DE2105071B2 - Kapazitiver schalter - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen kapazitiven Schalter mit einem metallischen Zielfeld, einem auf der einen Seite des metallischen Zielfelds angeordneten metallischen Körper und einer Taste zum Ausüben von Druck auf dien metallischen Körper, um den Körper gegenüber dem Zielfeld zur Änderung der Kapazität zwischen Körper und Zieifeld zu bewegen. Femer befaßt sich die Erfindung mit einer aus mehreren dieser Schalter aufgebauten Tastenfeldmatrix.

Ein kapazitiver Schalter der eingangs beschriebenen Art ist aus der US-PS 32 93 640 bekannt. Dieser kapazitive Schalter weist eine feststehende elektrisch leitende Grundplatte und einen bewegbaren metallischen Körper auf, der nach Art einer Platte eben oder flach ausgebildet ist und zusammen mit der metallischen Grundplatte die beiden Kondensatorplatten des Schalters bildet. Der zur Kapazitätsänderung bewegbare plattenartige Körper wird normalerweise von einer gebogenen Feder in einem Abstand von der metallischen Grundplatte oder dem sog. Zielfeld gehalten. Zur Betätigung des kapazitiven Schalters ist ein federndes Steuerelement mit einem gekrümmten Mittelabschnitt vorgesehen. Beim Nie derdrücken kommt das Steuerelement mit dem bewegbaren Körper in Berührung, und der Körper wird 2s gegen die Federkraft der gebogenen Feder nach unten gedrückt, um den Abstand zwischen dem Körper unu der Grundplatte zu ändern. Beim Niederdrücken führt das Steuerelement einen Schnappvorgang aus, um eine schnelle Bewegung des Körpers zwischen seinen beiden Stellungen sicherzustellen.

Der Nachteil dieses bekannten kapazitiven Schalters besteht darin, daß er eine große Anzahl von Bauteilen aufweist, kompliziert aufgebaut ist und infolgedessen auch schwierig zusammenzubauen ist. Aus diesen Grüaden handelt es sich bei dem bekannten Schalter um ein aufwendiges und kostspieliges Bauelement. Die vergleichsweise hohen Kosten führen insbesondere dann zu wirtschaftlichen Nachteilen, wenn eine große Anzahl der Schalter für eine einzige Baueinheit verwendet werden soll, wie es beispielsweise bei einer Tastenfeldmatrix der Fall ist, bei der die Gesamtkosten zum größten Teil von den Kosten der benutzten Schalter abhängen.

Aus der FR-PS 15 04 650 ist zwar bereits ein gegenüber dem oben beschriebenen bekannten Schalter einfacher aufgebauter Schalter bekannt, dessen Schaltkapazität jedoch nicht sprungartig verändert werden kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unter Beibehaltung einer sprungartigen Veränderung der Schaltkapazität einen zuverlässig arbeitenden und einfach ausgebildeten kapazitiven Schalter zu schaffen, der mit wenigen Bauteilen auskommt und der mit geringen Herstellungskosten leicht zusammengebaut werden kann.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist der eingangs beschriebene kapazitive Schalter nach der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß der metallische Körper derart gewölbt geformt und federnd ausgebildet ist, &r. daß er beim Ausüben von mindestens einem vorgegebenen Druck durch die Taste auf seine Mitte eine Schnappbewegung ausführt und dabei ein sprungartiges Schaltsignal erzeugt und bei Wegnahme des vorgegebenen Drucks infolge des eigenen Fedcrungs-Vermögens in seine ursprüngliche Stellung durch eint. Schnappbewegung zurückgeht.

Der durch den erfindungsgemäßen kapazitiven

Schalter erzielte Fortschritt' ergibt sich unmittelbar aus der Lösung der oben zitierten Aufgabe. Der zuverlässig arbeitende Schalter ist preiswert und eignet sich insbesondere zum Herstellen einer Tastenfeldmatrix. Eine Tastenfeldmatrix ist somit nach der Erfindung gekennzeichnet durch mehrere elektrische Signalschalter der beanspruchten Art.

