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Die Erfindung betrifft eine Schalteinrichtung für eine sich in einem Möbel befindliche elektrische Komponente, insbesondere einen elektromotorischen Möbelstellantrieb mit einem kapazitiven Sensor.
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In vielen Möbeln befinden sich integrierte elektrische oder elektronische Komponenten, z. B. Lampen, Heiz- und/oder Kühleinrichtungen oder Verstellmotoren, die über entsprechende Bedienelemente im Zusammenwirken mit einer Schalteinheit vom Benutzer geschaltet werden können.
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Verstellmotoren sind dabei häufig Teil eines Möbelstellantriebs zur Bewegung von Möbelteilen gegeneinander, beispielsweise zur Höhenverstellung von Tischen oder von Fuß- und Kopfteilen bei Betten oder Sesseln. Bei solchen Möbelstellantrieben ist es notwendig, den Verstellmotor sofort abzuschalten, wenn sich ein Körperteil im Bewegungsbereich des Möbelstellantriebs befindet und eine Einklemmgefahr besteht.
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Aus der Druckschrift
DE 93 00 438 U1 ist als Einklemmschutz vorgesehen, eine metallische Hubschere eines derart ausgestalteten Möbelstellantriebs als kapazitiven Sensor einzusetzen, über den im Zusammenwirken mit einer Auswerte- und Schalteinheit der Möbelstellantrieb abgeschaltet wird, wenn die Hubschere berührt wird oder sich ein Körperteil der Hubschere bedenklich annähert. Diese Lösung, bei der ein Teil des Möbelstellantriebs selbst als kapazitiver Sensor eingesetzt wird, kann jedoch nur im Zusammenhang mit bewegten metallischen Teilen eines Möbelstellantriebs Anwendung finden.
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Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Schalteinrichtung für eine sich in einem Möbel befindliche elektrische Komponente mit einem kapazitiven Sensor zu schaffen, die als Einklemmschutz zur Überwachung auch von nichtmetallischen bewegten Möbelteilen und darüber hinaus auch für manuelle Schaltvorgänge eingesetzt werden kann.
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Diese Aufgabe wird durch Schalteinrichtung mit einem kapazitiven Sensor mit den im Schutzanspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.
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Die erfindungsgemäße Schalteinrichtung für eine sich in einem Möbel befindliche elektrische Komponente, insbesondere einen elektromotorischen Möbelstellantrieb, weist eine Schalteinheit und einen kapazitiven Sensor mit zumindest einer Elektrode auf, wobei die elektrische Komponente durch Annäherung an den Sensor oder durch Berührung des Sensors schaltbar ist. Sie zeichnet sich dadurch aus, dass der Sensor zur Anordnung an oder in einem Möbelteil geeignet ist und bei dem die Elektrode des Sensors schichtförmig ausgeführt ist.
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Ein solcher Sensor, der auf einfache Weise auf eine Oberfläche eines Möbelteils angebracht werden kann oder in ein Möbelteil, z. B. ein Polster, integriert werden kann, erlaubt auf einfache und kostengünstige Weise die Realisierung eines Einklemmschutzes auch bei einem nichtmetallischen Möbelteil. Geeignet positioniert kann ein solcher Sensor im Zusammenwirken mit der Schalteinheit ebenso als Bedienelement für ein manuelles Schalten von elektrischen Komponenten, z. B. Lampen oder die Motore der Möbelstellantriebe, genutzt werden. Dabei kann das Polster oder der Polsterbezug ein Teil des schichtförmig ausgeführten Sensors sein. Dabei weist die Schalteinheit geeignete Schaltmittel auf, welche die hohen Ströme der Verbraucher, wie z. B. Lampen oder die Motore der Möbelstellantriebe schalten, wobei die Schalteinheit weiterhin mit wenigstens einem Sensor in Verbindung steht.
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Bevorzugte Ausführungsformen und vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Zuhilfenahme von Figuren näher erläutert.
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Die Figuren zeigen:
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1 eine Schalteinrichtung mit einem kapazitivem Sensor, eingesetzt als Einklemmschutz in einem höhenverstellbaren Tisch;
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2 eine Schnittansicht eines ersten Ausführungsbeispiels eines kapazitiven Sensors;
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3 eine Schnittansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels eines kapazitiven Sensors; und
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4 eine Aufsicht auf ein drittes Ausführungsbeispiel eines kapazitiven Sensors.
