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WO1993005527A1 - Elektrischer schalter, insbesondere drucktastenschalter - Google Patents

Elektrischer schalter, insbesondere drucktastenschalter Download PDF

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Publication number
WO1993005527A1
WO1993005527A1 PCT/EP1992/001993 EP9201993W WO9305527A1 WO 1993005527 A1 WO1993005527 A1 WO 1993005527A1 EP 9201993 W EP9201993 W EP 9201993W WO 9305527 A1 WO9305527 A1 WO 9305527A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
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pushbutton
electromagnet
push button
button
capacitor
Prior art date
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Ceased
Application number
PCT/EP1992/001993
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Peter Ludwig
Otmar Wanierke
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Individual
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Publication of WO1993005527A1 publication Critical patent/WO1993005527A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H13/00—Switches having rectilinearly-movable operating part or parts adapted for pushing or pulling in one direction only, e.g. push-button switch
    • H01H13/50—Switches having rectilinearly-movable operating part or parts adapted for pushing or pulling in one direction only, e.g. push-button switch having a single operating member
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H3/00—Mechanisms for operating contacts
    • H01H2003/008—Mechanisms for operating contacts with a haptic or a tactile feedback controlled by electrical means, e.g. a motor or magnetofriction

Definitions

  • the invention relates to an electrical switch, in particular a pushbutton switch, with a pushbutton and a switch contact mechanically connected to it, which, when the pushbutton is actuated, preferably by finger pressure against the action of a restoring force, changing its respective switching position.
  • the pushbuttons can be actuated by overcoming a pressure point. Nevertheless, the fact that the reaching of the desired switching position cannot be easily determined by the operator pressing the key has proven to be disadvantageous. Especially when a plurality of key switches have to be actuated one after the other, it can happen that in the course of the actuation sequence one of the key switches is not fully actuated to achieve the desired switching division; this is a mistake that often turns out later, often too late. The operator who, for. B. operated a cash register or a computer, must therefore pay particular attention to the press of a button.
  • the invention is based on the object of further developing the pushbutton switch of the type mentioned at the outset such that the human actuating element - generally the actuating finger - receives mechanical feedback that the desired change in switching position has been carried out and, if appropriate, even the success sought thereby, regardless of the button switch is easy to operate.
  • the switch according to the invention in which this object is achieved, is essentially characterized in that the pushbutton is assigned an actuator which, depending on the pushbutton-controlled change in the switching position of the switching contact, brings about an additional movement of the pushbutton.
  • the pushbutton is assigned an actuator which, depending on the pushbutton-controlled change in the switching position of the switching contact, brings about an additional movement of the pushbutton.
  • the operator first senses with his sense of touch the reaction pressure exerted by the pushbutton, which is followed by the additional pushbutton movement caused by the actuator in a fraction of a second when the pushbutton is actuated sufficiently. If this pushbutton movement takes place in the same direction, the operator feels a pressure reduction. For the operator, this forms the confirmation signal for the desired completion of the switch actuation.
  • the actuator can also cause a pushbutton movement in the opposite direction or in the transverse direction in order to report the completion of the switch position change.
  • this mechanical feedback has proven to be more effective than the optical or acoustic feedback mentioned at the outset, apparently due to the fact that the operator's tactile organ, which is located directly in the human organ that actuates the switch, returning return el . - signal cycle is much shorter than the circuit via other sensory organs.
  • the intensity of the feedback - in the case of the invention the strength of the practically simulated pressure point - can be adjusted continuously.
  • the keyboard can therefore simulate strong pressure points with good ease of movement. This fact is of particular importance when such keyboards are used by the physically handicapped.
  • the actuator used can work on a piezoelectric, electrothermal or electrostatic basis, that is to say it is based in general on the principle of converting electrical energy into kinetic energy. It has proven to be particularly advantageous, however, if the actuator comprises an electromagnet which is located in a circuit which closes when the switching position of the push-button-controlled switching contact changes.
  • the "active" switch according to the invention can therefore be used with particular advantage even in switching operations with a time delay or with a locally remote effect, as well as when rapid confirmation of the generated signal is required. In this way, the operator is even confirmed that the success desired by pressing the key has occurred.
  • the electromagnet comprises an armature connected to the push button.
  • the armature acts on the pushbutton in the sense of a superimposition of the force resulting from the manufacturing pressure, the pushbutton to a certain extent evades the pressure exerted on it, and the operator immediately feels, that the desired switching process has been successfully completed.
  • An embodiment has proven to be very advantageous for achieving control by simple means, which is characterized by a capacitor of sufficient capacity in the circuit of the electromagnet, which discharges via the electromagnet when the pushbutton is actuated and thus the switching position changes.
  • a changeover contact is provided which, when the pushbutton is actuated, can be pivoted from a charging position in which it connects the capacitor with a large capacity to a voltage source into a discharging position in which the capacitor connects to the circuit containing the electromagnet connected.
  • a comparatively simpler pushbutton switch can be used if, according to a further embodiment, the high-capacity capacitor is connected to a voltage source via a charging circuit containing a high-resistance resistor and if the switchover contact leading to the electromagnet is connected to the charging circuit between the resistor and the capacitor is.
  • Fig. 2 shows a first embodiment of the switching principle
  • Fig. 3 shows a second, simplified embodiment of the
  • a pushbutton 2 is mounted in a switch housing 1, which actuates a switching contact 3 against the action of a return spring (not shown) in the sense of closing a Circuit serves.
  • a return spring (not shown) in the sense of closing a Circuit serves.
  • the latter can also be designed to be self-resilient.
  • the pushbutton 2 also connects an additional actuator 4 which is fixedly mounted in the switch housing 1 and, in the preferred example illustrated, is formed by an electromagnet.
  • the coil of the electromagnet is expediently arranged in a stationary manner, and an armature 4 ′ connected to the pushbutton 2 and fulfilling the function of the actuator is movably mounted in it.
  • FIG. 2 shows a preferred embodiment of the push button switch according to FIG. 1.
  • This comprises a capacitor 5 of high capacity, which is connected via the contact 3 of the push button 2 and a series resistor 6 to a voltage source Vcc.
  • the contact 3 is thus in the charging position.
  • contact 3 is pivoted from the charging position shown into the unloading position in which the capacitor is connected to the circuit which contains the electromagnet forming actuator 4.
  • a push of a button is thus sufficient to trigger the discharge of the capacitor 5 via the electromagnet 4 when the desired push-button end position is reached, so that the mechanical feedback of the desired switching state to the user is brought about by the actuator 4.
  • the capacitor 5 of high capacitance is connected to the voltage source Vcc via a charging circuit containing the high-resistance ballast resistor 6.
  • the push button switch leading to the electromagnet 4 is connected to the charging circuit between the resistor 6 and the capacitor 5.
  • the resistor 6 is chosen to be large enough to allow the capacitor 5 to be charged quickly, but certainly represents that the current flowing when the switch contact is closed and the capacitor 5 is discharged is smaller than the holding current.

