DE602005001283T2 - Beleuchteter Tastenschalter - Google Patents

Description

• Hintergrund der Erfindung
• Miniatur-Tastschalter, die gewöhnlich mit Schaltungsplatinen verlötet werden, arbeiten oftmals in Verbindung mit Beleuchtungsquellen, wie etwa einem Lichtleiter, um den eindrückbaren Abschnitt des Tastschalters zu beleuchten. Die Lichtleiter sind im allgemeinen nicht gegen die Temperaturen (z. B. 250 °C) beständig, die beim Reflow-Löten verwendet werden. Andere Lichtquellen, wie zum Beispiel LEDs (lichtemittierende Dioden) können ebenfalls durch diese beim Löten genutzten hohen Temperaturen beschädigt werden. Ein kostengünstiger beleuchteter Miniaturschalter, der mit einer Schaltungsplatine durch Reflow-Löten verlötet werden könnte, ohne einen weiteren Arbeitsschritt zu benötigen, wäre wertvoll.
• Die EP-A-0336797 beschreibt einen beleuchteten Tastschalter zum Verlöten mit einer Schaltungsplatine, der einen mit elektrischen Kontakten versehenen Basisrahmen und eine Tastschalter-Abdeckung aufweist, die relativ zu dem Basisrahmen zwischen zwei Positionen verschiebbar ist. Federanordnungen, die die Tastschalter-Abdeckung in einer äußeren Position vorspannen, und eine Beleuchtungseinrichtung unter einer transparenten oder durchscheinenden Abdeckplatte sind an einer Zwischen-Schaltungsplatine montiert.
• Kurzbeschreibung der Erfindung
• Gemäß den unabhängigen Patentansprüchen der vorliegenden Erfindung wird ein beleuchteter Tastschalter geschaffen, der kostengünstig und robust ist und der ohne weiteres durch Reflow-Löten mit einer Schaltungsplatine verlötet werden kann, da er eine Wärmeisolierung während des Verlötens bietet. Vorzugsweise weist der Schalter ein Gehäuse und eine Tastschalteranordnung auf, die zwischen einer inneren und einer äußeren Position an dem Gehäuse verschiebbar ist. Die Tastschalteranordnung weist einen gegossenen Kunststoffrahmen und eine Vielzahl von in dem Rahmen montierten Leitern auf, die mit biegsamen Gehäusekontakten in Eingriff bringbar sind, welche Anschlussenden zum Verlöten mit der Schaltungsplatine haben. Ein Licht, z. B. eine LED, die an dem Rahmen montiert ist, hat ein Paar Zuleitungen, die mit einem Leiterpaar verbun den sind. Die LED ist von einem dielektrischen Tastschalter-Element umgeben, dessen inneres Ende an dem Rahmen befestigt ist und dessen äußeres Ende vor der LED liegt, welches Tastschalter-Element Wärmeisolierung bietet, um die LED gegen übermäßige Erwärmung während des Reflow-Lötens zu schützen.
• Die an dem Tastschalterrahmen montierten Leiter sind vorzugsweise aus Metallblech geformt. Die inneren Enden des Leiterpaares, die mit den LED-Zuleitungen verbunden sind, bilden Presshülsen, die mit den Zuleitungen verpresst werden, um das Ablösen während des Reflow-Lötens zu vermeiden. In einer bevorzugten Ausführungsform hat der Tastschalterrahmen einen breiten inneren Abschnitt, der eine Kontaktoberfläche bildet, auf der die Leiter montiert sind. Der Tastschalterrahmen hat eine schmälere äußere Erweiterung, durch welche das Paar Metallblechleiter verläuft, welche Erweiterung das Tastschalter-Element eng aufnimmt und an diesem einrastet.
• Das Gehäuse kann einen formgegossenen isolierten Kunststoff-Bodenabschnitt aufweisen sowie eine Metallblechabdeckung, die mit dem Bodenabschnitt verpresst ist.
