DE10029417A1 - Verfahren zum Herstellen eines Tastschalters und Tastschalter - Google Patents

Abstract

Um eine einfache und kostengünstige Herstellung eines Tastschalters (2), insbesondere eines beleuchtbaren Kurzhubtasters für eine Folientastatur, zu ermöglichen, weist eine Leiterplatte (4) einen ersten Anschlussbereich (14) für eine Schalteinheit (6) des Tastschalters (2) sowie einen der Schalteinheit (6) zugeordneten zweiten Anschlussbereich (16) für ein Leuchtelement (10) auf, wobei die Leiterplatte (4) mittels eines SMD-Verfahrens mit einer Schalteinheit (6) sowie zur Ausbildung eines beleuchteten Tastschalters mit einem Leuchtelement (10) automatisch bestückt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Tastschalters, insbesondere eines beleuchtbaren Kurzhubtas­ ters für eine Folientastatur sowie einen insbesondere nach dem Verfahren hergestellten Tastschalter.

Ein solcher Tastschalter oder ein Schaltfeld bestehend aus mehreren Tastschaltern, beispielsweise eine sogenannte Foli­ entastatur, sind üblicherweise derart aufgebaut, dass auf eine Leiterplatte die eigentliche Schalteinheit des Tast­ schalters aufgebracht wird. Der Schaltweg ist in der Regel sehr kurz, und der Tastschalter wird daher auch als Kurzhub­ taster bezeichnet. Zur Ausbildung einer Folientastatur werden auf der Leiterplatte mehrere Schalteinheiten zur Ausbildung mehrerer Tastschalter nebeneinander angebracht. Die Folien­ tastatur findet beispielsweise Einsatz in einem Bedienelement für eine Maschinen- oder Anlagensteuerung.

Zur besseren optischen Erkennung der einzelnen Tastschalter, beispielsweise um Betriebszustände anzuzeigen, sind die Tast­ schalter oftmals beleuchtet. Bei einem herkömmlichen be­ leuchtbaren Tastschalter ist die Schalteinheit zusammen mit einem Leuchtmittel in einem gemeinsamen Gehäuse als vorgefer­ tigte Baueinheit integriert. Diese vorgefertigte Baueinheit ist als sogenanntes "bedrahtetes" Bauelement ausgebildet und weist zum Anschluss auf der Leiterplatte mehrere Anschluss­ drähte auf. Der Anschluss solcher bedrahteter Bauelemente ist fertigungstechnisch allerdings aufwendig und damit teuer.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen kosten­ günstigen und fertigungstechnisch einfach herzustellenden be­ leuchtbaren Tastschalter zu ermöglichen.

Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst durch ein Verfah­ ren zum Herstellen eines Tastschalters, insbesondere eines beleuchtbaren Kurzhubtasters für eine Folientastatur, bei dem eine Leiterplatte, welche einen ersten Anschlussbereich für eine Schalteinheit des Tastschalters sowie einen dieser zu­ geordneten zweiten Anschlussbereich für ein Leuchtelement aufweist, mittels eines SMD (Surface Mounted Device)-Verfah­ rens mit einer Schalteinheit automatisch bestückt wird.

Die herkömmlichen Tastschalter mit der Beleuchtungsfunktion sind aufgrund ihrer integrierten Bauweise als "bedrahtete Bauelemente" ausgebildet und daher nicht geeignet für das SMD-Verfahren, bei dem die einzelnen Bauelemente unmittelbar auf der Leiterplattenoberfläche aufgebracht werden. Demge­ genüber muss die Leiterplatte für die bedrahteten Bauelemente für die einzelnen Anschlussdrähte Durchstecköffnungen auf­ weisen, um die Anschlussdrähte auf der Leiterplattenrückseite anlöten zu können.

