DE3618131C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Tastschaltervor­ richtung, die aufgrund eines beim Betätigen zunächst zu überwindenden Widerstands auch als Schnapp-Tastschalter- oder Klick-Tastschaltervorrichtung bezeichnet werden könn­ te. Tastschaltervorrichtungen dieser Art werden beispiels­ weise bei elektronischen Rechnern, Fensehgeräten, Video­ bandgeräten und dergleichen eingesetzt. Als optisch cha­ rakteristisches Merkmal weisen Tastschaltervorrichtungen dieses Typs eine Mehrzahl von gewölbt vorspringenden Tast­ elementen auf.

Bei der Tasteingabe von Steuerbefehlen, beispielsweise in einen elektronischen Rechner, ist es erwünscht, dem Benut­ zer das Gefühl und gegebenenfalls den optischen oder aku­ stischen Eindruck zu vermitteln, daß ein eingegebener Be­ fehl auch tatsächlich "angekommen" ist. Zu diesem Zweck bereits bekannte Klickschaltervorrichtungen haben den Vor­ teil, daß dem Benutzer sozusagen das "Fingerspitzengefühl" vermittelt wird, daß die gewünschte Information richtig eingegeben wurde.

Ein in der US-PS 39 32 722 beschriebenes Beispiel für ei­ ne Tastschaltervorrichtung dieses Typs hat leider den her­ stellungstechnischen Nachteil, daß es äußerst schwierig oder praktisch unmöglich ist, nach dieser Methode einen erwünscht flachen Tastschalteraufbau zu verwirklichen.

Ein anderer, in mancher Hinsicht günstiger Tast-Klick­ schalteraufbau ist in Fig. 5 der Zeichnung dargestellt und aus der US-PS 35 90 195 bekannt. Dieser Klick-Tastenschalter läßt sich wie folgt beschreiben:
Auf einer isolierenden Schicht 102 ist eine Mehrzahl von ersten Tastkontaktelementen 3 angebracht. Eine darüber an­ geordnete Platte 100 ist durch eine als Abstandsschicht wirkende Isolierschicht 101 von der Ebene der ersten Kon­ takte 103 getrennt. Die Platte 100 weist eine Mehrzahl von nach oben gewölbten Teilabschnitten 104 auf und kann aus einem isolierenden oder leitenden Bahn- bzw. Blechma­ terial bestehen. Auf der Innenseite der gewölbten Ab­ schnitte 104 ist eine Mehrzahl von zweiten Kontakten 105 angebracht. Die gewölbten Teile 104 stehen den ersten Tast­ kontaktelementen 103 gegenüber. Werden die gewölbten Tei­ le 104 eingedrückt, so gelangen die zweiten Kontakte 105 mit den ersten Kontakten 103 in Kontaktberührung. Die iso­ lierende Schicht 101 weist auf die gewölbten Teile 104 aus­ gerichtete Aussparungen auf. Die Platte 100 sowie die iso­ lierenden Schichten 101 und 102 sind sandwichartig über­ einander angeordnet. Eine Niete 106 sorgt für vorgespann­ te Verbindung zwischen der Platte 100 und den isolieren­ den Schichten 101 und 102.

Besteht die Platte 100 aus isolierendem Kunststoffilm­ material, beispielsweise aus Polyester, so läßt sich die Tastschalteranordnung zwar preisgünstig herstellen, jedoch ist die Dauerstandfestigkeit relativ schlecht. Be­ reits nach vergleichsweise wenigen Tastenbetätigungen treten Materialermüdungen und/oder Materialumstrukturie­ rungen auf, so daß der Benutzer das für diese Tastschal­ terart charakteristische "Klickgefühl" nicht mehr vermit­ telt bekommt.