• Die neuen Merkmale der Erfindung sind insbesondere in den beigefügten Patentansprüchen dargelegt. Die Erfindung ist an Hand der folgenden Beschreibung am besten verständlich, wenn sie in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen gelesen wird.
• Kurzbeschreibung der Zeichnungen
• 1 ist eine perspektivische Ansicht eines gemäß vorliegender Erfindung aufgebauten beleuchteten Schalters.
• 2 ist eine Draufsicht des Schalters aus 1.
• 3 ist eine Seitenansicht des auf einer Schaltungsplatine montierten und mit dieser verlöteten Schalters aus 1.
• 4 ist eine äußere Stirnseitenansicht des Schalters aus 1.
• 5 ist eine auseinandergezogene perspektivische Darstellung des Schalters aus 1.
• 6 ist eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht eines Abschnitts des Schalters aus 5, die Leiterbahnen an dem Rahmen zeigt, mit denen biegsame Abschnitte von Gehäusekontakten in Eingriff sind.
• 7 ist ein schematisches Schaltbild, das zeigt, wie die Leiter und Kontakte aus 6 verwendet werden können.
• 8 ist eine Schnittansicht des Schalterabschnitts aus 6.
• 9 ist ein Diagramm, das ein typisches Temperatur-Zeit-Profil zeigt, das beim Reflow-Löten verwendet wird.
• Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
• 1 zeigt einen beleuchteten Miniatur-Tastschalter 10 der Bauart, die für die Montage auf einer Schaltungsplatine konstruiert ist. Der Schalter enthält ein feststehendes Gehäuse 12 und eine Tastschalteranordnung 14, die an dem Gehäuse in Richtung nach innen I und nach außen O verschiebbar ist. Wie 3 zeigt, hat das Gehäuse eine geerdete Metallblechabdeckung 16, die Anschlüsse 20 aufweist, die durch Lötverbindungen 22 mit geerdeten Leiterbahnen auf der Schaltungsplatine 23 verlötet sind. Gehäuseschalterkontakte 24 sind an einem isolierten Hauptabschnitt 30 des Gehäuses montiert und haben Anschlussenden 25, die durch Lötverbindungen 26 mit Signal-Leiterbahnen, beispielsweise 28, auf der Schaltungsplatine verlötet sind. Die Metallblechabdeckung ist an dem Gehäusehauptabschnitt durch Verpressen der Abdeckung beispielsweise mit Zungen 27, 29 (5) befestigt.
• 5 zeigt, dass das Gehäuse 12 einen isolierten Abschnitt 30 aufweist, an dem die Gehäuseschalterkontakte 24 zusätzlich zu der geerdeten Metallblechabdeckung 16 montiert sind. Die Tastschalteranordnung 14 weist einen formgegossenen dielektrischen (elektrisch isolierenden) Kunststoff-Tastschalterrahmen 32, eine Vielzahl von Tastschalterleitern 34 und eine LED-Lichtquelle 36 mit Zuleitungen 40, 42 auf, die mit zwei der Tastschalterleiter verbunden sind. Die Tast schalteranordnung enthält ferner ein Tastschalter-Eindrückelement 44, das entlang seiner Achse 46 manuell in Richtung nach innen I eingedrückt wird. Wenn das Eindrückelement in seiner äußeren Position ist und nach innen eingedrückt wird, hält ein Doppelklickmechanismus 50 das Element in seiner inneren Position. Wenn das Element erneut eingedrückt wird, gibt der Doppelklickmechanismus das Element frei, so dass es sich nach außen in seine äußere Position bewegt. Der Doppelklickmechanismus enthält eine in dem Tastschalterrahmen eingeformte Nocke 52 und ein Nockengleitstück 54, dessen inneres Ende schwenkbar in einem Loch 56 des Gehäuses montiert ist. Ein Paar Federn 58 spannt die Tastschalteranordnung nach außen O vor.
