DE102004008636A1 - Position switch having switch body and control element e.g. for security switch off electric heater, has switch body and guide which has movable range being in central position at its normal position and control element - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft einen Lageschalter mit einem Schaltkörper, der auf einen elektrischen Sensor wirkt, insbesondere ein Lageschalter zur Sicherheitsabschaltung eines elektrischen Heizgerätes.The The invention relates to a position switch with a switch body, the acts on an electrical sensor, in particular a position switch for safety shutdown of an electric heater.
Im folgenden ist als Anwendungsbeispiel ein in ein Wärmespeicherheizgerät eingebauter Lageschalter beschrieben.in the The following is an example of use incorporated in a heat storage heater Position switch described.
Aus
der
Ein
beweglicher Lageschalter ist aus der
Gemäß
Zum
Schalten von elektrischen Aggregaten ist ein Lageschalter bekannt,
bei dem in einem Gehäuse
ein Schaltgewicht angeordnet ist, welches zwischen zwei Endlagen
hin- und her- beweglich angeordnet ist, wobei in einer Endlage das
in dieselbe verlagerte Schaltgewicht einen elektrischen Schaltvorgang
auszulösen
imstande ist. Das Gehäuse
ist ein länglicher,
hermetisch geschlossener Glaskolben, in welchem eine Kugel als Schaltgewicht
frei beweglich zwischen den beiden Endlagen angeordnet ist, wobei im
unmittelbaren Bereich der einen Endlage der Bewegungsbahn eine elektrische
Schaltstrecke angeordnet ist (
Der
Lageschalter gemäß
Mit den bekannten Lagesensoren ist eine Detektion jeweils in einer Endlage dadurch möglich, dass ein Schaltkörper über eine gerade Bahn in seine Endlage rutscht oder eine runde Kugel in die Endlage rollt. Bei Wärmespeicherheizgeräten folgt eine Abschaltung durch eine elektromechanische Schalteinrichtung.With the known position sensors is a detection in each case in an end position thereby possible that a switch body over a straight track slips into its final position or a round ball in the Final position rolls. For heat storage heaters follows a shutdown by an electromechanical switching device.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Lagesensor bereitzustellen, der ein sicheres und reversibles Schaltverhalten mit einer kleinen Hysterese ermöglicht. Der Lagesensor soll weiterhin preiswert herzustellen sein und auf einfache Weise in den Gegenstand, beispielsweise ein Elektrospeicherheizgerät, einbaubar sein.task The invention is to provide a position sensor, a Safe and reversible switching behavior with a small hysteresis allows. The position sensor should continue to be inexpensive to manufacture and on easy way into the object, for example, an electric storage heater, installable be.
Gelöst wird die Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Hauptanspruchs 1. Ein Schaltkörper ist dazu beweglich angeordnet und folgt einer Führungsbahn entweder dadurch, dass der Schaltkörper auf der Führungsbahn selbst abrollt oder mit einem Pendel der Führungsbahn folgt. Die Führungsbahn weist einen tiefsten Bereich auf, in dem der Schaltkörper – durch Gravitation bedingt – im Normalzustand seiner Einbaulage liegt.Is solved the task by the characterizing features of the main claim 1. A switch body is movably arranged and follows a guideway either by that the switch body on the guideway even unrolls or follows with a pendulum of the guideway. The guideway has a deepest area in which the switch body - by Gravitation conditioned - in Normal state of its installation position is.
