DE2754007A1

DE2754007A1 - Taster zum ansteuern von elektronischen bauelementen

Info

Publication number: DE2754007A1
Application number: DE19772754007
Authority: DE
Inventors: Albert Wasmeier
Original assignee: Rafi GmbH and Co KG
Current assignee: Rafi GmbH and Co KG
Priority date: 1977-12-03
Filing date: 1977-12-03
Publication date: 1979-06-13
Also published as: DE2754007C2

Description

Taster zum AnstX rll von elektronischen Bauelementen
Die Erfindung bezitH,t- sich al einen Taster zum Ansteuern von elektronischen Bauelementen nli t einem durch einen verstellbar angeordneten Taster betätigbaren Schaltglied.
Wird ein Halbleiter einer mechanischen Verspannung unterworfen, so ändert sich dessen Leitfähigkeit. Dieser sogenannte piezoresistive Effekt wird bereits ausgenutzt, indem Streifen aus Halbleitermaterial an einem nem mechanischen Spannzungen unterliegenden Element befestigt werden, so daß der Halbleiter somit als Dehnungsmeßstreifen verwendbar ist.
Des weiteren sind tSall-IS bekannt, bei denen es sich um eine integrierte Schaltung mit einem Ilall-Generator und einem nachgeschalteten Signalaufbereitungskreis handelt. Der Hall-Generator kann dabei beispielsweise auf das die Funktionselemente des Signalaufbereitungskreises enthaltende Halbleitersysteme aufgeklebt werden. Durch einen derartigen Klebevorgang werden jedoch mechanische Spannungen im Hall-Generator hervorgerufen, durch die sich eine nachteilige Nullpunktverschiebung des Signals an der Hallstrecke des Hall-Generators ergibt. Um diese nachteilige Nullpunktverschiebung zu vermeiden, ist versucht worden, den Hall-Generator spannungsfrei in ein Gehäuse für die integrierte Schaltung einzubauen.
Aufyabe der Erfind ist es nunmehr, den an sich nachteiligen Effekt, der bei mechanischen Verspannungen eines piezoresistiven Elementes auftritt, in sehr vorteilhafter Weise bei einem Taster nutzbar zu machen.
Taster mit einem durch eine verstellbar angeordnete Taste betätigbaren Schaltglied sind zwar bereits in einer Vielzahl von Ausgestaltungen bekannt und haben sich auch bewährt, zur unmittelbaren Ansteuerung von elektronischen Bauteilen sind sie jedoch nicht verwendbar. Dazu ist es vielmehr erforderlich, den Tastern zusätzlich eine Entprellschaitung zuzuordnen, da, bedingt durch die bisher angewandte mechanische Kontaktgabe, vielfach ein Kontaktflattern auftritt. Außerdem ist bei den bekannten Tastern von Nachteil, daß diese einen großen Hub aufweisen und somit auch groß bauen uiid daß die Kontakte korrodieren, so daß deren Anwendungsbereich und auch die Lebensdauer begrenzt sind.
Durch die Erfindung soll demnach ein Taster geschaffen werden, der diese Nachteile nicht aufweist und der zur unmittelbaren Ansteuerung von elektronischen Bauelementen verwendbar ist. Der Taster soll somit prellfrei arbeiten und ein Signal erzeugen, das unmittelbar einem Schaltelement eingegeben werden kann.
Außerdem sollen zu dessen Betätigung nur sehr geringe Kräfte und ein kleiner ilub erforderlich sein, so daß auch ein Kontaktverschleiß nicht auftritt.
Gemäß der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß als Schaltglied ein mit Anschlüssen versehenes piezoresistives Element vorgesehen ist, das elastisch verformbar angeordnet und unmittelbar oder über Zwischenglieder durch die Taste beeinflußbar ist.
Zweckmäßig ist es hierbei, dem piezoresistiven Element einen Signalaufbereitungskreis, beispielsweise einen Verstärker, nachzuschalten.
Das piezoresistive Element kann ein Widerstand, ein Spannungsteiler, eine Widerstandsbrücke oder eineWiders tands fläche mit vier Anschlüssen nach Art eines Hall-Generators sein.
