Die vorliegende Erfindung betrifft einen ein Druckpunkt Verhalten aufweisenden Drucktastenschalter mit einem auf im Schaltergehäuse angeordnete auslenkbare Kontaktelemente einwirkenden Betätigungsglied und einer bei dessen Betätigung beanspruchten Rückstellfeder.
Mit der fortschreitenden Automatisierung in der modernen Technik nimmt der Einsatz an Schaltern in verschiedenartigsten Ausführungsformen ständig zu. Einerseits sind die an diese Schalter gestellten Anforderungen sehr hoch, anderseits müssen deren Herstellungskosten möglichst niedrig gehalten werden, damit ihr Einsatz auch unter wirtschaftlichen Gesichtspunkten vertretbar ist.
Abgesehen von der Beschaffenheit der Kontaktelemente eines Drucktastenschalters stehen in bezug auf dessen Funktionssicherheit im wesentlichen zwei Forderungen im Vordergrund: 1. Für den die Drucktaste Betätigenden soll in jedem Fall die Gewissheit bestehen, dass der durch die Betätigung der
Drucktaste beabsichtigte Schaltvorgang tatsächlich auch ausgelöst wird.
2. Die für eine einwandfreie Funktion der Drucktaste not wendige Betätigungskraft sollte weitgehend unabhängig vom Verlauf der von den Kontaktelementen herrührenden und auf das Betätigungsglied der Drucktaste rückwirken den Gegenkräfte sein.
Zur Erfüllung der erstgenannten Forderung müssen bei der Realisierung eines Drucktastenschalters Mittel vorgesehen werden, die dem den Schalter bedienenden das Gefühl einer richtigen und eindeutigen Arbeitsweise des Schalters vermitteln. Eine bekannte Möglichkeit besteht darin, den Schalter mit zusätzlichen, nach richtigem Ablauf einer Schaltfunktion eine akustische oder optische Meldung veranlassenden Mitteln auszurüsten. Für den eine Drucktaste Bedienenden ist es jedoch noch angenehmer, wenn er die Quittung für die richtige Funktion des Schalters direkt über die Drucktaste selbst erhält, so dass er sich nicht auf eine spezielle Anzeige konzentrieren muss.
Zur Erzeugung einer derartigen Quittung bietet sich das Druckpunktverhalten an, wie es in einer von verschiedenen möglichen Erscheinungsformen beispielsweise bei Schusswaffen zur Betätigung der Schussauslösevorrichtung zur Anwendung gelangt.
In Anwendung auf einen Drucktastenschalter soll im folgenden unter dem Druckpunkt-Verhalten ein Verhalten verstanden werden, das sich bei Einwirkung einer bestimmten Be tätigungskraft auf das Betätigungsglied des Drucktastenschalters in einer schlagartigen Änderung der Bewegung des Betätigungsgliedes äussert. Die Änderung im Bewegungsablauf des Betätigungsgliedes kann entweder in einem schlagartigen Einsetzen der Bewegung oder in einer schlagartigen Beschleunigung der Bewegung bestehen. In beiden Fällen ist diese schlagartige Änderung von dem die Drucktaste Bedienenden als Durchfallen des Betätigungsgliedes wahrzunehmen.
Über seinen die Drucktaste betätigenden Finger erhält der die Drucktaste Bedienende somit eine Quittung für die eindeutige Funktion des Schalters vermittelt. Wenn es gelingt, in einem Drucktastenschalter ein derartiges Verhalten zu erzeugen, dann bietet die Erfüllung der zweitgenannten Forderung keine nennenswerten Schwierigkeiten mehr.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Drucktastenschalter der eingangs erwähnten Art zu schaffen, der den zwei genannten Forderungen unter möglichst geringem Aufwand genügt. Der Drucktastenschalter gemäss der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass zum Herbeiführen einer schlagartigen Änderung der Bewegung des Betä- tigungsgliedes, sobald die auf das Betätigungsglied einwirkende Betätigungskraft einen bestimmten Wert erreicht hat, als Rückstellfeder ein Federelement vorgesehen ist, das entweder allein ein wenigstens teilweise negatives Kraft-Wegverhalten aufweist oder in Verbindung mit dem Betätigungsglied ein System mit wenigstens teilweise negativem Kraft-Wegverhalten bildet, und dass das Betätigungsglied erst nach der schlagartigen Bewegungsänderung unmittelbar auf die auslenkbaren Kontaktelemente einwirkt.