Wird das Wärmespeicherheizgerät aus seiner senkrechten Normalposition herausbewegt, insbesondere durch Kippen, folgt der Schaltkörper den Gravitationskräften derart, dass er auf der Führungsbahn – bezogen auf seine geodätische Höhe – den tiefsten Punkt anstrebt. Durch Kippen erfährt die Führungsbahn eine Lageänderung, wodurch sich der Schaltkörper aus seinem in Normallage tiefsten Bereich zu einer anderen Position auf der Führungsbahn bewegt. Mindestens jedoch in der Normallage des Schaltkörpers im tiefsten Bereich wird das Vorhandensein des Schaltkörpers von einem Sensor detektiert. Kippt das Gerät beispielsweise um oder wird in eine Schräglage verlagert, entfernt sich der Schaltkörper durch Rollen vom Sensor. Es ändert sich das Signal, wenn sich der Schaltkörper weiter entfernt vom Sensor befindet. Das Signal des Sensors wird von einer Anzeige-, Steuer- oder Regelungsplatine ausgewertet. Mit dem Wert des Signals ist eine Winkelstellung verknüpft. Ein Signalvergleich erfolgt beispielsweise in einem Mikrocontroller, der auf der Anzeige-, Steuer- oder Regelungsplatine enthalten ist. Das Signal des Sensors wird mit vorgegebenen Werten verglichen, denen eine entsprechende Winkelstellung zugeordnet ist. Über das Signal des Sensors und die Auswertung des Mikrocontrollers wird die Winkelstellung bestimmt und wird in einer Anzeigeeinheit angezeigt. In einfacher Weise erfolgt lediglich die Überwachung des Sensorsignals über eine Verstärkerschaltung, bei der eine dem Signal des Sensors äquivalente Spannung mit einer Vergleichsspannung verglichen wird. Überschreitet die Signalspannung die Vergleichsspannung, erfolgt eine Einschaltung des Wärmespeicherheizgerätes, was der Normallage des Gerätes entspricht. Unterschreitet die Signalspannung des Sensors die Vergleichsspannung, so wird ein Abschaltsignal generiert.Becomes the heat storage heater from his vertical normal position moved out, in particular by tilting, follows the switch body the gravitational forces such that it is based on the guideway on his geodesic Height - the deepest Aim for point. Experienced by tilting the guideway a change of position, causing the switch body from its deepest normal position to another position moved on the guideway. But at least in the normal position of the switch body in the deepest region is the presence of the switch body detected by a sensor. For example, the device tilts or gets in an oblique position displaced, the switch body moves away from the sensor by rolling. It changes the signal, when the switch body further away from the sensor located. The sensor signal is transmitted by a display, control or control board evaluated. With the value of the signal is linked an angular position. A signal comparison takes place, for example, in a microcontroller, on the display, control or Control board is included. The signal from the sensor is included predetermined values compared to which a corresponding angular position assigned. about the signal of the sensor and the evaluation of the microcontroller becomes the angular position is determined and displayed in a display unit. In a simple way, only the monitoring of the sensor signal via a Amplifier circuit, at a voltage equivalent to the signal of the sensor with a Comparison voltage is compared. Exceeds the signal voltage the comparison voltage, there is an activation of the heat storage heater, which the normal position of the device equivalent. If the signal voltage of the sensor falls below the comparison voltage, so a shutdown signal is generated.
In vorteilhafter Weise arbeitet die Lage-Überwachung nach einem failsafe-Verhalten, was bedeutet, dass die Normallage detektiert und das Wärmespeicherheizgerät eingeschaltet wird. In jedem Falle wird dann beim Ausfall der Signalspannung, egal ob durch eine Lageänderung oder ein anderes Fehlsignal, eine Abschaltung des Wärmespeicherheizgerätes durchgeführt. Bei Anwendungen, bei denen die Winkellage erfasst werden soll, wird in Abhängigkeit der Entfernung des Schaltkörpers vom Sensor die Winkellage auf einem Display oder per Leuchtdioden-Dekade angezeigt. Die Auswertung kann dabei mit einem Mikrocontroller erfolgen, bei dem die Höhe des Sensorsignals mit entsprechenden Winkelwerten verglichen wird oder dass eine Spannung generiert wird, in deren Abhängigkeit die Leuchtdioden einer Leuchtdioden-Dekade aufleuchten.In Advantageously, the situation monitoring works according to a failsafe behavior, meaning that the normal position is detected and the heat storage heater is turned on becomes. In any case, when the signal voltage fails, regardless of whether by a change in position or another false signal, a shutdown of the heat storage heater performed. at Applications in which the angular position is to be detected is in dependency of Removal of the switch body from the sensor, the angular position on a display or by light-emitting diode decade displayed. The evaluation can be done with a microcontroller, where the height of the Sensor signal is compared with corresponding angle values or that a voltage is generated, as a function of which the light-emitting diodes of a light-emitting diode decade come on.