專利名稱：電容性的接近開關和/或接觸開關的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種電容性的接近開關和/或接觸開關(Annherungs-und/oder Berührungsschalter)，其具有一導電的主體，該主體布置在一電絕緣的蓋板和一與該蓋板間隔距離地布置的支撐板之間，并沿著距離方向可以彈性變形，其中所述導電的主體以其上端貼靠在蓋板的下側面上，并在那里構成-感應面，并且其中所述導電的主體以其下端與支撐板的一導電觸點相連。
一種這樣的電容性的接近開關或接觸開關已經由US 5 892 652 A公開。在那里設置一個彎成Z形的鋼板彈簧作為導電的主體。所述鋼板彈簧由固定在支撐板上的基板和上板組成，所述上板可以壓在平行于支撐板布置的蓋板的下側面上，并在那里構成感應面。基板和上板構成Z的兩端，它們通過Z的中間的、傾斜的部分互相連接。通過這個傾斜的部分，鋼板彈簧被賦予這樣的柔性，即支撐板和蓋板之間在平行性上的偏差可以通過鋼板彈簧補償。不過這樣一種鋼板彈簧有這些缺點，在蓋板和鋼板彈簧的上板之間不存在平面平行性時，在上板和蓋板的下側面之間產生空氣間隙，由此降低了接觸開關在與蓋板上表面相接觸時的反應敏感性。另一個缺點在于，在改變蓋板和支撐板之間的距離時，除了改變上板到基板的距離，還改變了它們互相的側向位置，由此在基板固定在支撐板上時感應面在蓋板下側面上的位置會按蓋板和支撐板之間的距離滑動。
本發明的任務在于，提供一種經改善的電容性的接近開關和/或接觸開關。
對于一種開始所述類型的電容性的接近開關和/或接觸開關，前面指出的任務根據本發明由此解決即導電的主體是一由一種延伸體繞成的壓縮彈簧。
本發明帶來此優點，即在蓋板和支撐板之間不同的距離可以利用繞成的壓縮彈簧來克服，而感應面在蓋板下側面上的位置不會側向滑動。此外通過繞成的壓縮彈簧除了可以以簡單的做法補償支撐板和蓋板之間在平行性上的偏差，還可以補償蓋板下側面的不平度和蓋板的彎曲。所述延伸體最好是一種具有圓形或矩形橫截面的彈簧絲，由它可以以簡單的方式繞成所述壓縮彈簧。
所述壓縮彈簧具有一上端和一與該上端相面對的下端，其中上端布置在蓋板上且下端布置在支撐板上。壓縮彈簧在其上端處適當地具有至少一個貼靠在蓋板下側面上的上部繞圈，它構成感應面。特別地該上部繞圈在至少三個地點直接與蓋板下側面進行機械接觸。由此可以通過上部繞圈的造型以最簡單的方式構造出不同的感應面形狀。
壓縮彈簧最好在其端部中的至少一個端部上具有至少兩個繞圈，它們螺旋形地處于一個平面中。在這種情況下繞圈是由內向外還是由外向內卷繞都是一樣的。通過這些螺旋形交錯的繞圈，在壓縮彈簧的上端處構成一繞圈盤(Windungsteller)，它貼靠在蓋板下側面上。所述繞圈盤在其內部是這樣有彈性的，使蓋板下側面在繞圈盤的平面內的不平度可以容易地補償。通過這些螺旋形交錯的繞圈在壓縮彈簧的下端處保證了壓縮彈簧在支撐板上的穩定支承，由此所述壓縮彈簧在支撐板的裝配過程中可以容易地調整到垂直于支撐板。
根據一種優選的實施方式，所述在蓋板和支撐板之間的壓縮彈簧處于壓力下，并且壓縮彈簧在其上端具有一種形狀，它形狀配合地匹配于蓋板下側面。通過壓力特別使壓縮彈簧的上部繞圈壓在蓋板下側面上，由此可以產生一種形狀配合的接觸。如果在壓縮彈簧的上端處由多個螺旋形地處于一個平面內的繞圈來構成繞圈盤，該繞圈盤就可以在壓縮彈簧處于壓力下時使其形狀與蓋板下側面相匹配，由此使上部繞圈形狀配合地貼靠在蓋板下側面上。以這種方式也可以對拱起的蓋板在由繞圈盤構成的感應面和蓋板下側面之間產生一種最優的接觸。
