegt bleibt.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Betätigungsorgan in einem Hohlkörper, dessen Innenwand elektrisch leitend ausgebildet und mit einem ersten Anschluß verbunden ist, angeordnet ist und einen elastischen, elektrisch leitenden Körper aufweist, dessen eines Ende elektrisch leitend mit einem zweiten Anschluß und elektrisch isoliert mit dem Hohlkörper verbunden ist und dessen anderes Ende ein elektrisch leitendes, an die Innenwand des Hohlkörpers anlegbares Kopfstück trägt, und daß der Hohlraum des Hohlkörpers mit einem zähflüssigen, dielektrischen Stoff gefüllt ist, dessen Eigenschaften in einem weiten Temperaturbereich im wesentlichen konstant sind.

Die Wirkungsweise dieses Schalters ist derart, daß sich der elastische Körper unter der Einwirkung der geringsten Verschiebung oder Beschleunigung des Schalters bewegt und dabei das Kopfstück in der Weise mitzieht, daß dieses von der Innenwand durch ein dünnes Häutchen aus dem zähflüssigen dielektrischen Stoff getrennt wird. Der Stromkreis Wird, da das Häutchen isoliert, hierdurch unterbrochen, weshalb auch der mit dem Schalter verbundene Verbraucherstromkreis, der mit den beiden Anschlüssen verbunden ist, offen bleibt. Infolge der Flexibilität des elastischen Körpers nähert sich das Kopfstück aber langsam der Innenwand, sobald der Schalter und damit auch das Betätigungsorgan während einer vorbestimmten, von der Lage abhängigen Zeit unbewegt bleibt. Das Kopfstück durchbricht dann das Häutchen aus dem zähflüssigen, dielektrischen Stoff, das es während der Bewegung von der Wand trennt. Der Verbraucherstromkreis, welcher mit dem Schalter über dessen Anschlüsse verbunden ist, wird durch den Kontakt des Kopfstücks mit der Innenwand des Hohlkörpers geschlossen. Bei der geringsten Ver-Schiebung trennt sich aber das Kopfstück wieder von der Innenwand und öffnet den Schalter erneut, sofern nicht die Achse des Betätigungsorgans horizontal oder fast horizontal liegt. Der erfindungsgemäße Schalter weist also auch den Vorteil auf, daß der Schaltvorgang verzögert werden kann.

Der das Kopfstück normalerweise von der elektrisch leitenden Innenwand des Hohlkörpers trennende Abstand ist als Funktion der am Schalter anliegenden Spannung, der elektrischen Festigkeit und Viskosität des dielektrischen Stoffes und den mechanischen Eigenschaften des Betätigungsglieds sowie des Kopfstücks unter Berücksichtigung der gewünschten Verzögerung festzulegen, um ein Schließen des Schalters nach dem Aufhören jeglicher Bewegung, der er unterlag, zu erhalten.

Die Anwendungsmöglichkeiten eines Schalters gemäß der Erfindung sind zahlreich. Der Schalter ist vorteilhaft anwendbar in Alarmanlagen, die es erlauben, die Sicherheit von Personen zu gewährleisten, die an ihrem Arbeitsplatz von der Umwelt isoliert sind.

Die Auswertung von Statistiken, welche Arbeitsunfälle betreffen, zeigt, daß es gerade diejenigen Unfälle, welche die an ihrem Arbeitsplatz isolierten Personen überraschen* sind, bei denen den Opfern M nicht rechtzeitig Hilfe geleistet werden kann. Es ist ™ also von allergrößter Wichtigkeit, über Geräte zu verfügen, die in der Lage sind, automatisch den Alarm auszulösen, der das rasche Herbeikommen von Hilfe zur Behandlung der Opfer hervorruft.

Die Unfallopfer sind am häufigsten entweder bei Bewußtsein, aber unfähig, sich aus eigener Kraft zu bewegen, oder bewußtlos und in horizontaler oder vertikaler Lage, wobei der letzte Fall beispielsweise bei Ohnmacht im Sitzen auftritt. Der erfindungsgemäße Schalter, der erst tätig wird, wenn er unbewegt bleibt, erlaubt, zusammen mit einem geeigneten Gerät einen Unfall einer isoliert arbeitenden Person zu entdecken, die Hilfe benötigt, ohne daß der Schalter und das Gerät auch nur im geringsten eine spürbare Beeinträchtigung dieser Person bei ihrer normalen, gewohnten Berufstätigkeiten mit sich bringen.

