DE102007010520B3

DE102007010520B3 - Betätiger für ein elektrisches oder elektronisches Schaltelement

Info

Publication number: DE102007010520B3
Application number: DE200710010520
Authority: DE
Inventors: Günther WAIBEL; Thomas Schillak; Bruno Ochs
Original assignee: SCHURTER GmbH
Current assignee: Schurter AG
Priority date: 2007-03-05
Filing date: 2007-03-05
Publication date: 2008-08-14
Anticipated expiration: 2027-03-06

Abstract

Ein Betätiger 1 für ein elektronisches Schaltelement 6 ist aus einer Keramik, insbesondere aus Zirkoniumoxid (ZrO<SUB>2</SUB>) hergestellt. Die Keramik kann durchsichtig oder durchscheinend sein. Die Innenseite der Keramik kann mit Symbolen versehen sein.

Description

Die Erfindung betrifft einen Betätiger für ein elektrisches oder elektronisches Schaltelement nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Der erfindungsgemäße – vandalensichere – Betätiger für ein elektrisches oder elektronisches Schaltelement ist im allgemeinsten Sinne zu verstehen. Es kann sich bei dem Betätiger um einen Taster für eine Tastatur handeln, aber auch um einen einzelnen Schalter.
Betätiger für ein elektrisches oder elektronisches Schaltelement sind in vielfältigen Ausführungsformen bekannt, insbesondere auch die sogenannten vandalensicheren Betätiger mit hoher Schlagfestigkeit. So sind zu diesem Zweck Tastaturen aus Metall bekannt, die aufgrund von Materialeigenschaften und konstruktiven Maßnahmen, wie beispielsweise Endanschlag oder Abbau von Energie mittels elastischem Dämpfungselement, sehr hohe Stoßfestigkeitswerte erzielen. Man nennt sie daher dann auch "vandalensicher".
Die EP 1 801 832 A1 zeigt einen Betätiger der eingangs angegebenen Art für ein Mobiltelefon. Dieser Betätiger kann dabei aus einer durchscheinenden Keramik bestehen.
Die JP 09-102 238 A zeigt einen Betätiger aus gesinterter Keramik. Diese ist mit einem antibakteriellen Überzug versehen. Oberseitig weist dieser Überzug ein Symbol auf.
Die DE 77 19 640 U1 zeigt eine Berührungsschalteranordnung, bei der auf einer Glas- oder Keramikplatte Positionierungsdruckfelder angeordnet sind.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Betätiger für ein elektrisches oder elektronisches Schaltelement der eingangs angegebenen Art mit einer verbesserten Vandalensicherheit zu schaffen.
Als technische Lösung wird mit der Erfindung vorgeschlagen, daß als Keramikmaterial Zirkoniumdioxid (ZrO₂) verwendet wird.
Die Grundidee des erfindungsgemäßen vandalensicheren Betätigers besteht darin, daß dieser aus einer Keramik hergestellt ist. Die Keramik ist dabei im allgemeinsten Sinne zu ver stehen, d. h. in reiner Form, aber auch mit eventuellen Zusätzen insbesondere zur Stabilisierung. Mittels dieser Keramik werden im Vergleich zu Metallbetätigern bislang nicht erzielbare Stoßfestigkeitswerte erzielt. Dabei werden die exzellenten mechanischen Eigenschaften der – mittlerweile verfügbaren – technischen Keramiken genutzt. Neben einer extrem guten Medienresistenz, Biokompatibilität und Temperaturbeständigkeit der Keramiken können diese mittels Spritzguß hergestellt werden. Dadurch werden die Herstellungskosten bei großen Stückzahlen günstig. Weiterhin sind die Keramiken von außen wie von innen beispielsweise mittels Laser gravierbar. Das Rohrmaterial kann eingefärbt werden, so daß insgesamt Farbvariationen möglich sind. Ferner können durch Verwendung einer Dichtung zwischen Gehäusedeckel