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Abstract

Der elektrische Drucktastenschalter umfaßt eine Drucktaste (2) und einen mit dieser mechanisch verbundenen Schaltkontakt (3), der bei Betätigung der Drucktaste vorzugsweise durch Fingerdruck entgegen der Wirkung einer Rückstellkraft seine jeweilige Schaltstellung ändert. Um eine Rückmeldung des Vollzugs der gewünschten Schaltstellungsänderung sicherzustellen, ist der Drucktaste (2) ein Stellglied (4) zugeordnet, das in Abhängigkeit von der drucktastengesteuerten Schaltstellungsänderung des Schaltkontakts eine zusätzliche Bewegung der Drucktaste herbeiführt. Das Stellglied (4) umfaßt dabei einen Elektromagneten, der in einem bei Änderung der Schaltstellung des drucktastengesteuerten Schaltkontakts (3) sich schließenden Stromkreis liegt. Ein ebenfalls im Stromkreis liegender Kondensator (5) ausreichend großer Kapazität entlädt sich bei Betätigung der Drucktaste (2) und damit Änderung der Schaltstellung über den Elektromagneten.

Description

ELEKTRISCHER SCHALTER, INSBESONDERE DRUCKTASTENSCHALTER
Die Erfindung bezieht sich auf einen elektrischen Schalter, insbesondere Drucktastenschalter, mit einer Druck¬ taste und einem mit dieser mechanisch verbundenen, bei Betä¬ tigung der Drucktaste vorzugsweise durch Fingerdruck entgegen der Wirkung einer Rückstellkraft seine jeweilige Schaltstel¬ lung ändernden Schaltkontakt.
Bei bekannten Drucktastenschaltern dieser Art lassen sich die Drucktasten zwar unter Überwindung eines Druckpunk¬ tes betätigen. Dennoch hat sich die Tatsache als nachteilig erwiesen, daß das Erreichen der gewünschten Schaltstellung nicht ohne weiteres durch die den Tastendruck ausübende Be¬ dienungsperson feststellbar ist. Vor allem dann, wenn eine Mehrzahl von Tastenschaltern nacheinander betätigt werden muß, kann es vorkommen, daß im Laufe der Betätigungsfolge einer der Tastenschalter nicht vollständig betätigt wird, um die gewünschte Schaltsteilung zu erreichen; hier handelt es sich um einen Fehler, der sich häufig erst später, oft auch zu spät, herausstellt. Die Bedienungsperson, die z. B. eine Kasse oder einen Rechner bedient, muß deshalb auf eine ganz besonders sorgfältige Tastendruckbeaufschlagung achten.
Um dem zu begegnen, ist es bereits bekannt, anstelle des oder zusätzlich zur Überwindung eines Druckpunktes eine optische Rückmeldung vorzusehen, beispielsweise in Form von Dioden, die den zu schaltenden Stromkreisen zugeordnet sind und aufleuchten, wenn der gewünschte Schaltvorgang erreicht und durchgeführt worden ist. Bekannt ist es ferner, statt dessen eine akustische Rückmeldung vorzusehen, d. h. einen Signalton auszulösen, der der Bedienungsperson den Vollzug der Tastenbetätigung bestätigt. Ebenso wie bei optischer An¬ zeige setzt auch die akustische Anzeige eine hohe Aufmerksam¬ keit der Bedienungsperson voraus. Die Praxis hat gezeigt, daß das Fehlen der Meldung übersehen bzw. überhört und der damit verbundene Betätigungsfehler erst zu spät festgestellt wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Druckta¬ stenschalter der eingangs genannten Art so weiter auszubil¬ den, daß dem menschlichen Betätigungsorgan - in der Regel dem Betätigungsfinger - eine mechanische Rückmeldung des Vollzugs der gewünschten Schaltstellungsänderung und ggf. sogar des damit angestrebten Erfolgs unabhängig von der Leichtgängig- keit des Tastenschalters erteilt wird.