Weitere bevorzugte Ausbildungen der Erfindung sind in Unteransprüchen gekennzeichnet.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden an Hand einer Zeichnung erläutert. Es zeigt

F i g. 1 einen Querschnitt durch eine Ausführungsform eines kapazitiven Schalters,

F i g. 2 einen Querschnitt durch eine weitere Ausführungsform eines kapazitiven Schalters,

Fig. 3 eine Schaltungsanordnung zum Erfassen des Ausgangssignals eines Schalters nach den Fig. 1 oder 2,

Fig. 4A und 4B Zeitverläufe von Signalen, die von den in den Fig. 1 und 2 dargestellten Schaltern erzeugt werden, wenn die Schaltertaste gedrückt und losgelassen wird,

F i g. 5 von oben einen Matrixaufoau aus den in der F i g. 1 oder 2 dargestellten Schaltern,

F i g. 6 ein Blockschaltbild einer Matrix mit Schaltern nach der Fig. 1 oder 2 und die Verbindung mit Signalkondition'.er- und Codierschaltungen,

F i g. 7 ein Blockschaltbild einer Einrichtung zum Feststellen, ob bei der in der Fig. 6 dargestellten Matrix eine Taste niedergedrückt ist, und zum Erzeugen eines Tast- oder Torsignals bei jedem Niederdrücken einer Taste,

Fig. 8 ein Blockschaltbild einer Einrichtung zum Feststellen, ob bei der in der Fig. 6 dargestellten Matrix gleichzeitig Tasten niedergedrückt sind, und

F i g. 9 eine Ansicht von oben einer Abwandlung des Schalters nach der F i g. 1 oder 2.

In der Fig. 1 ist ein kapazitiver Schalter oder Kondensatorschalter dargestellt, der ein flaches ebenes Grundsubstrat 11 enthält, bei dem es sich beispielsweise um ein herkömmliches Glasepoxydsubstrat für gedruckte Schaltungen handeln kann, das beidseitig mit Kupfer kaschiert ist, so daß die noch beschriebenen Leiterbereiche nach dem Fotoatzverfahren gebildet werden können. So ist das Kupfer auf der oberen Oberfläche des Grundsubstrats 11 derart geätzt, daß ein etwa kreisförmiges metallisches Feld oder ein Zielbereich 13 vorhanden ist. Nach dem Ätzen wird die gesamte obere Oberfläche mit Ausnahme der Öffnung oder des Ausschnitts 15, der den Zielbereich 13 umgibt, mit einem dielektrischen Film überzogen.

Es entsteht daher eine dielektrische Schicht 14 über dem Zielbereich und eine weitere dielektrische Schicht 17 über dem den Ausschnitt 15 umgebenden Grundsubstrat. Auf der unteren Oberfläche des Grundsubstrats wird nach gedruckter Schaltungsan ein Verbindungsbereich 19 ausgebildet, der über eine metallische Verbindung 21 mit dem Zielbereich 1: verbunden ist.

Über dem Zielbcreich 13 ist in einem Abstand unc durch Luft getrennt eine kuppelartig gewölbte Fede 23 angeordnet, deren Außenrand auf dem dielektri sehen "überzug 17 aufliegt. Die gewölbte Feder T. wird vorzugsweise aus einem kreisförmigen Absehnit mit einem Durchmesser von etwa 12,5 mm eine kugeligen Schale mit einem Radius von etwa 50 mn hergestellt. Die federnde Metallschale hat eine Stärk

von etwa 0,05 bis 0,1 mm. Die gewölbte Feder ist über eine Leitung 25 mit einer äußeren Schaltung verbunden. Eine Tastenführungsplaitte 27 ist über dem Grundsubstrat 11 angeordnet und verläuft parallel dazu. In der Tastenführungsplatte 27 ist eine Öffnung 29 vorgesehen, die mit der gewölbten Feder 23 und dem Zielbereich 13 ausgerichtet ist. Die öffnung 29 enthält ein Drucktastenelement 31. Das Tastenelement ist über eine Schraubenfeder 33 an der Mitte der gewölbten Feder 23 befestigt.

Wenn das Tastenelemenl 31 niedergedrückt wird, übt die Schraubenfeder 33 einen Druck auf die gewölbte Feder 23 aus. Wenn dieser Druck hinreichend groß ist, führt die gewölbte Feder eine Schnappbewegung aus, d. h., sie springt plötzlich in die Richtung des ausgeübten Drucks. Durch dsesen Schnapp- oder Springvorgang wird die Kapazität zwischen der gewölbten Feder 23 und dem Zielbereich 13 sprungartig geändert. Wenn der Kondensator beim Auftreten der Schnappbewegung mit einer hinreichend hohen Spannung geladen ist, wird dabei ein elektrisches Signal erzeugt, das erfaßt oder festgestellt und anschließend in einer elektronischen Einrichtung verarbeitet wird.