und Gehäuse sehr hohe IP-Werte für Dichtheit erreicht werden. So können Spezialdichtungen eingesetzt werden, welche eine extreme Medienbeständigkeit möglich machen. Ein weiterer großer Vorteil im Vergleich zu Metallen ist die nicht vorhandene plastische Verformung. Denn keramische Werkstoffe brechen bei Überlastung. Dies bedeutet, daß ein Bruch im Vergleich zu einer leichten Deformierung klar erkennbar ist. Fehlfunktionen können somit früher erkannt und dadurch ausgeschlossen werden. Leichte Verformungen könnten nämlich beispielsweise bei wechselnden Außentemperaturen zu gelegentlichen Funktionsstörungen führen, die nur schwer erkennbar sind. Aus Service-Sicht verursacht dieser Umstand wesentlich höhere Kosten als eine klare Fehlererkennung.
Als Keramikmaterial wird Zirkoniumdioxid (ZrO₂) verwendet. Zirkoniumdioxid weist eine extreme Härte und eine sehr gute Schlagfestigkeit auf und besitzt damit Vorteile gegenüber Edelstahl. Man erreicht mit Zirkoniumdioxid weitaus höhere Festigkeitswerte als mit Stahl, auch bei Stoßbelastungen. Aufgrund der Kombination mit einer mehrfach höheren Biegefestigkeit werden sehr hohe Festigkeitswerte erreicht.
Zirkoniumdioxid tritt in monokliner, tetragonaler und kubischer Kristallmodifikation auf. Dicht gesinterte Keramiken lassen sich in der kubischen und/oder tetragonalen Kristallmodifikation herstellen. Um die kubische Kristallmodifikation zu stabilisieren, müssen dem Zirkoniumdioxid Stabilisatoren in Form von Magnesiumoxid (MgO), Kalciumoxid (CaO) oder Yttriumoxid (Y₂O₃) oder andere Stoffe zugesetzt werden. Gegebenenfalls kommen auch Ceroxid (CeO₂), Scandiumoxid (ScO₃) oder Ytterbiumoxid (YbO₃) als Stabilisatoren zum Einsatz.
Eine spezielle Zirkoniumoxid-Keramik unter der Bezeichnung 3Y-TZP (Abkürzung für: 3 mol % yttria stabilized tetragonal zirconia polycrystal) ist besonders für den erfindungsgemäßen Betätiger geeignet. Das "Y" steht für das stabilisierende Element, das in einer Konzentration von 3 Mol-% (entspricht 5,1 Gew.-%) zulegiert wurden. "T" steht für die stabilisierte tetragonale Kristallphase, in der die Körner im Gefüge vorliegen. "P" steht für die Polykristallinität des Gefüges.
Wie zuvor ausgeführt, kann das Keramikmaterial Zusätze aufweisen. Die Weiterbildung gemäß Anspruch 2 schlägt vor, daß die reine Keramik Stabilisierungszusätze aufweist. Mit diesen Stabilisierungszusätzen werden die gewünschten mechanischen Eigenschaften des Keramikmaterials bzw. des Betätigers erzielt.
Eine weitere bevorzugte Weiterbildung schlägt gemäß Anspruch 3 vor, daß die Keramik durchsichtig oder durchscheinend ist. Dadurch ist eine vandalensichere, beleuchtete Tastatur geschaffen. Denn es ist möglich, den Betätiger (oder die Frontplatte) von innen zu beleuchten, beispielsweise mittels LEDs. Durch den Einsatz unterschiedlicher Beleuchtungstechniken oder LEDs lassen sich zudem Beleuchtungseffekte erzielen, die mit undurchsichtigem Metall nicht möglich wären.
Eine Weiterbildung hiervon schlägt gemäß Anspruch 4 vor, daß die Innenseite der Keramik mit Zeichen (Symbole oder Buchstaben oder Begriffe) versehen ist. Die Grundidee besteht darin, den Betätiger mit Hinweiszeichen zu versehen. Indem diese Zeichen nicht außen, sondern innen angeordnet sind, sind sie absolut medien- und abnutzungsresistent sowie von außen sichtbar, und zwar aufgrund des Durchscheinungseffektes insbesondere bei Beleuchtung. Somit wird die Beschriftung von innen durch Nutzung der transluzenten Eigenschaft (Keramik ist weiß, dunkle Schrift auf der Innenseite) ermöglicht.
