<Desc/Clms Page number 1>
Die Erfindung betrifft ein elektrisches Schalt- und Frontplattenelement, das mehrere übereinanderliegende flexible Schichten mit stromleitenden und stromisolierten Bereichen aufweist, so dass Kontakte im Ruhezustand voneinander getrennt und unter Druck aneinander pressbar sind, wobei eine durchgehende flexible Deckfolie, zumindest eine obere Schaltfolie, zumindest eine mittlere Distanzfolie und eine untere Schaltfolie vorgesehen sind und wobei die Schaltfolien an den einander zugekehrten Flächen Kontakte für die Schaltbetätigung und gegebenenfalls für den Anschluss elektrischer Elemente wie Leuchtdioden, integrierte Schaltungen, Digitalanzeigen u. dgl. aufweisen, und die Kontakte der Schaltfolien gegebenenfalls mittels Leiterbahnen verbunden sind und die zwischen unterer Schaltfolie und Deckfolie angeordneten Distanzfolien im Bereich der Kontakte Ausnehmungen aufweisen.
Das eingangs genannte elektrische Schalt- und Frontplattenelement wird auch Folienschalter, Membrantastschalter oder membran switch genannt. Es handelt sich dabei um eine moderne und zeitgemässe Bauweise für Schalt- und Frontplattenelemente, die bei besonders flachem Aufbau den Anforderungen in bezug auf dekoratives Aussehen, Zuverlässigkeit und Wirtschaftlichkeit in besonderer Weise nachkommt. Das Element bildet eine hermetisch abgedichtete Einheit, welche Umweltbedingungen, wie Nässe, Kälte, Wärme, Öl, Staub und Schmutz ebenso widersteht wie Korrosion, Rost, aggressiven Chemikalien usw. Folienschalter können flexibel ausgeführt sein, so dass sie auf runden oder auf kantigen Materialien aufgebracht werden können. Designwünsche, Farben und Form sind in weiten Grenzen beliebig variierbar.
Darüber hinaus ist gegenüber herkömmlichen Tastaturen mit einer beträchtlichen Kostensenkung zu rechnen.
Für die Schalt- und Frontplattenelemente gibt es fast unbegrenzte Einsatzmöglichkeiten, insbesondere durch den Einsatz von Mikroprozessoren und den Fortschritt in der Miniaturisierung der Niederspannungsschalttechnik allgemein. Als derzeitige Anwendungsgebiete sind vor allem zu sehen : Maschinenbau, Apparatebau, Mess- und Regeltechnik, Telekommunikation, Unterhaltung, Haushaltsgeräte, Computertechnik, Transport- und Verkehrswesen, Büromaschinen, Spielwaren und Medizintechnik.
Die eingangs genannten Folienschalter sind z. B. in den DE-OS 2900633 und 2921557 beschrieben. Diese haben jedoch den Nachteil, dass bei Druck auf das Tastfeld und Zusammendrücken des darunter liegenden Hohlraumes das darin befindliche Gas, insbesondere Luft, stark komprimiert wird, wodurch ein Gegendruck entsteht. Dadurch wird jener Druckpunkt, bei dem ein Kontakt hergestellt ist,"verschliffen", so dass in nachteiliger Weise das Tastgefühl und die Rückmeldung an die Bedienungsperson verringert wird. Dies trifft umsomehr zu, wenn die Distanzfolie zur Erzielung eines längeren Schaltweges dicker dimensioniert wird. Das Tastgefühl ist für die schnelle Betätigung von Tasten bedeutsam, insbesondere für Personen, die herkömmliche mechanische Tastaturen gewohnt sind. Durch das ungewohnte Gefühl kommt es leicht zu Fehlbetätigungen.
Anderseits ist aber ein gewisser Gegendruck notwendig, um die Funktionssicherheit des Schalters zu gewährleisten.
Bei den bekannten Folienschaltern ist weiters das Tastgefühl dadurch nachteilig beeinflusst, dass die Tastfelder entweder völlig glatt ausgebildet sind oder, gemäss US-PS Nr. 3, 959, 610 und Nr. 4, 180, 711, Füllstücke aufweisen, die der Überbrückung der Wandstärke von über den Folienschaltern angeordneten Masken dienen, um die Schalter bedienen zu können.