Obwohl die in der F i g. 1 dargestellte Ausführungsform für viele Betriebsbedingungen geeignet ist, weist sie dennoch gewisse Nachteile auf. Es hat sich nämlich gezeigt, daß in vielen dielektrischen Schichten eine dielektrische Polarisation stattfindet und daß im Laufe einer gewissen Zeit an beiden Oberflächen der dielektrischen Schicht Ladungen entstehen. Dies hat zur Folge, daß die obere Oberfläche der Schicht, d. h. die obere Oberfläche des Zielbereiches 13, das gleiche elektrische Potential annimmt wie die gewölbte Feder 23. In diesem Fall tritt keine Änderung der Kapazität zwischen der umspringenden gewölbten Feder und dem metallischen Zielbereich 13 auf, so daß kein Signal abgegeben wird. Um diese Störung zu beseitigen, kann man die Polarität der ;in die gewölbte Feder 23 und dem Zielbereich 13 angelegten Spannung umkehren. Man kann aber auch die dielektrische Schicht 13 entfernen. Diese Lösungen sind jedoch unpraktisch. Eine etwas bessere Lösung besteht darin, eine geringfügig leitende oder unvollkommene dielektrische Schicht zu benutzen, durch die das obige Problem vollständig beseitigt wird.

Obwohl eine dielektrische Schicht mit einer gesteuerten Ableitung die obige Schwierigkeit vermeidet, schafft die Anordnung nach der F i g. 2 eine bessere Lösung.

Bei dem Ausfiihrungsbeispiel nach der F i g. 2 wird die Polarisationsladung auf der dielektrischen Schicht sogar einer wünschenswerten Eigenschaft gemacht, indem eine Schicht gewählt wird, die bereits eine eingefrorene große elektrische Ladung aufweist.

Solche Schichten oder Filme sind bekannt und werden als Electretschichten bezeichnet Electrete bestehen aus Wachs-, Harz-, Flurocarbonschichten und anderen Filmen und sogar aus Titanatkeramik.

Bei der Ausführungsform nach der Fig. 2 ist in der Mitte eine Stützplatte 41 mit einer zylindrischen öffnung 43 vorgesehen, die aus eimern Isoliermaterial besteht Eine gewölbte Feder 45 ruht auf einer leitenden Metallfolie 47, die an der unteren Oberfläche der Stützplatte 41 die öffnung 43 umgibt. Die dünne leitende Metallschicht 47 liegt auf der oberen Kupferschicht 49 einer EpoxydschalrungsplatteSl. Ein kreisförmig geätzter metallischer Zielbereich 53 befindet sich unter der öffnung 43 und ist von dem Hauptabschnitt der oberen Kupferschicht 49 der Glasepoxydschaltungsplatte 51 durch eine Ausnehmung oder einen Einschnitt 55 getrennt. Der Zielbereich oder das Feld 53 hat einen Durchmesser von etwa 12,5 mm, und die Trennfuge zwischen dem isolierten kreisförmigen Zielbereich und dem geerdeten Umgebungsmaterial, das von der Metallfolie 47 und der oberen Kupferschicht 49 gebildet wird, ist etwa 0,8 mm groß. Der Zielbereich 53 ist über eine durch

ίο Atzen der unleren Kupferschicht auf der Epoxydschaltungsplatte 51 ausgebildeten Leitung 57 mit einer äußeren Schaltung verbunden. Die Leitung oder der Leiter 57 und die Leiterbereiche der oberen Kupferschicht können in herkömmlicher Weise hergestellt werden, beispielsweise durch ein fotografisches Ätzverfahren. Der Leiter 57 ist über einen Leiter 59, der sich durch die Epoxydschaltungsplatte 51 erstreckt, mit dem Zielbereich verbunden.
Zwischen der geerdeten gewölbten Feder 45 und der isolierten Zielplatte 53 wird ein Kondensator gebildet. Über der gewölbten Feder befindet sich in dei öffnung 43 eine Druckplatte. Über dieser Druckplatte 61 ist ein Schaumkissen oder ein federnder Körper 63 angeordnet. Über dem federnden Körper 63 befindet sich ein zylindrisches Kupplungselement 65, das eine auf dem Kopf stehende T-förmige Gestalt hat, wie es gezeigt ist. Der Kopf des Kupplungselements 65 ist über dem elastischen Körper 63 in die öffnung 43 eingepaßt, und das Bein oder der Steg des Kuppiungselements 65 ragt durch eine kleine öffnung 66 in einer Abdeckplatte 68 nach oben. Das Bein des Kupplungselements 65 ist an einer Drucktastenkappe 67 befestigt. Die Druckplatte 61 weist vorzugsweise drei nach unten ragende Elemente 69 auf, die in einem symmetrischen Abstand voneinander angeordnet sind und mit der gewölbten Feder nahe bei ihrem Außenrand in Berührung kommen. Auf diese Weise ist die Mitte der kuppeiförmigen Feder frei, so daß eine möglichst große Schnappbewegung auftreten kann.