Besteht die Platte 100 dagegen aus (leitendem) Blechma­ terial, so ist zwar die Dauerstandfestigkeit der Schalter­ anordnung verbessert, jedoch verursacht die durch die Auf/ Ab-Bewegung der gewölbten Teile ausgelöste Kraftkomponente Probleme. Diese Kraftkomponente läßt sich nicht rasch ge­ nug abbauen und wirkt auf die flachen Abschnitte entlang der Kanten der gewölbten Teile, d. h. auf die Verbindungs­ abschnitte zwischen der Platte 100 und der isolierenden Schicht 101. Dabei ist die Betätigungslast für die Tast­ schalter relativ groß. Eine Schalteranordnung dieser Art läßt sich nicht oder nur schlecht für flache, besonders dünne und leichte elektronische Geräte verwenden. Da die gewölbten Teile oder Teilabschnitte 104 einstückig, also integral, in einem einzigen flachen Blechstück ausgebil­ det werden, können besondere Probleme auch aufgrund der Verformung durch Verziehen des Blechmaterials auftreten. Wie der Schalteraufbau nach Fig. 5 erkennen läßt, ist au­ ßerdem als besonderes Befestigungselement die Niete 106 erforderlich, welche die Platte 100 und die isolierenden Teile 101 und 102 zusätzlich zu einem Klebemittel zusam­ menspannt. 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 ver­ wendet, 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 Langzeitstabilität von Druck­ tastschaltern dieser Art läßt also zu wünschen übrig. In der Praxis wird eine Mehrzahl von Nieten 106 zwischen be­ nachbarten Tasten erforderlich, um ein Ablösen der Platte 100 von der Schicht 101 bzw. eine Trennung der Schichten 101 und 102 zu vermeiden.

Der der Erfindung nächstliegende Stand der Technik ist in der DE-AS 27 54 296 offenbart. Der dort beschriebene Druckschalter setzt sich aus einer Schaltungsplatte, einer dielektri­ schen Abstandsplatte, einer Kontaktplatte sowie einer mit den entsprechenden Tastatur­ knöpfen versehenen Platte in Sandwichbauweise zusammen. Die Kontaktplatte ist dabei mit einer Kreuzgitter- bzw. Perforationsstruktur versehen, die die erforderliche Präzision beim Schalten gewährleisten soll. Die vorhandenen Brückenstege bewirken außerdem im Zusammenhang mit der Kontaktgeometrie durch geringfügige Tangentialverschiebung bei der Kontaktschließung eine Selbstreinigung der entsprechenden Kontaktpunkte. Nachteilig hierbei ist jedoch wieder der komplizierte Aufbau, der einen hohen Herstellungsaufwand erfordert.

Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, eine Tastschaltervorrichtung zu schaffen, bei der bei einfachem Aufbau einerseits jede gegenseitige Beeinflussung der ein­ zelnen Schalterelemente vermieden wird und auch bei Langzeitbetätigung das charakte­ ristische "Klickgefühl" beim Betätigen der Tasten erhalten bleibt, andererseits aber auch Erhöhungen der Kontaktwiderstände vermieden werden.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist im Patentanspruch angegeben.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Klick-Tastschaltervorrichtung eine mit mehreren ausge­ formten gewölbten Teilabschnitten versehene federnde Me­ tallblechfläche auf und besitzt insbesondere Mittel, um die aufgrund von Tastendruck auf die gewölbten Teilab­ schnitte 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 Teilab­ schnitten selbst. Diese Schlitze dienen dazu, die Kräfte zu absorbieren, die bei einer Verschiebebewegung der ge­ wölbten Abschnitte auftreten und die erheblichen Einfluß auf benachbarte Tastschalterabschnitte ausüben können. Über diese Schlitzanordnung läßt sich gleichzeitig die Betätigungskraft oder -last auf die Oberfläche der ge­ wölbten Teilabschnitte einstellen.

