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Tastschaltervorrichtung
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B fl s 7 h r g ) u n S Die Erfindung betrifft eine elektrische Tastschaltervorrichtung,
die aufgrund eines beim Betätigen zunächst zu überwindenden Widerstands auch als
Schnapp-Tastschalter-oder Klick-Tastschaltervorrichtung bezeichnet werden könnte.
Tastschaltervorrichtungen dieser nsrt werden beisplelsweise bei elektronischen Rechnern,
Fernsengeräten, Videobandgeräten und dergleichen eingesetzt. Als optisch charakteristisches
Merkmal weisen Tastschaltervorrichtungen dieses Typs eine Mehrzahl von gewölbt vorspringenden
Tastelementen auf.
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Bei der Tasteingabe von Steuerbefehlen, beispielsweise in einen elektronischen
Rechner, ist es erwünscht, dem Benutzer das Gefühl und gegebenenfalls den optischen
oder akustischen Eindruck zu vermitteln, daß ein eingegebener Befehl auch tatsächlich
"angekommen" ist. Zu diesem Zweck bereits bekannte Klickschaltervorrichtungen haben
den Vorteil, daß dem Benutzer sozusagen das "Fingerspitzengefühl" vermittelt wird,
daß die gewünschte Information richtig eingegeben wurde.
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Ein in der US-PS 3 932 722 beschriebenes Beispiel für eine Tastschaltervorrichtung
dieses Typs hat leider den herstellungstechnischen Nachteil, daß es äußerst schwierig
oder praktisch unmöglich ist, nach dieser Methode einen erwünscht flachen Tastschalteraufbau
zu verwirklichen.
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Ein anderer, in mancher Hinsicht günstiger Tast-Klickschalteraufbau
ist
in Fig. 5 der anliegenden Zeichnung dargestellt und aus der US-PS 3 590 195 bekannt.
Dieser Klick-Tastenschalter läßt sich wie folgt beschreiben: Auf einer isolierenden
Schicht 102 ist eine Mehrzahl von ersten Tastkontaktelementen 3 angebracht. Eine
darüber angeordnete Platte 100 ist durch eine als Abstandsschicht wirkende Isolierschicht
'01 von der Ebene der ernten Kontakte 103 getrennt. Die Platte 100 weist eine Mehrzahl
von nach oben gewölbten Teilabschnitten 104 auf und kann aus einem isolierenden
oder leitenden Bahn- bzw. Blechmaterial bestehen. Auf der Innenseite der gewölbten
Abschnitte 104 ist eine Mehrzahl von zweiten Kontakten 105 angebracht. Die gewölbten
Teile 104 stehen den ersten Tastkontaktelementen 103 gegenüber. Werden die gewölbten
Teile 104 eingedrückt, so gelangen die zweiten Kontakte 105 mit den ersten Kontakten
103 in Kontaktberührung. Die isolierende Schicht 101 weist auf die gewölbten Teile
104 ausgerichtete Aussparungen auf. Die Platte 100 sowie die isolierenden Schichten
101 und 102 sind sandwichartig übereinander angeordnet. Eine Niete 106 sorgt für
vorgespannte Verbindung zwischen der Platte 100 und den isolierenden Schichten 101
und 102.
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Besteht die Platte 100 aus isolierendem Kunststofffilmmaterial, beispielsweise
aus Polyester, so läßt sich die Tastschalteranordnung zwar preisgünstig herstellen,
jedoch ist die Dauerstandfestigkeit relativ schlecht. Bereits nach vergleichsweise
wenigen Tastenbetätigungen treten Materialermüdungen und/oder Materialumstrukturierungen
auf, so daß der Benutzer das für diese Tastschalterart charakteristische "Klickgefühl"
nicht mehr vermittelt bekommt.
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Besteht die Platte 100 dagegen aus (leitendem) Blechmaterial, so ist
zwar die Dauerstandfestigkeit der Schalteranordnung verbessert, jedoch verursacht
die durch die Auf/ Ab-Bewegung der gewölbten Teile ausgelöste Kraftkomponente
Probleme. Diese Kraftkomponente läßt sich nicht rasch genug abbauen und wirkt auf
die flachen Abschnitte entlang der Kanten der gewölbten Teile, d. h. auf die Verbindungsabschnitte
zwischen der Platte 100 und der isolierenden Schicht 101. Dabei ist die Betätigungslast
für die Tastschalter relativ groß. Eine Schalteranordnung dieser Art läßt sich nicht
oder nur schlecht für Flache, beson>rs dünne und leichte elektronische Geräte
verwenden. Da die gewölbten Teile oder Teilabschnitte 104 einstückig, also integral,
in einem einzigen flachen Blechstück ausgchildet werden, können besondere Probleme
auch aufgrund der Verformung durch Verziehen des Blechmaterials auftreten.