Nach der Schnappbewegung kehrt die Feder 45 ihre Wölbungsrichtung um und erstreckt sich nach unten in Richtung auf die Zielplatte. Beim Niederdrücken der Druckkappe oder Taste 67 wird über die Verbindungselemente ein Druck auf die kuppelartige Fedei 45 ausgeübt. Infolge dieses Drucks kehrt die Fedei 45 plötzlich ihre Wölbungsrichtung um, so daß die Kapazität zwischen der Zielplatte 53 und der gewölbten Feder 45 sprungartig geändert wird.

Auf der dem Epoxydsubstrat gegenüberliegenden

Seite befindet sich auf dem Zielbereich 53 eine permanent geladene dielektrische Schicht 71. Die geladene dielektrische Schicht 71 hat vorzugsweise der gleichen Durchmesser wie der kreisförmige Zielbereich 53. Dies ist jedoch nicht unbedingt erforder-

lieh. Infolge der beschriebenen Anordnung wird au! der einen Seite der bewegbaren gewölbten Feder 54 eine Ladung ausgebildet Wie bereits erwähnt, wire eine geladene dielektrische Schicht normalerweise Electret genannt

Der Electret liefert nun das elektrische Feld, dai zum Betrieb des Gerätes notwendig ist. Unter dei Annahme, daß die der gewölbten Feder zugekehrtt dielektrische Oberfläche eine positive Ladung trägt ist die Ladung an der gegenüberliegenden Federoberes fläche und an der Zielplatte notwendigerweise negativ, da über den Leiter 57 und einen Widerstand (ir F i g. 2 nicht gezeigt) ein zur Erde führender Strompfad vorgesehen ist Auf diese Weise wird der ge

ladene Kondensator von dem Luftabstand zwischen der oberen Oberfläche des Electreten 71 und der unteren Oberfläche der gewölbten Feder 45 gebildet. Wenn während des Schnappvorganges der gewölbten Feder die Kapazität zwischen der gewölbten Feder 45 und der oberen Oberfläche des Electreten 71 äußerst schnell zunimmt und die Feder 45 eine dicht bei der Oberfläche des Electreten liegende Stellung einnimmt, fällt die Spannung an dem Kondensator notwendigerweise auf einen sehr kleinen Wert, so daß die Zielplatte 53 über die Leitung 57 an eine äußere Meßoder Fühlschaltung ein negativ gerichtetes elektrisches Spannungssignal abgibt. Auf diese Weise kann man das Niederdrücken der Taste mit einer angeschlossenen elektronischen Schaltung abfühlen oder messen.

Die F i g. 3 zeigt eine Einrichtung zum Feststellen oder Erfassen des Ausgangssignals einer einzigen Taste und enthält einen Widerstand 81, der mit seinem einen Ende an eine Spannungsquelle mit einem Potential +V verbunden ist. Das andere Ende des Widerstandes ist über einen Kondensatorschalter 82 der in der F i g. 1 dargestellten Art an Erde angeschlossen. Eine ähnliche Anordnung kann man für einen Kondensatorhalter nach der F i g. 2 benutzen, allerdings mit der Ausnahme, daß die Klemme +V und die Erdklemme vertauscht sind. Der Verbindungspunkt zwischen dem Kondensatorschalter 82 und dem Widerstand 81 ist an den Eingang eines Schmitt-Triggers 83 angeschlossen. Wenn durch die Betätigung eines Kondensatorschalters ein Signal erzeugt wird, tritt an der Ausgangsklemme 85 des Schmitt-Triggers 83 ein Impuls auf. Ein derartiger Impuls tritt jedesmal auf, wenn die Taste niedergedrückt wird.