Vorteilhaft ist es des weiteren, das piezoresistive Element in oder auf einer mit Leiterbahnen und/oder Aiischlüssen versehenen Kunststcff-Folie anzubringen.
Das piezoresistive Element ist zweckmäßigerweise unmittelbar oder mittels einer Kunststoff-Folie auf einem in Verstellrichtung der Taste entgegen Federkraft verschiebbar in einem Gehäuse angeordneten Träger anzubringen, wobei die Unterlage gegebenenfalls mechanisch vorgespaInt sein kann.
Außerdem ist es angebraci<t, z<0r Beeii0flussung des piezoresistiven Elements die Taste mit einem nasenartigen Vorsprung zu versehen, mittels dem das piezoresistive Element oder dessen Unterlage verformbar ist.
Um Beschädigungen des piezoresistiven Elements durch unsachgemäße Betätigung der Taste auszuschließen, ist es ferner zweckmässig, deren Verstellweg durch einen vorzugsweise an dem diese aufnehmenden Gehäuse angebrachten Anschlag zu begrenzen.
Außerdem sollte die Schaltschwelle des piezoresistiven Elements durch ein Magnetfeld einstellbar bzw. veränderbar sein. Dies kann in der Weise erfolgen, daß zur Erzeugung des Magnetfeldes in den Träger ein zu dem iezoresistiven Element ausgerichteter, vorzugsweise zu diesem verstellbarer Permanentmagnet oder ein veränderbarer Elektromagnet eingesetzt wird.
Zweckmäßig ist es ferner, die Stromanschlüsse des piezoresistiven Elements in dem Bereich zwischen dem Träger und der Befestigung, beispielsweise an einer Leiterplatte, federnd auszubilden, uln a«f diese Weiser die Vttrstellbcwe<lun(cen des Träq-rs auszugleichen.
Ei n gemäß der Elfindullg ausgebildeter Taster ist nicht nur sehr einfach in seiner konstruktiven Ausgestaltung und damit auch auf wirtschaftliche Weise und ohne Schwierigkeiten herstellbar, sondern baut auch sehr klein und ist vielseitig verwendbar.
Wird nämlich als Schaltglied ein piezoresistives Element vorgesehen, das elastisch verformbar angeordnet und durch die Taste beeinflußbar ist, ist es möglich, durch eine geringfügige Betätigung der Taste ein Signal zu erzeugen, das unmittelbar zum Ansteuern von elektronischen Bauelementen verwendet werden kann.
Durch die mechanische Verformung bzw. Vcrspannung des Schaltgliedes ändert sich dabei dessen Leitfähigkeit, so daß der an sich nachteilige Piezo-Effekt in sehr vorteilhafter Weise nutzbar i t, ohne daß, da das abgegebene Signal prellfrei ist, zusätzliche Entprelischaltungen erforderlich sind.
es weiteren baut der erfindungsgemäße Taster sehr flach und damit kompakt und zur Erzeugung des Ausgangssignals sind nur sehr geringe Kräite und ein kleiner Verstellweg der Taste von wenigen hundertstel Millimeter erforderlich. Auch tritt ein Kontaktverschleiß nicht auf, da der Taster mit Kontakten im herkömmlichen Sinne überhaupt nicht bestückt ist. Eine vielseitige Verwendbarkeit, zumal die haltbarkeit des Schaltgliedes nahezu unbegrenzt ist, ist somit gewährleistet.
Weitere Einzelheiten des gemäß der Erfindung ausgebildeten Tasters zum Ansteuern von elektronischen Bauelementen sind dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel, das nachfolgend im einzelnen erläutert ist, zu entnehmen. hierbei zeigt: Fig. 1 einen Tester im Längsschnitt, Fig. 2 den Taster nach Fig. 1 in einem Schnitt nach der I.inie II-II und Fig. 3 den bei dem Taster nach den Fig. 1 und 2 verwende-tt l, Träger nlit auf diesem angeordneten Schaltglied in Draufsicht.