壓縮彈簧至少在一上部部分區域和/或下部部分區域中適當地如此成形為圓錐形，即壓縮彈簧具有繞圈直徑不同的繞圈。這帶來的優點是，在壓縮時多個繞圈螺旋形地位于一個平面中并以這種方式只對處于壓力下的壓縮彈簧構成一繞圈盤。由此壓縮彈簧不必、尤其在其上端處在之前已經構造成具有繞圈盤，而是一旦壓縮彈簧在壓力下安裝于蓋板和支撐板之間，繞圈盤自己自動構成。
根據一種優選的實施方式，在上部部分區域和/或下部部分區域中在至少兩個相鄰的繞圈之間存在一種在軸向的彈簧延伸部分方向上的軸向距離，它處在沿著軸向的彈簧延伸部分的方向上在零和延伸體的橫截面尺寸之間的范圍內；以及存在一種在徑向的彈簧延伸部分方向上的徑向距離，它處于沿著徑向的彈簧延伸部分的方向上的一個延伸體橫截面尺寸和一個半延伸體橫截面尺寸之間的范圍內。其中所述距離分別在繞圈的中心型芯、例如延伸體的中軸線之間確定。通過這些特別是布置在壓縮彈簧的上端或者下端的彼此緊密貼合的繞圈，將阻止或者減少多個同類壓縮彈簧在支撐板的自動裝配過程中互相勾住，因為在兩個繞圈之間的距離小于延伸體相應的尺寸。
壓縮彈簧至少在一個部分區域中適當地成形為圓柱形，因此一旦壓縮彈簧在安裝于蓋板和支撐板之間時處于壓力下，就可避免壓縮彈簧在這個部分區域中的縱向彎曲。
所述圓柱形的部分區域至少在其一端處最好具有一細分區域，其中在至少兩個連續的繞圈之間存在一種在軸向的彈簧延伸部分的方向上的軸向距離，它小于延伸體在軸向的彈簧延伸部分的方向上的兩個橫截面尺寸。同樣此處該距離分別在兩個相鄰的繞圈的中心型芯之間確定。通過這些彼此緊密貼合的繞圈，就可以為裝配夾具構成一種導向圓柱，由此可以實現支撐板與一個或多個壓縮彈簧的自動裝配。
特別地，所述細分區域布置在圓柱形部分區段的一端處，在其上連接一個具有較小繞圈直徑的區域，或者它就是壓縮彈簧的端部段本身。通過這些彼此緊密貼合的繞圈，將阻止或者減少多個同類壓縮彈簧在支撐板的自動裝配過程中互相勾住，因為兩個繞圈之間的距離小于延伸體相應的尺寸。
根據一種優選的實施方式，壓縮彈簧在一個第一部分區域和一個第二部分區域中如此成形為圓柱形，即第一部分區域具有與第二部分區域不同的繞圈直徑，并且在第一部分區域和第二部分區域之間布置一個圓錐形的過渡區域。因此在壓縮彈簧的最大壓力負荷下，所述兩個部分區域可以交錯滑入，這樣具有較小繞圈直徑的部分區域至少以其軸向延伸部分的一部分處在具有較大繞圈直徑的部分區域內。以這種方式實現的壓縮彈簧的彈簧壓縮量相比一種通過繞圈彼此均勻貼靠而限定的彈簧壓縮量要延長，由此可以相應地擴大壓縮彈簧可以裝入的支撐板和蓋板之間的距離范圍。這導致在生產根據本發明的所述接近開關或者接觸開關時，只需生產或者在倉庫中儲存較少的壓縮彈簧的不同種類，由此降低了生產成本。
壓縮彈簧最好在其下端具有一種位置和/或旋轉固定件，它特別由成型的焊片和/或成型的焊接插銷(Loetstift)構成。以這種方式使壓縮彈簧可以用其下端以簡單的做法與支撐板的導電觸點進行焊接。