Die Fig. 4A zeigt den zeitlichen Verlauf des von dem Schmitt-Trigger 83 erfaßten Signals, wenn beim Niederdrücken der Taste eine Schnappbewegung auftritt. Beim Schnappunkt 87 nimmt die Kapazität schlagartig zu, so daß eine sprungartige Spannungsabnahme auftritt. Diese plötzliche Spannungsabnahme wird von dem Schmitt-Trigger 83 wahrgenommen, so daß dieser einen Impuls abgibt. Wenn die Taste bei dem in der F i g. 4 B dargestellten Zeitpunkt 88 losgelassen wird, schnappt die gewölbte Feder in ihre Ursprungslage zurück, und der Kondensatorschalter gibt das dargestellte positive Signal ab.

Um Datenimpulse zu erzeugen, kann man jedes der in den Fig. 4A und 4B dargestellten Signale benutzen. Das einfachste elektrische Signalgerät besteht aus einer Eintastenanordnung nach der F i g. 1 oder 2 und einem nachgeschalteten Schmitt-Trigger. Mehrere dieser Tastenanordnungen, die jeweils an einem Schmitt-Trigger angeschlossen sind, bilden ein Tastenfeld mit einer einzigen Ausgangsleitung. Obwohl ein derartiges Tastenfeld in manchen Fällen verwendet wird, kann man aus Gründen der Wirtschaftlichkeit und des einfacheren Aufbaus durch die gemeinsame Verwendung von Schmitt-Trigger-Schalrungen mit einer großen Anzahl von Tastenanordnung ein codiertes Ausgangssignal erzeugen.

In der Fig. 5 ist gezeigt, wie man Tastenanordnungen vereinigen kann, um ein codiertes Ausgangssignal zu erzeugen. Ein dielektrisches Tastensignalgerät nach Art der Fig. 1 oder 2 weist zu diesem Zweck zwei Kondensatorzielbereiche auf, die unter einer gewölbten Feder angeordnet sind. I'm dies zu erreichen, kann man den kreisförmigen Zielbereich in z>·. ei Segmente unterteilen, wie es in der Fig. 5 dar- £i stellt ist. Die aufgeteilten Zielbereichsegmente wrdcn dann wie die Elemente einer λ-y-Matrix verbunden, und zwar derart, daß das Segment jeder Zielscheibe an eine der .v-L.eitungen und das andere Segment jeder Zielscheibe an eine der ^-Leitungen angeschlossen ist. Jede Zielscheibe oder jedes Feld hat jei/.t in der Anordnung oder Matrix eine Adresse .v„, y„. Obwohl die räumliche Anordnung der Zielbereiche

ίο eines Tastenfeldes nicht der in der Fig. 5 dargestellu--.ι Weise mit Spalten und Zeilen zu entsprechen braucht, werden die Zielscheiben elektrisch in der ge-Zi.._ien Weise verbunden, so daß ihren Ausgangssi^nalen Codewerte zugeordnet werden können. Im folgenden soll angenommen werden, daß ein Tastenfi ■·.! mit 64 Tasten mindestens in elektrischer Hinsicht die nach der F i g. 5 gezeigte Anordnung aufweist. Diese Zahl (64) von Sprach- und Zahlcnsymbolen, Satzzeichen und dergleichen kann man durch ein binäres Sechs-Bit-Codcwort oder ein Byte darstellen, du- von 000,000 oder .v„, y„ bis 111,111 reicht. Die NS erie von λ_π und y„, die eine beliebige vorgegebene Taste darstellen, kann man also durch einen reinen Binarcode ausdrücken. Eine 8 X 8-Matrix definiert 64 Elemente. Dabei sind 0 bis 7 ^-Leitungen und 0 bis 7 y-Lcitungen vorhanden. Infolge dieser Anordnung benötigt man lediglich 16 Schmitt-Trigger und zugehörige Impulsdehner, die in Kombination im folgenden mit Signalkonditionier- oder Signalbehand-Umschaltung bezeichnet sind, um insgesamt 64 TasiLiiclemente zu bedienen. Eine solche Anordnung ist in der F i g. 6 dargestellt. Eine Gruppe von 8 Signalkonditionierschaltungen ist den .v-Leitungen zugeordnet. Diesen Leitungen folgt ein einziger .r-Codicrer, der die ersten drei Biti, des Tastenfeld-Ausgangscodew -'!tes liefert.