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1 zeigt schematisch als Beispiel eines Möbels 1 einen Tisch mit einer Tischplatte 2, die über einen elektromotorischen Möbelstellantrieb 3 höhenverstellbar ist. Der elektromotorische Möbelstellantrieb 3 wird über eine Stromversorgungseinheit 4 mit Netzanschluss 5 mit elektrischer Leistung versorgt. Die Stromversorgungseinheit 4 ist mit dem Möbelstellantrieb 3 über eine Schalteinheit 10 verbunden. An der Schalteinheit 10 ist eine Bedieneinheit 11 angeschlossen, im Beispiel ausgeführt als eine kabelgebundene Fernbedienung mit mehreren Bedienelementen. Über diese Bedieneinheit 11 kann der Möbelstellantrieb gesteuert und so die Tischplatte 2 gemäß den Wünschen des Benutzers in ihrer Höhe verstellt werden.
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Um zu verhindern, dass beim Herabsenken der Tischplatte 2 beispielsweise die sich unter dem Tisch befindenden Beine des Benutzers eingeklemmt werden, ist an der Unterseite der Tischplatte 2 ein kapazitiver Sensor 20, im Folgenden kurz auch Sensor 20 genannt, angeordnet. Bei Annäherung des Sensors 20 an ein Körperteil bei einer Bewegung der Tischplatte 2 nach unten tritt eine Kapazitätsänderung des Sensors 20 ein, die von einer in der Schalteinheit 10 integrierten Auswerteeinheit 12 detektiert wird, woraufhin als Einklemmschutz der Möbelstellantrieb 3 von der Schalteinheit 10 abgeschaltet oder kurzzeitig in Gegenrichtung betrieben und danach abgeschaltet wird.
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Der Sensor 20 ist dabei flächig, insbesondere streifenförmig ausgeführt. Er weist eine Breite von einigen Zentimetern bis einigen Dezimetern auf, mit der er sich in Richtung der Tiefe der Tischplatte 2 erstreckt. In seiner Länge deckt der Sensor 20 bevorzugt nahezu die gesamte Länge der Tischplatte 2 ab.
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Der Sensor 20 ist mehrlagig aufgebaut, mit einer von der Tischplatte 2 wegweisenden leitenden Schicht als Elektrode 22 und einer zur Tischplatte 2 weisenden Polsterschicht 23. Als Elektrode 22 kann eine dünne durchgehende Metallfolie, z. B. eine Aluminium- oder Kupferfolie eingesetzt werden. Alternativ ist der Einsatz eines metallischen Drahtgeflechts oder einer Anzahl Drahtleitungen oder Litzenleitungen als Elektrode 22 möglich. Auch nichtmetallische aber elektrisch leitende Materialien, z. B. Graphit oder ein polymerisierter leitender Kunststoff können als Materialien für die Elektrode 22 Verwendung finden. Ferner kann der Sensor 20 als flexible Leiterplatte ausgestaltet sein. Als Polsterschicht 23 kann beispielsweise eine Schaumstoffschicht mit einer Dicke von einigen Millimetern vorgesehen sein. Die Polsterschicht 23 dient zum einen der elektrischen Isolation der Elektrode 22 von eventuell leitenden Bereichen der Tischplatte 2. Zum anderen verringert der durch die Polsterschicht 23 erreichte Abstand der Elektrode 22 von der Tischplatte 2 eine (parasitäre) kapazitive Kopplung zwischen der Tischplatte 2 und der Elektrode 22. Dadurch werden die Sensitivität und die Stabilität der Anordnung als Annäherungsschalter bzw. als Annäherungssensor zum Einklemmschutz erhöht. Im Fall des Einklemmens von Gegenständen oder Körperteilen, z. B. wenn der hier vorgestellte elektronische Einklemmschutz (noch) nicht greift, stellt die komprimierbare Polsterschicht 23 einen zusätzlichen mechanischen Einklemmschutz dar.