Die Erfindung und vorteilhafte Einzelheiten werden nach­ folgend unter Bezug auf die Zeichnung in beispielswei­ ser Ausführungsform näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 die Schnittdarstellung einer Tastschaltervor­ richtung mit erfindungsgemäßen Merkmalen;

Fig. 2 die schematische Perspektivdarstellung mit Blick auf eine federnde Metallfläche, in der ge­ wölbte Teilabschnitte entsprechend den in Fig. 1 veranschaulichten Tastschaltern ausgebildet sind;

Fig. 3 einen Teilabschnitt der Draufsicht auf die Fe­ dermetallfläche gemäß Fig. 2;

Fig. 4 die Teilschnittdarstellung der Federmetallflä­ che, gesehen in Richtung der Pfeile an der Schnittlinie I-I in Fig. 3; und

Fig. 5 die Schnittdarstellung der bereits beschriebe­ nen Tastschaltervorrichtung gemäß US-PS 35 90 195.

Das Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend unter Bezug auf die Fig. 1 bis 4 beschrieben, wobei die (vergrößert dargestellte) Schnittansicht der Tastschal­ tervorrichtung gemäß Fig. 1 für einen flachen elektroni­ schen Rechner bestimmt ist.

Die Tastschalteranordnung gemäß Fig. 1 umfaßt eine Metall­ blechschicht 1 mit Federeigenschaft, beispielsweise aus nichtrostendem Stahl oder Phosphorbronze, welche eine Mehrzahl von integral ausgeformten gewölbten Teilab­ schnitten oder Elementen 2 aufweist, die im wesentlichen senkrecht zur Metallblechfläche 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 elektri­ schen Leitern oder Leiterbahnen 6 und 7 auf, zwischen wel­ chen 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 Substrat 5 und die Tastkontaktschicht 3 können mit dem 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.

Die Blechfläche 1 ist mit der Tastkontaktschicht 3 mit­ tels eines Klebemittels 10 derart verbunden, daß jeweils eines der gewölbten Elemente 2 über mindestens einem der Tastkontakte 4 der Tastkontaktfläche 3 zu stehen kommt. Auf der Dekorationsschicht 9 können entsprechende Tastsym­ bole 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", "×", "÷", "+", "-", "=" oder dergleichen umfassen. Die Tastkontaktfläche 3 sowie das Substrat 5 bestehen aus isolierendem Material und können flexibel sein. Die Tast­ kontaktfläche 3 und das Substrat 5 sind über das Abstands­ stück 8 übereinandergeschichtet verbunden, so daß jeder der Tastkontakte 4 einem Paar der elektrischen Leiter 6 und 7 über die gesamte Länge des Abstandsstücks 8 gegen­ übersteht. Werden die gewölbten Teilabschnitte 2 nach un­ ten eingedrückt, so bewegt sich der entsprechende Ab­ schnitt des Blechs 1 und die Dekorationsschicht 9 nach un­ ten. Sobald der betreffende Abschnitt des Blechs 1 mit der Tastkontaktfläche 3 in Berührung kommt, werden der ent­ sprechende 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 herge­ stellt wird.

Die Perspektivdarstellung der Fig. 2 verdeutlicht die fe­ derartige Metallschicht gemäß dieser Ausführungsform der Erfindung. Fig. 3 zeigt einen Teilausschnitt der Fig. 2.

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 ge­ wölbten Teilabschnitte 2 wirkenden Kräfte sowie zur Be­ seitigung des Einflusses auf jeweils benachbarte Tasten. Die ersten Schlitze 10 und 10′ sowie die beiden Schlitze 11 und 11′ liegen im Rand- oder Kantenbereich der gewölb­ ten Teilabschnitte 2. Die Schlitze 10 und 10′ bzw. 11 und 11′ liegen jeweils symmetrisch zueinander. Die Form der Schlitze 10 und 10′ ist vorzugsweise rechteckförmig, wäh­ rend die Schlitze 11 und 11′ vorzugsweise kreisbogenför­ mig gestaltet sind.

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 Teilab­ schnitte 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.