所述壓縮彈簧在其下端具有至少一個貼靠在支撐板上的下部繞圈。壓縮彈簧特別用其下部繞圈在至少三個地點與導電觸點進行電流連接。這帶來此優點，即壓縮彈簧可以為一種焊接過程承擔在支撐板上穩定的位置。以這種方式一方面可以實現無機械應力的焊接連接，另一方面下部繞圈可以在SMD焊接連接方式下與支撐板焊接。由此可以將支撐板與一個或多個這樣構造的壓縮彈簧的裝配以簡單的方式自動化。特別地壓縮彈簧在其下端具有至少兩個繞圈，它們螺旋形地處于一個平面中。通過在這種繞圈上增加的數量就擴大了壓縮彈簧在焊接過程中被焊膏所浸潤的浸潤面積，由此在焊接過程中提高了壓縮彈簧在支撐板上的穩定性。
在一種優選的實施方式中，在支撐板上在一個通過感應面定義的范圍內、特別在壓縮彈簧內布置一個發光元件，例如LED，白熾燈或光導體。此發光元件可以用于標志感應面或用于標記接近開關和/或接觸開關不同的開關狀態。
下面本發明借助附圖詳細說明
圖1在示意的截面圖中示出了一種根據本發明的電容性的接近開關和/或接觸開關，圖2在示意的側視圖中示出了一種根據本發明的壓縮彈簧的第一實施方式，圖3在示意的側視圖中示出了一種根據本發明的壓縮彈簧的第二實施方式，圖4在示意的側視圖中示出了一種根據本發明的壓縮彈簧的第三實施方式。
在開始詳細描述附圖之前要注意，在根據本發明的電容性的接近開關和/或接觸開關的不同實施方式下，互相對應或相同的元件或者說單個零件在所有附圖中通過相同的附圖標記表示。
在圖1中以示意的截面圖示出了一種根據本發明的接近開關和/或接觸開關。所述開關1包含繞成的壓縮彈簧2作為導電的主體，它優選由彈簧絲構成。所述彈簧絲具有優選一種圓形的橫截面3，不過在此其它橫截面形狀也是可以的，例如橢圓或多邊形的。所述壓縮彈簧2在其上端具有多個繞圈4，它們形狀配合地并在壓應力下貼靠在拱起的、電絕緣的蓋板6的下側面5上。所述繞圈螺旋形地交錯并以這種方式構成一種扁平的繞圈盤7，它在彈簧力下與蓋板6的拱彈性地匹配。蓋板6可以由一種絕緣體一例如玻璃、玻璃陶瓷或塑料制成。與蓋板6間隔距離地布置著一支撐板8，該支撐板帶有一種面對著蓋板6下側面5的導電觸點面9。所述支撐板8可以是塑料板，它在其至少一個板側面上具有已提及的觸點面9，并在必要時具有導體電路，觸點面9通過該導體電路與分析電路(未示出)導電地連接。壓縮彈簧2在其下端具有一下部繞圈10，所述壓縮彈簧利用它平面地貼靠在支撐板8的觸點面9上。在壓縮彈簧2的下端處成型了一個焊片11作為位置和/或旋轉固定件，它突出穿過支撐板8的孔12。焊片11通過一種波峰焊焊接連接13而與支撐板8進行連接，并且下部繞圈10通過SMD焊接連接14與支撐板8連接。壓縮彈簧2在下部繞圈10和繞圈盤7之間構造成截錐形的圓錐形，其中繞圈直徑從下部繞圈10到繞圈盤7減小。
通過貼靠在蓋板的下側面5上的繞圈盤7上部繞圈4確定了一種感應面15，它通過上部繞圈4的外側繞圈16來進行限制。特別地，外側繞圈16完全貼靠在蓋板6的下側面5上。如果現在一個物體、例如手指(該物體或者說手指帶來與支撐板8的觸點面9的電位不同的電位、特別是地電位)接近在感應面15對面的蓋板6表面區域17，和/或與之接觸，則由此引起由所涉及的物體或者說手指、蓋板和感應面15而組成的電容器的電容變化。因為感應面15與支撐板8的觸點面9進行導電連接并且它們又與分析電路相連接，所述電容變化可以通過分析電路確定并進行分析。