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist der Lageschalter direkt mit der Anzeige-, Steuer- oder Regelungsplatine mechanisch verbunden. Der Sensor ist elektrisch über Leiterbahnen mit weiteren elektrischen Bauteilen auf der Platine verbunden. Ebenfalls erfolgt die Stromversorgung in vorteilhafter Weise direkt über die Platine. Der Lagesensor besteht aus einem Kunststoffgehäuse mit der inneren Führungsbahn. Durch asymmetrisch an dem Gehäuse des Lageschalters angebrachte Verbindungsbeine wird erreicht, dass der Lagesensor in nur einer Position, nämlich der vorgesehenen Position, auf der Platine zu befestigen ist. Die im Gehäuse befindliche Führungsbahn ist weiterhin durch einen Deckel abgedeckt, wodurch der Lageschalter hermetisch geschlossen ist. Der auf der Führungsbahn abrollende Schaltkörper ist in vorteilhafter Weise eine Walze aus permamagnetischem Material. Dadurch, dass es sich hierbei um eine Walze handelt und sich diese auf der Führungsbahn nicht drehen (nur rollen) kann, ist das Magnetfeld definiert. Gegenüber einem Ende der Walze ist der Sensor, insbesondere ein Hall-Sensor, angeordnet.In a further advantageous embodiment of the position switch directly with the display, control or regulation board mechanically connected. The sensor is electrically conductive via tracks with additional electrical Components connected on the board. Likewise the power supply takes place in an advantageous way directly over the board. The position sensor consists of a plastic housing with the inner guideway. By asymmetrically on the housing the position switch attached connecting legs is achieved that the position sensor in only one position, namely the intended position, to attach to the board. The guideway in the housing is still covered by a lid, causing the position switch hermetically closed. The rolling on the guideway switch body is advantageously a roll of permamagnetic material. The fact that this is a roller and this on the guideway can not rotate (just roll), the magnetic field is defined. Opposite one End of the roller, the sensor, in particular a Hall sensor, arranged.
Die Führungsbahn weist mindestens eine Unstetigkeit auf, durch die der tiefste Punkt festgelegt ist. Geeignet sind beispielsweise Parabelformen, der Wechsel zwischen geraden und runden Bereichen der Führungsbahn, eine elliptische Führungsbahn bis hin zu einer runden. Auch Führungsbahnen mit einem geschlossenen Umlauf um 360° sind möglich. Dabei kann der Schaltkörper kreis- bzw. ellipsenförmige Bewegungen durchführen. Durch mehrere Sensoren, die an der Führungsbahn angeordnet sind, erfolgt eine Positionsbestimmung des Schaltkörpers auch bei einer in 360° geschlossenen Bahn.The guideway has at least one discontinuity, through which the lowest point is fixed. Suitable examples are parabolic forms, the change between straight and round sections of the track, an elliptical guideway to a round one. Also guideways with a closed circulation around 360 ° are possible. In this case, the switch body circular or elliptical Perform movements. By several sensors, which are arranged on the guideway, Position determination of the switch body is also closed at 360 ° Train.
In einer weiteren Ausgestaltungsform zeigt die Führungsbahn Unstetigkeiten durch eine Wellenform oder Vertiefungen in Form einer Verzahnung. Somit kann das Schaltelement nur bestimmte definierte Positionen auf der Führungsbahn einnehmen. Damit wird ein sicheres Schalten des Hall-IC's ermöglicht.In In another embodiment, the guideway exhibits discontinuities a waveform or depressions in the form of a toothing. Consequently the switching element can only certain defined positions on the guideway taking. This enables safe switching of the Hall IC.
In der Zeichnung zeigen:In show the drawing:
Auf
einer Platine
Hinsichtlich
der Führungsbahn
Bei
einem 2,5-dimensional schaltenden Lageschalter
Bei
einem Pendel- oder Gelenksystem (
In
Gemäß
Die
Führungsbahn
Ein
Lageschalter mit einem Pendel
Durch
ausreichende Kippbewegung und/oder wirksame Beschleunigung der Platine
Gemäß
Bei
einem Wärmespeicherheizgerät
Der
Schaltplan nach
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