Der Schalter nach der Erfindung, bei dem diese Aufgabe gelöst ist, zeichnet sich im wesentlichen dadurch aus, daß der Drucktaste ein Stellglied zugeordnet ist, das in Abhän¬ gigkeit von der drucktastengesteuerten Schaltstellungsände¬ rung des Schaltkontakts eine zusätzliche Bewegung der Druck- taste herbeiführt. Bei Betätigung einer Drucktaste nimmt die Bedienungs¬ person zunächst mit ihrem Tastsinn den durch die Drucktaste ausgeübten Reaktionsdruck wahr, dem sich bei ausreichender Drucktastenbetätigung in Bruchteilen einer Sekunde die vom Stellglied bewirkte zusätzliche Drucktastenbewegung an¬ schließt. Findet diese Drucktastenbewegung in gleicher Rich¬ tung statt, dann spürt die Bedienungsperson eine Druckabsen¬ kung. Diese bildet für die Bedienungsperson das Bestätigungs¬ signal für den angestrebten Vollzug der Schalterbetätigung. Natürlich kann vom Stellglied auch eine Drucktastenbewegung in entgegengesetzter Richtung oder in Querrichtung bewirkt werden, um den Vollzug der Schaltstellungsänderung zu melden.
Diese mechanische Rückmeldung hat sich als in physiolo- gischer Hinsicht effektiver erwiesen als die eingangs er¬ wähnten optischen oder akustischen Rückmeldungen, offenbar bedingt durch die Tatsache, daß der zum Tastsinnesorgan der Bedienungsperson, das sich unmittelbar im den Schalter betä¬ tigenden menschlichen Organ befindet, zurückführende Rück el.- dungssignal-Kreislauf wesentlich kürzer ist als der über andere Sinnesorgane führende Kreislauf.
Findet der Gedanke in sehr vorteilhafter Weise bei Tastaturen aller Art (Schreibmaschinen, Computer-Tastaturen, elektronischen Tasteninstrumenten) Anwendung, dann läßt sich die Intensität der Rückmeldung - im Fall der Erfindung die Stärke des praktisch simulierten Druckpunktes - stufenlos einstellen. Die Energie, die für die Überwindung des Druck¬ punktes und damit die Rückmeldung benötigt wird, muß beim "aktiven" Schalter nicht mehr durch das betätigende Organ aufgebracht werden. Die Tastatur kann deshalb bei guter Leichtgängigkeit starke Druckpunkte simulieren. Diese Tat¬ sache ist bei Benutzung derartiger Tastaturen durch Körper¬ behinderte von besonderer Wichtigkeit. Das zum Einsatz gelangende Stellglied kann auf pie¬ zoelektrischer, elektrothermischer oder elektrostatischer Grundlage arbeiten, d. h. ganz allgemein auf dem Prinzip der Umwandlung elektrischer Energie in Bewegungsenergie beruhen. Als besonders vorteilhaft hat es sich jedoch erwiesen, wenn das Stellglied einen Elektromagneten umfaßt, der in einem bei Änderung der Schaltstellung des drucktastengesteuerten Schaltkontakts sich schließenden Stromkreis liegt.
An dieser Stelle ist zu erwähnen, daß der erfindungsge¬ mäße "aktive" Schalter deshalb auch bei Schaltvorgängen mir zeitlich verzögerter oder bei örtlich entfernter Wirkung so¬ wie bei Bedarf einer schnellen Bestätigung des generierten Signals mit besonderem Vorteil einsetzbar ist. Der Bedie- nungsperson wird nämlich auf diese Weise sogar bestätigt, daß der mit dem Tastendruck angestrebte Erfolg eingetreten ist.
Als in baulicher Hinsicht besonders günstig hat es sich erwiesen, wenn der Elektromagnet einen mit der Drucktaste verbundenen Anker umfaßt. Sobald die Spule des Elektromagne¬ ten bei drucktastengesteuerter Schaltstellungsänderung von einem Steuerstrom durchflössen wird, beaufschlagt der Anker die Drucktaste im Sinne einer Überlagerung der vom Bere- tigungsdruck herrührenden Krafteinwirkung, die Drucktasre weicht gewissermaßen dem auf sie ausgeübten Druck aus, und die Bedienungsperson erfühlt sofort, daß der gewünschte Schaltvorgang erfolgreich abgeschlossen ist.
