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Die
Erfindung betrifft einen Doppeldrucktaster mit einem Gehäuse,
in welchem mindestens zwei Drucktaster aufgenommen sind, wobei die
Drucktaster und das Gehäuse über ein Dichtelement
gegeneinander abgedichtet sind.
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Derartige
Drucktaster werden zur Befehlseingabe an so genannten Maschinen/Mensch-Schnittstellen
regelmäßig verwendet. Dabei ist nicht nur eine
Verwendung zur Schaltung von Steuerströmen, sondern auch
für Leistungsschaltungen denkbar, indem der Drucktaster
als Auslöser für Leistungsschalter eingesetzt
wird. An diese Drucktaster werden hohe Anforderungen bezüglich Lebensdauer,
Robustheit, Abdichtung des elektrischen Teiles gegen Wasser und
Schmutz, sowie möglichst kostengünstige und prozesssichere
Herstellbarkeit gestellt.
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Dazu
geht aus der
DE 29
14 709 C2 ein Befehls- oder Meldegerät hervor,
das in eine Schalttafel eingesetzt ist und bei dem zur Abdichtung
des Durchgangs zwischen einem Gerätegehäuse und
einem Geräteoberteil eine ringförmige Rollmembran
aus elastisch verformbarem Werkstoff vorgesehen ist, die auf dem
Geräteoberteil aufgespannt und mit dem Gerätegehäuse
verspannt ist. Zur Verspannung des äußeren Randes
der Rollmembran mit einem achsparallel zur Längsachse des
Geräteoberteils verlaufenden Spannbereich des Gerätegehäuses
ist ein in dieses eingesetzter, vom Geräteoberteil durchgriffener Montagering
vorgesehen, auf dem die Rollmembran aufgespannt ist. Dabei presst
der Montagering den äußeren Rand der Rollmembran
unabhängig von der Gehäusequerschnittsform an
den Spannbereich des Gerätegehäuses. Der Montagering
ist mittels am Geräteoberteil angeformter Schultern oder
Vorsprünge zusammen mit der Rollmembran beim Einbau des Geräteoberteils
in den Spannbereich des Gerätegehäuses einführbar
und beim Ausbau des Geräteoberteils durch dieses aus dem
Spannbereich herausdrückbar.
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Die
DE 31 43 900 A1 beschreibt
einen elektrischen Schalter, der aus einem zylindrischen Gehäuse
besteht, welches einen mit einem Gewinde versehenen Zapfen aufweist,
der in eine Getriebewandung eingeschraubt ist. Aus der Mitte des
Zapfens ragt ein Stößel heraus und reicht in den
Getrieberaum hinein. Der Stößel ist am Umfang
mit einer ringförmigen Nut versehen, welche zur Aufnahme der Öl
abdichtenden Wulst der Rollmembran dient. Der äußere
Rand der Rollmembran ist zu einem Wulst geformt und ist zwischen
dem Schaltgehäuse und dem aus Isolierstoff bestehendem
Gehäuseteil, das zur Aufnahme der elektrischen Schaltkontakte und
der Rückstellfedern dient, fest eingespannt.
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Aus
der
DE 19 16 239 ist
ein elektrischer Schalter bekannt mit einem Betätigungsorgan,
das von einem axial verschiebbaren und durch die Wand des Schaltgehäuses
geführten Druckknopf gebildet ist. Der Druckknopf besteht
aus zwei axial zusammengesteckten Teilen, zwischen denen der Rand
einer zentralen Öffnung in einer Membran aus dichtem und
elastisch verformbarem Werkstoff eingeebnet ist, wobei deren äußerer
Rand einen Klemmring derart gegen die Wand des Schaltergehäuses
drückt, dass die vom Druckknopf durchsetzte Öffnung
im Schaltgehäuse vollkommen abgedichtet ist.
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Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Dichtkonzept
für einen Doppeldrucktaster zu schaffen, das die mechanischen
Schaltbewegungen der Drucktasten überträgt, ohne
dass die Dichtwirkung durch starken Verschleiß einem Alterungsprozess
unterworfen ist.
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Diese
Aufgabe wird durch einen Doppeldrucktaster mit den Merkmalen des
Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen,
welche einzeln oder in Kombination eingesetzt werden können,
sind der Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Erfindungsgemäß wird
diese Aufgabe durch einen Doppeldrucktaster mit einem Gehäuse
gelöst, in welchem mindestens zwei Drucktaster aufgenommen
sind, wobei die Drucktaster und das Gehäuse über
ein Dichtelement gegeneinander abgedichtet sind. Erfindungswesentlich
ist dabei, dass das Dichtelement eine aus Silikon-Kautschuk ausgebildete Dichtmatte
ist.