此外可以在支撐板8上在壓縮彈簧2內的范圍中設置一個光源(未示出)，例如一種LED，以標志感應面15或標記開關1不同的開關狀態。此外在蓋板6的上表面上可以涂上導電涂層(未示出)，以在接觸或者說接近時在感應面15對面的表面區域17中產生均勻的電位分配。特別地所述導電涂層(其形狀可以與感應面15的不同)也可以延伸超出上表面17，這樣就擴大了其中可以操縱所述接近開關和/或接觸開關的區域。所述導電涂層可以又被介電保護層覆蓋(未示出)，以防止損壞導電涂層，和/或以標志所述接近開關和/或接觸開關的位置。
在圖2中示出了一種根據本發明的壓縮彈簧2的第一實施方式的示意的側視圖。螺旋形繞成的壓縮彈簧2具有一種截錐形的下部部分區域18，其中繞圈直徑從下部繞圈10向上直到分界繞圈19減小。在它上面連接著同樣具有截錐形的上部部分區域20，不過此時繞圈直徑從分界繞圈19直到最上面的繞圈4a又增加。如果壓縮彈簧2在壓力下按照圖1安裝在蓋板6和支撐板8之間，則上部部分區域20這樣壓縮，最上面的繞圈4a，4b和4c螺旋形地交錯推移。在這種方式下根據圖1構成了所述繞圈盤7，其中上面的繞圈4a，4b和4c形狀配合地貼靠在蓋板的下側面5上。不過替代方案也是可行的，此時還不處在壓力下的壓縮彈簧2接著分界繞圈19直接形成繞圈盤7。
在圖3中示出了根據本發明的壓縮彈簧2的一種第二實施方式的示意的側視圖。螺旋形繞成的壓縮彈簧2在這種情況下具有一種圓柱形狀的下部部分區域21，其中繞圈直徑從下部繞圈10向上直到分界繞圈19保持不變。在它上面連接具有截錐形的上部部分區域20，不過此時繞圈直徑從分界繞圈19直到最上面的繞圈4a增加。由此在安裝時壓縮彈簧2在蓋板6和支撐板8之間在壓力下可以重新構成所述繞圈盤7。
在圖4中示出了根據本發明的壓縮彈簧2的一種第三實施方式的示意的側視圖。螺旋形繞成的壓縮彈簧2在這種情況下在其下端22上具有兩個下部繞圈10，10’，它們螺旋形地處于一個平面內，并以這種方式保證壓縮彈簧2在支撐板8上穩定的支承。所述下部繞圈10，10’在焊接過程中用焊膏浸潤，并例如在SMD焊接連接的方式中與支撐板焊接，該支撐板特別可以是一種印刷線路板。從下部繞圈10出發，壓縮彈簧2類似于圖3具有圓柱形狀的第一部分區域21’，其中繞圈直徑從下部繞圈10直到第一分界繞圈19’保持不變。在它上面連接一種具有截錐形狀的過渡區域23，不過此時繞圈直徑從分界繞圈19’直到第二分界繞圈19”減小。在分界繞圈19”上連接一個具有圓柱形狀的第二部分區域24，其中繞圈直徑從第二分界繞圈19”直到第三分界繞圈19保持不變。第二部分區域24的繞圈直徑由此小于第一部分區域21’的繞圈直徑。在第二部分區域24上，類似圖2，連接著具有截錐形狀的上部部分區域20，其中繞圈直徑從分界繞圈19直到最上面的繞圈4a重新增加，并且在壓縮彈簧2處于壓力下時構成繞圈盤7。
上部部分區域的繞圈4a到4g這樣緊密纏繞，即在每兩個相鄰的繞圈之間在軸向的彈簧延伸部分的方向上存在著等于彈簧絲直徑D的一半的軸向距離A，并在徑向的彈簧延伸部分的方向上存在著等于整個彈簧絲直徑D的徑向距離R。在此，兩個繞圈之間的距離分別從它的中點進行測量。對處于壓力下的壓縮彈簧2來說，由此構成了一種封閉的繞圈盤7，此時繞圈4a到4g的相鄰的繞圈相接觸。