• Die Tastschalterleiter 34 sind alle aus Metallblech geformt. Zwei der Tastschalterleiter 60, 62 sind Versorgungsleitungen, die dafür bestimmt sind, die Zuleitungen der LED-Lichtquelle 36 mit Elektrizität zu versorgen. Ein zusätzlicher Metallblech-Tastschalterleiter 64 bietet Schaltfunktionen. Die beiden Versorgungsleitungen 60, 62 haben äußere Abschnitte, die Pressabschnitte oder Presshülsen 70, 72 bilden, die um die LED-Zuleitungen verpresst werden. Die Presshülsen liegen außerhalb des Rahmens 32 und sind um zu der Achse 46 parallele Achsen gebogen. Die Lampe 74 (ein durchsichtiges Kunststoffelement, das eine Diode einschließt) der LED erstreckt sich von den Zuleitungen nach außen. Innere Abschnitte der drei Tastschalterleiter liegen auf einer Kontaktoberfläche 80 eines inneren Abschnitts 82 des dielektrischen Tastschalterrahmens. Der Rahmen hat ferner eine äußere Erweiterung 84. Die Versorgungsleitungen 60, 62 haben Abschnitte 66, die durch die Rahmenerweiterung verlaufen, wobei die Presshülsen 70, 72 außerhalb der Rahmenerweiterung liegen. Die Leiter 60-64 können beispielsweise durch Klebstoff mit der Kontaktoberfläche 80 des inneren Rahmenabschnitts verbunden werden.
• Der innere Abschnitt 82 (8) des Tastschalterrahmens hat eine geringe Dicke oder Höhe T. Die äußere Erweiterung 84 des Rahmens hat weniger als die Hälfte der Breite des inneren Abschnitts und ist nach unten versetzt. Dies ermöglicht es, dass die Oberseite des Eindrückelements etwa bündig mit der Oberseite des inneren Rahmenabschnitts liegt. Ein Leerraum wird unter der Kontaktoberflä che 80 des inneren Rahmenabschnitts belassen, der von den biegsamen Gehäusekontaktabschnitten eingenommen wird.
• 6 zeigt, dass die drei Tastschalterleiter 60-64 fünf Leiterbahnen bilden, wozu zwei Leiterbahnen 86, 88 an den beiden entgegengesetzten Versorgungsleitungen 60 und 64 zählen, die der LED kontinuierlich Strom zuführen, und drei Leiterbahnen 91-93 für den zentralen Tastschalterleiter 64. Die beiden Leiterbahnen 86, 88 sind in kontinuierlichem Kontakt mit zwei biegsamen Kontaktabschnitten 96, 98 von zwei Gehäusekontakten 106, 105. Die drei Leiterbahnen 91-93 sind in den Bahnen von drei biegsamen Schalterkontaktabschnitten 101-103 von drei Gehäuseschaltkontakten 111-113, die Anschlussenden 114 (5) zum Verlöten mit Leiterbahnen der Schaltungsplatine haben. Der Tastschalterleiter 64 hat einen äußeren Spalt 116 am äußeren Ende der Leiterbahn 91. Der Tastschalterleiter hat einen inneren Spalt 118 am inneren Ende der Leiterbahn 93. Die Leiterbahn 92 hat keine Spalten über ihre Länge, so dass sie kontinuierlich mit dem biegsamen Schalterkontaktabschnitt 102 in Eingriff steht.
• Wenn das Tastschalter-Eindrückelement 44 (6) nach innen I eingedrückt wird, um die Tastschalteranordnung in ihre innere Position zu bewegen, drücken die biegsamen Gehäusekontaktabschnitte 101-103 gegen Punkte 121-123. Einer der biegsamen Kontaktabschnitte 101 kommt mit der isolierenden Kontaktoberfläche 80 an dem Spalt 116 in Eingriff. Somit ist jede Schaltung, in der zwischen den Kontaktabschnitten 102 und 101 durch einen inneren Teil des Leiters 64 gelegentlich Strom fließt, eine offene Schaltung. In ähnlicher Weise kommt dann, wenn das Tastschalterelement erneut eingedrückt wird und die Tastschalteranordnung sich in ihre äußere Position bewegt, der biegsame Kontaktabschnitt 103, der vorher am Punkt 123 mit dem Tastschalterleiter in Eingriff stand, nun mit der Kontaktoberfläche 80 an dem Spalt 118 in Eingriff. 7 zeigt eine elektrische Schaltung, die den Schalter 10 aus 6 darstellt.
