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Die Erfindung geht aus von einem Elektrogerät, insbesondere Haushaltsgerät, nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Aus der
DE 78 37 597 U1 ist ein Tastenfeld für ein derartiges Elektrogerät bekannt, welches mehrere Tastschalter aufweist, die jeweils mit gewölbten Tellerfedern ausgestattet sind.
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Aus der
US 4 613 736 A ist ein Bedienfeld mit einer eine Metallplatte bekannt, die eine Vielzahl nebeneinander angeordneter Schaltwippen umfasst.
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Die
DE 197 00 848 C1 offenbart eine elektrische Schalteinrichtung, bei welcher durch eine äußere Betätigungskraft eine Leiterplatte durchgebogen wird. An einer Unterseite der Leiterplatte befindet sich ein Schalter, der bei einem ausreichend hohem Eindrückweg der Leiterplatte gegen ein Gehäuse stößt und dadurch geschaltet wird. Bisher sind Schalter zum An- und Ausschalten einer Versorgungsspannung, typischerweise einer Netzspannung, bekannt, welche durch eine Öffnung in der Bedienoberfläche oder Wand des Elektrogeräts geführt sind, z. B. Kipp- oder Tastschalter. Durch deren Betätigung wird ein primärseitiger Versorgungsstromkreis mechanisch unterbrochen. Jedoch sind solche Schalter zur Verwendung in durchgehenden öffnungsfreien Bedienoberflächen, z. B. Glaskeramikplatten oder Metallplatten, ungeeignet, da sie Öffnungen in der Bedienoberfläche erfordern und so deren Anmutung unattraktiver und eine Reinigung aufwändiger gestalten. Bei solchen geschlossenen Bedienoberflächen werden unter anderem unter der Bedienoberfläche liegende Schalter verwendet, die eine Durchbiegung oder Berührung der Bedienoberfläche bei Betätigung durch den Nutzer in ein elektrisches Signal umwandeln (z. B. piezoelektrische oder kapazitive Schalter, z. B. in einem ‚Touch Control‘-Bedienfeld), das u. a. zur elektronischen ‚Ausschaltung‘ des Elektrogeräts genutzt wird. Dabei wird unter Ausschaltung der Übergang in einen Ruhe- oder Standbyzustand verstanden. Im Standbyzustand wird jedoch immer noch Strom verbraucht, da entweder die Schalter und eine zugehörige Schaltelektronik aktiv gehalten werden, um eine Rückführung in den normalen Betrieb durch eine Nutzereingabe erkennen zu können, oder aufgrund von unvermeidbaren Leckströmen.
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Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Möglichkeit zur designtechnisch vorteilhaften und besonders stromsparenden Realisierung eines Ruhe- bzw. Standbyzustands eines Elektrogeräts mit geschlossener, d.h. nicht durchbrochener Bedienoberfläche zu schaffen.
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Diese Aufgabe wird durch ein Elektrogerät nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind insbesondere den Unteransprüchen entnehmbar.
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Das Elektrogerät weist eine Bedienoberfläche und einen mechanischen Schalter auf, der in einer ersten Stellung das Elektrogerät von einem Versorgungsspannungsnetzwerk trennt und in einer zweiten Stellung das Elektrogerät mit dem Versorgungsspannungsnetzwerk verbindet. Insbesondere unterbricht der Schalter in der ersten Stellung einen primärseitigen Stromkreis eines mit einem Netzgerät ausgestatteten Elektrogeräts. Das Netzgerät speist typischerweise sekundärseitig Niedervolt-Funktionseinheiten wie Steuerschaltungen, bestückte Leiterplatten von Bedieneinheiten, und so weiter.
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Der Schalter ist unter der Bedienoberfläche angeordnet und wird durch eine Durchbiegung der Bedienoberfläche aus der ersten Stellung in die zweite Stellung gezwungen, z. B gedrückt oder gezogen. Durch Nutzung des - bisher noch nicht zur Verwendung unter einer Bedienoberfläche in Betracht gezogenen - mechanisch schaltenden Schalters lässt sich eine galvanische Trennung des Versorgungsnetzwerks bzw. Primärstromkreises ohne jegliche Leckströme erreichen, also ein Standbybetrieb bei echten 0 Watt.