Der in der Fig. 1 und 2 dargestellte und mit 1 bezeichnete Taster besteiit im wesentlichen alis einem auf einer Leiterplatte 2 angeordneten Gehäuse 11, einer in diesem in Richtung des Pfeiles A verstellbar geführten Taste 12 sowie einem Schaltglied 15, das mittels einer Kunststoff-Folie 14 als Unterlage auf einem in dem Gehäuse 12 eingebauten Träger 13 getlalten ist. Das Schaltglied 15 ist hierbei d) piezoresistives Element ausgebildet, das, wie dies in Fig. 3 gezeigt ist, über Leiterbahnen 27, 28, 29, 30 an die stromanschlüsse 31, 32, 33 und 34 angeschlossen ist. Die Anschlüsse 31 nnd 32 sind mit den Leitungen a und b, über die das Schaltglied 15 an einen Betriebsstromkreis angeschlossen ist, verbunden, die Anschlüsse 33 und 34 führen dagegen über Leitungen c und d unmittelbar zii elektronischen Bauelementen.
Wird die Taste 12 gemäß Fig. 2 gedriickt, so wirkt eiii an dieser angeformter Vorsprung 16 auf das Schaltglied 15 ein. Und da dieses als piezoresistives Element ausgebildet ist, entsteht in diesem eine Hall-Spannung, die als Impuls über die Leitung c und d unmittelbar elektronischen Bauteilen zugeführt werden kann.
Die Rückführung der Taste 12 wird durch zwischen dieser und dem Gehäuse 11 angeordneten Federn 40 bewerkstelligt.
Die mechanische Empfindlichkeit des piezoresistiven Elements 15 kann mittels eines Permanentmagneten 37 eingestellt werden, der mittels einer Verstellschraube 38 in einer in den Trägern 13 eingearbeiteten, dem piezoresistiven Element 15 zugeordneten Gewindebohrung 36 eingesetzt ist. Auf diese Weise kann die Ansprechschwelle bzw. die Empfindlichkeit des Schaltgliedes 15 leicht den jeweiligen Erfordernissen angepaßt werden.
Um zuverlässig auszuschließen, daß das in einer Aussparung 26 der aus Kunststoff-Folie ausgebildeten Unterlage 14 gehaltene piezoresistive Element 15 durch die Taste 12 bei deren Betätigung beschädigt wird, ist der Verstellweg s der Taste 12 begrenzt.
Und außerdem ist der Träger 13 entgegen der Kraft zweier Federn 23 verstellbar angeordnet. An dem Gehäuse 11, auf dem die Taste 12 mittels eines in eine Aussparung 18 eingreifenden Vorsprunges 19 verschiebbar gehalten ist, ist dazu eine Anschlagfläche 17 vorgesehen, auf der sich die Taste 12 in gedrückter Stellung anlegt. Und außerdem kann der ebenfalls mittels eines in eine Aussparung 20 des Gehäuses 11 eingreifenden Vorsprunges 22 verschiebbar geführte Träger 13 in Verstellrichtung A der Taste 12 ausweichen, sofern die auf das Schaltglied 15 einwirkende Kraft die Gegenkraft der in Bohrungen 24 eingesetzten Federn 23 übersteigt. Durch die Federn 23 ist des weiteren sichergestellt, daß der Träger 13 stets in einer durch eine an dem Gehäuse 11 vorgesehene Anschlagfläche 21, an der sich die Vorsprünge 22 anlegen, bestimmte Lage gedrückt wrd.
I)umit bei einer eventuellen Lageänderllng des Trägers 13 die Stromanschlüsse 31, 32, 33 und 34 nicht beschädigt werden, sind diese zwischen ihren mit der Leiterplatte 2 verlöteten Enden und dem mit dem Träger 13 verprägten Teil federnd ausgebildet. Dazu sind diese jeweils mit einer Z-förmigen Abbiegung 39 versehen, durch die Verstellbewegullgen somit aufgenomnen werden können.
Die Kunststoff-Folie 14 ist mittels Stiften 35 auf dem Träger 13 nnverrückbar gehalten. Selbstverständlich ist es aber auch möglich, diese Teile miteinander zu verkleben. Und um die Durchbiegung des Schaltgliedes 15 auch bei einer Auflage der Folie 14 auf dem Träger 13 zu ermöglichen, ist in diesen eine Aussparung 25 unterhalb des Schaltgliedes 15 eingearbeitet. Auch kann der an Taste 12 angebrachte, auf das pie:'oresistive Element 15 einwirkende Vorsprung gegebenenfalls angefedert sein, um dieses bei einer starren Anordn ; g vor Béschädi zwingen zu schiitzeii.