• Es wäre möglich, die biegsamen Kontaktabschnitte 96, 98 und 101-103 an den Tastschalterleitern zu bilden, die an dem verschiebbaren Rahmen montiert sind, anstatt an Kontakten, die in dem Gehäuse montiert sind. Dies würde jedoch zu frei biegsamen Kontaktabschnitten führen, die einwärts und auswärts gleiten.
• Dies hätte den Nachteil, dass derartige einwärts und auswärts gleitende biegsame Kontaktabschnitte sich an etwas verfangen könnten (zum Beispiel an einem zufällig vorspringenden Teil) und den Schalter beschädigen könnten, und ferner wäre die Herstellung schwieriger.
• 8 zeigt, dass das Tastschalter-Eindrückelement 44 einen Durchgangskanal 130 hat, der die LED 36 aufnimmt. Ein inneres Ende 132 der Kanalwände ist in der äußeren Erweiterung 84 des Tastschalterrahmens eng aufgenommen, so dass im wesentlichen kein Verkanten (nicht mehr als 3) des Eindrückelements relativ zum Rahmen vorliegt. Ein Paar Ansätze 136 an der Rahmenerweiterung schnappen in Löcher 138 ein, um das Eindrückelement an dem Rahmen zu verriegeln. Der äußere Endabschnitt 140 der Kanalwände ist verengt und ragt außerhalb O der LED-Lampe 84 vor. Dies hilft dabei, die Lampe gegen Wärme zu schützen, die während des Verlötens des Schalters 10 an der Schaltungsplatine wie in 3 gezeigt angelegt wird.
• 9 enthält eine Kurve 150, die das Temperatur-Zeit-Profil der Lufttemperatur und der Temperatur der Abdeckung 16 und der Gehäusekontaktanschlüsse zeigt, die alle (mit bleifreiem Lot) mit Leiterbahnen auf der Schaltungsplatine verlötet werden sollen. Die Kurve 150 zeigt die Temperaturen, während der vollständig montierte Schalter durch einen Reflow-Ofen läuft, der Lotformstücke erwärmt, die an den Stellen angebracht wurden, an denen Lötverbindungen gebildet werden sollen. Das Lot ist eine bleifreie Zusammensetzung, die bei etwa 250 °C schmilzt. Der äußere Endabschnitt 140 (8) der Kanalwände des Eindrückelements trägt dazu bei, die Lampe 74 der LED gegen die an die verlötbaren Teile in dem Ofen angelegte maximale Wärme zu isolieren. Der verringerte Durchmesser des äußeren Endes 160 der äußeren Kanalwände trägt dazu bei, die Lampe gegen Beschädigung zu schützen, insbesondere da kein transparentes Fenster über dem äußeren Ende vorgesehen ist. Die Tatsache, dass das innere Ende 132 des Eindrückelements durch die Rahmenerweiterung 84 blockiert ist, verhindert, dass Heißluft durch den Kanal des Eindrückelements fließt, wodurch die Erwärmung der Lampe weiter reduziert wird. In der speziellen LED 36 könnte die Lampe durch Erwärmen auf 250 °C beschädigt werden.
• In einem Schalter mit dem gezeigten Aufbau, den die Anmelderin konstruiert und aufgebaut hat, hatte der Schalter eine Gesamtlänge A (2 und 3) von 28,5 mm zwischen dem äußeren Ende des Eindrückelements in seiner äußeren Position und dem inneren Ende der Gehäuseabdeckung. Das Eindrückelement hatte eine Breite W von 6 mm und eine Höhe H von 4 mm.