Aufgabe der Erfindung ist es, Schalt- und Frontplattenelemente vorzusehen, die in Hinblick auf Bedienungssicherheit und Funktionssicherheit gegenüber den bekannten solchen Elementen verbessert sind.
Erfindungsgemäss wird dies dadurch erzielt, dass die Ausnehmungen der Distanzfolie durch Kanäle miteinander verbunden sind, die einen Druckausgleich des darin enthaltenen Gases ermöglichen. Nach einem weiteren Kennzeichen der Erfindung können die Kanäle Kanalerweiterungen aufweisen. Die Kanäle, Ausnehmungen und Kanalerweiterungen können mit einem Schutzgas gefüllt sein. Weiters können gemäss Erfindung die Ausnehmungen der mittleren Distanzfolie im Randbereich einen elastischen Ring aufweisen, wodurch bei Druck auf das jeweils darüberliegende Tastfeld ein Tastgefühl gegeben ist.
Nach weiteren vorteilhaften Merkmalen der Erfindung weist der über den Ausnehmungen liegende Bereich der Deckfolie Tastpunkte auf, die als konvexe Prägung der Deckfolie ausgebildet sind, wodurch bei Drücken des Tastfeldes ein Tastgefühl und ein akustisches
<Desc/Clms Page number 2>
Signal gegeben ist. Die Deckfolie kann im Bereich der Ausnehmungen Tastfelder mit Reliefdruck aufweisen und weiters kann die Deckfolie im Bereich der Ausnehmungen Tastfelder aufweisen, die von einem erhabenen Rahmen umgeben sind.
Im folgenden sei die Erfindung an Hand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert : Fig. 1 zeigt ein erfindungsgemässes Schalt- und Frontplattenelement in schematischer Schrägansicht, wobei die einzelnen Schichten des Elementes voneinander abgehoben sind. In den Fig. 2 bis 4 sind Schnitte durch verschiedene Bereiche des Elementes gemäss Fig. 1 in teilweise verschiedenen Betriebszuständen dargestellt. Die Fig. 1 bis 4 sind, wie gesagt, rein schematisch gehalten. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind mehrere Varianten erfindungsgemässer Ausgestaltungen vorgesehen, was nicht immer notwendig oder zweckmässig sein muss.
Das dargestellte Schalt- und Frontplattenelement ist für sechs Tastfelder und drei Leuchtanzeigen eingerichtet.
Das Element ist aus folgenden Schichten zusammengesetzt : Deckfolie --1--, obere Distanzfolie --2--, obere Schaltfolie --3--, mittlere Distanzfolie --4--, untere Schaltfolie --5--, untere Distanzfolie --6-- und Trägerplatte --7--.
Die Deckfolie-l-ist eine durchgehende Folie aus Kunststoff und deckt die gesamte Baueinheit nach aussen dicht ab. Über diese Folie erfolgt die Betätigung aller darunterliegender Schaltelemente und es erfolgt an dieser Folie somit der Kontakt mit den Betätigungsorganen der Bedienungsperson. Weiters ist die Deckfolie an bestimmten Stellen mit Zeichen oder Symbolen versehen, damit die Bedienungsperson erkennt, an welcher Stelle welche Funktion geschaltet werden kann. Es sind hier sechs Tastfelder mit jeweils verschiedenen Funktionen vorgesehen.
Die Deckfolie kann beliebig eingefärbt sein. Sie kann in beliebig wählbaren Bereichen oder zur Gänze transparent oder lichtundurchlässig sein. Die Symbole und auch Flächenaufdrucke können sowohl an der Oberseite als auch an der Unterseite der Deckfolie --1-- vorgesehen werden.
Die Frage, ob die Oberseite oder Unterseite bedruckt wird, hängt von mehreren Faktoren ab. Bei Aufdrucken an der Oberseite kann eine Reliefstruktur erzielt werden. Aufdrucke an der Unterseite sind bei transparenter Deckfolie-l-normalerweise sichtbar. Solche Aufdrucke können aber auch so aufgebracht werden, dass sie erst bei bestimmter Beleuchtung sichtbar werden. Die Deckfolie kann auch von beiden Seiten bedruckt werden, was gegebenenfalls auch mehrfärbig erfolgen kann.