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Vorzugsweise ist die Bedienoberfläche eine Glaskeramik- oder Glasplatte, z. B. einer Kochstelle.
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Der mechanische Schalter ist insbesondere dazu eingerichtet, eine vergleichsweise geringe Verschiebung, welche durch eine Durchbiegung der Bedienoberfläche aufgrund einer Nutzerbetätigung erzeugt wird, in eine dazu größere bzw. großhubigere Schaltbewegung umzusetzen. Dazu weist der Schalter eine Schnappfeder, insbesondere eine Tellerfeder oder eine Blattfeder, auf. Diese sind so ausgelegt und eingerichtet, dass sie durch die Durchbiegung der Bedienoberfläche aus der ersten Stellung über einen Punkt hinaus verschoben werden, ab dem sie sich selbsttätig zur zweiten Stellung bewegen.
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Damit der Schalter frei gestaltbar ist, sich keine Abnutzung der Bedienoberfläche ergibt, und ein Schaltzustand gut definierbar ist, ist der Schalter durch ein Federelement an der Bedienoberfläche angelenkt, das in der ersten Stellung den Schalter in Richtung der zweiten Stellung drückt bzw. vorspannt.
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Vorzugsweise ist ein Rückstellmechanismus vorgesehen, der dazu eingerichtet ist, den Schalter aus der zweiten Stellung in die erste Stellung zurückzustellen, z. B. ein Stößel, eine Feder u.v.m.. Dieser Rückstellmechanismus umfasst vorzugsweise einen Energiespeicher, damit die Rückstellung in die erste Stellung auch nach Trennen vom Versorgungsnetzwerk bzw. Öffnen des Primärstromkreises fortgeführt und beendet werden kann. Der Energiespeicher kann beispielsweise ein elektrischer Energiespeicher sein, z. B. ein Akkumulator, oder ein mechanischer Energiespeicher, z. B. mit im geschlossenen Zustand / normalen Betriebszustand vorgespannten Federn. Vorzugsweise wird der Schalter in der zweiten Stellung durch mindestens ein weiteres Federelement in die erste Stellung gedrückt.
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Die Erfindung wird in den folgenden, nicht als beschränkend zu verstehenden Ausführungsbeispielen schematisch genauer beschrieben. Gleiche Komponenten werden wo möglich mit gleichen Bezugsziffern bezeichnet.
- 1 zeigt dazu skizzenhaft und nicht maßstabsgetreu eine Querschnittsansicht eines Elektrogeräts mit einem erfindungsgemäßen mechanischen Versorgungsspannungsschalter in einer ersten Stellung;
- 2 zeigt die Anordnung aus 1 mit dem Schalter in einer zweiten Stellung; und
- 3 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Schalters in einer zu 1 analogen Ansicht;
- 4 zeigt eine weitere, nicht erfindungsgemäße Ausführungsform eines Schalters in einer zu 1 analogen Ansicht.
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1 zeigt eine dünne Metallplatte 1, die z. B eine obere Abdeckung einer Kochstelle darstellt, mit einem darunterliegenden mechanischen Schalter, der eine Tellerfeder 2 aufweist, die in ihrer Mitte eine leitende Kontaktfläche 3 umfasst. Die Tellerfeder 2 ist an der Metallplatte 1 über eine Feder 4, z. B. eine Schraubenfeder, angelenkt. Auf der anderen Seite der Tellerfeder 2 befinden sich zwei elektrische Kontakte 5 eines primärseitigen Stromkreises des Elektrogeräts. Ferner befindet sich dort eine Rückstellvorrichtung 6, die - wie durch den zweiseitigen Pfeil angedeutet - einen Stößel 7 auf- und abbewegen kann. Die Rückstellvorrichtung 6 ist funktional mit einem Energiespeicher 8 verbunden, z. B. einer Spiralfeder (nicht dargestellt) oder einem Akkumulator.