• Die Erfindung schafft somit einen an einer Schaltungsplatine montierbaren, kompakten und kostengünstigen beleuchteten Miniatur-Tastschalter, bei dem die Lichtquelle, wie etwa eine LED, an einem manuell betätigbaren Eindrückelement der Tastschalteranordnung montiert ist. Eine Vielzahl von festen Metallblechleitern, die an einem dielektrischen Tastschalterrahmen montiert sind, schließen zwei Versorgungsleitungen ein, die an dem Rahmen befestigt sind und an zwei LED-Zuleitungen durch Verpressen der hinteren Enden der Leiter um die Zuleitungen befestigt sind. Der Tastschalterrahmen hat einen inneren Abschnitt mit großer Breite und geringer Höhe, gegen den die elastischen Abschnitte der Gehäuseleiter drücken. Der Rahmen hat eine versetzte äußere Erweiterung und die beiden Versorgungsleitungen verlaufen durch einen Schlitz in der Erweiterung zu ihren Verpressstellen. Das Eindrückelement hat einen Kanal, der die LED umgibt, welcher Kanal ein vorderes Ende mit verringertem Durchmesser hat, das vor der Lampe liegt. Wird der Tastschalter in einer Umgebung mit mehr als 225 °C nicht länger als 1 Minute platziert, reduzieren die Wände des Tastschalterelements die Erwärmung der Lampe so weit, dass sie nicht beschädigt wird.

Claims (8)

1. Beleuchteter Tastschalter (10), der während des Verlötens mit einer Schaltungsplatine (23) Wärmeisolierung bietet und der ein Gehäuse (12), eine Tastschalteranordnung (14), die zwischen einer inneren und einer äußeren Position an dem Gehäuse verschiebbar ist, und eine Feder (58) enthält, die die Tastschalteranordnung zu der äußeren Position hin vorspannt, bei welchem: die Tastschalteranordnung einen dielektrischen Tastschalterrahmen (32) mit einer Kontaktfläche (80) sowie eine Vielzahl von Tastschalterleitern (60, 62, 64) enthält, die an dem Rahmen befestigt sind und auf der Kontaktfläche liegende Abschnitte haben; eine Vielzahl von Gehäusekontakten (105, 106, 111, 112, 113) an dem Gehäuse montiert sind und mit den Tastschalterleitern in Eingriff bringbar sind, welche Gehäusekontakte Anschlussenden (114) zum Verlöten mit der Schaltungsplatine haben; ein Licht (36) eine lichtemittierende Lampe (74) und ein Paar Zuleitungen (40, 42) hat, die in das Innere der Lampe verlaufen; welche Tastschalterleiter äußere Abschnitte (70, 72) haben, die jeweils mit einer der Zuleitungen (40, 42) verbunden sind; dadurch gekennzeichnet, dass: die Tastschalteranordnung ein dielektrisches Tastschalter-Eindrückelement (44) enthält, das einen Durchgangskanal (130) hat, der die Lampe umgibt, welches Eindrückelement ein an dem Tastschalterrahmen montiertes inneres Ende (132) und ein außerhalb der Lampe vorspringendes äußeres Ende (160) hat.
2. Schalter nach Anspruch 1, bei welchem: der Tastschalterrahmen einen Rahmeninnenabschnitt (82) enthält, der die Kontaktfläche bildet; die Tastschalterleiter aus Metallblech gebildet sind und innere Leiterabschnitte haben, die an der Kontaktfläche befestigt sind, und einen Paar der Tastschalterleiter (60, 62) äußere Leiterabschnitte (70, 72) hat, die mit den Zuleitungen an Stellen innerhalb des Eindrückelements verpresst sind.
3. Schalter nach Anspruch 2, bei welchem: die äußeren Leiterabschnitte (70, 72) außerhalb des Tastschalterrahmens liegen und um Achsen gebogen sind, die in Richtung nach innen und außen verlaufen.