Es sei betont, daß die Form der jeweiligen Schlitze auch anders gestaltet sein kann. Versuche haben jedoch er­ geben, daß die dargestellte Schlitzform in bestimmten An­ wendungsfällen 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 gleichförmig Verteilung der auf die peripheren Kantenbe­ reiche der gewölbten Teilabschnitte 2 wirkenden Kräfte er­ gibt. Außerdem kann es durch andere Gestaltung der Schlit­ ze 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 wer­ den.

Die Blechschicht 1 wird wie folgt hergestellt: Auf einem vorbereiteten flachen Metallblechmaterial mit Federeigen­ schaft wird zunächst die auf die Position der zu bildenden gewölbten Teilabschnitte 2 bezogenen Schlitzbereiche fest­ gelegt. Die Schlitze werden durch Ätzen oder Stanzen er­ zeugt. Schließlich werden die gewölbten bewegbaren Teilab­ schnitte 2 durch Preßverformen erzeugt.

Die erfindungsgemäße Tastschalteranordnung läßt sich sehr preiswert in einem automatischen Fertigungsprozeß her­ stellen. Da die Schlitze in den peripheren Kantenbereichen der gewölbten Teilabschnitte und/oder im Bereich der Wöl­ bungen selbst liegen, kann die auszuübende Schaltdruck­ kraft gering und gut einzustellen sein. Falls die in dem Blechmaterial 1 ausgebildeten Schlitze nicht vorhanden sind, kann die gesamte Schalteranordnung nach relativ kur­ zer Zeit unbrauchbar werden. Der Grund dafür ist, daß in dem Blechmaterial beim Druck, insbesondere beim gleichzei­ tigen Druck auf mehrere der gewölbten Abschnitte, erheb­ liche Spannungen, insbesondere durch Schubkräfte, auftre­ ten. Durch die erfindungsgemäß vorgesehenen Schlitze läßt sich diese Belastung im Schaltermaterial selbst beseiti­ gen. Werden die gewölbten Teilabschnitte 2, wie beispiels­ weise in Fig. 4 durch gestrichelte Linien angedeutet, ein­ gedrückt, so tritt dank der vorgesehenen Schlitze keine stärkere Belastung in den Randbereichen der einzelnen Schalterelemente und auch keine Beeinflussung benachbarter Schalter auf. Das "Klicken" des Schaltkontakts ist für den Benutzer deutlich spürbar einzustellen, so daß jeweils die Information vermittelt wird, daß der betreffende Befehl korrekt ausgeführt wurde.

Das Blechmaterial mit Federeigenschaft könnte auch als flexibles Bahn- oder Blechmaterial bezeichnet werden.

Claims (2)

1. Tastschaltervorrichtung mit

   • - einer Metallblechfläche, in der zur Bedienerseite hin konkav gewölbte Elemente ausgeformt sind, die jeweils mehrere, zueinander symmetrische Aussparungen an ihrem Umfang und im Inneren aufweisen, und
   • - einem der Metallblechfläche gegenüberliegenden Kontaktfeld, mit dem bei Ein­ wirkung eines Druckes auf die Metallblechfläche durch die senkrecht bewegbaren Elemente ein elektrischer Kontakt geschlossen wird,
2. dadurch gekennzeichnet, daß

   • - die Metallblechfläche (1) am Umfang ihrer bewegbaren Elemente (2) ein erstes (10, 10′), einander gegenüberliegendes Schlitzpaar, sowie an oder in den Elementen (2) ein zweites (11, 11′) und zwei dritte (12, 12′), jeweils einander gegenüberliegende Schlitzpaare, aufweist, die jeweils länglich ausgebildet sind; und
   • - das Kontaktfeld aus einer unter der Metallblechfläche liegenden Tastkon­ taktfläche (3) mit Tastkontakten (4), Abstandsstücken (8), sowie einem gegenüber­ liegenden Substrat (5) mit Leitern (6, 7) gebildet ist, so daß sich die Kontakte (4, 6, 7) in einem hermetisch abgeschlossenen, von der Metallblechfläche getrennten Raum befinden.