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PATENTANSPRÜCHE
1. Druckpunktverhalten aufweisender Drucktastenschalter mit einem auf im Schaltergehäuse angeordnete auslenkbare
Kontaktelemente einwirkenden Betätigungsglied und einer rechteckförmigen, in Breitrichtung gewölbten und an ihren bei den Längsenden auf einer Lagerstelle aufliegenden Blattfeder als Rückstellfeder, die bei Betätigung des Betätigungsgliedes auf Druck beansprucht wird und die bei entsprechend grossem
Druck in ihre durchgebogene Arbeitslage schnappt, dadurch gekennzeichnet, dass am Betätigungsglied (7) zwei Nasen (11,
12) angebracht sind, die bei Betätigung des Betätigungsgliedes (7) an zwei einander bezüglich der mittleren Mantellinie der
Blattfeder (1) gegenüberliegenden und wenigstens annähernd gleichen Abstand von der mittleren Mantellinie aufweisenden
Stellen auf der Wölbung der Blattfeder (1) aufliegen.
2. Drucktastenschalter nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Auflagestellen der beiden Nasen (11, 12) wenigstens annähernd bei halber Länge der Blattfeder (1) liegen.
Die vorliegende Erfindung betrifft einen ein Druckpunktverhalten aufweisenden Drucktastenschalter mit einem auf im Schaltergehäuse angeordnete auslenkbare Kontaktelemente einwirkenden Betätigungsglied und einer rechteckförmigen, in Breitrichtung gewölbten und an ihren beiden Längs enden auf einer Lagerstelle aufliegenden Blattfeder als Rückstellfeder, die bei Betätigung des Betätigungsgliedes auf Druck bean sprucht wird und die bei entsprechend grossem Druck in ihre durchgebogene Arbeitslage schnappt.
Mit der fortschreitenden Automatisierung in der modernen Technik nimmt der Einsatz an Schaltern in verschiedenartigsten Ausführungsformen ständig zu. Einerseits sind die an diese Schalter gestellten Anforderungen sehr hoch, andererseits müssen deren Herstellungskosten möglichst niedrig gehalten werden, damit ihr Einsatz auch unter wirtschaftlichen Gesichtspunkten vertretbar ist.
Abgesehen von der Beschaffenheit der Kontaktelemente eines Drucktastenschalters stehen in bezug auf dessen Funktionssicherheit im wesentlichen zwei Forderungen im Vordergrund:
1. Für den die Drucktaste Betätigenden soll in jedem Fall die Gewissheit bestehen, dass der durch die Betätigung der Drucktaste beabsichtigte Schaltvorgang tatsächlich auch ausgelöst wird.
2. Die für eine einwandfreie Funktion der Drucktaste notwendige Betätigungskraft sollte weitgehend unabhängig vom Verlauf der von den Kontaktelementen herrührenden und auf das Betätigungsglied der Drucktaste rückwirkenden Gegenkräfte sein.
Zur Erfüllung der erstgenannten Forderung müssen bei der Realisierung eines Drucktastenschalters Mittel vorgesehen werden, die dem den Schalter Bedienenden das Gefühl einer richtigen und eindeutigen Arbeitsweise des Schalters vermitteln. Eine bekannte Möglichkeit besteht darin, den Schalter mit zusätzlichen, nach richtigem Ablauf einer Schaltfunktion eine akustische oder optische Meldung veranlassenden Mitteln aus zurüsten. Für den eine Drucktaste Bedienenden ist es jedoch noch angenehmer, wenn er die Quittung für die richtige Funktion des Schalters direkt über die Drucktaste selbst erhält, so dass er sich nicht auf eine spezielle Anzeige konzentrieren muss.
Es ist ein Drucktastenschalter für die vorübergehende Kontaktgabe zwischen zwei Leitern bekannt, der ein federndes Kontaktglied aufweist, das aus einem beispielsweise rechteckigen, teilweise zylindrisch gewölbten Federblech besteht. Wird mittels einer Taste eine Druckkraft auf eine einzige Stelle im zentralen Teil der Wölbung des Kontaktelementes ausgeübt, dann schnappt das Kontaktelement bei genügend grosser Druckkraft in eine durchgebogene Arbeitslage und bewirkt eine Verbindung der beiden genannten Leiter. Uber seinen die Taste betätigenden Finger erhält der den Drucktastenschalter Bedienende infolge des Schnappeffektes eine Quittung für die eindeutige Funktion des Schalters vermittelt. Bei einem ein derartiges Verhalten aufweisenden Drucktastenschalter kann die genannte zweite Forderung ohne nennenswerte Schwierigkeiten erfüllt werden.