Line zweite Gruppe von 8 Signalkondiiionierschaliüiiiicn ist den y-Leitungen zugeordnet. Es folgt ein Cü'/iger y-C'odierer, der die zweiten drei Bits liefert.

Ferner erzeugt die beschriebene Anordnung immer da::n ein Tast- oder Torsignal, wenn eine Taste niedc-nedrückt wird, so daß die Geräte, die Daten von dem Tastenfeld empfangen, benachrichtigt werden, wenn ein neues Signal kommt. Eine Einrichtung zum Erzeugen eines derartigen Tastsignals ist in dei Fi c. 7 dargestellt. Alle Signale der ^--Leitungen dei Matrix werden den Eingängen eines ODER-Gliedes OR-I mit 8 Eingängen zugeführt. Alle Signale dei y-l.eitungen werden den Eingängen eines zweiter ODER-Gliedes OR-I mit 8 Eingängen zugeführt. Dif Ausgangssignale des ersten und zweiten ODER-Gliedes werden den beiden Eingängen eines UND-Gliede; ASD-I mit zwei Eingängen zugeführt. Das UND Glied kann nur ein Ausgangssignal abgeben, wem sowohl ein x-Signal als auch ein y-Signal gleichzeitig erzeugt werden. Das Ausgangssignal des UND-Glie des wird dem Eingang eines monostabilen Multivibra tors 99 zugeführt. Der monostabile Multivibrator er zeugt jedesmal ein Tastimpuls-Ausgangssignal, wem das UND-Glied ein Signal abgibt. Jedesmal wem eine Taste gedrückt und sowohl ein x-Signal als aucl ein y-Signal erzeugt werden, liefert die gezeigte Schal tungsanordnung ein Tastsignal. Die Dauer oder Läng des Tastsignals hängt von der einstellbaren Zeitkon stante des monostabilen Multivibrators ab. Wenn ent weder nur ein ^-Signal oder nur ein y-Signal auftriti wiri kein Tastsignal erzeugt. Wenn man daher da Τ.,-tsignal zum Tasten der Ausgänge des x-Codierei

und des v-Codierers verwendet, werden ungewollte Ausgangssignale vermieden.

Ferner ist es erwünscht, eine Anordnung zu schufen, die feststellt, wenn zwei Tasten glcichzcit·- ·...·- drückt werden, da beim gleichzeitigen Drücken von zwei Tasten fehlerhafte Ausgangscodesigna'.e auftreten. Eine Einrichtung zum Feststellen der gleichzeitigen Tastenbetätigung ist in der Fig. 8 dargestellt. Jede .r-Matrixleitung ist an eine gemeinsame Leitung Ll über Widerstände R 1 bis RS angeschlossen Die Leitung Ll ist über einen Widerstand /?9 an eme Spannungsquelle +V-I angeschlossen. In ähnlicher Weise sind alle y-Matrixleitungen an eine genn·:!- same Leitung L 2 über Widerstände R 10 bis R\ 1 ·>η-peschlossen. Ferner ist die Leitung Ll über einen Widerstand R 19 mit einer Spannungsquelle + V 2 verbunden. Die Leitung L 1 ist an den Eingang ·■>■ -s ersten Schmitt-Triggers 101 angeschlossen. Die Leitung Ll ist an den Eingang eines zweiten Schmitt-Triggers 102 angeschlossen. Die Ausgänge dieser beiden Schmitt-Trigger 101 und 102 sind mit den Eingängen eines ODER-Gliedes OR-3 verbunden. Der Ausgang des ODER-Gliedes führt zum Eingang '-ines Fehlerregisters 103. Der eine Ausgang des Fe»ierregisters führt zu einer Ausgangsklemme 104. Der zweite Ausgang des Fehlerregisters ist mit < er Signalkonditionierschaltung 105 verbunden. Der Ausgang der Signalkonditionierschaltung führt über einen Fehlerbeseitigungsschalter 106 zur Erde. Das FcM orregister ist ein einfaches Flip-Flop, das an seiner Ausgangsklemme 104 ein Anzeigesignal abgibt, da^ die weitere Betätigung des Tastenfeldes sperrt, bis der Fehlerbeseitigungsschalter betätigt und das Fehlerrcgister 103 zurückgesetzt wird.

