DE4336729A1 - Optischer Schalter - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft einen optischen Schalter nach dem
Oberbegriff des Anspruchs 1.
In den letzten Jahren sind zunehmend induktive, kapazitive
und insbesondere auch optoelektronische Sensoren
bekanntgeworden. So ist es beispielsweise aus der
Literaturstelle: "Leitungslos schalten mit Infrarotlicht"
etz-Band 111 (1990) Heft 18, Seite 942 bis 946
bekanntgeworden, eine Signalübertragung und insbesondere
Schaltvorgänge leitungslos mittels optischer
Übertragungselemente vorzunehmen. Dabei wird stets ein Sender
für optische Strahlungen und ein Empfänger zum Empfang dieser
Strahlungen verwendet. Ein Schaltvorgang kann beispielsweise
durch eine Beeinflussung des Lichtstrahlengangs zwischen
Sender und Empfänger mittels einer Drehblende als
Lichtschranke erfolgen.
Aus der DE 38 00 510 A1 ist ein optisches Schaltelement
bekanntgeworden, welches aus einer Lichtleiteranordnung
besteht, über die eine Lichtquelle mit einem fotoelektrischen
Wandlerelement optisch verbunden ist und bei welchem ein
Kopplungselement zur schaltbaren Beeinflussung des über die
Lichtleiteranordnung übertragenen Lichtes vorgesehen ist.
Dabei kann der mechanische Schaltvorgang am Kopplungselement
in ein optisches und nachfolgend gegebenenfalls in ein
elektrisches Signal umgewandelt werden.
Aus der DE 38 03 529 C2 ist weiterhin ein optischer Sensor
bekanntgeworden, bei welchem die Bauteile zur Verarbeitung
der optischen und elektrischen Signale und insbesondere auch
eine Lichtquelle sowie ein fotoelektrischer Wandler auf einer
gemeinsamen Leiterplatte angeordnet sind. Darüber hinaus ist
eine separate optische Leiterplatte vorgesehen, die eine
Lichtleiteranordnung umfaßt, wobei mittels Kopplungselementen
das von der Lichtleiteranordnung übertragene Licht schaltbar
beeinflußt werden kann. Die optische Leiterplatte enthält ein
Bündel von optischen Lichtleitern, die sich fächerartig
verzweigen und zu den verschiedenen Kopplungselementen
führen. Ein Teil des Lichtes wird über einen separaten
Lichtleiter zu einem Funktionsanzeigeelement geführt.
Zur Beleuchtung von Schaltelementen ist es aus der
Literaturstelle: "Electronic engineering", April 1981, Seite
51 bis 56 bekanntgeworden, ein an seinem Betätigungsorgan
beleuchtetes Schaltelement über eine Lichtleiteranordnung zu
schalten. Dabei wird die Lichtleiteranordnung von einer
Lichtquelle zum Betätigungsorgan des Schaltelements geführt
und von dort aus nach Reflektion des Lichtes einem
fotoelektrischen Wandlerelement zugeführt. Durch eine
Beeinflussung des Betätigungselementes auf verschiedenster
Art und Weise wird das Maß der Reflektion des Lichtstrahls
und damit der Schaltvorgang verändert.
Der erfindungsgemäße Schalter mit den kennzeichnenden
Merkmalen des Anspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, daß
ein beleuchtbarer Schalter geschaffen wird, dessen
Betätigungsorgan unmittelbar durch eine Lichtquelle
beleuchtet ist, wobei der Schaltvorgang des Schalters auf
optoelektronischen Wege vollzogen wird. Dabei wird im
Gegensatz zu bekannten Einrichtungen nicht das Licht über
eine Lichtleiteranordnung zum zu beleuchtenden
Betätigungsorgan geführt, sondern die Lichtquelle befindet
sich wie bei herkömmlichen mechanischen Schaltern unmittelbar
beim Betätigungsorgan. Zur Durchführung des Schaltvorgangs
selbst durch das Betätigungsorgan wird ein Teil des Lichtes
der Lichtquelle für einen Schaltvorgang im optischen Schalter
verwendet, wobei der Lichtdurchgang durch die
Lichtleiteranordnung über ein Kopplungselement geschaltet
wird.