第一圓柱形的部分區域21’在其下端具有包含三個繞圈26a，26b和26c的第一細分區域25，并在其上端具有包含三個繞圈26d，26e和26f的第二細分區域25’，它們分別這樣緊密纏繞，即在每兩個相鄰的繞圈之間在軸向的彈簧延伸部分的方向上存在等于彈簧絲直徑D的軸向距離A’，也就是說，相鄰的繞圈26a和26b，26b和26c，26d和26e，26e和26f分別接觸，這樣壓縮彈簧2在細分區域25和25’沒有彈性。通過這些互相緊密貼合的繞圈4a到4g，26a到26c和26d到26f阻止了在自動裝配過程中同類壓縮彈簧2互相勾住，因為繞圈4a到4g，26a到26c以及26d到26f的每兩個相鄰的繞圈之間的距離小于彈簧絲直徑D。
第二圓柱形的部分區域24在其上端具有包含三個繞圈26g，26h和26i的第三細分區域25”，它們同樣分別這樣緊密纏繞，即在每兩個相鄰的繞圈之間在軸向的彈簧延伸部分的方向上存在等于彈簧絲直徑D的軸向距離A’，也就是說，相鄰的繞圈26g和26h或者26h和26i分別接觸，這樣壓縮彈簧2在第三細分區域25”中沒有彈性。通過這些互相緊密布置的繞圈26g到26i構成了一用于一種裝配夾具的導向圓柱，這樣可以進行支撐板與一個或多個壓縮彈簧2的自動裝配。
總體上，壓縮彈簧2整體地由金屬彈簧絲繞成。不過壓縮彈簧2也可以由其它導電材料、例如導電塑料或帶有金屬芯的塑料以塑料注塑件的形式進行生產。壓縮彈簧2優選具有圓形的繞圈，不過其它的形狀也是可以的，例如卵形、橢圓形或多邊形。
附圖標記列表1 接近開關和/或接觸開關16 上部繞圈的外側繞圈2 螺旋壓縮彈簧 17 蓋板的表面區域3 彈簧絲的橫截面 18 下部部分區域4 壓縮彈簧的上部繞圈 19 分界繞圈5 蓋板的下側面 20 上部部分區域6 蓋板 21 下部的或者說第一部分區7 繞圈盤 域8 支撐板 22 壓縮彈簧的下端9 導電觸點面 23 圓錐形成型的過渡區域10下部繞圈 24 第二部分區域11焊片 25 細分區域12支撐板的孔 26 細分區域的繞圈13波峰焊接連接 A 兩個繞圈之間的軸向距離14SMD焊接連接 R 兩個繞圈之間的徑向距離15感應面 D 彈簧絲直徑
權利要求
1.電容性的接近開關和/或接觸開關，具有導電的主體，該主體布置在一電絕緣的蓋板(6)和一與該蓋板間隔距離地布置的支撐板(8)之間，并在距離方向上可以彈性變形，其中所述導電的主體以其上端貼靠在蓋板(6)的下側面(5)上，并在那里構成一感應面(15)，并且其中所述導電的主體以其下端與支撐板(8)的一導電觸點(9)相連，其特征在于，所述導電的主體是一種由一延伸體繞成的壓縮彈簧(2)。
2.根據權利要求1所述的開關，其特征在于，所述壓縮彈簧(2)在其上端具有至少一個貼靠在蓋板(6)的下側面(5)上的上部繞圈(4a，16)，它構成所述感應面(15)，并且它在至少三個地點直接與下側面(5)進行機械接觸。
3.根據權利要求1或2所述的開關，其特征在于，所述壓縮彈簧(2)在其端部中的至少之一上具有至少兩個繞圈(4，10)，它們螺旋形地處于一平面中。
4.根據前述權利要求中任一項所述的開關，其特征在于，所述在蓋板(6)和支撐板(8)之間的壓縮彈簧(2)處于壓力下，并且壓縮彈簧(2)在其上端具有一種形狀，它形狀配合地匹配于蓋板(6)的下側面(5)。
5.根據前述權利要求中任一項所述的開關，其特征在于，所述壓縮彈簧(2)至少在一上部部分區域(20)和/或下部部分區域(18)中如此成形為圓錐形，即壓縮彈簧(2)具有繞圈直徑不同的繞圈(4a，4b，4c)。