Die Siebdrucktechnik als auch die Technik des Offset- bzw. des Flachoffsetdrucks bietet sich hier als besonders vorteilhaft an.
Als Material für die Deckfolie --1-- haben sich derzeit vor allem Polyesterfolien und Polycarbonatfolien als günstig erwiesen.
Die sechs obengenannten Tastfelder sind mit den Bezugszeichen --8 bis 13-- versehen.
In der Deckfolie-l-sind noch drei runde Sichtfelder --14, 15 und 16-- angeordnet, bei denen die Deckfolie transparent verblieben ist, so dass das Licht von weiter unten beschriebenen Leuchtdioden hindurchscheinen kann.
Die Deckfolie-l-vermittelt wie oben bereits gesagt, den Kontakt mit der Bedienungsperson und ist daher bedeutsam für den Bedienungskomfort der gesamten Folienschaltplatte. Es hat sich gezeigt, dass das Bedienungspersonal ein Tastgefühl für das Tastfeld und auch eine Rückmeldung des Schaltvorganges, sei es optisch, akustisch oder tastgefühlsmässig, als angenehm empfindet.
Das Tastgefühl und die Rückmeldung können auf verschiedene Weise erzielt werden. Bei den Tastfeldern --9 und 10-- sind durch Prägung der Deckfolie-l-mittels Matrize und Patrize erhabene Tastpunkte --18, 19-- gebildet. Das Tastfeld --8-- ist eben ausgebildet. In Fig. 4 ist links der Tastpunkt --18 oder 19-- im Schnitt dargestellt. Durch die vorstehende Wölbung ist einerseits der Druckpunkt des Tastfeldes gekennzeichnet und fühlbar, anderseits schnappt die Wölbung unter Druck nach innen, wodurch ein akustisches Signal entsteht.
Das Tastfeld --11-- ist in Reliefdrucktechnik ausgebildet, wodurch ebenfalls ein Tastgefühl erzeugt wird. Bei der Reliefdrucktechnik wird entsprechende Farbe in relativ dicker Schichtdicke aufgetragen. Der Reliefdruck trägt das Bezugszeichen --20--.
Das Tastfeld --12-- ist zum Zwecke der gezielten Auffindung des Schaltpunktes von einem
<Desc/Clms Page number 3>
Rahmen --21-- umgeben. Der Rahmen steht über die Oberfläche der Deckfolie hervor. Der Rahmen --21-- kann aus Kunststoff bestehen und auf der Deckfolie aufgeklebt sein. Der Rahmen kann auch durch eine Prägung der Deckfolie gebildet sein.
Das Tastfeld --13-- ist eben ausgebildet und nur mit den notwendigen Schaltsymbolen versehen. Bei diesem Tastfeld wird das Tastgefühl durch eine weiter unten beschriebene Massnahme erhöht.
EMI3.1
mit Klebstoff versehen, wodurch sie mit der darüberliegenden Deckfolie und der darunter angeordneten nächsten Folie, der oberen Schaltfolie --3--, fest verbunden werden kann. Die obere Distanzfolie --2-- weist Ausnehmungen --22-- im Bereich der Tastfelder und Ausnehmungen --23-im Bereich der Sichtfelder auf. Der verwendete Klebstoff muss allen Anforderungen genügen, insbesondere muss er beständig gegen die bei solchen Elementen auftretenden Temperaturen sein. Die obere Distanzfolie --2-- hat mehrere Aufgaben, darunter die eines Klebstoffträgers und die Aufgabe, den Tastschaltern einen gewissen Schaltweg zu verleihen.
Die Distanzfolie --2-- kann ent-
EMI3.2
--3--.gen --24-- im Bereich der Sichtfelder --14 bis 16--, um Platz und Durchsicht für die darunterliegenden Leuchtdioden zu gewährleisten. An der nach unten weisenden Fläche ist die obere Schalt- folie --3-- mit Leiterbahnen --25-- und Kontakten --26, 27-- versehen. Die Kontakte und Leiterbahnen münden in die Zuleitung --28--.