Durch diese Maßnahme kann durch ein einziges Bauteil eine
ausreichende Beleuchtung des Betätigungsorgans sowie der
Schaltvorgang des optischen Schalters selbst vorgenommen
werden. Hierdurch erübrigt sich gegebenenfalls ein separates
Bauteil als Lichtquelle innerhalb des Betätigungsorgans.
Weiterhin müßte demgegenüber eine nicht im Bereich des
Betätigungsorgans sich befindende Lichtquelle eine wesentlich
höhere Leistung zu dessen Beleuchtung aufweisen, falls diese
über eine Lichtleiteranordnung zum Betätigungsorgan geführt
würde.
In den Unteransprüchen sind vorteilhafte und zweckmäßige
Weiterbildungen des im Hauptanspruch angegebenen Schalters
angegeben.
Besonders vorteilhaft ist die Anordnung wenigstens eines
Lichtleiterelements im Bereich der Lichtquelle, von wo aus
ein Teil des Lichtes zu einem insbesondere als doppelte
Drehscheibe ausgebildeten Kopplungselement geführt wird.
Dabei werden die übereinander angeordneten Drehscheiben um
eine gemeinsame Drehachse gegenläufig verdreht, um eine große
relative Bewegung zueinander durchzuführen.
Die Drehbewegung der beiden Drehscheiben gegeneinander
erfolgt über jeweils einen exzentrisch zur Mittelachse
angeordneten Schwenkzapfen, der mit dem Betätigungsorgan
verbunden ist. Die Drehscheiben weisen zur Durchführung des
Schaltvorgangs übereinander verschiebbare Bohrungen auf, die
in fluchtender Stellung einen Lichtdurchtritt zur
Durchführung der Schaltbewegung hervorrufen.
Als Betätigungsorgan des Schalters wird in vorteilhafter
Weise eine Wippe zur Bildung eines Wippschalters verwendet,
wobei die durchsichtige Wippe mit einem sich konisch
verjüngenden, im Querschnitt rechteckförmigen Reflektor
verbunden ist. In der Mitte des Reflektors befindet sich die
vorzugsweise als Leuchtdiode oder Glühlampe ausgebildete
Lichtquelle, so daß die Reflektorwirkung einen gut
beleuchteten Wippschalter ergibt.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich
aus der nachfolgenden Beschreibung eines vorteilhaften und
zweckmäßigen Ausführungsbeispiels, welches anhand der
Zeichnungen näher erläutert ist.
Es zeigen
Fig. 1 eine Teilansicht eines optischen Schalters mit
abgenommenem Betätigungsorgan ohne
Schaltergehäuse in teilweiser Schnittstellung
und
Fig. 2 eine gesonderte Darstellung des Reflektors in
Schnittdarstellung mit zugeordneten doppelten
Drehscheiben.
Die Fig. 1 zeigt eine Teilansicht eines optischen Schalters
1, bei welchem ein wenigstens teilweise durchsichtiges
wippenförmiges Betätigungsorgan mit Bezugszeichen 2 lediglich
schematisch angedeutet und ein Schaltergehäuse nicht näher
dargestellt ist. Unterhalb des wippenförmigen
Betätigungsorgans 2 befindet sich ein mit diesem fest
verbundener, pyramidenstumpfförmiger Reflektor 3, der in
Fig. 1 und Fig. 2 jeweils im Schnitt dargestellt ist. Dabei
zeigt Fig. 1 einen Schnitt durch die vertikale
Längssymmetriemittelebene und Fig. 2 einen Schnitt durch die
vertikale Quersymmetriemittelebene des Reflektors. Die vier
inneren, konisch verlaufenden Wandungsabschnitte 4, 4′ bzw.