Claims

Patentansprüche: 1. Taster zum Ansteuern von elektronischen Bauelementen mit einem durch einen verstellbar angeordneten Taster betätigbaren Schaltglied, d a d u r c h g e k e n n z e i c Ii n e t daß als Schaltglied (15) ein mit Anschlüssen (Leiterbahnen 27, 28, 29, 30) versehenes piezoresistives Element vorgesehen ist, das elastisch verformbar angeordnet und unmittelbar oder über Zwischenglieder durch die Taste (12) beeinflußbar ist.
2. Taster nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t daß dem piezoresistiven Element (15) ein Signalschaltkreis, beispielsweise ein Verstärker, nachgeschaltet ist.
3. Taster nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das piezoresistive Element (15) ein Widerstand ist.
4. Taster nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das piezoresistive Element (15) ein Spannungsteiler ist.
5. Taster nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n ii z e 1 c Ii n e t daß das piezoresistive Element (15) eine Widerstandsbrücke ist.
6. Taster nach Anspruch 1 oder 2, dadurch geknnze ichnet, daß das piezoresistive Element (15) eine Widerstandsfläche mit vier Anschlüssen nach Art eines tiall-Cenerators ist.
7. Taster nach einem der Ansprüche 1 bis 6, d a d u r c h g e l e n n z e i c h n e t daß das piezoresistive Element (15) in oder auf einer mit Leiterbahnen (27, 28, 29, 30) und/oder Anschlüssen versehenen Kunststoff-Folie (14) angebracht ist.
8. Taster nach einem der Ansprüche 1 bis 7, d a d u r c h g e k e n 11 z e i c h n e t daß das piezoresistive Element (15) unmittelbar oder mittels einer Kunststoff-Folie (14) auf einem in Verstellrichtung (A) der Taste (12) entgegen Federkraft verschiebbar in einem Gehäuse (11) angeordneten Träger (13) gehalten ist.
9. Taster nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die das piezoresistive Element (15) tragende Unterlage (14) mechanisch vorgespannt ist.
10. Taster nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß zur Beeinflussung des piezoresistiven Elements (15) die Taste (12) mit eine nasenartigen Vorsprung (16) versehen ist, mittels dem das piezoresistive Element (15) oder dessen Unterlage (14) verformbar ist.
11. Taster nach einem der Ansprüche 1 bis 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Verstellweg (S) der Taste (12) durch einen vorzugsweise an dem diese aufnehmenden Gehäuse (11) angebrachten Anschlag (17) begrenzt ist.
1 2. Taster nach ei allem der Ansprüche 1 bis 11, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Schaltschwelle des piezoresistiven Elements (15) durch ein Magnetfeld einstellbar bzw. veränderbar ist.
13. Taster nach Ansrpuch 12, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß zur Erzeugung des Magnetfeldes in den Träger (13) ein zu dem piezoresistiven Element (15) ausgerichteter, vorzugsweise zu diesem verstellbarer Permanentmagnet (37) oder ein veränderbarer Elektromagnet eingesetzt ist.
14. Taster nach einem der Ansprüch3 1 bis 13, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Stromanschlüsse (31, 32, 33, 34) des piezoresistiven Elementes (15) in dem Bereich zwischen dem Träger (13) und der Befestigung, beispielsweise an einer Leiterplatte (2), federnd (Abbiegung 39) ausgebildet ist.