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In der Ausführungsform, wobei die Elektrode 22 als Drahtleitung oder als Litzenleitung ausgebildet ist, ist eine elektrische Isolierschicht vorgesehen, welche den Draht oder die Leitung zumindest abschnittsweise umgibt. Gemäß dieser Ausführungsform einer Elektrode 22 könnte diese auch als eine sehr schmal ausgebildete Elektrode 22 bezeichnet werden, welche mit einem streifenförmig ausgebildeten Sensor 20 ausgebildet ist. Dazu bildet die als Draht oder als Leitung ausgebildete Elektrode 22 zusammen mit der zumindest abschnittweise umgebenden Isolierschicht einen schichtförmig ausgebildeten Sensor 20, wobei ein der Länge nach verlaufender Bereich der Isolierschicht mit einer Klebeschicht versehen sein oder mit ihr in Verbindung stehen kann. Gemäß dieser letztgenannten Ausführungsform eines schichtförmig ausgebildeten Sensors 20 steht die Klebeschicht 26 mit einem beweglichen oder einem festen Bauteil eines Möbels 1, beispielsweise mit einer Tischplatte 2, klebend in Verbindung, wobei als weitere Schicht eine Isolierschicht der Elektrode 22, welche als Draht oder als Leitung ausgebildet ist, vorgesehen ist. Die darauf folgende Schicht ist durch die Elektrode gebildet und als weitere oder als abschließende Schicht ist die Isolierschicht der Elektrode 22, welche als Draht oder als Leitung ausgebildet ist, vorgesehen. Gemäß dieser Ausführungsform eines Sensors 20 kann dieser in vorteilhafter Weise sehr leicht und einfach entlang eines als Gliederbeschlages ausgeführten Möbelbauteils, welcher beispielsweise in Form eines Sesselbeschlages oder eines Funktionsbeschlages für Sessel oder Betten ausgebildet ist.
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Bei Annäherung der Elektrode 22 an ein Körperteil, z. B. an die Beine eines Benutzers des Möbels 1, ändert sich die Kapazität der Elektrode 22 gegenüber dem als Referenzelektrode wirkenden umgebenden Erd- oder Massepotential. Diese Kapazitätsänderung der Elektrode 22 wird von der Auswerteeinheit 12 erfasst und ausgewertet.
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Die flächige Ausführung des Sensors 20 bietet den Vorteil, dass auch großflächige bewegte Möbelteile, wie im gezeigten Beispiel die Tischplatte 2, abgesichert werden können. Der Sensor 20 kann dabei für bestimmte Möbelteile passend konfektioniert oder als Meterware hergestellt werden. Meterware kann dann auf die benötigte Größe zugeschnitten werden, was auch eine Nachrüstung von Möbeln 1 auf einfache Weise möglich macht. Auch ist denkbar, den Sensor 20 streifenförmig mit vorgegebener Breite und beliebiger Länge als Rollenmaterial bzw. Endlosstreifen herzustellen. Die Aufbringung des Sensors 10 auf eine Oberfläche des Möbels 1 geschieht vorteilhaft über eine Klebeverbindung. Dazu kann bevorzugt eine in der 1 nicht gezeigte Klebeschicht auf der Polsterschicht 23 aufgebracht sein, so dass der Sensor 20 selbstklebend ist. Als Alternative zu einem Sensor 20, der zumindest bezüglich seines Schichtaufbaus vorgefertigt ist, ist weiterhin denkbar, die einzelnen Schichten des Sensors 20 manuell nacheinander auf die Oberfläche des Möbels aufzubringen.
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2 zeigt in einer schematischen Schnittansicht ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Sensors 20. Gleiche Bezugszeichen kennzeichnen in allen Figuren gleiche oder gleich wirkende Elemente. Wie beim ersten Ausführungsbeispiel weist dieser Sensor 20 eine durch eine leitende Schicht gebildete Elektrode 22 und eine damit verbundene Polsterschicht 23 auf. Bezüglich der einsetzbaren Materialien und der Dimensionierung dieser Schichten wird auf das im Zusammenhang mit 1 beschriebene Ausführungsbeispiel verwiesen.
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Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist eine Klebeschicht 26 auf die Polsterschicht 23 aufgebracht und die Elektrode 22 ist mit einer Isolierschicht 21 abgedeckt. Die Isolierschicht 21 dient neben der elektrischen Isolation auch als Schutzschicht, z. B. gegenüber der Aufnahme von Feuchtigkeit. Zudem kann die Isolierschicht 21 mit dekorativen Elementen versehen sein. Zur Verbindung der Schichten untereinander kann ebenfalls ein Klebeverfahren eingesetzt werden. Je nach Natur der Schicht ist auch ein Aufdampf- oder Aufsprühverfahren denkbar, z. B. im Fall einer Graphitschicht als Elektrode 22.