5, 5′ des Reflektors 3 sind zur Herstellung einer guten
Lichtausbeute verspiegelt. Im Zentrum des trichterförmigen
Reflektors 3 befindet sich eine als Leuchtdiode oder
Glühlampe ausgebildete Lichtquelle 6, die sowohl zur
Beleuchtung der wenigstens teilweise durchsichtigen
Betätigungswippe 2 als auch zur Durchführung des
Schaltvorgangs des optischen Schalters dient.
Der Reflektor 3 ist fest mit der Betätigungswippe 2
verbunden. Zur Durchführung der Wippbewegung befinden sich an
den beiden gegenüberliegenden Außenwandungsabschnitten 7, 8
jeweils eine Drehlagerung 9, 10, wie sie in der
Schnittdarstellung nach Fig. 2 zu sehen ist. Die beiden
Drehlagerungen sind zapfenförmig ausgebildet und greifen in
entsprechende Ausnehmungen im Schaltergehäuse ein. Die
horizontale Drehachse 11 zur Durchführung der Wippbewegung
der Betätigungswippe liegt in der vertikalen
Quersymmetrieebene des Schalters.
Wie aus Fig. 2 weiterhin ersichtlich, weist der Reflektor 3
zwei gegenüberliegende, vertikal vom Boden 12 des Reflektors
3 nach unten führende Stege 13, 14 auf, die jeweils als
Schwenkzapfen zur Betätigung jeweils einer unterhalb des
Reflektors 3 angeordneten Drehscheibe 15, 16 dienen. Die
unmittelbar übereinanderliegenden Drehscheiben 15, 16 sind
auf einem Lagerbolzen 17 drehbar gelagert, dessen vertikale
Drehmittelachse 18 in der vertikalen Längssymmetrieebene und
der vertikalen Quersymmetrieebene liegt, d. h. die
Mittelachse des Systems bildet. Dabei zeigt Fig. 1 eine
Explosionsdarstellung der Bauteile, d. h. die beiden
horizontalen Drehscheiben 15, 16 sind mit ihren zentrischen
Drehlagern 19, 20 vom Lagerbolzen 17 nach oben hin abgehoben.
Diese isolierte Stellung der Drehscheiben 15, 16 ist auch in
Fig. 2 dargestellt.
Die vertikalen Schwenkzapfen 13, 14 greifen jeweils in eine
U-förmige Quernut 21, 21′ bzw. 22, 22′ der beiden
Drehscheiben 15, 16 ein. Wie aus Fig. 2 ersichtlich, ragt der
hintere vertikale Schwenkzapfen 14 in die U-förmige Quernut
21, 21′ der oberen Drehscheibe 15 hinein, wobei eine
ebenfalls U-förmige Aussparung 23 zur Aufnahme des mittleren
Steges 24 der oberen Drehscheibe 15 dient. Gleichermaßen
greift der in Fig. 2 dargestellte vordere Schwenkzapfen 13 in
die beiden U-förmigen Quernuten 22, 22′ der unteren
Drehscheibe 16 ein, so daß der mittlere Steg 24′ der unteren
Drehscheibe 16 in eine entsprechende, U-formige Aussparung
23′ des Schwenkzapfens 13 eingreift. Die mittleren Stege 24,
24′ sind demzufolge in einer horizontalen Ebene beweglich
innerhalb der beiden Schwenkzapfen 13, 14 geführt.