Das SMD-Verfahren ermöglicht sehr kurze Montagezeiten und vereinfachte Fügeprozesse und ist damit vergleichsweise ein­ fach und kostengünstig durchzuführen. Gemäß dem vorliegenden Verfahren wird der Einsatz des SMD-Verfahrens im Hinblick auf den Tastschalter mit der Option einer integrierten Leucht­ funktion dadurch ermöglicht, dass die eigentliche Schaltein­ heit und dass Leuchtmittel als getrennte Einheiten auf die Leiterplatte montierbar sind. Dadurch besteht die Möglich­ keit, sowohl die Schalteinheit als auch das Leuchtmittel SMD- bestückungsfähig auszubilden.

Vorzugsweise wird demnach bei dem Verfahren auch das Leucht­ element mittels des SMD-Verfahrens separat, also unabhängig von der Schalteinheit, auf die Leiterplatte aufgebracht. Das Leuchtelement ist dabei insbesondere als eine Leuchtdiode ausgestaltet. Die Anordnung von zwei Anschlussbereichen, ei­ nerseits für eine Schalteinheit und andererseits für ein die­ ser Schalteinheit zugeordnetes Leuchtelement, ermöglicht ein getrenntes Anordnen der Schalteinheit und des Leuchtelements. Insbesondere erlaubt dies auch eine Flexibilität im Hinblick auf die Anordnung von unbeleuchteten Tastschaltern und be­ leuchteten Tastschaltern, ohne dass das Leiterplattendesign geändert werden müsste. Im Falle von unbeleuchteten Tast­ schaltern bleibt die Anschlussposition für das Leuchtmittel unbesetzt.

In einer zweckdienlichen Ausgestaltung wird eine die Schalt­ einheit sowie die Anschlussposition des Leuchtelements über­ deckende Drückerkappe angebracht, über die die eigentliche Betätigung der Schalteinheit erfolgt. Bei einem fertigmon­ tierten Tastschalter sind demnach die Schalteinheit und ggf. das Leuchtelement nach Art eines zusammengehörigen Bauele­ ments von der Drückerkappe umfasst.

Gemäß einer vorteilhaften Ausbildung ist in die Drückerkappe ein Lichtleiter angebracht, so dass das von dem Leuchtmittel erzeugte Licht zur der Leiterplatte abgewandten Oberseite der Drückerkappe geleitet wird. Insbesondere ist mit dem Licht­ leiter eine homogene Ausleuchtung des kompletten Tastenfelds möglich, welches definiert ist durch die Querschnittsgeome­ trie der Drückerkappe. Alternativ kann das Licht zentral und mittig in der Drückerkappe fokussiert werden.

Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung weiterhin gelöst durch einen Tastschalter, insbesondere Kurzhubtaster für eine Foli­ entastatur, mit einer Leiterplatte, die einen ersten An­ schlussbereich für eine Schalteinheit und einen dieser Schalteinheit zugeordneten zweiten Anschlussbereich für ein separates Leuchtelement aufweist, sowie mit einer mittels ei­ nes SMD-Verfahren auf die Leiterplatte aufgebrachten Schalt­ einheit.

Die im Hinblick auf das Verfahren aufgeführten Vorteile sowie besonderen Ausgestaltungen sind sinngemäß auf den Tastschalter übertragbar. Bevorzugte Ausführungsformen des Tastschal­ ters sind in den Unteransprüchen niedergelegt.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist dabei ein in der Drückerkappe angeordneter Lichtleiter zur Verteilung des von dem Leuchtelement erzeugten Lichts über die Oberseite der Drückerkappe vorgesehen, wobei der Lichtleiter zur Kraftüber­ tragung von der Drückerkappe auf einen Betätigungsstössel der Schalteinheit ausgebildet ist. Der Lichtleiter, welcher ins­ besondere als eine massive und klartransparente Streulinse ausgebildet ist, erfüllt daher eine Doppelfunktion. Er dient nämlich einerseits zur Verteilung des Lichts und andererseits zur Kraftübertragung. Um die Kraftübertragung zu gewährlei­ sten, ist dabei der Lichtleiter mit dem Betätigungsstössel vorzugsweise verrastet, wobei der Lichtleiter hierzu insbe­ sondere eine Ausnehmung für den Betätigungsstössel aufweist.