Das Gerät zur Entdeckung von Unfällen, deren Opfer Personen an abgelegenen Plätzen sind, und zum Auslösen eines Alarms weist beispielsweise λ außer dem erfindungsgemäßen Schalter einen Radio- ™ sender auf, der auf einer bestimmten Frequenz arbeitet und der nicht nur mittels des erfindungsgemäßen Schalters, sondern auch mit einem Handschalter einschaltbar ist. Beide Schalter sind dafür bestimmt, von der zu überwachenden Person getragen zu werden, um, entweder auf Wunsch oder automatisch, ein Funksignal auslösen zu können. Ferner weist das Gerät einen in Reichweite dieses Senders aufgestellten, tragbaren Empfänger auf, der auf die Senderfrequenz abgestimmt ist und mit einer selbständigen Alanneinrichtung zusammenarbeitet. Beispielsweise kann der Empfänger an eine beliebige, existierende Alarmanlage anschließbar sein, deren Tätigkeit durch den Empfang von mindestens einem vom Sender ausgestrahlten Signal ausgelöst wird.

Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform sind die beiden Schalter mit einem Radiosender geringen Gewichts und geringen Platzbedarfs verbunden, der von der zu überwachenden Person getragen wird.

Im folgenden ist die Erfindung an Hand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels im einzelnen erläutert. Es zeigt

F i g. 1 einen schematisch dargestellten Längsschnitt des Ausführungsbeispiels des Schalters,

F i g. 2 ein Schaltschema eines Ausführungsbeispiels eines Geräts zur Entdeckung von Unfällen und zum Auslösen eines Alarms mit einem Schalter gemäß Fig. 1.

Wie Fig. 1 zeigt, weist ein als Ganzes mit C bezeichneter Schalter einen Hohlkörper in Form einer metallischen Röhreil auf, die an einem Ende geschlossen ist. Die mit einem ersten Anschluß 10 versehene Röhre 11 besitzt im Ausführungsbeispiel einen Innendurchmesser von etwa 10 mm und eine Höhe von etwa 50 mm. Ein zweiter Anschluß 12 ist mit einem langgestreckten elastischen Körper elektrisch leitend verbunden, welcher in der Achse der Röhre 11 angeordnet ist. Das eine Ende dieses Körpers, der im Ausführungsbeispiel aus einer Schraubenfeder 13 mit ungefähr 4 mm Durchmesser besteht, die aus einem Stahldraht von etwa 0,2 mm Stärke hergestellt ist, ist mittels eines elektrisch isolierenden Stöpsels 14, der die Röhre 11 verschließt, mit dieser fest verbunden. Der Stöpsel besteht beispielsweise aus Teflon oder PVC. Das andere Ende ist elektrisch leitend mit einem Kopfstück 15 verbunden. Dieses vorteilhafterweise vieleckige Kopfstück 15 ist im Ausführungsbeispiel aus einem dreieckigen Plättchen aus Messing hergestellt, das abgerundete Spitzen aufweist und einem Kreis von ungefähr 8 mm Durchmesser einbeschrieben ist. Bei den gewählten Bedingungen ist es vorteilhaft, das Kopfstück im Abstand von 5 mm vom Boden der Röhre 11 anzuordnen. Die Feder 13 wird gegenüber der Innenwand der Röhre 11 in der Weise betätigt, daß das Kopfstück normalerweise diese Wand berührt.