Abgesehen von den geometrischen Abmessungen sowie dem gewählten Federmaterial ist die zum Erreichen des Schnapp- oder Druckpunktes einer rechteckförmigen Blattfeder erforderliche Kraft abhängig vom Wölbungsgrad der Blattfeder, das heisst je grösser die Wölbung ist, desto grösser ist diese Kraft. In elektronischen Anlagen verwendete Drucktastenschalter sind sehr klein, weshalb auch eine als Rückstellfeder eingesetzte gewölbte Blattfeder entsprechend kleine Abmessungen aufweisen muss. Es zeigt sich, dass dabei zur Realisierung eines ausgeprägten Druckpunktverhaltens Schwierigkeiten auftreten, indem trotz sorgfältiger Wahl des Federmaterials bei Beanspruchung der Blattfeder an einer einzigen Stelle im zentralen Teil ihrer Wölbung nach einer gewissen Zeit infolge Ermüdung des Materials Risse entstehen und die Blattfeder schliesslich zerstört wird.
Um nun die Beanspruchung der Blattfeder herabzusetzen, kann deren Wölbung verringert werden. Damit wird auch die zum Erreichen des Druckpunktes erforderliche Kraft reduziert, was sich ungünstig auf die gewünschte ausgeprägte Druckpunktcharakteristik aus wirktim Kraft-Weg-Kennliniendiagramm der Blattfeder ergibt sich dann ein einer Glockenkurve ähnlicher Verlauf anstatt ein nach Erreichen der Druckpunktkraft möglichst steil abfallender Verlauf.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Drucktastenschalter der eingangs genannten Art zu schaffen, der auch bei Verwendung einer sehr kleinen gewölbten Blattfeder als Rückstellfeder ein ausgeprägtes Druckpunktverhalten aufweist und dessen Blattfeder eine hohe Lebensdauer aufweist. Der erfindungsgemässe Drucktastenschalter ist dadurch gekennzeichnet, dass am Betätigungsglied zwei Nasen angebracht sind, die bei Betätigung des Betätigungsgliedes an zwei einander bezüglich der mittleren Mantellinie der Blattfeder gegenüberliegenden und wenigstens annähernd gleichen Abstand von der mittleren Mantellinie aufweisenden Stellen auf der Wölbung der Blattfeder aufliegen.
Dadurch, dass nun die Druckkraft an zwei Stellen der Wölbung auf die Blattfeder ausgeübt wird, wird die zum Erreichen des Druckpunktes aufzuwendende Kraft grösser, als wenn die Blattfeder nur an einer einzigen, im zentralen Teil der Wölbung liegenden Stelle auf Druck beansprucht würde. Um die gewünschte ausgeprägte Druckpunktcharakteristik bei einer Blattfeder, deren Wölbung zugunsten einer geringeren Beanspruchung und damit zur Erreichung einer höheren Lebensdauer verringert worden ist, wenigstens annähernd beibehalten zu können, ist es nach der Erfindung möglich, die zum Erreichen des Druckpunktes notwendige Druckkraft wiederum in gewünschtem Masse zu erhöhen. Diese Kraft ist bei einer bestimmten Wölbung der Blattfeder im wesentlichen abhängig von der Lage der Auflagestellen der beiden Nasen des Betätigungsgliedes auf der Blattfeder.
Je näher diese Auflagestellen am Rande der Blattfeder liegen, desto grösser wird die zum Durchbiegen der Blattfeder aufzuwendende Kraft. Es ist zweckmässig, die Auflagestellen der beiden Nasen wenigstens annähernd bei halber Länge der Blattfeder zu wählen. In diesem Zusammenhang interessierende Abmessungen eines sich
in dieser Beziehung auszeichnenden, nach der erfindungsgemässen Idee aufgebauten Drucktastenschalters sind in der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles angegeben.
Aus der Beschreibung eines Ausführungsbeispieles sind weitere Einzelheiten ersichtlich. Es zeigen:
Fig. 1 das Druckpunktverhalten des mit einer gewölbten rechteckförmigen Blattfeder ausgerüsteten erfindungsgemässen Drucktastenschalters
Fig. 2 Einzelheiten dieses Drucktastenschalters
Fig. 3 die im erfindungsgemässen Drucktastenschalter verwendete Blattfeder in ihrer Ausgangslage und in ihrer gebogenen Arbeitslage.