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Wie der Schalteraufbau nach Fig. 5 erkennen läßt, ist außerdem als
besonderes Befestigungselement die Niete 106 erforderlich, welche die Platte 100
und die isolierenden Teile 101 und 102 zusätzlich zu einem Klebemittel zusammenspannt.
Es sind also zusätzliche Teile erforderlich, um eine zuverlässige Verbindung zwischen
der Platte und den isolierenden Teilen 101 und 102 herzustellen, wenn gleichzeitig
die Forderung erfüllt werden soll, daß der auf die gewölbten Abschnitte 104 auszuübende
Tastendruck möglichst gleich sein soll. Wird die Niete 106 nicht verwendet, so lösen
sich die Randabschnitte der gewölbten Teile 104 aufgrund der erheblichen Schubkomponente
in der Horizontalen von der isolierenden Schicht 102 in Richtung der Pfeile b und
c ab, wenn der gewölbte Abschnitt 104 in Richtung a eingedrückt wird. Die Langzeitstabilitätvon
Druck tastschalterndieser Art läßt also zu wünschen übrig. In der Praxis wird eine
Mehrzahl von Nieten 106 zwischen benachbarten Tasten erforderlich, um ein Ablösen
der Platte 100 von der Schicht 101 bzw. eine Trennung der Schichten 101 und 102
zu vermeiden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Tastschaltervorrichtung
der beschriebenen Art so zu verbessern, daß bei der Betätigung einerseits jede gegenseitige
Beein-
flussung der einzelnen Schalterelemente vermieden ist und daß andererseits auch
bei Langzeitbetätigung das charakteristische "Klickgefühl" beim Betätigen der einzelnen
Tasten nicht verloren geht. Die Tastschaltervorrichtung soll einfach, möglichst
in einem automatischen Fertigungsprozeß herstellbar sein und sich durch Langzeitbrauchbarkeit
trotz eir.fachen Aufbaus auszeichnen.
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Der Patentanspruch 1 enthält die Merkmale, die eine erfindungsgemäße
Tast-(Klick)Schaltervorrichtung aufweist.
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Vorteilhafte Weiterbildungen des Erfindungsgedankens sind in Unteransprüchen
gekennzeichnet.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Klick-Tastschaltervorrichtung
eine mit mehreren ausgeformten gewölbten Teilabschnitten versehene federnde Metallblechfläche
auf und besitzt insbesondere Mittel, um die aufgrund von Tastendruck auf die gewölbten
Teilabschnitte ausgeübten bzw. ausgelösten Kräfte abzuleiten bzw. zu absorbieren.
Die Mittel zur Beseitigung dieser Kraftkomponenten bestehen im wesentlichen aus
einem ersten Schlitz in den Randbereichen der gewölbten Teilabschnitte und aus zweiten
Schlitzen an oder in den gewölbten Teilabschnitten selbst. Diese Schlitze dienen
dazu, die Kräfte zu absorbieren, die bei einer Verschiebebewegung der gewölbten
Abschnitte auftreten und die erheblichen Einfluß auf benachbarte Tastschalterabschnitte
ausüben können.
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Über diese Schlitzanordnung läßt sich gleichzeitig die Betätigungskraft
oder -last auf die Oberfläche der gewölbten Teilabschnitte einstellen.
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Die Erfindung und vorteilhafte Einzelheiten werden nachfolgend unter
Bezug auf die Zeichnungen in beispielsweiser Ausführungsform näher erläutert. Es
zeigen:
Fig. 1 die Schnittdarstellung einer Tastschaltervorrichtung
mit erfindungsgemäßen Merkmalen; Fig. 2 die schematische Perspektivdarstellung mit
Blick auf eine federnde Metallfläche,in der gewölbte Teilabschnitte entsprechend
den in Fig.
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1 veranschaulichten Tastschãltern ausgebildet sind; Fig. 3 einen
Teilabschnitt der Draufsicht auf die Federmetallfläche gemäß Fig. 2; Fig. 4 die
Teilschnittdarstellung der Federmetallfläche, gesehen in Richtung der Pfeile an
der Schnittlinie I-I in Fig. 3; und Fig. 5 die Schnittdarstellung der bereits beschriebenen
Tastschaltervorrichtung gemäß US-PS 3 590 195.