4. Schalter nach Anspruch 1, bei welchem: der Tastschalterrahmen einen Rahmeninnenabschnitt (82) hat, der die Kontaktfläche (80) bildet, und der Tastschalterrahmen eine schmälere, nach außen gerichtete Erweiterung (84) hat, die von den Wänden des inneren Endabschnitts des Kanals des Eindrückelements eng umgeben ist, um zu verhindern, dass das Eindrückelement auf dem Tastschalterrahmen kippt, welche nach außen verlaufende Verlängerung einen Paar Verriegelungsansätze (136) hat und welches innere Ende des Eindrückelements einen Paar Löcher (138) aufweist, die jeweils einen der Verriegelungsansätze aufnehmen, um das innere Ende des Tastschalterelements an dem Tastschalterrahmen zu befestigen.
5. Schalter nach Anspruch 1, bei welchem: die Tastschalterleiter eine Vielzahl von Leiterbahnen (86, 88, 91, 92, 93) bilden, die an dem Tastschalterrahmen befestigt sind und die verschoben werden, wenn sich der Tastschalterrahmen verschiebt; die Gehäusekontakte (105, 106, 111, 112, 113) festgelegte Kontaktabschnitte haben, die an dem Gehäuse befestigt sind, und auslenkbare Kontaktabschnitte (96, 98, 101, 102, 103), die gegen die Leiterbahnen vorgespannt sind; die Vielzahl der Leiterbahnen zwei Leiterbahnen (86, 88) einschließt, die auf zwei der Tastschalterleiter (60, 62) gebildet sind und mit der Lichtquelle verbunden sind und in konstantem Eingriff mit auslenkbaren Kon taktabschnitten (96, 98) des ersten und des zweiten Gehäusekontakts stehen; die Vielzahl der Leiterbahnen eine erste unterbrochene Bahn (93) einschließt, die mit einem ersten der auslenkbaren Kontaktabschnitte (103) in der inneren Position des Tastschalters elektrisch in Eingriff steht, die jedoch eine Spaltstelle (118) hat, die keinen elektrischen Eingriff mit dem ersten auslenkbaren Kontaktabschnitt in der äußeren Position des Tastschalters bildet; die Vielzahl der Leiterbahnen eine zweite unterbrochene Bahn (91) einschließt, die mit einem zweiten der auslenkbaren Kontaktabschnitte (101) in der äußeren Position des Tastschalters in Eingriff steht, die jedoch eine Spaltstelle (116) hat, die keinen elektrischen Eingriff mit dem zweiten auslenkbaren Kontaktabschnitt in der inneren Position des Tastschalters bildet.
6. Schalter nach Anspruch 1, bei welchem: das Gehäuse einen dielektrischen Hauptgehäuseabschnitt (30) und eine Metallblechabdeckung (16) aufweist, welche Gehäusekontakte an dem Hauptgehäuseabschnitt montiert sind und welche Metallblechabdeckung Zungen (27, 29) hat, die mit dem Hauptgehäuseabschnitt verpresst sind.
7. Verfahren zum Aufbauen des beleuchteten Tastschalters nach Anspruch 1, enthaltend die Schritte: Bilden des Paares von Tastschalterleitern (60, 62, 64) aus Metallblech, wobei die äußeren Abschnitte (70, 72) als Presshülsen ausgebildet sind; Verpressen der Presshülsen um die Licht-Zuleitungen (40,42); Aufschieben des dielektrischen Tastschalter-Eindrückelements (44), das einen Durchgangskanal (130) aufweist, um das Licht (36), so dass die Lampe (74) in dem Kanal aufgenommen ist, und Verriegeln des inneren Endes (132) des Tastschalterelements mit dem Tastschalterrahmen, wobei das äußere Ende (160) des Tastschalterelements (44) über ein äußeres Ende der Lampe (74) nach außen verläuft.
8. Verfahren nach Anspruch 7, enthaltend: Platzieren des Gehäuses auf einer Schaltungsplatine, die Leiterbahnen hat, und Erwärmen des Gehäuses und der Schaltungsplatine, um Kontakte an dem Gehäuse mit den Bahnen zu verlöten, wobei der Schritt des Erwärmens das Anordnen des Gehäuses in einer Umgebung mit mehr als 225 °C für nicht länger als 1 Minute einschließt, so dass die Wände des Tastschalterelements die Erwärmung der Lampe verringern.