Bei einer Betätigung der Betätigungswippe 2 und damit des
hiermit verbundenen Reflektors 3 führt der Reflektor 3 eine
Drehbewegung um die horizontale Drehachse 11 aus, was durch
die Pfeildarstellung 25 angedeutet ist. Dabei führen die
beiden nach unten ragenden Schwenkzapfen 13, 14 eine
pendelnde Schwenkbewegung um die Drehachse 11 durch, und
verschieben damit die beiden mittleren Stege 24, 24′. Die
beim Schwenkzapfen 13 mit der Pfeildarstellung 26, 26′
dargestellte Schwenkbewegung der Schwenkzapfen 13, 14 führt
demzufolge zu einer gegenläufigen Drehbewegung der beiden
Drehscheiben 15, 16, wie dies mit den Pfeilen 27, 28
dargestellt ist. Schwenkt beispielsweise der vordere
Schwenkzapfen 13 in Fig. 2 nach hinten in Richtung Pfeil 26,
so wird der zugehörige Steg 24′ in diese Richtung vom
Schwenkzapfen 13 mitgenommen, so daß sich die untere
Drehscheibe 16 in Pfeilrichtung 27 gegen den Uhrzeigersinn um
die vertikale Drehmittelachse 18 dreht. Gleichermaßen bewegt
sich auch der hintere Schwenkzapfen 14 in Fig. 2 nach hinten
bzw. nach rechts, so daß auch der Steg 24 in diese Richtung
mitgenommen wird, was zu einer Drehbewegung der oberen
Drehscheibe 15 in Pfeilrichtung 28, d. h. im Uhrzeigersinn
führt. Die beiden Drehscheiben 15, 16 führen demzufolge stets
eine gegenläufige Bewegung aufgrund ihrer gegenüberliegenden
Stege 24, 24′ um die Drehmittelachse 18 durch. Bei
Durchführung der Kippbewegung der Betätigungswippe 2 bzw. des
Reflektors 3 und damit der Schwenkbewegung der Schwenkzapfen
13, 14 in entgegengesetzter Richtung (Pfeil 26′) erfolgt eine
entgegengesetzte Bewegung wie oben beschrieben. Die
zugehörigen Bewegungen der beiden Drehscheiben 15, 16 sind
mit 27′ und 28′ gestrichelt dargestellt.
Die gegenläufigen Bewegungen der im Aufbau knochenförmigen
Drehscheiben 15, 16 führen zu einer horizontalen
Kreisverschiebung von Bohrungen 29, 29′ auf der oberen
Drehscheibe sowie 30, 30′ auf der unteren Drehscheibe 16.
Aufgrund der gegenläufigen Bewegungen der beiden Drehscheiben
15, 16 wird auch bei kleineren Wippenbewegungen, wie sie
beispielsweise bei miniaturisierten Schaltern auftreten, der
Winkelabstand a zwischen den vertikalen Winkel ebenen
durch die jeweiligen übereinanderliegenden Bohrungen 29, 30
bzw. 29′, 30′ relativ groß gehalten, bevor es zu einer
Überdeckung bzw. einer fehlenden Überdeckung der jeweiligen
übereinanderliegenden Bohrungen kommt. Hierdurch wird ein
sicheres Schaltverhalten erzielt.
Die Lichtführung zur Schaltung des Betätigungsorgans ist in
Fig. 1 näher dargestellt.
Der Reflektor 3 weist auf seinem Boden 12 zwei
gegenüberliegende Aussparungen 33, 33′ auf, durch die zwei
stationär im Schaltergehäuse angeordnete Lichtleiterelemente
34, 35 vertikal nach oben gerichtet hindurchragen. Die
Lichtleiterelemente 34, 35 sind gleich aufgebaut und stehen
einander spiegelbildlich zur vertikalen
Quersymmetriemittelebene gegenüber. Sie sind aus
Kunststoffelementen oder Glaselementen hergestellt und dienen
als Lichtleiter zur Aufnahme eines Teils des Lichtes der
Lichtquelle 6.
Im oberen Bereich weist jedes Lichtleiterelement 34, 35 eine
um 45° geneigte Reflektionsfläche 36, 36′ auf, die einen
symbolisch dargestellten horizontalen Lichtstrahl 37 von der
Lichtquelle 6 als vertikalen Lichtstrahl 38 nach unten lenkt.
Dabei fächert sich der nach unten gerichtete Lichtstrahl auf
und trifft im unteren Bereich der beiden Lichtleiterelemente
34, 35 auf eine dachförmig angeordnete Umlenkfläche 39, 39′
mit einem Einschlußwinkel von etwa 90°, so daß der nach unten
gerichtete Lichtstrahl 38 in eine jeweils nach links und
rechts gerichtete Lichtkomponente 40, 40′ umgelenkt wird.