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Das Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend unter Bezug
auf die Fig. 1 bis 4 beschrieben, wobei die (vergrößert dargestellte) Schnittansicht
der Tastschaltervorrichtung gemäß Fig. 1 für einen flachen elektronischen RechneL
bestimmt ist.
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Die Tastschalteranordnung gemäß Fig. 1 umfaßt eine Metallblechschicht
1 mit Federeigenschaft, beispielsweise aus nichtrostendem Stahl oder Phosphorbronze,
welche eine Mehrzahl von integral ausgeformten gewölbten Teilabschnitten oder Elementen2
aufweist, die im wesentlichen senkrecht zur Metallblecflache 1 gegen einen gewissen
Druckwiderstand nach Art einer Schnapp- oder Klappwirkung verschieblich sind. Eine
Tastkontaktbahn 3 ist mit einer Mehrzahl von Tastkontakten 4 versehen und ein Substrat
5 weist eine Mehrzahl von paarweise angeordneten elektrischen
Leitern
oder Leiterbahnen 6 und 7 auf, zwischen welchen eine elektrische Verbindung bei
Betätigung eines Schalterelements hergestellt wird. Ein Abstandsteil 8 dient zur
Trennung zwischen der Tastkontaktbahn 3 und dem Substrat 5. Schließlich ist die
metallische Fläche 1 oberseitig mit einer Dekorationsschicht 9 versehen. Das t bstrat
3 und die Tastkontaktschlcht 3 können mit d notwendigen Verdrahtungsmuster versehen
sein. Damit ist beispielsweise eine IC- oder LSI-Steuerung eines Geräts, einer Anzeige,
etwa einer Flüssigkristallanzeige, sowie der Stromversorgung beispielsweise aus
einer Solarzelle möglich.
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Die Blechfläche 1 ist mit der Tastkontaktschicht 3 mittels eines Klebemittels
10 derart verbunden, daß jeweils eines der gewölbten Elemente 2 über mindestens
einem der Tastkontakte 4 der Tastkontaktfläche 3 zu stehen kommt.
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Auf der Dekorationsschicht 9 können entsprechende Tastsymbole über
den gewölbten Teilabschnitten 2 aufgebracht sein. Wird die Tastschalteranordnung
beispielsweise für einen elektronischen Rechner verwendet, so können die Tastsymbole
die Hinweiszeichen "0", "1", "2", ..., "8", "9", "x", ".", "+", "-", "=" oder dergleichen
umfassen.
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Die Tastkontaktfläche 3 sowie das Substrat 5 bestehen aus isolierendem
Material und können flexibel sein. Die Tastkontaktfläche 3 und das Substrat 5 sind
über das Abstandsstück 8 übereinandergeschichtet verbunden, so daß jeder der Tastkontakte
4 einem Paar der elektrischen Leiter 6 und 7 über die gesamte Länge des Abstandsstücks
8 gegenübersteht. Werden die gewölbten Teilabschnitte 2 nach unten eingedrückt,
so bewegt sich der entsprechende Abschnitt des Blechs 1 und die Dekorationsschicht
9 nach unten. Sobald der betreffende Abschnitt des Blechs 1 mit der Tastkontaktfläche
3 in Berührung kommt, werden der entsprechende Bereich des Blechs 1 und die Tastkontaktschicht
3 weiter nach unten bewegt, so daß der Kontakt 4 mit den
elektrischen
Leitern 6 und 7 in Berührung kommt und die elektrische Verbindung zwischen den Leitern
6 und 7 hergestellt wird.
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Die Perspektivdarstellung der Fig. 2 verdeutlicht die federartige
Metallschicht gemäß dieser Ausführungsform der Erfindung ring. 3 zeigt einen reiiausschnict
der Fig. 2.
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Zur Beseitigung oder zur Absorption von Kräften, die bei der Bewegung
der gewölbten Elemente 2 auftreten, sind in der Metallfläche 1 aus Federmaterial
erste Arten von Schlitzen 10 und 10' bzw. zweite Arten von Schlitzen 11 und 11'
ausgebildet. Diese Gruppen von Schlitzen dienen insbesondere zur Aufnahme der entlang
der Ränder der gewölbten Teilabschnitte 2 wirkenden Kräfte sowie zur Beseitigung
des Einflusses auf jeweils benachbarte Tasten.