Bei Einwirkung einer Kraft auf das Betätigungsglied des in Fig. 2 dargestellten Drucktastenschalters ergibt sich das in Fig. 1 qualitativ aufgezeichnete Kraft-Wegverhalten. Sobald die einwirkende Kraft einen Wert P1 erreicht hat, wird die Steigung der Kennlinie negativ. Der Übergang von der positiven zur negativen Steigung entspricht dem beim Betätigen des
Betätigungsgliedes wahrnehmbaren Druckpunkt, das heisst in diesem Punkt der Kraft-Wegkennlinie beginnt bei weiterhin einwirkender Kraft Pl das Durchfallen des Betätigungsgliedes. Der nach Erreichen des Druckpunktes zur Wirkung gelan gende, aus der im Finger des die Drucktaste Betätigenden gespeicherten Energie resultierende Kraftüberschuss unter stützt den Vorgang des Durchfallens .
Solange das durchfal lende Betätigungsglied nicht auf die Kontaktelemente einwirkt, nimmt dieser Kraftüberschuss zu, was eine Beschleunigung des
Betätigungsgliedes zur Folge hat.
Wenn das Betätigungsglied, wie beim erfindungsgemässen
Drucktastenschalter vorgesehen, erst nach Erreichen des
Druckpunktes, das heisst erst im abfallenden Teil der Kraft
Wegkennlinie auf die Kontaktelemente einwirken kann, dann ist die zur eigentlichen Betätigung des Drucktastenschalters aufzuwendende Initialkraft, das heisst die zum Erreichen des
Druckpunktes erforderliche Kraft, unabhängig vom Verlauf der von den beweglichen Kontaktelementen (Kontaktfedern) herrührenden Gegenkräfte. Diese Gegenkräfte werden erst nach dem Durchfallen des Betätigungsgliedes wirksam und tragen zu dessen Rückstellung in die Ausgangsstellung bei.
Durch entsprechende Wahl und Anordnung der das Druck punkt-Verhalten herbeiführenden Elemente kann die zum
Erreichen des Druckpunktes notwendige Kraft so festgelegt werden, dass sie immer grösser als die nach Erreichen des
Druckpunktes im abfallenden Bereich der resultierenden Kraft-.
Wegkennlinie auftretende Resultierende der auf das Betätigungsglied wirkenden Kräfte ist. In Fig. list eine mögliche, die von den Kontaktfederelementen herrührenden Gegenkräfte berücksichtigende Resultierende (beginnend beim Abszissenwert S2) gestrichelt eingezeichnet. Ein Beispiel für die Kraft Wegkennlinie der Kontaktelemente allein ist strichpunktiert angegeben. Der Vorteil einer vom Verlauf der Gegenkräfte der Kontaktfederelemente unabhängigen Betätigungskraft gewinnt dann an Bedeutung, wenn in einem Drucktastenschalter mehrere Kontaktfedersätze vorgesehen sind.
Fig. 2 zeigt Einzelheiten eines erfindungsgemässen Drucktastenschalters im nichtbetätigten Zustand. Der Längsschnitt zeigt eine Bodenplatte 2 und im Inneren des Drucktastengehäuses angeordnete Kontaktfederelemente. Im gezeigten Beispiel ist eine bewegliche Umschaltkontaktfeder 4, ein fester Ruhekontakt 5 und ein fester Arbeitskontakt 6 vorgesehen, deren Anschlüsse nach aussen geführt sind. Am Gehäuse ist ein Betätigungsglied 7 mit aufgesetztem Betätigungsknopf 9 gelenkig gelagert. Neben einer beim Betätigen des Betätigungsgliedes 7 auf den beweglichen Umschaltekontakt 4 wirkenden Nase 10 weist das Betätigungsglied 7 auf seiner dem Gehäuseinnern zugewandten Seite einen Teil 3 mit zwei Nasen 11 und 12 auf. Diesem Teil 3 gegenüberliegend ist im Gehäuseinnern die als rechteckförmige, in ihrer Breitrichtung gewölbte Blattfeder ausgebildete Rückstellfeder 1 angeordnet.
Die Rückstellfeder list an ihren beiden Längsenden frei gelagert, und zwar liegt der mittlere Teil ihrer Wölbung an den beiden Längsenden auf zwei an der Gehäusewand angebrachten Lagerstellen 13 auf.
Die Nasen 11 und 12 des Teiles 3 des Betätigungsgliedes 7 beanspruchen bei dessen Betätigung die Rückstellfeder 1. Die zwei auf Druck beanspruchten Stellen der Rückstellfeder 1 liegen in etwa bei halber Federlänge einander bezügliche der mittleren Mantellinie gegenüber und weisen wenigstens annähernd gleichen Abstand von der mittleren Mantellinie auf. Bei einem praktischen Ausführungsbeispiel mit einer Blattfeder von 15 mm Länge und 5 mm Breite sowie einer Dicke von 4/100 mm hat sich ein Abstand von 1,75 mm von der mittleren Mantellinie als zweckmässig erwiesen. Nach Erreichen des Druckpunktes fällt das Betätigungsglied 7 wie vorstehend beschrieben durch und die als gewölbte Blattfeder ausgebildete Rückstellfeder 1 schnappt in ihre gebogene Arbeitslage.