Weitere Einzelheiten der Erfindung sind aus den nachfolgenden Erläuterungen anhand von Zeichnungen ersichtlich.
In einem ersten Ausführungsbeispiel bildet das Betätigungsglied mit der Rückstellfeder ein zweigliedriges Kniehebelsystem, das bekanntlich eine Kraft-Wegkennlinie mit teilweise negativer Steigung aufweist. In einem zweiten, hinsichtlich des Aufwandes noch einfacheren Beispiel wird als Rückstellfeder ein Federelement verwendet, das selbst eine Kraft-Wegkennlinie mit wenigstens teilweise negativer Steigung aufweist.
Bei Einwirkung einer Kraft auf das Betätigungsglied ergibt sich für das erste Beispiel ein Kraft-Wegverhalten nach Fig. la und für das zweite Beispiel ein solches nach Fig. lb. Die dargestellten Kurven sollen lediglich den qualitativen Verlauf der Kraft-Wegkennlinie wiedergeben. Sobald die einwirkende Kraft einen Wert P1 erreicht hat, wird die Steigung der Kennlinie negativ. Der Übergang von der positiven zur negativen Steigung entspricht dem beim Betätigen des Betätigungsgliedes wahrnehmbaren Druckpunkt, d. h. in diesem Punkt der Kraft-Wegkennlinie beginnt bei weiterhin einwirkender Kraft P1 das Durchfallen des Betätigungsgliedes.
Der nach Erreichen des Druckpunktes zur Wirkung gelangende, aus der im Finger des die Drucktaste Betätigenden gespeicherten Energie resultierende Kraftüberschuss unterstützt den Vorgang des Durchfallens . Solange das durchfallende Betätigungsglied nicht auf die Kontaktelemente einwirkt, nimmt dieser Kraft überschuss zu, was eine Beschleunigung des Betätigungsgliedes zur Folge hat.
Wenn das Betätigungsglied, wie beim erfindungsgemässen Drucktastenschalter vorgesehen, erst nach Erreichen des Druckpunktes, d. h. erst im abfallenden Teil der Kraft-Wegkennlinie auf die Kontaktelemente einwirken kann, dann ist die zur eigentlichen Betätigung des Drucktastenschalters aufzuwendende Kraft unabhängig vom Verlauf der von den beweglichen Kontaktelementen (Kontaktfedern) herrührenden Gegenkräfte. Diese Gegenkräfte werden erst nach dem Durchfallen des Betätigungsgliedes wirksam und tragen zu dessen Rückstellung in die Ausgangsstellung bei.
Durch entsprechende Wahl und Anordnung der das Druckpunkt-Verhalten herbeiführenden Elemente kann die zum Erreichen des Druckpunktes notwendige Kraft so festgelegt werden, dass sie immer grösser als die nach Erreichen des Druckpunktes im abfallenden Bereich der resultierenden Kraft-Wegkennlinie auftretende Resultierende der auf das Betätigungsglied wirkenden Kräfte ist. In den Fig. la und lb ist eine mögliche, die von den Kontaktfederelementen herrührenden Gegenkräfte berücksichtigende Resultierende (beginnend beim Abszissenwert S2) gestrichelt eingezeichnet. Ein Beispiel für die Kraft-Wegkennlinie der Kontaktelemente selbst ist in Fig. la strichpunktiert eingezeichnet.