Wenn beim Betrieb mehr als eine .x-Leituns oder mehr als eine y-Leitung ein Signal empfängt, weil gleichzeitig zwei Tasten niedergedrückt werden, erzeugt einer oder erzeugen beide, der Schmitt-Trigger 101 und 102, ein Ausgangssignal. Dieses Signal wird über das ODER-Glied OR-3 dem Fehlerregister 103 zugeführt, das dann ein Ausgangssignal der oben beschriebenen Art abgibt. Ein einziges x-Signal oder ein einziges y-Signal reicht nicht aus, um den Schmitt-Trigger 101 oder 102 zu triggern. Auf diese Weise

ίο wird lediglich die gleichzeitige Betätigung von zwei oder mehreren Tasten erfaßt und die weitere Betätigung des Tastenfeldes gesperrt.

Die beschriebene Ausführungsform braucht nicht unbedingt mit einem zweiteiligen Zielbereich nach Art der Fig. 5 ausgerüstet zu sein. So ist in der Fig. 9 ein Zielbereich oder Feld mit drei Segmenten 107, 108 und 109 dargestellt. Diese Segmente sind alle unter einer einzigen gewölbten Feder eines zuvor beschriebenen Signalgerätes angeordnet. Wenn bei einem solchen Gerät die Taste niedergedrückt und die Feder eine Schnappbewegung ausführt, werden drei Ausgangssignale erzeugt. In ähnlicher Weise können vier oder noch mehr Ausgangssignale erzeugt werden. Dies hängt von der Größe des Zielbereiches und der Anzahl der Segmente ab.

Mit einem dreiteiligen Zielbereich kann man eine 3stellige Matrix direkt codieren. Das Tastatur-Fern· sprech-Wahlsystem benutzt beispielsweise im allgemeinen drei Frequenzkomponenten. Dabei setzt siel· die untere Frequenz aus fünf getrennten Frequenzen die mittlere Frequenz aus fünf getrennten Frequenzer und die obere Frequenz aus vier getrennten Frequen zcn zusammen. Das beschriebene Tastenfeld kanr man daher benutzen, um einen Ton zu erzeugen, de:

alle oder einige dieser Frequenzen in sich vereinigt

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (14)

Patentansprüche:

1. Kapazitiver Schalter mit einem metallischen Zielfeld, einem auf der einen Seite des metallischen Zielfelds angeordneten metallischen Körper und einer Taste zum Ausüben von Druck auf den metallischen Körper, um den Körper gegenüber dem Zielfeid zur Änderung der Kapazität zwischen Körper und Zielfeld zu bewegen, dadurch gekennzeichnet, daß der metallische Körper (23; 45) derart gewölbt geformt und federnd ausgebildet ist, daß er beim Ausüben von mindestens einem vorgegebenen Druck durch die Taste (31, 33; 63, 65, 67) auf seine Mute eine Sclmappbewegung ausführt und dabei ein sprungartiges Schaltsignal erzeugt und bei Wegnahme des vorgegebenen Drucks infolge des eigenen Fedemngsvermögens in seine ursprüngliche Stellung durch eine Schnappbewegung zurückgeht.

2. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das metallische Zielfeld (13; 53) auf der an den metallischen Körper (23; 45) angrenzenden Seite mit einer Electretschicht (14; 71) bedeckt ist, um in dem Medium zwischen dem Zielfeld und dem metallischen Körper eine Polarisation zu verhindern.

3. Schalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das metallische Zielfeld (13; 53) auf einem Substrat (11; 51) aufgebracht ist.

4. Schalter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (51) beidseitig kupferkaschiert und in einer vorgegebenen Weise derart geätzt ist, daß ein isolierter Kupferabschnitt das metallische Zielfeld (53) bildet und daß auf dem Substrat (51) um das Zielfeld (53) herum ein metallischer Ring (47) befestigt ist, der eine Stütze für den metallischen Körper (45) bildet und der mit dem übrigen Kupfer elektrisch verbunden ist.

5. Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Taste einen Tastenknopf (31; 67) enthält, der auf der dem metallischen Zielfeld abgewandten Seite des metallischen Körpers (23; 45) angebracht ist, und daß eine zusammendrückbare Vorrichtung (33; 63) zum Übertragen des Drucks von dem Tastenknopf (31; 67) auf den metallischen Körper (23; 45) zwischen diesen Teilen angeordnet ist.