Die Leiterbahnen sind in bevorzugter Weise aus speziellen Silbermaterialien gefertigt. Aufgebracht werden sie am günstigsten im Siebdruckverfahren, die dann eingebrannt werden. Sind Kupferleitbahnen vorgesehen, so werden diese geätzt und desoxydiert. Die Leiterbahnen können dann auch verzinnt, versilbert oder vergoldet werden. Das verwendete Material weist nach dem Aufbringen etwa einen Widerstand von 0, 2 bis 1 n/cm bei einer Leiterbahnbreite von 1 mm auf, wobei der Widerstand durch den gewählten Querschnitt der aufgebrachten Materialien steuerbar ist.
Da die leitenden Materialien sehr teuer sind, kann es kostenmässig günstig sein, diese Materialien mit Graphit zu vermischen. Dazu ist es notwendig, das gewünschte Widerstandsniveau genau zu kennen.
Um die Oxydation des Silbers der Leiterbahnen zu verhindern, können sämtliche Leiterbahnen, die mit der Atmosphäre in Berührung kommen, mit einem Isolierlack überzogen werden.
Für die Kontakte bieten sich folgende drei Möglichkeiten an : flexibles Silber auf Silberschaltkontakten, flexibles Kupfer auf Kupferschaltkontakten, flexibles Kupfer mit vergoldeten Schaltkontakten. Unter flexiblem Silber oder flexiblem Kupfer versteht man die flexiblen Leiterbahnen, die im Druckverfahren oder auf sonst herkömmliche Weise hergestellt werden.
Die obere Schaltfolie --3-- setzt sich ebenfalls in der Zuleitung --28-- fort und ist Bestandteil eines flexiblen Anschlussteiles. Als Verbindung zum eigentlichen elektronischen Teil können verschiedene Standardstecker vorgesehen werden.
Die Kontakte --27-- zu beiden Seiten der Stanzungen --24-- dienen zur Stromversorgung für die darunterliegenden Leuchtdioden.
Unterhalb der oberen Schaltfolie --3-- ist die mittlere Distanzfolie --4-- angeordnet. Diese mittlere Distanzfolie --4-- dient dazu, die obere Schaltfolie von der unteren Schaltfolie --5-räumlich zu trennen und zu isolieren. Die Folie weist im Bereich unter den Kontakten --26-Ausnehmungen --29-- auf. Durch diese Ausnehmungen --29-- hindurch können die Kontakte --26--, bei Drücken der jeweiligen Tastfelder nach unten, mit den unterhalb liegenden Kontakten der unteren Schaltfolie --5-- in Berührung gebracht werden, wodurch der Schalter betätigt wird.
Weiters sind im Bereich der Leuchtdioden rechteckige Ausnehmungen --30-- vorgesehen, durch die hindurch die zugehörigen Kontakte --27-- mit den Leuchtdioden verbunden werden können.
Die Ausnehmungen --29-- sind über Kanäle --31-- und Kanalerweiterungen --32-- mitein- ander verbunden. Es sind alle Ausnehmungen --29-- miteinander verbunden, so dass das in den
<Desc/Clms Page number 4>
Ausnehmungen und Kanälen befindliche Gas beim Betätigen und Zusammendrücken der Tastfelder entweichen und in die übrigen Räume strömen kann. Dadurch wird der Bedienungskomfort und die Funktionssicherheit des Folienschalters beträchtlich erhöht. Es findet dabei stets ein Druckausgleich statt und nach Auslassen der Taste strömt das zusammengepresste Gas wieder in die Ausnehmung --29-- des betätigten Tastfeldes zurück, wodurch der Kontakt sicher gelöst und das zugehörige Tastfeld in seine ursprüngliche Lage gebracht wird.
Diese miteinander verbundenen Kanäle und Ausnehmungen können mit Luft oder mit einem Schutzgas gefüllt sein.
Die mittlere Distanzfolie --4-- ist in bevorzugter Weise an beiden Seiten mit Klebstoff versehen, wodurch sie zu beiden Seiten mit der oberen Schaltfolie --3-- und der unteren Schaltfo- lie --5-- verbunden wird.
Die dargestellten Kanäle --31-- können auch anders angeordnet sein als in Fig. 1 dargestellt. Als Beispiel siehe die strichlierten Linien.
In der mittleren Distanzfolie --4-- ist rund um die Ausnehmung --29-- unterhalb des ebenen Tastfeldes --13-- ein elastischer Ring --40-- vorgesehen, der einen erhabenen Wulst bildet.