Für eine besonders robuste Ausgestaltung ist ein maximaler Tasthub, also die maximale Strecke, die der Betätigungsstö­ ssel bewegt werden kann, durch einen Abstand zwischen der Drückerkappe und einem Gegenhaltelement begrenzt. Das Gegen­ haltelement ist dabei insbesondere von der Leiterplatte ge­ bildet. Dadurch wird bei einer übermäßigen Druckbelastung des Tastschalters die auf ihn ausgeübte Kraft von der Drücker­ kappe und dem Gegenhalteelement aufgenommen. Die Kraft wird daher nicht vollständig auf Kontaktelemente der Schalteinheit übertragen, welche über den Betätigungsstössel betätigt wer­ den. Dieser Schutzmechanismus für den Kontaktbereich ist von besonderem Vorteil im Hinblick auf mutwillige Beschädigungs­ absichten. Ein derartiger Tastschalter oder ein mit derarti­ gen Tastschaltern aufgebautes Bedienelement eignet sich daher vorzugsweise für einen öffentlich zugänglichen Bedienautoma­ ten. Zur Verbesserung des Schutzmechanismus können dabei als Gegenhalteelement spezielle Verstärkungsmechanismen vorgese­ hen sein, die auf oder in der Leiterplatte angebracht sind.

Um ein herkömmliches Leiterplattendesign für die herkömmli­ chen Tastschalter im Wesentlichen weiterhin benutzen zu kön­ nen, weist der Tastschalter ein standardgemäßes Tastenfeld auf, welches insbesondere eine Abmessung von 15 × 15 mm hat. Insbesondere weist die Schalteinheit die gleiche Pinbelegung und den gleichen Pinabstand wie ein herkömmlicher Tastschal­ ter auf.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen jeweils in schematischen Darstellungen

Fig. 1 einen Tastschalter in einer Explosionsdarstellung,

Fig. 2 einen Schnitt durch einen Tastschalter.

Gemäß Fig. 1 umfasst ein Tastschalter 2 eine Leiterplatte 4, die stark vereinfacht ohne ein Leiterbahnmuster dargestellt ist, eine auf der Leiterplatte 4 angebrachte Schalteinheit 6 mit einem Betätigungsstössel 8, zwei Leuchtelemente 10 in Form von Leuchtdioden (LED's) sowie eine Drückerkappe 12. Diese ist im montierten Zustand über die Schalteinheit 6 und die Leuchtelemente 10 gestülpt und definiert ein Betätigungs- oder Tastenfeld 13. Standardgemäß hat dies eine Fläche von 15 × 15 mm. Die Schalteinheit 6 ist in einem ersten Anschluss­ bereich 14 und die Leuchtelemente 10 sind in einem zweiten Anschlussbereich 16 auf der Leiterplatte 4 angeordnet. Der Tastschalter 2 weist weiterhin einen Lichtleiter 18 in Form einer Streulinse auf (vgl. Fig. 2), die insbesondere in die Drückerkappe 12 eingeschnappt ist. Bei der Montage wird die Drückerkappe 12 mit dem Lichtleiter 18 über die Schalteinheit 6 und die Leuchtelemente 10 gestülpt und insbesondere mit der Schalteinheit 6 verrastet. Diese weist hierzu eine Mehrzahl von Rastausnehmungen 20 auf.

Zur Ausbildung eines mehrere Tastschalter 2 aufweisenden Be­ dienelements oder einer Folientastatur ist vorgesehen, auf der Leiterplatte 4 eine Anzahl von Schaltelementen 6 mit zu­ gehörigen Leuchtelementen 10 und Drückerkappen 12 anzuordnen.

Mehrere Tastschalter 2 teilen sich also eine Leiterplatte 4. Eine derartig bestückte Leiterplatte 4 wird gewöhnlich mit den Drückerkappen 12 von hinten durch eine mit entsprechen­ den Öffnungen 22 versehene Vorderplatte 24 geführt, die in den Figuren jeweils nur ausschnittsweise dargestellt ist. Insbesondere bei einer Folientastatur ist eine die Drücker­ taste 12 sowie die Vorderplatte 24 überdeckende Folie 26 vor­ gesehen (Fig. 2). Diese dient insbesondere zum Schutz des Tastschalters 2 vor Feuchtigkeit und Schmutz.