Zwei Ausführungsbeispiele eines erfindungsgemäßen Betätigers für ein elektrisches oder elektronisches Schaltelement werden nachfolgend anhand der Zeichnungen beschrieben. In diesen zeigt:
1 eine schematische Schnittansicht durch eine erste Ausführungsform eines Betätigers in Form eines Tasters einer Tastatur;
2 eine schematische Schnittansicht durch eine zweite Ausführungsform eines einzelnen Betätiger.
Der Betätiger 1 in 1 in Form eines Tasters ist in einer Frontplatte 2 integriert. Der Betätiger 1 ist dabei in einer Ausnehmung in der Frontplatte 2 festgelegt. Er besteht aus einer transluzenten Keramik, beispielsweise Zirkoniumdioxid ZrO₂. Der untere Kragen des Betätigers 1 liegt dabei an der Unterseite der Frontplatte 2 an. Der darunter befindliche Gegenanschlag wird durch ein Halteelement 3 gebildet. Zwischen diesem Halteelement 3 und der Frontplatte 2 ist ein Führungselement 4 angeordnet.
An der Unterseite des Betätigers 1 befindet sich eine Schaltmatte 5. Diese wirkt auf ein Schaltelement 6 in Form eines Schaltpaketes. Die darunter befindliche Trägerplatte 7 gibt dem Schaltpaket die erforderliche Steifigkeit und dient zur Befestigung von Endgeräten, wie z. B. einen PC-Terminal.
Der untere Kragen des Betätigers 1 fungiert als Anschlagelement zwischen der oberen Frontplatte 2 und dem unterem Halteelement 3. Das Führungselement 4 definiert den Hub und führt den Betätiger 1 in seiner Schaltbewegung. Die Schaltmatte 5 überträgt die Betätigungskraft auf das Schaltelement 6, wodurch das Schaltsignal ausgelöst wird.
Die Ausführungsform in 2 weist ein Gehäuse 8 aus Edelstahl auf. In diesem Gehäuse 8 ist ein Betätiger 1 aus Keramik durch einen Schaltstift verschiebbar geführt. Der Betätiger 1 ist dabei in einer äußeren, ringförmigen Blende 9 aus Keramik zusätzlich senkrecht geführt. Diese Blende 9 bildet den seitlichen Abschluß. Sie ist mittels eines Klebers 10 fest mit dem Gehäuse 8 verbunden.
Das Gehäuse 8 und die ringförmige Blende 9 können auch aus einem Teil bestehen. Die Herstellung erfolgt dann mittels Spritzguß aus Keramik. Dadurch könnte der Kleber 10 als mögliche Schwachstelle entfallen.
Auch könnte zwischen dem Betätiger 1 und der Blende 9 ein Dichtring für sehr hohe IP-Werte für die Dichtheit eingesetzt werden. Es handelt sich hier um eine Spezialdichtung mit extremer Medienbeständigkeit.

1: Betätiger
2: Frontplatte
3: Halteelement
4: Führungselement
5: Schaltmatte
6: Schaltelement
7: Trägerplatte
8: Gehäuse
9: Blende
10: Kleber

Claims

Betätiger (1) für ein elektrisches oder elektronisches Schaltelement (6), welcher von Hand nach innen druckbar ist und dabei einen Schalthub ausführt und welcher aus einer Keramik hergestellt ist, dadurch gekennzeichnet, daß als Keramikmaterial Zirkoniumdioxid (ZrO₂) verwendet wird.
Betätiger nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß die reine Keramik Stabilisierungszusätze aufweist.
Betätiger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Keramik durchsichtig oder durchscheinend ist.
Betätiger nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenseite der Keramik mit Zeichen versehen ist.
Betätiger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Betätiger (1) in einer Frontplatte (2) angeordnet ist, wobei die Frontplatte (2) ebenfalls aus Keramik hergestellt ist.