Die Röhre 11 ist mit einem zähflüssigen, dielektrischen Stoff 16, vorzugsweise Biphenylchlorid gefüllt, dessen Eigenschaften in einem weiten Temperaturintervall praktisch unverändert bleiben. Beispielsweise können die unter der Bezeichnung »Eleetrophenyl P« oder »Electrophenyl H« im Handel erhältlichen Stoffe benutzt werden, die eine Viskosität von 13 P1 bei 20° C und einen spezifischen Widerstand über 500 Gigaohm · mm²/m bei 100° C besitzen. Es ist klar, daß nicht nur diese dielektrischen Stoffe brauchbar sind. Man kann beispielsweise Silikonöle, Mineralöle für Kraftfahrzeuge und Kunststoffe, wie den von der Societe Imperial Chemical Industries Ltd. unter der Markenbezeichnung »CERECLÖR 48« vertriebenen, verwenden. Diese Art von Flüssigkeit besitzt auch den Vorteil, daß sie eine kleinere statische als dynamische Viskosität hat.

Die Wirkungsweise des Schalters ist folgende: Die Schalteranschlüsse 10 und 12 sind mit einem normalerweise offenen Verbraucherkreis verbunden. Schon eine in gewissen Zeitabständen erfolgende sehr geringe Verschiebung oder Bewegung des Schalters bewirkt, daß das Kopfstück 15 von der Innenwand der Röhre 11 durch eine dünne Schicht des Stoffes getrennt bleibt. Der Verbraucherstromkreis bleibt damit offen. Wenn jedoch einige Zeit der Schalter unbewegt bleibt, so nähert sich das Kopfstück 15, indem es sich zur Seite neigt, der Innenwand der Röhreil, und zwar entsprechend der Neigung der Röhreil mehr oder weniger langsam, und durchbricht endlich die isolierende Schicht, die es von dieser Wand trennte. Das Kopfstück 15 tritt dadurch wieder in elektrischen Kontakt mit der Wand und schließt die Klemmen 10 und 12 kurz. Der Verbraucherstromkreis ist nun geschlossen. Lediglich dann, wenn die Längsachse der Röhre 11 vertikal steht, bleibt der Schalter im ausgeschalteten Zustand. Im Ausführungsbeispiel berührt das Kopfstück 15 die Innenwand der Rohre 11 nach 30 bis 60, 15, 6 oder 5 Sekunden, gerechnet vom Beginn der Ruhe an, wenn die Längsachse des Schalters nahezu vertikal liegt bzw. mit der Vertikalen Winkel von ungefähr 20 bzw. 45 bzw. 70 bzw. 90° bildet. Der Kontakt bleibt für die beiden letztgenannten Lagen selbst dann aufrechterhalten, wenn der Schalter nicht unbewegt bleibt.

Entsprechend der Erfindung wird der Schalter vorteilhaft in Verbindung mit einer Vorrichtung angewendet, die es gestattet, die Sicherheit von Personen, die an ihrem Arbeitsplatz isoliert sind, zu gewährleisten.

Diese Vorrichtung besteht einerseits aus einem kleinen, tragbaren Sender E geringen Gewichts und geringen Platzbedarfs, der auf einer vorbestimmten Frequenz arbeitet und der sowohl mit einem von Hand betätigbaren Schalter/ als auch mit dem erfindungsgemäßen Schalter C zum Auslösen seines Radiosignals auf Wunsch bzw. automatisch ausgerüstet ist, und andererseits aus einem in Reichweite dieses Senders aufgestellten, tragbaren Empfänger R, der auf diese Frequenz abgestimmt und an eine Alarmeinrichtung A angeschlossen ist. Bei dieser Alarmeinrichtung kann es sich auch um eine existierende Alarmanlage handeln, die durch wenigstens ein Signal des Empfängers infolge eines Signals des Senders ausgelöst wird.

Der Sender E, der im Ausführungsbeispiel entsprechend dem in F i g. 2 dargestellten Schema aufgebaut ist, besteht aus elektronischen Bauteilen kleiner Abmessungen, die eine wenig Platz beanspruchende und Gewicht sparende Bauweise erlauben. Die Abmessungen des Senders sind ähnlich denen einer Zigarettenschachtel. Sein Gewicht beträgt etwa 100 Gramm. Die zu überwachende Person kann ihn deshalb leicht und mühelos bei sich tragen.