Der Vorteil einer vom Verlauf der Gegenkräfte der Kontaktfederelemente unabhängigen Betätigungskraft gewinnt dann an Bedeutung, wenn in einem Drucktastenschalter mehrere Kontaktfedersätze vorgesehen sind. Zusätzliche Mittel, die dafür sorgen, dass die Betätigungskraft einerseits einen zur eindeutigen Funktion notwendigen Wert immer erreicht und anderseits zum Schutz der Kontaktelemente einen maximal zulässigen Wert nicht überschreitet, sind somit nicht erforderlich.
Beim erfindungsgemässen Drucktastenschalter können zwei Arten des Druckpunkt-Verhaltens unterschieden und in einfacher Weise realisiert werden. Bei der ersten Art erfährt das Betätigungsglied bei dessen Betätigung zunächst eine kontinuierliche Bewegung, die dann bei Erreichen des Druckpunktes mehr oder weniger schlagartig in eine beschleunigte Bewe gung infolge Durchfallens übergeht. In einer zweiten Art kann die bis zum Erreichen des Druckpunktes kontinuierliche Bewegung des Betätigungsgliedes unterdrückt werden, indem das Federelement durch das Betätigungsglied entsprechend vorgespannt wird. Wird das Federelement beispielsweise um den Weg S1 (Fig. 1) vorgespannt, dann setzt dessen Bewegung mehr oder weniger schlagartig ein, sobald eine Kraft vom Betrag P2 einwirkt. Die Änderung im Bewegungsablauf des Betätigungsgliedes besteht in diesem Fall im Einsetzen einer Bewegung desselben.
Gegenüber der ersten Art ergibt sich für die zweitgenannte Art folgender Vorteil: Bei gleichbleibender Betätigungskraft kann der Drucktastenschalter nur ganz oder überhaupt nicht betätigt werden. Die bei bekannten Drucktastenschaltern bestehende Unsicherheit bezüglich einer eindeutigen Funktion tritt damit nicht auf.
In Fig. 2 ist ein erstes Beispiel eines erfindungsgemässen Drucktastenschalters in einem Längsschnitt dargestellt. Der Drucktastenkörper besteht aus einer Bodenplatte 2 und einem Gehäusekörper 3, der in seinem Inneren angeordnete Kontaktfederelemente aufweist. Im dargestellten Beispiel ist ein beweglicher Umschaltekontakt 4, ein fester Ruhekontakt 5 und ein fester Arbeitskontakt 6 vorgesehen, deren Anschlüsse nach aussen geführt sind. Am Gehäusekörper 3 ist ein Betä tigungsglied 7 derart gelenkig gelagert, dass dessen Auslenkung im Innern des Gehäusekörpers 3 in Richtung Bodenplatte 2 möglich ist. Diese gelenkige Lagerung kann beispielsweise mittels zweier Achszapfen 8 am einen Ende des Betätigungsgliedes 7 erfolgen. Das Betätigungsglied 7 weist an seinem aus dem Gehäusekörper 3 herausragenden Teil einen Tastenknopf 9 auf.
Zwischen dem freien Ende des Betätigungsgliedes 7 und der diesem freien Ende gegenüberliegenden Seitenwand des Gehäusekörpers 3 ist ein Federelement 1 angeordnet. Dieses Federelement 1 besteht im gezeigten Beispiel aus einem wenigstens annähernd in einer Ebene z-förmig gebogenen federnden Draht (Fig. 4a). Das freie Ende des Betätigungsgliedes 7 und die diesem zugewandte Seitenwand des Gehäusekörpers 3 sind so ausgebildet, dass sie je einen Schenkel dieses federnden Drahtes aufnehmen können und sich zwischen dem Betätigungsglied 7 und dem Federelement 1 eine gelenkige und zwischen dem Federelement 1 und dem Gehäusekörper 3 eine ortsfeste gelenkige Lagerung ergibt.