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Zur Kontaktierung der Elektrode 22 ist beim Ausführungsbeispiel der 2 ein Hohlniet 31 vorgesehen, der durch den gesamten Schichtaufbau des Sensors 20 geführt ist. In einer weiteren jedoch nicht näher dargestellten Ausführung ist der Hohlniet 31 nur mit der Elektrode 2 verbunden. Der Hohlniet 31 umfasst eine Unterlegscheibe mit einem Kontaktelement, z. B. einer Lötfahne oder einem Kabelschuh, die im gezeigten Beispiel auf Seite der Klebeschicht 26 positioniert ist. Über das Kontaktelement wird der Anschluss zur Verbindung 30 vorgenommen, wobei die Elektrode 22 über den Hohlniet 31 kontaktiert wird. Alternativ ist es möglich, bei freigelegter Elektrode 22 die Verbindung 30 mechanisch und elektrisch über eine Lötung oder Klebung mit der Elektrode 22 zu verbinden. Darüber hinaus ist eine kapazitive Ankopplung der Verbindung 30 an die Elektrode 22 möglich. Zu diesem Zweck kann die Verbindung 30 auf Seiten des Sensors 20 ihrerseits zu einer kleinflächigen Elektrode vergrößert sein, die z. B. auf die Isolierschicht 21 aufgeklebt ist. Die Verbindung 30 koppelt dann kapazitiv mit der Elektrode 22.
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3 zeigt in gleicher Weise wie 2 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines kapazitiven Sensors 20. In Unterschied zu den vorangehend gezeigten Ausführungsbeispielen weist der Sensor 20 der 3 eine weitere Elektrode 24 auf, die von der Elektrode 22 durch die Polsterschicht 23 beabstandet angeordnet ist. Die weitere Elektrode 24 wird ebenfalls mit der Auswerteeinheit 12 verbunden und dient als Referenzelektrode. Eine detektierbare Kapazitätsänderung ergibt sich einerseits wie zuvor durch Annäherung an die erste Elektrode 22. Andererseits erfolgt eine Kapazitätsänderung wenn sich der Abstand der beiden Elektroden 22, 24 zumindest an einer Stelle zueinander bei Verformung der komprimierbaren Polsterschicht 23 ändert. Damit können auch Gegenstände im Einklemmbereich erfasst werden, was bei einem Sensor 20 mit nur einer Elektrode 22 nicht möglich ist.
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Zudem ist eine weitere Isolierschicht 25 vorgesehen, die analog zur Polsterschicht 23 in den Ausführungsbeispielen der 1 und 2 der Isolation und Beabstandung der Elektrode, hier der weiteren Elektrode 24, zur Oberfläche des Möbels 1 dient. Ein weiterer Unterschied zu den zuvor gezeigten Ausführungsbeispielen betrifft die Polsterschicht 23, die hier durchbrochen ausgeführt ist, z. B. um die Komprimierbarkeit zu beeinflussen. Neben den in den Ausführungsbeispielen gezeigten Schichtaufbauten sind weitere Kombinationen der verschiedenen Schichten je nach Einsatzzweck denkbar. Im einfachsten Fall kann der kapazitive Sensor beispielsweise durch eine Kombination aus einer Metallfolie als Elektrode 22 und einer Klebeschicht 26 gebildet sein. Auch ein auf die Möbeloberfläche aufgebrachtes rundum von einer Isolierschicht ummanteltes einadriges Kabel stellt in diesem Sinne einen streifenförmigen kapazitiven Sensor 20 dar.