Diese horizontale Umlenkung geschieht in einem beidseitig
angeordneten sockelförmigen Ansatz 41, 41′ der beiden
Lichtleiterelemente 34, 35, an dessen jeweiligen Enden
wiederum den horizontal verlaufenden Lichtstrahl 40 nach
unten umlenkende Reflektionsflächen 42, 42′ in einer
45°-Stellung vorgesehen sind, so daß der weitere Lichtstrahl
43, 43′ auf beiden Seiten des jeweiligen Lichtleiterelements
34, 35 jeweils vertikal nach unten gelenkt wird. Die
Lichtleiterelemente 34, 35 führen demzufolge ein Teil des
Lichtes der Lichtquelle 6 mit jeweils zwei Strahlen 43, 43′
nach unten. Diese Lichtstrahlen werden je nach Stellung der
Betätigungswippe 2 mit zugehörigem Reflektor 3 und damit je
nach Stellung der beiden Drehscheiben 15, 16 mit zugehörigen
Bohrungen 29, 29′ bzw. 30, 30′ nach unten durch die
Drehscheiben 15, 16 hindurchgeleitet und gelangen zu einer
Grundplatte 45 mit vier auf der Grundplatte 45 in den
Eckpunkten eines Rechteckes oder Quadrates angeordneten
Bohrungen 46, 46′. Die Grundplatte 45 trägt auch den
Lagerbolzen 17 zur Aufnahme der beiden Drehscheiben 15, 16.
Unterhalb der Grundplatte 45 befindet sich eine Leiterplatte
47 mit elektronischen Bauelementen. Auf dieser Leiterplatte
47 befindet sich unterhalb jeder der vier Bohrungen 46, 46′
ein fotoelektrisches Wandlerelement und insbesondere ein
Fotoelement 48, welches zur Aufnahme bzw. Erkennung des durch
die vier Bohrungen gegebenenfalls hindurchtretenden
Lichtstrahles dient. Je nach Stellung des wippenförmigen
Betätigungsorgans 2 wird demzufolge aufgrund der
gegenläufigen Drehbewegungen der beiden Drehscheiben 15, 16
ein oder mehrere Lichtstrahlen von der oberen Lichtquelle 6
über die Lichtleiterelemente 34, 35 und über die zugehörigen
Bohrungen 29, 29′ bzw. 30, 30′ nach unten geführt, so daß der
jeweilige Lichtstrahl durch eine oder mehrere der vier
Bohrungen 46, 46′ hindurchführt und beim zugehörigen
Fotoelement 48 unterhalb jeder Bohrung ein entsprechendes
Schaltsignal auslöst. Ein Teil des Lichtes der Lichtquelle 6
zur unmittelbaren Beleuchtung der Betätigungswippe 2 dient
demzufolge zur Vollziehung des Schaltvorgangs bei der
Betätigung des Wippenschalters.
Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte und beschriebene
Ausführungsbeispiel beschränkt. Sie umfaßt auch vielmehr alle
fachmännischen Weiterbildungen im Rahmen des
erfindungsgemäßen Gedankens.
Claims (8)
1. Optischer Schalter, bestehend aus einer Lichtquelle (6)
sowie einem mit dieser über eine Lichtleiteranordnung (34,
35) verbundenen fotoelektrischen Wandlerelement (48), wobei
der Lichtleiteranordnung (34, 35) zu dessen schaltbaren
Beeinflussung des übertragenden Lichtes ein Kopplungselement
(15, 16) zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die
Lichtquelle (6) gleichermaßen als Beleuchtungseinheit (6) für
das Betätigungsorgan (2) des optischen Schalters (1) dient,
wobei die Lichtquelle (6) im Bereich des Betätigungsorgans
(2) angeordnet und ein Teil des Lichtes zur Durchführung des
Schaltvorganges über die Lichtleiteranordnung (34, 35) und
dem Kopplungselement (15, 16) zu dem fotoelektrischen
Wandlerelement (48) geführt ist.
2. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
der Lichtquelle (6) im Bereich des Betätigungsorgans (2)
wenigstens ein Lichtleiterelement (34, 35) zugeordnet ist,
welches ein Teil des Lichtes zum Kopplungselement (15, 16)
und von dort zu einer Platine (47) mit fotoelektrischem
Wandler (48) führt und daß die Betätigung des
Betätigungsorgans (2) einen Schaltvorgang am Kopplungselement
(15, 16) im Sinne einer Lichtunterbrechung und/oder eines
Lichtdurchganges auslöst.
3. Schalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß das Kopplungselement (15, 16) im Lichtleiterkreis als
verdrehbare Blende oder Drehscheibe (15, 16) mit wenigstens
einer Lichtdurchtrittsöffnung (29, 29′, 30, 30′) ausgebildet
ist, wobei das Betätigungsorgan (2) wenigstens einen
vertikalen Schwenkzapfen (13, 14) umfaßt, der über eine
Nut/Steg-Verbindung (21, 21′ bis 24, 24′) mit der Drehscheibe
(15, 16) zusammenwirkt, wobei eine Schwenkbewegung des
Schwenkzapfens (13, 14) in einer Vertikalebene eine
Drehbewegung der Drehscheibe (15, 16) in einer
Horizontalebene bewirkt.
4. Schalter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß
zwei übereinander angeordnete Drehscheiben (15, 16)
vorgesehen sind, die von zwei gegenüberliegenden, nach unten
gerichteten Schwenkzapfen (13, 14) betätigbar sind, wobei die
Schwenkzapfen (13, 14) eine in einer Vertikalebene
angeordnete Schwenkbewegung und die Drehscheiben (15, 16)
eine, in einer Horizontalebene angeordnete Drehbewegung
durchführen.
5. Schalter nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet,
daß die Drehscheiben (15, 16) auf einem Kreis in einem Winkel
a versetzt zueinander angeordnete Bohrungen (29, 29′
bzw. 30, 30′) aufweisen, die durch die Schwenkbewegung des
Betätigungsorgans (2) und damit durch die Drehbewegung der
Drehscheiben (15, 16) zur Deckung gebracht werden.
6. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
das Betätigungsorgan (2) als Betätigungswippe (2) ausgebildet
ist, welche einen sich konisch verjüngenden Reflektor (3)
unterhalb der wenigstens teilweise durchsichtigen
Betätigungswippe (2) umfaßt und daß der Reflektor (3) in
seinem Zentrum die Lichtquelle (6) aufweist, der zwei,
spiegelbildlich angeordnete Lichtleiterelemente (34, 35)
zugeordnet sind.
7. Schalter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß
die Lichtleiterelemente (34, 35) als Kunststoff- oder
Glas-Elemente mit verspiegelten Umlenkflächen (36, 36′, 39,
39′, 42, 42′) ausgebildet sind, die das Licht der Lichtquelle
(6) zu den als Drehscheiben (15, 16) ausgebildeten
Kopplungselementen führen.
8. Schalter nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet,
daß die vertikalen Schwenkzapfen (13, 14) nach unten führend
beidseitig am Reflektor (3) vorgesehen sind.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19934336729 DE4336729C2 (de) | 1993-10-28 | 1993-10-28 | Optischer Schalter |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE19934336729 DE4336729C2 (de) | 1993-10-28 | 1993-10-28 | Optischer Schalter |
Publications (2)
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---|---|
DE4336729A1 true DE4336729A1 (de) | 1995-05-04 |
DE4336729C2 DE4336729C2 (de) | 2003-04-24 |
Family
ID=6501182
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19934336729 Expired - Fee Related DE4336729C2 (de) | 1993-10-28 | 1993-10-28 | Optischer Schalter |
Country Status (1)
Country | Link |
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DE (1) | DE4336729C2 (de) |
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