Als sehr vorteilhaft für die Erzielung der Steuerung mit einfachen Mitteln hat sich eine Ausführung erwiesen, die gekennzeichnet ist durch einen im Stromkreis des Elektro¬ magneten liegenden Kondensator ausreichend großer Kapazität, der sich bei Betätigung der Drucktaste und damit Änderung der Schaltstellung über den Elektromagneten entlädt. Gemäß einer ersten Ausführungsmöglichkeit ist ein Um¬ schaltkontakt vorgesehen, der bei Betätigung der Drucktaste aus einer Ladeposition, in der er den Kondensator großer Kapazität mit einer Spannungsquelle verbindet, in eine Ent- ladeposition verschwenkbar ist, in der der Kondensator an den den Elektromagneten enthaltenden Stromkreis angeschlossen ist.
Mit einem vergleichsweise einfacheren Tastschalter kommt man aus, wenn gemäß einer weiteren Ausführungsform der Kondensator hoher Kapazität über einen einen hochohmigen Wi¬ derstand enthaltenden Ladestromkreis an einer Spannungsquelle liegt und wenn der zum Elektromagneten führende Umschaltkon¬ takt an den Ladestromkreis zwischen Widerstand und Kondensa- tor angeschlossen ist.
Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der Erfin¬ dung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung anhand der beigefügten Zeichnung, auf die bezüglich einer erfindungs- wesentlichen Offenbarung aller im Text nicht erwähnten Ein¬ zelheiten ausdrücklich hingewiesen wird. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung des Drucktasten- schalters im Zusammenhang mit dem zur Anwendung gelangenden Schaltprinzip,
Fig. 2 eine erste Ausführungsform des Schaltprinzips, und
Fig. 3 eine zweite, vereinfachte Ausführungsform des
Schaltprinzips .
Wie aus der Zeichnung ersichtlich, ist in einem Schal¬ tergehäuse 1 eine Drucktaste 2 gelagert, die der Betätigung eines Schaltkontakts 3 entgegen der Wirkung einer nicht dar¬ gestellten Rückstellfeder im Sinne des Schließens eines Stromkreises dient. Anstelle einer gesonderten Feder, die den Schaltkontakt 3 beaufschlagt, kann letzterer auch selbst¬ federnd ausgebildet sein. Mit der Drucktaste 2 ist ferner ein im Schaltergehäuse 1 fest gelagertes zusätzliches Stellglied 4 verbunden, das im veranschaulichten bevorzugten Beispiel durch einen Elektromagneten gebildet ist. Zweckmäßigerweise ist die Spule des Elektromagneten stationär angeordnet, und in ihr ist ein mit der Drucktaste 2 verbundener, die Funktion des Stellglieds erfüllender Anker 4' beweglich gelagert.
In Fig. 2 ist eine bevorzugte Ausführungsform des Drucktastenschalters nach Fig. 1 dargestellt. Diese umfaßt einen Kondensator 5 hoher Kapazität, der über den Kontakt 3 der Drucktaste 2 und einen Vorschaltwiderstand 6 mit einer Spannungsquelle Vcc verbunden ist. Der Kontakt 3 befindet sich somit in der Ladeposition. Bei Betätigung der Drucktaste 2 wird der Kontakt 3 aus der gezeigten Ladeposition in die Entladeposition verschwenkt, in der der Kondensator an den Stromkreis angeschlossen ist, der den das Stellglied 4 bil- denden Elektromagneten enthält. Ein Tastendruck genügt somit, um bei Erreichen der gewünschten Drucktastenendstellung die Entladung des Kondensators 5 über den Elektromagneten 4 aus¬ zulösen, so daß durch das Stellglied 4 die mechanische Rück¬ meldung des gewünschten Schaltzustandes an den Benutzer her- beigeführt wird.
Diese Ausführung nach Fig. 2 benötigt zwei Gegenkon¬ takte für den Drucktastenschalter. Bei der bevorzugten Aus¬ führung nach Fig. 3 findet dagegen nur ein Gegenkontakt An- wendung. Bei dieser Ausführung liegt der Kondensator 5 hoher Kapazität über einen den hochohmigen Vorschaltwiderstand 6 enthaltenden Ladestromkreis an der Spannungsσuelle Vcc. Der zum Elektromagneten 4 führende Tastschalter ist an den Lade¬ stromkreis zwischen Widerstand 6 und Kondensator 5 ange- schlössen. Der Widerstand 6 ist so groß gewählt, daß er ein schnelles Aufladen des Kondensators 5 zuläßt, aber sicher- stellt, daß der bei geschlossenem Schalterkontakt und bei entladenem Kondensator 5 fließende Strom kleiner als der Haltestrom ist.