Wie Fig. 2 zeigt, wird der Sender E von einer elektrischen Energiequelle gespeist, wie z. B. von einem Trockenelement oder von einem kleinen Akkumulator geeigneter Stärke, die in einem normalerweise offenen Stromkreis liegt und erst dann den Sender E in Tätigkeit setzt, wenn mindestens einer der beiden zueinander parallelliegenden Schalter/ und C geschlossen ist. Der Schalter/ löst die Sendetätigkeit des Senders nur bei Betätigung, also auf Wunsch aus. Der andere Schalter C löst die Tätigkeit des Senders E automatisch aus_r sobald der Schalter C für eine gewisse Zeitdauer unbewegt bleibt und/oder gegebenenfalls seine Lage verändert, indem er aus der vertikalen in eine horizontale Stellung oder fast horizontale Lage übergeht.

Selbstverständlich sind Abwandlungen dieser Ausführungsform möglich. Zum Beispiel könnte die zu überwachende Person nur die Schalter/ und C bei sich tragen. In diesem Fall wären die beiden Schalter mit dem Sender E beispielsweise durch ein biegsames Kabel zu verbinden. Diese Lösung brächte aber eine gewisse Unbequemlichkeit mit sich.

Der Empfänger J?, der auf den Sender E abgestimmt ist, ist im Ausführungsbeispiel nach dem in Fig. 2 dargestellten Schaltschema aus elektronischen Bauteilen kleiner Abmessungen so zusammengebaut, so daß seine Masse verhältnismäßig klein und sein

Platzbedarf gering ist. Das Gewicht und die Abmessungen sind etwa zehnmal so groß wie beim Sender E. Er ist daher leicht zu tragen.

Wie Fig. 2 zeigt, weist der Empfänger R, der z. B. von einem kleinen Akkumulator gespeist wird, ein Miniaturrelais mit Arbeitskontakten auf, welches über einen ÄC-Kreis mit vorbestimmter, eventuell regelbarer Zeitkonstante mit einem anderen Relais r mit Arbeitskontakten verbunden ist, das eingebaut gedacht ist, um das Schema zu vereinfachen. An die Klemmen des Relais r wird eine Alarmanlage A angeschlossen. Die Alarmanlage kann selbständig-und z. B. durch eine Klingel, eine Sirene, ein Blinklicht oder eine Kombination dieser Vorrichtungen gebildet und in den Empfänger eingebaut sein. Sie kann aber auch eine schon am Arbeitsplatz vorhandene Anlage sein, die Bestandteil eines allgemeinen Warnnetzes ist, das mit einer Überwachungsstelle des Werks, der Werkstatt oder der Baustelle verbunden ist. Beim Eingang eines vom Sender E ausgestrahlten Signals bewirkt der Empfänger R die Schließung des Miniaturrelais, welche nach einer in Abhängigkeit von der Zeitkonstanten des 7?C-Kreises bestimmten Verzögerung die Schließung des Relais r bewirkt, welches die Alarmanlage in Betrieb setzt.

Die Wirkungsweise der Gesamtvorrichtung ist folgende: Bei der Ankunft am Arbeitsplatz verstaut die zu überwachende Person den Sender in Griffweite, z. B. in einer ihrer Taschen, und bringt die Längsachse des erfindungsgemäßen Schalters in vertikale Lage. Sodann stellt sie den Empfänger in Reichweite des Senders auf, nachdem sie ihn mit dem vorhandenen Warnnetz verbunden hat. Wenn nun die sich während der Arbeit bewegende Person im Verlauf ihrer Arbeit Opfer eines Unfalls oder nur von einem Unwohlsein befallen wird, so gestattet die Vorrichtung eine Alarmauslösung mit kürzester Verzögerung. Wenn das Opfer bei Bewußtsein, aber beispielsweise gehunfähig ist, wird es den Schalter/ des Senders E in seiner Tasche drücken, was die Aussendung eines Signals hervorruft, welches vom Empfänger aufgefangen wird, der seinerseits die Alarmanlage nach einer in Abhängigkeit von der gewählten Zeitkonstanten des i?C-Kreises bestimmten Verzögerung auslöst. Wenn sich das Opfer bewußtlos in horizontaler oder vertikaler Lage oder in einer Zwischenlage befindet, so schließt sich der Schalter C des Senders, der unbewegt bleibt, nach einer in Abhängigkeit von seiner Lage bestimmten Verzögerung, was ebenfalls die Einschaltung des Senders zur Folge hat.