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Im
Gegensatz zu den übrigen Kautschuksorten enthält
Silikon-Kautschuk keinen Kohlenstoff in der Molekülkette,
sondern alternierend Silizium und Sauerstoff. Dies verleiht dem
Werkstoff eine außergewöhnliche Beständigkeit
gegen hohe und tiefe Temperaturen, bei der er seine Eigenschaften über große
Temperaturbereiche ohne wesentliche Veränderung beibehält.
Silikon-Kautschuk neigt nur in sehr geringem Maß zu plastischen
Verformungen. Zudem besitzt er eine sehr hohe Gasdurchlässigkeit.
Die Hitze- beziehungsweise Kältebeständigkeit
liegt zwischen +210°C beziehungsweise –60°C.
Silikon-Kautschuk ist insbesondere beständig gegenüber
verdünnten Salzsäuren, tierischen und pflanzlichen Ölen
und Fetten, Bremsflüssigkeiten auf Glykolbasis, schwerentflammbaren
Hydraulikflüssigkeiten, Wasser bis 100°C, Motoren-
und Getriebeöl aliphatischer Art sowie hochmolekularen
chlorierten aromatischen Kohlenwasserstoffen.
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Vorzugsweise
wird für die erfindungsgemäße Dichtmatte
ein Festsilikon VMQ50 Shore A eingesetzt, das den hohen mechanischen
als auch optischen Anforderungen gerecht wird. Die Shore-Härte ist
ein Werkstoffkennwort für Elastomere und Kunststoffe und
ist in den Normen DIN 53505 und DIN 7868 festgelegt.
Das Kernstück des Shore-Härte-Prüfers
besteht aus einem federbelasteten Stift aus gehärtetem
Stahl. Dessen Eindringtiefe in das zu prüfende Material
ist ein Maß für die entsprechende Shore-Härte,
die auf einer Skala von 0 Shore (2,5 mm Eindringtiefe) bis 100 Shore
(0 mm Eindringtiefe) gemessen wird. Ein hoher Wert bedeutet eine
große Härte. Bei einem Shore-Härteprüfgerät
ist eine Zusatzeinrichtung notwendig, die die zu messende Probe
mit einer Kraft von 12,5 N bei Shore A beziehungsweise 50 N bei
Shore D auf den Messtisch an drückt. Bei Bestimmung der
Shore-Härte spielt die Temperatur eine wichtigere Rolle
als bei der Härtebestimmung metallischer Werkstoffe. Deshalb
wird hier die Solltemperatur von 23°C auf das Temperaturintervall
von ±2 K beschränkt. Die Materialdicke sollte im
Bereich von 0 bis 50 Shore mindestens 9 mm, bei härteren
Substanzen mindestens 6 mm betragen.
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Die
Angabe Shore A wird bei Weich-Elastomeren nach Messung mit einer
Nadel mit abgestumpfter Spitze verwendet. Die Stirnfläche
des Kegelstumpfes hat einen Durchmesser von 0,79 mm, der Öffnungswinkel
beträgt 35°. Das Auflagegewicht beträgt
1 Kg und die Haltezeit 15 sec.
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Es
ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass der innere
Bereich des Doppeldrucktasters mit der Dichtmatte aus Silikon-Kautschuk
abgedeckt ist. Diese Matte weist vorzugsweise zwei Hauben auf, welche
zwischen den Druckhauben und Stößeln geklemmt
sind. Diese Klemmung stellt die Abdichtung zum Schaltvorgang der
aktiven Bauteile dar. Die Dichtmatte wird auf diese Weise zu einer
Doppelmembrandichtung. Nach außen erfolgt die Abdichtung
durch festes Verspannen der Doppelmembrandichtung zwischen dem Gehäuse,
das als Rosette ausgebildet ist und dem Leuchtfeld.
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Vorzugsweise
weist das Dichtelement einen lichtdurchlässigen Bereich
auf. Dafür wird der Werkstoff zwischen den beiden Dichthauben
geschwächt, um eine möglichst große Transluzenz
zu erreichen.
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Vorteilhafterweise
sind die Dichthauben von einer Wulstkontur umgeben, die auch teilweise
die Dichthauben umschließt. Erfindungsgemäß wird
die Silikon-Doppelmembrandichtung zwischen Rosette und Leuchtfeld
eingeklemmt, wobei sich die Wulstkontur an eine am Leuchtfeld angeformte
Pressrippe anformt, nachdem das Leuchtfeld in den Frontring eingesetzt
beziehungsweise eingerastet wurde. Dabei dient die Deckfläche
der Rosette als Dichtfläche. Die Dichtung nach innen erfolgt
durch den kombinierten Form- und Kraftschluss zwischen Dicht haube und
Stößel. Durch die Zwangslage erhalten die Drucktaster
eine Eigenspannung, die ihnen eine hohe Formstabilität
ermöglicht.