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In 1 befindet sich die Tellerfeder 2 in einer ersten Stellung, welche durch eine Auslenkung der Kontaktfläche 3 bis zu einer oberen Lage SO gekennzeichnet ist. Diese Lage SO entspricht der natürlichen maximalen Auslenkung der Tellerfeder 2 nach oben und / oder kann durch ein Vorsehen von Anschlägen (nicht dargestellt) sichergestellt werden. In dieser ersten Stellung befindet sich die Feder 4 unter Druckspannung. Je nach Auslegung der einzelnen Komponenten und ihres Zusammenwirkens kann die Druckkraft der Feder 4 beispielsweise so eingestellt sein, dass sie nur geringfügig unter dem Wert liegt, der benötigt wird, um die Tellerfeder 2 in die zweite Stellung zu drücken.
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Bei Druckbetätigung der oberen Oberfläche der Metallplatte 1 oberhalb der Feder 4 biegt sich die Metallplatte 1 leicht nach unten durch, wodurch die Feder 4 weiter zusammengedrückt wird und deren Druckkraft über einen Wert anwächst, der ausreicht, die Tellerfeder 2 in die zweite Stellung bzw. Lage SU zu bringen. Dabei wird, genauer gesagt, durch die angestiegene Druckkraft die Tellerfeder 2 bis über eine (instabile) neutrale Stellung 0 hinaus gedrückt, worauf die Tellerfeder 2 in die zweite Stellung SU durchschlägt.
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2 zeigt die Tellerfeder 2 in der zweiten Stellung SU, mit ihr in der ersten Stellung SO gestrichelt eingezeichnet. In der zweiten Stellung SU überbrückt die Tellerfeder 2 die beiden elektrischen Kontakte 5, um den Primärstromkreis zu schließen. Der Strom des Primärstromkreises fließt dann von einem Kontakt 5 durch die Kontaktfläche 3 zum anderen Kontakt 5.
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Zur folgenden Rückbringung in die erste Stellung SO, d.h., in den Ruhezustand, wird die Rückstellvorrichtung 6 ausgelöst, z. B. mittels eines Steuersignals von einem Mikrocontroller (nicht dargestellt). Damit die Rückstellvorrichtung 6 auch nach Abheben von den elektrischen Kontakten 5 die Tellerfeder 2 wieder mittels der Verschiebung des Stößels 7 nach oben in die erste Stellung SO bringen kann, gibt der Energiespeicher 8 Energie an die Rückstellvorrichtung 6 ab, wie durch den Pfeil angedeutet. Damit der Stößel 7 nicht in der hochgeschobenen Stellung verbleibt und dadurch ggf. den erneuten Übergang von der ersten Stellung SO in die zweiten Stellung SU behindert, wird der Stößel 7 mittels der Energie des Energiespeichers 8 auch wieder zurückgezogen. Beispielsweise kann der Stößel 7 freidrehend auf einer gekröpften Welle gelagert sein, welche durch eine Spiralfeder mit Drehmomentbelastung als Energiespeicher 8 in eine volle Umdrehung versetzt wird. Danach kann die Spiralfeder arretiert werden und nach dem nächsten Übergang der Tellerfeder 2 in die zweite Stellung SU, das heißt, den Normalbetrieb, wieder aufgezogen werden. Die Arretierung kann durch das oben beschriebene Steuersignal zum Übergang in den Standbybetrieb gelöst werden. Alternativ kann die Welle beispielsweise über einen akkubetriebenen Elektromotor angetrieben werden.
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Zur sicheren galvanischen Trennung beträgt der Abstand zwischen der ersten Stellung SO und der zweiten Stellung SU mindestens 3 mm.
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3 zeigt eine alternative Ausführungsform der Rückstellvorrichtung 10, auf der in Richtung der Tellerfeder 2 nun eine Druckfeder 9 angebracht ist. Beim Übergang der Tellerfeder 2 in die zweite Stellung SU wird die Druckfeder 9, vorzugsweise erst nach einem Kontakt unterhalb der neutralen Stellung 0, mit Annäherung an die Kontakte 5 zusammengedrückt.
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Zum folgenden Übergang in den Standbybetrieb (obere Stellung SO) wird die Rückstellvorrichtung 10, wie durch den unteren Pfeil angedeutet, nach oben verschoben, wodurch die Druckfeder 9 noch weiter zusammengedrückt wird. Dadurch wird ab einem bestimmten Druckspannungsniveau der Druckfeder 9 die Tellerfeder 2 wieder über die neutrale Lage 0 hinaus nach oben gedrückt. Auch hier kann die Rückstellvorrichtung 10 angehoben und vorzugsweise direkt danach wieder abgesenkt werden.