Wenn z. B. die Zeitkonstante des 7?C-Kreises auf 30 Sekunden eingestellt wird, so wird der Alarm in dem ungünstigsten Fall, wo der vorstehend beschriebene Schalter vertikal liegt, nach ungefähr 90 Sekunden gegeben. In allen Fällen kann also dem Opfer rasch Hilfe geleistet werden.

Wenn die zu überwachende Person aus irgendeinem Grund beschließen sollte, sich vom Sender zu trennen und ihn in der Nähe in irgendeiner Lage aufzustellen, so würde der Schalter C nicht mehr in Bewegung bleiben und nach einer vorbestimmten Verzögerung, deren größte Dauer bekannt ist, den Alarm wie bei einem Unfall auslösen. Es ist also der Person unmöglich, sich der Überwachung zu entziehen, ohne Alarm auszulösen.

Mit einem Sender und einem Empfänger gemäß dem Ausführungsbeispiel, die auf eine Frequenz von MHk eingestellt sind, beträgt die Reichweite ungefähr 300 m in offenem Gelände und wird auf Sichtweite oder etwas weniger in geschlossenen Räumen herabgesetzt, sofern weder der Sender noch der Empfänger an einem Ort aufgestellt wird, der wie ein Faraday-Käfig wirkt.

Es ist klar, daß es möglich ist, andere Reichweiten zu erhalten, indem man andere Sender und Empfänger benutzt.

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Hochempfindlicher elektrischer Schalter mit einem bei Ausbleiben von Änderungen der Neigung oder des Bewegungszustandes des Schalters im einschaltenden Sinne ansprechenden Betätigungsorgan, dadurch gekennzeichnet, daß das Betätigungsorgan (13,15) in einem Hohlkörper (11), dessen Innenwand elektrisch leitend ^ ausgebildet und mit einem ersten Anschluß (10) ™ verbunden ist, angeordnet ist und einen elastisehen, elektrisch leitenden Körper (13) aufweist, dessen eines Ende elektrisch leitend mit einem zweiten Anschluß (12) und elektrisch isoliert mit dem Hohlkörper (11) verbunden ist und dessen anderes Ende ein elektrisch leitendes, an die Innenwand des Hohlkörpers anlegbares Kopfstück (15) trägt, und daß der Hohlraum des Hohlkörpers (11) mit einem zähflüssigen, dielektrischen Stoff gefüllt ist, dessen Eigenschaften in einem weiten Temperaturbereich im wesentlichen konstant sind.

2. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlkörper (11) zylindrisch ausgebildet ist.

3. Schalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als elastischer Körper eine Schraubenfeder (13) vorgesehen ist.

4. Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Kopfstück (15) ^ die Form eines Polygons aufweist. ^

5. Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, "~ dadurch gekennzeichnet, daß der dielektrische Stoff ein Bivinylchlorid ist.

6. Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß er sich nach einer bestimmten Ruhezeit schließt.

7. Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß er sich nach einer Lageänderung innerhalb einer bestimmten Zeit schließt.

8. Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß er einem auf einer bestimmten Frequenz arbeitenden Sender (E) einer Vorrichtung zur Entdeckung von Unfällen, deren Opfer Personen an abgelegenen Plätzen sind, zugeordnet und ebenso wie ein von Hand betätigbarer zweiter Schalter (7) des Senders (E) an der zu überwachenden Person vorgesehen ist und daß die Vorrichtung zum Empfang von mittels eines der beiden Schalter (C, 7) auslösbarer Funksignale einen auf die Frequenz des Senders (E) abgestimmten Empfänger (/?) aufweist, der beim Empfang eines Signals eine Alarmeinrichtung (A) in Tätigkeit setzt.

9. Schalter nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß er und der zweite Schalter (/) an dem als ein von der zu überwachenden Person zu tragenden Gerät mit geringem Gewicht und Raumbedarf ausgebildeten Sender (E) vorgesehen sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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