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4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines kapazitiven Sensors 20 in einer Aufsicht. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Isolierschicht 21 in ihren lateralen Abmessungen größer ausgeführt als die Elektrode 22 und als weitere, unter der Elektrode liegende und in dieser Figur nicht sichtbare Schichten. Die Isolierschicht 21 ist dabei vorteilhaft als selbstklebende Folie ausgeführt, so dass über den Überstand zum einen der gesamte Sensor 20 an der Möbeloberfläche befestigt werden kann und zum anderen eine hermetische Abdichtung des Schichtaufbaus des Sensors 20 erfolgt. Auf diese Weise wird insbesondere die Polsterschicht 23 vor einer Wasseraufnahme geschützt, die sich negativ auf die elektrischen Eigenschaften des Sensors 20 auswirken kann. Dies gilt insbesondere für Sensoren mit zwei Elektroden, wie beispielsweise in 3 im Querschnitt gezeigt.
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Weiterhin ist beim Ausführungsbeispiel der 4 die Auswerteeinheit 12 integriert am Sensor 20 angeordnet und nicht, wie im Beispiel der 1 gezeigt, in der Schalteinheit 10 integriert. Als Ausgang der Auswerteschaltung 12 kann beispielsweise ein Digitalsignal abgegeben werden, das mit seinem Pegel angibt, ob eine Berührung oder Annäherung an den Sensor 20 oder ob gemäß der 3 eine Verformung des Sensors 20 vorliegt oder nicht. Die Übertragung eines Digitalsignals in der Verbindung 30 ist dabei weit weniger störanfällig, als die Übertragung eines analogen Signals zwischen dem Sensor 20 und der Auswerteschaltung 12 über die Verbindung 30. Zur Stromversorgung der Auswerteeinheit 12 sind entsprechende Stromversorgungsleitungen in die Verbindung 30 integriert. Als weitere Alternative kann vorgesehen sein, die Auswerteeinheit 12 extern von der Schalteinheit 10 und extern von dem Sensor 20 in einem eigenen Gehäuse anzuordnen. Vorteilhaft ist dieses Gehäuse dann sensornah positioniert.
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Insbesondere bei kapazitiven Sensoren 20, die nur eine Elektrode 22 aufweisen, ist eine Schaltpunkt-Justage, auch Nullpunkt-Abgleich genannt, bei der Auswerteschaltung 12 notwendig. Um Umgebungseinflüsse und/oder sich im Laufe der Zeit verändernde Materialeigenschaften kompensieren zu können, wird der Nullpunkt-Abgleich vorzugsweise von der Auswerteeinheit 12 automatisch vorgenommen. Er kann beispielsweise automatisch jeweils durchgeführt werden, wenn die Schalteinheit 10 bzw. die Auswerteeinheit 12 nach Wiedereinschalten des Systems neu bestromt wird. Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, einen Abgleich bei jeder Bedienung eines Möbelstellantriebs 3 voranzunehmen. Ein solcher Abgleich nimmt nur Bruchteile von Sekunden in Anspruch und verzögert den Anlauf des Möbelstellantriebs 3 damit nur unwesentlich. Weiterhin kann ein derartiger Abgleich auch nach Art einer automatischen Kalibrierung gestaltet sein, wobei der Kalibriervorgang nach einer vorgegebenen Zeitspanne während des Betriebes des Möbelstellantriebes 3 in Gang gesetzt wird und innerhalb einer weiteren vorgegebenen Zeitspanne abgeschlossen ist. Ferner kann der automatische Kalibriervorgang bei jeder Inbetriebnahme oder nach einer festen und/oder zufälligen Anzahl von Inbetriebnahmen des Möbelstellantriebs 3 gestartet werden, wobei die Kalibrierung durch die Schalteinheit 10, durch die Auswerteeinheit 12 oder durch die Bedieneinheit 11 in Gang gesetzt werden kann.
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Neben einem Einsatz als Einklemmschutz kann die anmeldungsgemäße Schalteinrichtung mit kapazitivem Sensor auch als manuell zu betätigender Handschalter oder als Sitzpolsterschalter Verwendung finden, um in ein Möbel integrierte elektrische Geräte wie Lampen oder Sitzheizungen zu schalten. Bei einer Verwendung als Sitzpolsterschalter kann ein Sensor 20 gemäß der 3 in die Matratze eines Bettes eingebracht sein oder mit ihr in Verbindung stehen, wobei das Vorhandensein einer im Möbel ruhenden Person überwacht werden kann. Wird eine im Möbel ruhende Person nicht mehr erkannt, so können bestimmte elektrische Verstellbewegungen des Möbels gesperrt werden oder es kann eine Alarmfunktion ausgegeben werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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