6.根據權利要求5所述的開關，其特征在于，在所述上部部分區域(20)和/或下部部分區域(18)中在至少兩個相鄰的繞圈(4a-4g)之間存在一種在軸向的彈簧延伸部分的方向上的軸向距離(A)，該軸向距離在軸向的彈簧延伸部分的方向上處于零和延伸體的一個橫截面尺寸(D)之間的范圍內；并且存在一種在徑向的彈簧延伸部分的方向上的徑向距離(R)，該徑向距離在徑向的彈簧延伸部分的方向上處于延伸體的一個橫截面尺寸(D)和一個半橫截面尺寸(D)之間的范圍內。
7.根據前述權利要求中任一項所述的開關，其特征在于，所述壓縮彈簧(2)至少在一個部分區域(21，21’，24)中成形為圓柱形。
8.根據權利要求7所述的開關，其特征在于，所述圓柱形的部分區域(21’，24)至少在其一端具有一細分區域(25，25’，25”)，其中在至少兩個連續的繞圈(26a-26g)之間存在一種在軸向的彈簧延伸部分的方向上的軸向距離(A’)，它小于延伸體在軸向的彈簧延伸部分的方向上兩個橫截面尺寸(D)。
9.根據權利要求8所述的開關，其特征在于，所述細分區域(25，25’)布置在圓柱形部分區段(21’)的一端，在其上連接一個具有較小繞圈直徑的區域(23)，或者它就是壓縮彈簧(2)的端部段(25)本身。
10.根據權利要求7至9中任意一項所述的開關，其特征在于，所述壓縮彈簧(2)在一第一部分區域(21’)和一第二部分區域(24)如此成形為圓柱形，即第一部分區域(21’)具有一與第二部分區域(24)不同的繞圈直徑，并且在第一部分區域(21’)和第二部分區域(24)之間布置一圓錐形的過渡區域(23)。
11.根據前述權利要求中任一項所述的開關，其特征在于，所述壓縮彈簧(2)在其下端具有一位置和/或旋轉固定件(11，13，14)。
12.根據權利要求11所述的開關，其特征在于，所述位置和/或旋轉固定件由一種成型的焊片(11)和/或一種成型的焊接插銷構成。
13.根據前述權利要求中任一項所述的開關，其特征在于，所述壓縮彈簧(2)在其下端處具有至少一個貼靠在支撐板(8)上的下部繞圈(10)，并且在至少三個地點與導電觸點(9)進行電流連接。
14.根據前述權利要求中任一項所述的開關，其特征在于，在所述支撐板(8)上在一通過感應面(15)所確定的范圍內布置一發光元件。
15.根據權利要求11所述的開關，其特征在于，所述發光元件布置在壓縮彈簧(2)內。
16.根據權利要求1至12中任意一項所述的用于電容式接近開關和/或接觸開關的壓縮彈簧。
全文摘要
本發明涉及一種電容性的接近開關和/或接觸開關(1)，其具有一種導電的主體，該主體布置在一電絕緣的蓋板(6)和一與該蓋板間隔距離地布置的支撐板(8)之間，并在距離方向可以彈性變形，其中所述導電的主體以其上端貼靠在蓋板(6)的下側面(5)上，并在那里確定一感應面，并且其中所述導電的主體以其下端與支撐板(8)的導電觸點(9)相連。所述導電的主體是一種由一延伸體繞成的壓縮彈簧(2)。
文檔編號H03K17/955GK101032078SQ200580033062
公開日2007年9月5日 申請日期2005年9月23日 優先權日2004年9月29日
發明者H·-J·羅馬諾維斯基 申請人:Bsh博施及西門子家用器具有限公司