Die dadurch bewirkte Formänderung der Blattfeder ist in Fig. 3 gezeigt; links ist der Ausgangszustand der Blattfeder, rechts deren Form nach Überschreiten des Druckpunktes gezeigt.
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PATENT CLAIMS
1. Push-button switch exhibiting pressure point behavior with a deflectable one arranged in the switch housing
Contact elements acting actuating member and a rectangular, arched in the width direction and resting at its longitudinal ends on a bearing point leaf spring as a return spring, which is subjected to pressure when the actuating member is actuated and which is subjected to a correspondingly large
Pressure snaps into its bent working position, characterized in that two lugs (11,
12) are attached, which upon actuation of the actuator (7) on two of each other with respect to the central surface line of the
Leaf spring (1) opposite and at least approximately the same distance from the central surface line
Place on the curvature of the leaf spring (1).
2. Push button switch according to claim 1, characterized in that the contact points of the two lugs (11, 12) are at least approximately half the length of the leaf spring (1).
The present invention relates to a pressure point behavior having a push button switch with an actuator acting on the deflectable contact elements arranged in the switch housing and a rectangular leaf spring, arched in the width direction and resting on a bearing point at both of its longitudinal ends, as a return spring which is claimed when the actuator is actuated on pressure and which snaps into its bent working position when the pressure is applied accordingly.
With the advancing automation in modern technology, the use of switches in the most varied of designs is constantly increasing. On the one hand, the demands placed on these switches are very high; on the other hand, their production costs must be kept as low as possible so that their use is justifiable from an economic point of view.
Apart from the nature of the contact elements of a push button switch, there are essentially two main requirements with regard to its functional reliability:
1. For those who press the pushbutton, there should always be the certainty that the switching process intended by pressing the pushbutton is actually triggered.
2. The actuating force required for proper functioning of the pushbutton should be largely independent of the course of the counterforces originating from the contact elements and acting back on the actuating member of the pushbutton.
To meet the first-mentioned requirement, means must be provided in the implementation of a pushbutton switch which give the operator of the switch the feeling of a correct and unambiguous operation of the switch. One known possibility is to equip the switch with additional means which initiate an acoustic or optical message after a switching function has run correctly. For those operating a push button, however, it is even more pleasant if he receives the acknowledgment for the correct function of the switch directly via the push button itself, so that he does not have to concentrate on a special display.
There is a push button switch for the temporary contact between two conductors known, which has a resilient contact member, which consists of a, for example, rectangular, partially cylindrically curved spring plate. If a pressure force is exerted on a single point in the central part of the curvature of the contact element by means of a button, the contact element snaps into a bent working position when the pressure force is high enough and causes a connection of the two named conductors. The operator of the pushbutton switch receives an acknowledgment for the unambiguous function of the switch via the finger actuating the key as a result of the snap effect. In the case of a pushbutton switch exhibiting such a behavior, said second requirement can be met without significant difficulties.
Apart from the geometric dimensions and the selected spring material, the force required to reach the snap or pressure point of a rectangular leaf spring depends on the degree of curvature of the leaf spring, i.e. the greater the curvature, the greater this force. Push-button switches used in electronic systems are very small, which is why a curved leaf spring used as a return spring must also have correspondingly small dimensions. It turns out that there are difficulties in realizing a pronounced pressure point behavior, in that despite careful selection of the spring material, when the leaf spring is stressed at a single point in the central part of its curvature, cracks develop after a certain time due to fatigue of the material and the leaf spring is finally destroyed.
In order to reduce the stress on the leaf spring, its curvature can be reduced. This also reduces the force required to reach the pressure point, which has an unfavorable effect on the desired pronounced pressure point characteristic. The force-displacement characteristic diagram of the leaf spring then results in a curve similar to a bell curve instead of a curve that drops as steeply as possible after the pressure point force has been reached.
The present invention is therefore based on the object of creating a push button switch of the type mentioned above, which has a pronounced pressure point behavior even when using a very small curved leaf spring as the return spring and whose leaf spring has a long service life. The pushbutton switch according to the invention is characterized in that two lugs are attached to the actuating member which, when the actuating member is actuated, rest on the curvature of the leaf spring at two points opposite to one another with respect to the central surface line of the leaf spring and at least approximately the same distance from the central surface line.