Dieser elastische Ring --40-- kann entweder einstückig mit der mittleren Distanzfolie --4-- gebildet sein oder als separater Ring in eine entsprechende Ausnehmung eingesetzt werden. Durch diesen Ring --40-- wird auch dem ebenen Tastfeld das notwendige Tastgefühl verliehen.
Die untere Schaltfolie --5-- stellt schaltungsmässig das Gegenstück zur oberen Schaltfo- lie --3-- dar. Die sechs Kontakte --33-- liegen in Deckung mit den darüberliegenden Ausnehmungen --29-- der mittleren Distanzfolie --4-- und den Kontakten --26-- der oberen Schaltfolie --3--. Die Kontakte --33-- sind in gewünschter Weise über Leiterbahnen --34, 35-- mitein- ander verbunden.
Wie man in Fig. 1 erkennen kann, kreuzt die Leiterbahn --35-- einige der Leiterbahnen --34--. Um ein kontaktfreies Kreuzen dieser Leiterbahnen zu ermöglichen, wird im Verlaufe des Aufbringens dieser Leiterbahnen ein bestimmter Teil der Leiterbahnen mit einer Isolierschicht --36-- abgedeckt und die kreuzende Leiterbahn --35-- darüber angeordnet. Durch die Möglichkeit solcher Kreuzungen durch Anordnung von Isolierschichten werden die Schaltungsmöglichkeiten erhöht bzw. das Anordnen der Leiterbahnen wesentlich erleichtert und die Länge einzelner Leiterbahnen erheblich verkürzt.
Auch bei der unteren Schaltfolie --5-- setzen sich die Leiterbahnen in eine Zuleitung --37-fort, die mit der obenliegenden Zuleitung --28-- gemeinsam zu dem hier nicht dargestellten Anschlusselement (Stecker) geführt werden kann.
Weiters trägt die untere Schaltfolie --5-- noch Kontaktflächen --38-- für die Leucht- dioden --39--. Die Leuchtdioden --39-- stehen von der unteren Schaltfolie --5-- nach oben in die Ausnehmungen --30 und 24-- der darüberliegenden Schichten --4, 3 und 2--. Die Kontaktflächen --27-- der oberen Schaltfolie --3-- sind in festem Kontakt mit den Kontaktflächen --38-- der unteren Schaltfolie --5--, und sobald der entsprechende Schalter betätigt wird, leuchtet die zugehörige Diode --39-- auf. Das Licht dieser Diode ist durch das zugehörige Sichtfeld --14, 15 oder 16-- von aussen sichtbar. Die Dioden sind bei Silberleiterbahnen mit Silberleitkleber befestigt, bei Kupferbahnen sind die Leuchtdioden angelötet.
Unterhalb der unteren Schaltfolie --5-- kommt dann noch die gegebenenfalls mit Klebstoff versehene untere Distanzfolie und endlich die Trägerplatte --7-- zu liegen. Die Trägerplatte kann z. B. aus Aluminium, Kunststoff oder sonst gewünschtem Material bestehen.
Die Fig. 2 bis 4 sind nach den obenstehenden Erläuterungen im wesentlichen von selbst verständlich. Auf folgendes sei noch hingewiesen :
Fig. 2 ist links ein Schnitt durch ein erfindungsgemässes Element im Bereich des Tastfel- des --11-- in Fig. 1, wobei die Kontakte --26, 33-- nicht zusammengedrückt sind. In der gleichen Figur rechts sieht man den Folienschalter in betätigtem, d. h. zusammengedrücktem Zustand. Lässt die Druckkraft --41-- nach, so nimmt der Kontakt --26-- wieder seine ursprüngliche Stellung ein.
Fig. 3 ist links ein Schnitt im Bereich des Tastfeldes--9--, wobei der Tastpunkt --18-nach unten gedrückt und der Kontakt geschlossen ist. Fig. 3 rechts zeigt die gleiche Stellung bei einem Tastfeld gemäss Bezugszeichen --8--.
<Desc/Clms Page number 5>
In Fig. 4 sind die gleichen Schnittdarstellungen wie in Fig. 3 gezeigt, wobei aber die Kontakte --26-- und Deckfolie --1-- die ursprüngliche Lage wieder eingenommen haben.