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4 zeigt eine weitere, nicht erfindungsgemäße Ausführungsform, bei welcher der mechanische Schalter durch ein magnetisches Feld aktiviert wird. Unter einer Glaskeramikplatte 11 ist dazu wiederum eine Tellerfeder 2 mit einer mittigen Kontaktfläche 3 ähnlich der Ausgestaltungen aus den 1 bis 3 angeordnet. In der gezeigten Ausführungsform ist die Tellerfeder 2, 3 nun optional mit einem magnetischen Plättchen 12 versehen und wird in der oberen, ersten Stellung SO durch eine Zugfeder 13 in Richtung der unteren, zweiten Stellung SU gezogen. Bei einem von der Glaskeramikplatte 11 abgenommenen Magneten 14 ist die Kraft der Zugfeder 13 so hoch, dass sie die Tellerfeder 2 in die untere Stellung SU zwingt und so, ähnlich zu den in den 1 bis 3 gezeigten Ausführungsformen, den primären Stromkreis durch Verbinden der elektrischen Kontakte 5 schließt.
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Nach Aufsetzen des Magneten 14 auf die Glaskeramikplatte 11 (gestrichelt gezeigter Zustand) wird die, hier: ferromagnetische, Tellerfeder 2 durch die vom Magneten 14 ausgehende magnetische Anziehungskraft nach oben in die erste Stellung SO gezogen, wodurch der primäre Stromkreis unterbrochen wird. Um die Anziehungskraft zwischen Magneten 14 und Tellerfeder 2 zu verstärken, und um damit die Kraft der Zugfeder 13 und die Umschaltkraft der Tellerfeder 2 zwischen der unteren Stellung SU und der neutralen Stellung 0 sicher zu überwinden, ist das magnetische Plättchen 12 vorgesehen. Nach Abnehmen des Magneten 14 zieht die Zugfeder 13 die Tellerfeder 2 wieder in die untere Stellung SU.
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Die Erfindung ist nicht auf die gezeigten Ausführungsformen beschränkt. So kann in einer nicht gezeigten Ausführungsform eine Federanordnung ähnlich der eines Kugelschreibers verwendet werden, bei der ein vorgespannter Federmechanismus in der Ruhe- bzw. Standbystellung durch die nur geringe Durchbiegung der Bedienoberfläche auslöst und den Schalter dadurch in die zweite Stellung des Normalbetriebs bringt. Im Normalbetrieb wird der Federmechanismus wieder vorgespannt.
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Auch kann beim magnetisch aktiviertem mechanischen Schalter dieser bezüglich des nicht erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels aus 4 in umgekehrter Richtung aktiviert werden, indem beispielsweise das Plättchen und der Magnet sich gegenseitig abstossen und die Zugfeder die Tellerfeder in die obere Stellung zieht. Dann wird der mechanische Schalter durch einen auf der Glaskeramikplatte aufliegenden Magneten in seiner zweiten, unteren Stellung gehalten und durch Wegziehen des Magneten in die erste, obere Stellung gezwungen.
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Auch ist die Erfindung nicht auf eine bestimmte Art von Feder beschränkt; es ist z. B. statt der Tellerfeder jeder andere geeignete Federtyp einsetzbar, z. B. eine nicht durchschlagende Feder, wie eine waagerechte Biegefeder. Auch müssen die beweglichen Teile keine Federn sein oder umfassen. Ferner kann die Bedienoberfläche z. B. auch eine Kunststoffplatte umfassen.
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Bezugszeichenliste
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- 0
- neutrale Stellung
- 1
- Metallplatte
- 2
- Tellerfeder
- 3
- Kontaktfläche
- 4
- Feder
- 5
- elektrische Kontakte
- 6
- Rückstellvorrichtung
- 7
- Stößel
- 8
- Energiespeicher
- 9
- Druckfeder
- 10
- Rückstellvorrichtung
- 11
- Glaskeramikplatte
- 12
- magnetische Scheibe
- 13
- Zugfeder
- 14
- Magnet
- SO
- obere Stellung
- SU
- untere Stellung