Because the pressure force is now exerted on the leaf spring at two points in the arch, the force required to reach the pressure point is greater than if the leaf spring were only subjected to pressure at a single point in the central part of the arch. In order to be able to at least approximately maintain the desired pronounced pressure point characteristic in a leaf spring, the curvature of which has been reduced in favor of less stress and thus to achieve a longer service life, it is possible according to the invention to again achieve the desired pressure force to reach the pressure point to increase. With a certain curvature of the leaf spring, this force is essentially dependent on the position of the contact points of the two lugs of the actuating member on the leaf spring.
The closer these support points are to the edge of the leaf spring, the greater the force that has to be used to bend the leaf spring. It is advisable to choose the contact points of the two noses at least approximately half the length of the leaf spring. Dimensions of interest in this context
Push button switches which are distinguished in this respect and constructed according to the inventive idea are given in the following description of an exemplary embodiment.
Further details are evident from the description of an exemplary embodiment. Show it:
1 shows the pressure point behavior of the push-button switch according to the invention equipped with a curved, rectangular leaf spring
Fig. 2 shows details of this push button switch
3 shows the leaf spring used in the push button switch according to the invention in its starting position and in its curved working position.
When a force acts on the actuating element of the pushbutton switch shown in FIG. 2, the force-displacement behavior recorded qualitatively in FIG. 1 results. As soon as the acting force has reached a value P1, the slope of the characteristic curve becomes negative. The transition from the positive to the negative slope corresponds to that when the
Actuating member perceptible pressure point, that is, at this point of the force-displacement characteristic, the falling through of the actuating member begins when the force Pl continues to act. The excess force, which takes effect after the pressure point is reached and resulting from the energy stored in the finger of the person pressing the push button, supports the process of falling through.
As long as the Durchfal low actuator does not act on the contact elements, this excess force increases, which accelerates the
Actuator has the consequence.
If the actuator, as in the invention
Push button switch provided only after reaching the
Pressure point, i.e. only in the falling part of the force
Path characteristic can act on the contact elements, then the initial force to be used to actually actuate the pushbutton switch, that is to say that to reach the
Force required at the pressure point, regardless of the course of the opposing forces originating from the movable contact elements (contact springs). These opposing forces only become effective after the actuating element has fallen through and contribute to its return to the starting position.
By appropriate choice and arrangement of the pressure point behavior bringing about elements can the
When reaching the pressure point, the necessary force must be set so that it is always greater than that after reaching the
Pressure point in the falling area of the resulting force.
Path characteristic occurring resultant of the forces acting on the actuator. In FIG. 1, a possible resultant which takes into account the counterforces originating from the contact spring elements (starting at the abscissa value S2) is shown in dashed lines. An example for the force path characteristic of the contact elements alone is indicated by dash-dotted lines. The advantage of an actuating force that is independent of the course of the opposing forces of the contact spring elements becomes more important when several sets of contact springs are provided in a push button switch.
Fig. 2 shows details of a push button switch according to the invention in the non-actuated state. The longitudinal section shows a base plate 2 and contact spring elements arranged in the interior of the push button housing. In the example shown, a movable changeover contact spring 4, a fixed normally closed contact 5 and a fixed normally open contact 6 are provided, the connections of which are led to the outside. An actuating member 7 with an actuating button 9 attached is articulated on the housing. In addition to a nose 10 acting on the movable changeover contact 4 when the actuating member 7 is actuated, the actuating member 7 has a part 3 with two noses 11 and 12 on its side facing the housing interior. Located opposite this part 3 in the interior of the housing is the return spring 1, designed as a rectangular leaf spring curved in its width direction.
The return spring list is freely supported at both of its longitudinal ends, namely the middle part of its curvature at the two longitudinal ends rests on two bearing points 13 attached to the housing wall.
The lugs 11 and 12 of part 3 of the actuator 7 claim the return spring 1 when it is actuated. The two pressure-stressed points of the return spring 1 are approximately half the spring length opposite each other with respect to the central surface line and are at least approximately the same distance from the central surface line on. In a practical embodiment with a leaf spring 15 mm long and 5 mm wide and 4/100 mm thick, a distance of 1.75 mm from the central surface line has proven to be useful. After the pressure point has been reached, the actuating member 7 falls through as described above and the return spring 1, which is designed as a curved leaf spring, snaps into its curved working position.
The change in shape of the leaf spring caused by this is shown in FIG. 3; on the left is the initial state of the leaf spring, on the right its shape after the pressure point is exceeded.