Selbstverständlich beschränkt sich die Ausbildungsform des Federelementes 1 nicht auf einen in der beschriebenen Art und Weise gebogenen federnden Draht, es sind auch andere, dieselbe Funktion erfüllende Ausbildungsformen des Federelementes 1 denkbar. Das Betätigungsglied 7 weist ferner eine Nase 10 auf, die bei Auslenkung des Betätigungsgliedes 7 auf den beweglichen Umschaltekontakt 4 wirkt und somit dessen Umschaltung von der Ruhe- in die Arbeitslage herbeiführt.
Bei diesem Beispiel bildet das Betätigungsglied 7 mit dem Federelement 1 ein einfaches zweigliedriges Kniehebelsystem.
Das Federelement 1 erfährt bei Einwirkung einer Kraft auf das Betätigungsglied 7 eine Druckbeanspruchung. Das Knie hebelsystem weist ein Kraft-Wegverhalten gemäss Fig. la auf.
Wird das System bei Einwirkung einer Kraft über seine Tot punktlage (Schnittpunkt der Kennlinie mit der Abszisse bei
S3) hinaus ausgelenkt, kann die zur Rückstellung notwendige
Kraft durch die Kontaktfederelemente aufgebracht werden.
In einer anderen Ausgestaltung des erfindungsgemässen
Drucktastenschalters kann als Rückstellfeder ein Federele ment verwendet werden, das naturgemäss selbst ein zumin dest teilweise negatives Kraft-Wegverhalten aufweist. Dies trifft z. B. auf eine gewölbte Blattfeder zu. In einer einfach sten Ausführungsform kann eine gewölbte rechteckförmige (Fig. 4b) oder eine gewölbte kreisförmige Blattfeder vorge sehen werden, die innerhalb des Drucktastenschaltergehäu ses aufliegt und beim Betätigen des Betätigungsgliedes auf
Druck beansprucht wird. Einzelheiten eines diese Lösungsmöglichkeit beinhaltenden zweiten Ausführungsbeispieles des erfindungsgemässen Drucktastenschalters sind in Fig. 3 wiederum in einem Längsschnitt gezeigt.
Das Betätigungsglied 7 ist am Drucktastenunterteil 2 drehbar gelagert und weist eine Nase 10 auf, die bei Betätigung des Drucktastenschalters auf einen beweglichen Umschaltekontakt 4 wirkt. Neben dem aufgesetzten Tastenknopf 9 weist das Betätigungsglied 7 noch eine weitere Nase 11 auf, die auf ein Federelement 1 einwirken kann. Das dargestellte Federelement 1 ist z. B. eine rechteckförmige gewölbte Blattfeder (Fig. 4b), die innerhalb des Drucktastenkörpers derart angeordnet ist, dass die bei Beanspruchung durch das Betätigungsglied 7 über die Nase 11 gewünschte reversible Verformung möglich ist. Eine weitere für dieses Ausführungsbeispiel geeignete rechteckförmige, jedoch nur teilweise gewölbte Blattfeder ist in Fig. 4c dargestellt.
Die in den Fig. 4b und 4c gezeigten Federelemente weisen bei einer in der angedeuteten Richtung einwirkenden Kraft das in Fig. lb gezeigte Kraft-Wegverhalten auf. Der Vergleich der beiden Kurven zeigt, dass sich die gewölbte Blattfeder zur Erzeugung eines Druckpunktverhaltens noch besser eignet als das anhand der Fig. la und 3 beschriebene Kniehebelsystem, da der Abfall ihrer Kraft-Wegkennlinie ausgeprägter ist und keine Totpunktlage aufweist. Überdies ergibt die Verwendung einer gewölbten Blattfeder Vorteile hinsichtlich des Herstellungsaufwandes für den erfindungsgemässen Drucktasten schalter. Schliesslich sei noch erwähnt, dass durch Übereinan derlegen zweier oder mehrerer solcher Blattfedern die Betäti gungskraft auf einfache Art und Weise vervielfacht und damit dem zu betätigenden Kontaktfedersatz angepasst werden kann.