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Die ersten Schlitze 10 und 10' sowie die zweiten Schlitze 11 und 11'
liegen im Rand- oder Kantenbereich der gewölbten Teilabschnitte 2. Die Schlitze
10 und 10' bzw. 11 und 11' liegen jeweils symmetrisch zueinander. Die Form der Schlitze
10 ud 10' ist vorzugsweise rechteckförmig, während die Schlitze 11 und 11' vorzugsweise
kreisbogenförmig gestaltet sind.
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Jeder der gewölbten Teilabschnitte 2 ist außerdem mit zwei Paaren
12 und 12' von dritten Schlitzen versehen, durch welche sich die beim Eindrücken
der gewölbten Teilabschnitte 2 erforderliche Betätigungslast reduzieren und/ oder
einstellen läßt. Die beiden Schlitzpaare 12 und 12' der dritten Schlitze liegen
jeweils symmetrisch zueinander und jeweils einer der Schlitze der Gruppe 12 und
einer der Schlitze der Gruppe 12' ist ebenfalls jeweils symmetrisch zu dem jeweils
gegenüberliegenden Schlitz angeordnet. Die Form der dritten Schlitze ist vorzugsweise
elliptisch.
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Es sei jedoch betont, daß die Form der jeweiligen Schlitz
auch
anders gestaltet sein kann.Versuche haben jedoch ergeben, daß die dargestellte Schlitzform
in bestimmten Anwendungsfällen besonders günstige Ergebnisse liefert. Die Form und
Größe sowie die Position jeder der Gruppen von ersten, zweiten und dritten Schlitzen
kann variieren und beispielsweise so geändert werden, daß sich eine möglichst aleichförmig
Verteilung der auf die peripheren Kantenbereiche der gewölbten Teilabschnitte 2
wirkenden Kräfte ergibt. Außerdem kann es durch andere Gestaltung der Schlitze erwünscht
sein, die erforderliche Druckbelastung auf die gewölbten Teilabschnitte 2 anders
einzustellen. Auch ist die Anzahl der jeweiligen Schlitzgruppen nicht in der durch
das Beispiel veranschaulichten Weise beschränkt. Es kann auch eine andere symmetrische
Anordnung gewählt werden.
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Die Blechschicht 1 wird wie folgt hergestellt: Auf einem vorbereiteten
flachen Metallblechmaterial mit Federeigenschaft wird zunächst die auf die Position
der zu bildenden gewölbten Teilabschnitte 2 bezogenen Schlitzbereiche festgelegt.
Die Schlitze werden durch Ätzen oder Stanzen erzeugt. Schließlich werden die gewölbten
bewegbaren Teilabschnitte 2 durch Preßverformen erzeugt.
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Die erfindungsgemäße Tastschalteranordnung läßt sich sehr preiswert
in einem automatischen Fertigungsprozeß herstellen. Da die Schlitze in den peripheren
Kantenbereichen der gewölbten Teilabschnitte und/oder im Bereich der Wölbungen selbst
liegen, kann die auszuübende Schaltdruckkraft gering und gut einzustellen sein.
Falls die in dem Blechmaterial 1 ausgebildeten Schlitze nicht vorhanden sind, kann
die gesamte Schalteranordnung nach relativ kurzer Zeit unbrauchbar werden. Der Grund
dafür ist, daß in dem Blechmaterial beim Druck,insbesondere beim gleichzeitigen
Druck auf mehrere der gewölbten Abschnitte, erhebliche Spannungpn, insbesondere
durch Schubkräfte, auftre-
ten. Durch die erfindungsgemäß vorgesehenen
Schlitze läßt sich diese Belastung im Schaltermaterial selbst beseitigen. Werden
die gewölbten Teilabschnitte 2, wie beispielsweise in Fig. 4 durch gestrichelte
Linie angedeutet, eingedrückt, so tritt dank der vorgesehenen Schlitze keine stärkere
Belastung in den Randbereichen der einzelnen Schalterelemente sind auch keine Beeinflussung
benachbart Schalter auf. Das "Klicken" des Schalekontakts ist für dcn Benutzer deutlich
spürbar einzustellen, so daß jeweils di Information vermittelt wird, daß der betreffende
Befehl korrekt ausgeführt wurde.
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Das Blechmaterial mit Federeigenschaft könnte auch als flexibles Bahn-
oder Blechmaterial bezeichnet werden.