Bei der Montage wird die Schalteinheit 6 als separates Bau­ element sowie jedes der Leuchtelemente 10 als jeweils separa­ tes Bauelement mittels des SMD-Verfahrens auf die Oberfläche der Leiterplatte 4 angebracht und mit entsprechenden nicht dargestellten Leiterbahnen der Leiterplatte 4 verbunden. Durch die Aufteilung des Tastschalters 2 in mehrere getrennt zu montierende Baueinheiten ist die Bestückung mittels SMD- Verfahren erst ermöglicht. Bei herkömmlichen Tastschaltern 2 sind die Schalteinheit 6 und das Leuchtmittel 10 in einem ge­ meinsamen Gehäuse integriert und als vorgefertigte Baueinheit mit Anschlussdrähten ausgebildet. Zur Montage auf der Leiter­ platte 4 müssen solche herkömmlichen vorgefertigten Bauein­ heiten aufwendig aufbereitet und die einzelnen Anschluss­ drähte jeweils separat mit der Leiterplatte 4 verlötet wer­ den. Die Schalteinheit 6 sowie die Leuchtelemente 10 gemäß dem Ausführungsbeispiel sind demgegenüber jeweils für das SMD-Verfahren geeignet ausgebildet. Das heißt, die Schaltein­ heit 6 sowie die Leuchtelemente 10 sind derart ausgebildet, dass sie maschinell bestückt und verlötet werden.

Aus der Schnittbildansicht gemäß Fig. 2 ist ein spezieller Aufbau des Tastschalters 2 zu entnehmen. Danach ist der als Streulinse ausgestalteter Lichtleiter 18 zwischen einer der Leiterplatte 4 gegenüberliegenden Oberseite 28 der Drücker­ kappe 12 und der Schalteinheit 6 sowie den Leuchtelementen 10 angeordnet. Der Lichtleiter 18 weist eine Ausnehmung 30 für den Betätigungsstössel 8 auf, ist also über den Betätigungsstössel 8 übergestülpt. Der Lichtleiter 18 leitet das von den Leuchtelementen 10 ausgehende Licht an die Oberseite 28. Die Drückerkappe 12 ist zumindest im Bereich ihrer Oberseite 28 transparent ausgestaltet, so dass das Licht von außen sicht­ bar ist. Je nach spezieller Ausgestaltung des Lichtleiters 18 wird das Licht entweder an eine zentrale Position der Drückerkappe 12 geleitet oder gleichmäßig über die gesamten Oberseite 28 verteilt. Für die Drückerkappen 12 sind bevor­ zugt unterschiedliche Farben vorgesehen, so dass sie unter­ schiedlich leuchten.

Der Lichtleiter 18 überträgt die auf die Drückerkappe 12 beim Betätigen des Tastschalters 2 ausgeübte Kraft auf den Betäti­ gungsstössel 8, so dass dieser nach unten in Richtung auf die Leiterplatte 4 zu gedrückt wird. Der Betätigungsstössel 8 weist einen Kontaktfuß 32 auf, mit dem zwei Kontaktarme 34A, 34B der Schalteinheit 6 elektrisch verbindbar sind. Die Kontaktarme 34A, 34B stehen jeweils mit einer ihnen zugeord­ neten Leiterbahn (nicht dargestellt) über Kontaktbeinchen 36A, 36B in Verbindung. Der Betätigungsstössel 8 weist darüber hinaus zwei in Betätigungsrichtung 38 elastisch ausgebildete Seitenarme 40 auf, die sich an einem Gehäuse 42 der Schalt­ einheit 6 abstützen und dafür sorgen, dass der Betätigungs­ stössel 8 bei Loslassen der Drückerkappe 12 wieder von den beiden Kontaktarmen 34A, B abgehoben wird.