Claims

Patentansprüche
1. Elektrischer Schalter, insbesondere Drucktasten¬ schalter mit einer Drucktaste (2) und einem mit dieser mecha- nisch verbundenen, bei Betätigung der Drucktaste vorzugsweise durch Fingerdruck entgegen der Wirkung einer Rückstellkraft seine jeweilige Schaltstellung ändernden Schaltkontakt (3), dadurch gekennzeichnet, daß der Drucktaste (2) ein Stellglied (4) zugeordnet ist, das in Abhängigkeit von der drucktasten- gesteuerten Schaltstellungsänderung des Schaltkontakts eine zusätzliche Bewegung der Drucktaste herbeiführt.
2. Drucktastenschalter nach Anspruch 1, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß das Stellglied (4) einen Elektromagneten umfaßt, der in einem bei Änderung der Schaltstellung des drucktastengesteuerten Schaltkontakts (3) sich schließenden Stromkreis liegt.
3. Drucktastenschalter nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektromagnet (4) einen das Stellglied bildenden, mit der Drucktaste (2) verbundenen Anker umfaßt.
4. Drucktastenschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch einen im Stromkreis des Elektromagne¬ ten (4) liegenden Kondensator (5) ausreichend großer Kapa¬ zität, der sich bei Betätigung der Drucktaste (2) und damit Änderung der Schaltstellung über den Elektromagneten entlädt.
5. Drucktastenschalter nach Anspruch 4, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß ein Umschaltkontakt (3) vorgesehen ist, der bei Betätigung der Drucktaste (2) aus einer Ladeposition, in der er den Kondensator (5) großer Kapazität mit einer Spannungs- quelle Vcc verbindet, in eine Entladeposition verschwenkbar ist, in der der Kondensator an den den Elektromagneten (4) enthaltenden Stromkreis angeschlossen ist.
6. Drucktastenschalter nach Anspruch 4, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß der Kondensator (5) hoher Kapazität über einen einen hochohmigen Widerstand (6) enthaltenden Ladestromkreis an einer Spannungsquelle Vcc liegt und daß der zum Elektro¬ magneten (4) führende Umschaltkontakt (3) an den Ladestrom¬ kreis zwischen Widerstand (6) und Kondensator (5) angeschlos¬ sen ist.
PCT/EP1992/001993 1991-08-28 1992-08-28 Elektrischer schalter, insbesondere drucktastenschalter Ceased WO1993005527A1 (de)

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