Zu Fig. 2 sei noch bemerkt, dass dort die Distanzschicht --2-- fehlt. Sie ist bei dieser Ausführungsart nicht notwendig.
Die beschriebene Folienschaltplatte und die darauf befindlichen Schalter sind Taster mit der elektrischen Funktion eines Schliessers und daher für die Abgabe von Schaltimpulsen geeignet.
Werden die beiden zusammengehörigen Kontakte der oberen und unteren Schaltfolien --3 und 5-zusammengedrückt, so dass sich die Kontaktflächen berühren, wird der Stromkreis geschlossen und der Strom kann fliessen. Die möglichen Steuerströme hängen von mehreren Faktoren, wie Querschnitt der Leiterbahnen, Temperaturbeständigkeit usw. ab, liegen in der Regel aber im mA-Bereich.
Die Schaltimpulse müssen in der Regel durch eine nachgeschaltete Steuerelektronik an die gewünschte Schaltanwendung adaptiert werden.
Gegenüber traditionellen Schaltern weisen die erfindungsgemässen Membranschalter für die meisten Anwendungsgebiete sehr kurze Schaltstrecken von 0, 1 bis 0, 15 mm auf. Die Schaltstrecken können jedoch durch Auswahl entsprechender Stärke der einzelnen Folien variiert werden. Die Membranschalter ermöglichen jedenfalls eine Betätigung durch minimalen Fingerdruck und auch dieser Druck kann je nach Anwenderwunsch durch Änderungen an der Frontfolie und den verschiedenen Distanzfolien angepasst werden.
Die Erfindung ist auf das dargestellte Anwendungsbeispiel nicht beschränkt. Es kann eine Vielzahl von Tastfeldern in beliebiger Anordnung vorgesehen werden, sowie auch Klarsichtfenster für Anzeigevorrichtungen wie Digitalanzeigen und Leuchtdioden. Jede einzelne der im Ausführungsbeispiel gezeigten Massnahmen für die Erhöhung des Tastgefühls kann auch alleine oder in Kombination vorteilhaft Verwendung finden.
In den Zeichnungen sind die Kontakte durchwegs als runde Flächen ausgebildet. Für besondere Anwendungszwecke ist es aber auch möglich, diese Kontakte anders auszugestalten. Die Kontakte können kammförmig oder spiralförmig vorgesehen sein. Die Deckfolie-l-kann auch mit einer herkömmlichen Tastatur kombiniert werden, wobei die Betätigung des Schalt- und Frontplattenelementes dann nicht durch direkten Kontakt mit der Deckfolie, sondern mittels der Tastatur erfolgt. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 1 bis 4 sind zwei Schaltfolien vorgesehen.
Für kompliziertere Anwendungsfälle können auch mehr als zwei übereinanderliegende Schaltfolien Verwendung finden, die bei Betätigung eines Tastfeldes gemeinsam zusammengedrückt werden können. Der Ring --40-- der Distanzfolie --4-- muss nicht als voller Ring ausgebildet sein, sondern wesentlich ist nur, dass eine spürbare Erhebung gegeben ist.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Elektrisches Schalt- und Frontplattenelement, das mehrere übereinanderliegende flexible Schichten mit stromleitenden und stromisolierten Bereichen aufweist, so dass Kontakte im Ruhezustand voneinander getrennt und unter Druck aneinander pressbar sind, wobei eine durchgehende flexible Deckfolie, zumindest eine obere Schaltfolie, zumindest eine mittlere Distanzfolie und eine untere Schaltfolie vorgesehen sind und wobei die Schaltfolien an den einander zugekehrten Flächen Kontakte für die Schaltbetätigung und gegebenenfalls für den Anschluss elektrischer Elemente wie Leuchtdioden, integrierte Schaltungen, Digitalanzeigen u. dgl.
aufweisen, und die Kontakte der Schaltfolien gegebenenfalls mittels Leiterbahnen verbunden sind und die zwischen unterer Schaltfolie und Deckfolie angeordneten Distanzfolien im Bereich der Kontakte Ausnehmungen aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmungen (29) der Distanzfolie (4) durch Kanäle (31) miteinander verbunden sind, die einen Druckausgleich des darin enthaltenen Gases ermöglichen.