Der Abstand zwischen der Unterseite des Kontaktfußes 32 und den Kontaktarmen 34A, B definiert den Tasthub H. Um eine zu hohe Belastung der Kontaktarme 34A, B sowie des Kontaktfußes 32 bei einer übermäßigen Belastung des Tastschalters 2 zu vermeiden, weist die Drückerkappe 12 zu der Leiterplatte 4 einen Abstand auf, der einen maximalen Tasthub H_max definiert und der geringfügig größer ist als der Tasthub H. Dadurch ist der Tastschalter 2 sehr robust ausgebildet. Eine beim Betäti­ gen ausgeübte zu hohe Kraft wird daher von der Drückerkappe 12 in Verbindung mit der Leiterplatte 4 aufgenommen, welche ein Gegenhalteelement darstellt.

Claims (14)

1. Verfahren zum Herstellen eines Tastschalters (2), insbe­ sondere eines beleuchtbaren Kurzhubtasters für eine Folienta­ statur, bei dem eine Leiterplatte (4), welche einen ersten Anschlussbereich (14) für eine Schalteinheit (6) des Tast­ schalters (2) sowie einen dieser zugeordneten zweiten An­ schlussbereich (16) für ein Leuchtelement (10) aufweist, mit­ tels eines SMD-Verfahrens mit einer Schalteinheit (6) automa­ tisch bestückt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem ein Leuchtelement (10) mittels des SMD-Verfahrens separat auf die Leiterplatte (4) aufgebracht wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem eine Drücker­ kappe (12) angebracht wird, die die Schalteinheit (6) sowie den zweiten Anschlussbereich (16) für das Leuchtelement (10) überdeckt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem in die Drückerkappe (12) ein Lichtleiter (18) eingebracht wird.

5. Tastschalter (2), insbesondere Kurzhubtaster für eine Fo­ lientastatur, mit einer Leiterplatte (4), die einen ersten Anschlussbereich (14) für eine Schalteinheit (6) und einen dieser zugeordneten zweiten Anschlussbereich (16) für ein se­ parates Leuchtelement (10) aufweist, sowie mit einer mittels einem SMD-Verfahren auf die Leiterplatte (4) aufgebrachten Schalteinheit (6).

6. Tastschalter (2) nach Anspruch 5, bei dem ein Leuchtele­ ment (16) mittels des SMD-Verfahrens auf die Leiterplatte ne­ ben der Schalteinheit (6) aufgebracht ist.

7. Tastschalter (2) nach Anspruch 5 oder 6, mit einer Drückerkappe (12), welche die Schalteinheit (6) und den zwei­ ten Anschlussbereich (16) überdeckt.

8. Tastschalter (2) nach Anspruch 7, bei dem die Drückerkappe (12) zumindest teilweise transparent ausgestaltet ist.

9. Tastschalter (2) nach Anspruch 8, mit einem in der Drückerkappe (12) angeordneten Lichtleiter (18), der zur Ver­ teilung des von dem Leuchtelement (10) erzeugten Lichts über eine Oberseite (28) der Drückerkappe (12) vorgesehen ist.

10. Tastschalter (2) nach Anspruch 9, bei dem der Lichtleiter (18) als eine Streulinse ausgebildet ist.

11. Tastschalter (2) nach einem der Ansprüche 7 bis 10, bei dem für unterschiedliche Farbeffekte farblich unterschied­ liche Drückerkappen (12) vorgesehen sind.

12. Tastschalter (2) nach einem der Ansprüche 9 bis 11, bei dem der Lichtleiter (18) zur Kraftübertragung von der Drückerkappe (12) auf einen Betätigungsstössel (8) der Schalteinheit (6) ausgebildet ist.

13. Tastschalter (2) nach einem der Ansprüche 7 bis 12, bei dem ein maximaler Tasthub (H_max) durch einen Abstand zwischen der Drückerkappe (12) und einem Gegenhaltelement (4) begrenzt ist, wobei das Gegenhalteelement insbesondere von der Leiter­ platte (4) gebildet ist.

14. Tastschalter nach einem der Ansprüche 5 bis 13, mit einem standardgemäßen Tastenfeld (13) von insbesondere 15 × 15 mm.