6. Schalter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die zusammendrückbare Vorrichtung ein zusammendrückbares Kissen (63) und eine Druckplatte (61) mit mehreren Elementsn (69) enthält, die derart angeordnet sind, daß sie an einer Oberfläche des metallischen Körpers angreifen, oder daß die zusammendrückbare Vorrichtung eine Schraubenfeder (33) ist.

7. Schalter nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Zielfeld (13; 53) mehrere, vorzugsweise zwei, elektrisch voneinander isolierte Abschnitte (Fig. 5) enthält.

8. Tastcnfeldmatrix, gekennzeichnet durch mehrere elektrische Signalschalter nach einem der vorangegangenen Ansprüche.

9. Tastenfeldmatrix nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere x- und y-Leitungen (.V₁, x₂, x₃, y,, y₂, y,) vorgesehen sind und daß jeder der Signalschalter an eine andere Kombination aus einer der x-Leitungen und einer der y-Leitungen angeschlossen ist.

10. Tastenfeldmatrix mit mehreren x-Leitungen und y-Leitungen, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere elektrische Signalschalter nach Anspruch 7 mit zwei voneinander isolierten Abschnitten vorgesehen sind und daß der eine isolierte Abschnitt jedes Signalschalters an eine zugeordnete x-Leitung O₁, X₂, x₃) und der andere isolierte Abschnitt jedes Signalschalters an eine zugeordnete y-Leitung (y_r y.„ y_?) angeschlossen ist, so daß jeder Signalschalter mit einer verschiedenen Kombination aus einer x-Leitung und einer y-Leitung verbunden ist.

11. Tastenfeldmatrix nach Anspruch 9 oder 10, gekennzeichnet durch mehrere x- und y-Signalkonditionierschaltungen (105), wobei an jede x-Leitung eine x-Signalkonditionierschaltung und an jede y-Leitung eine y-Signalkonditionierschaltung angeschlossen ist, durch einen mit den Ausgängen der Jt-Signalkonditionierschaltungen (105) verbundenen .r-Codierer und durch einen mit den Ausgängen der y-Signalkonditionierschaltungen (105) verbundenen y-Codierer.

II. Tastenfeldmatrix nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß ein Taktgenerator (OR-I, OR-2, AND-I, 99) jedesmal ein Taktsignal erzeugt, wenn einer der elektrischen Signalschalter betätigt wird.

13. Tastenfeldmatrix nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Taktgenerator ein an die .r-Leitumgen der Matrix angeschlossenes erstes ODER-Glied (.OR-I), ein an die y-Leitungen der Matrix angeschlossenes zweites ODER-Glied (OR-2), ein an die Ausgänge der ODER-Glieder (OR-I, OR-I) angeschlossenes UND-Glied (AND-I) und eine an das UND-Glied (AND-I) angeschlossene Mehrzustandsschaltung (99; enthält.

14. Tastenfeldmatrix nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß eine Fühleinrichtung feststellt, wenn mehr als einer der elektrischen Signalschalter gleichzeitig betätigt worden ist, und daß die Fühleinrichtung eine erste Leitung, die über je einen entsprechenden Widerstand (R 1 bis R 8) an jede x-Leitung der Matrix angeschlossen ist, einen mit der ersten Leitung verbundenen ersten Schmitt-Trigger (101), eine zweite Leitung, die über je einen entsprechenden Widerstand (R 10 bis R 17) an jede y-Leitung der Matrix angeschlossen ist, einen an die zweite Leitung angeschlossenen zweiten Schmitt-Trigger (102), ein an die Ausgänge des ersten und zweiten Schmitt-Trigger (101, 102) angeschlossenes ODER-Glied (OR-3), ein an den Ausgang des letztgenannten ODER-Glieds (OR-3) angeschlossenes Fehlerregister (103) und eine Rücksetzschaltung (105, 106) zum Zurücksetzen des Fehlerregisters (103) enthält, wobei die Werte des Registers (103) derart gewählt sind, daß mindestens einer der beiden Schmitt-Trigger (101, 102) getriggert wird, wenn zwei oder mehrere Signalschalter gleichzeitig betätigt werden und die erste und die zweite Leitung über vorgegebene Widerstände (R9, R19) mit vorgegebenen Spannungsquellen (K-I, V-I) verbunden sind.