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Erfindungswesentlich
ist weiterhin, dass die Geometrie der Schalthaube beziehungsweise
der Doppelmembrandichtung so angelegt ist, dass während
des Betätigens der Druckhaube die vorgespannte Membran
nicht abrollt, sondern nach unten hin faltet. Dafür besitzt
die Rosette entsprechend angepasste und abgerundete Aussparungen.
Dieser Faltvorgang trägt beim Nulldurchgang der Membran zur
Unterstützung der niedergehenden Druckhaube bei und begünstigt
eine haptische Wahrnehmung.
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Die
erfindungsgemäße Doppelmembrandichtung ermöglicht
eine mechanische Lebensdauer von mindestens 7,5 × 106 Schaltvorgängen bei konstanter
Funktion. Sie wird damit der Schutzartklasse IP69K gerecht. Die
als Faltmembran ausgebildete Dichtung weist eine hohe mechanische
Belastbarkeit und Durchlässigkeit auf und wird wegen ihrer
ausgewogenen Geometrie, die es ihr ermöglicht, die auftretende
Spannung aufzunehmen und zu verteilen, insbesondere im Doppeldrucktaster
verwendet.
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Weitere
Vorteile und Ausführungen der Erfindung werden nachfolgend
anhand von Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnung
erläutert.
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Dabei
zeigen schematisch:
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1 eine
Schnittdarstellung eines erfindungsgemäßen Doppeldrucktasters
in unbetätigtem Zustand;
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2 eine
Schnittdarstellung eines Doppeldrucktasters nach 1 in
betätigtem Zustand;
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3 eine
Schnittdarstellung eines vergrößerten Ausschnitts
aus 1 mit einer erfindungsgemäßen
Dichtmatte in unbetätigtem Zustand;
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4 eine
perspektivische Darstellung der erfindungsgemäßen
Dichtmatte in der Draufsicht;
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5 eine
perspektivische Darstellung der Dichtmatte nach 4 in
der Unteransicht;
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6 eine
Explosionsdarstellung der Dichtmatte mit Rosette;
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7 eine
Explosionsdarstellung mit Rosette, Frontring, Dichtmatte und Leuchtfeld;
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8 eine
perspektivische Darstellung des Leuchtfelds aus 7 in
der Unteransicht und
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9 eine
perspektivische Darstellung des Leuchtfelds in der Draufsicht.
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1 zeigt
eine Schnittdarstellung eines erfindungsgemäßen
Doppeldrucktasters 1 in unbetätigtem Zustand.
Der Doppeldrucktaster 1 weist vorzugsweise ein zweiteiliges
Gehäuse auf, das eine Rosette 2 und einen darauf
aufgesetzten Frontring 3 umfasst. Die Rosette 2 ist
als Gehäuseunterteil ausgeführt. In ihr lagern
vorzugsweise zwei Stößel 4, die in den
aufgesetzten Frontring 3, der als Gehäuseoberteil
ausgeführt ist, ragen. Zwischen den Stößeln 4 ist
innerhalb der Rosette 2 ein beleuchteter Bereich 5 angeordnet.
Der als Gehäuseoberteil fungierende Frontring 3 ist
vorzugsweise als Superellipse ausgebildet und stellt somit eine
Mischung aus Ellipse und Rechteck dar. Der Frontring 3 weist
eine unterseitig angeordnete Auflagefläche 6 auf,
die jeweils rechts und links über die zentriert unter dem
Frontring 3 angeordnete Rosette 2 hinausragt.
Im Frontring 3 sind im Zentrum ein Leuchtfeld 7 angeordnet,
das sich über dem beleuchteten Bereich 5 in der
Rosette 2 befindet. Jeweils links und rechts von diesem
Leuchtfeld 7 sind die Drucktaster 8, 9 im
Frontring 3 positioniert. Unterhalb der Drucktaster 8, 9 sind
Federelemente 10 angeordnet, vorzugsweise handelt es sich
dabei um Kugeldruck federn. Die Drucktaster 8, 9 weisen Führungselemente 11, 12 auf,
die in den Frontring 3 und dort in das jeweilige Federelement 10 hineinragen.
Zudem weisen die Drucktaster 8, 9 Ausnehmungen
auf, in welchen die Stößel 4, die über
die Rosette 2 hinausragen, aufgenommen werden. Die Stößel 4 durchstoßen,
bevor sie in die Drucktaster 8, 9 münden,
eine Dichtungsmatte 14. Die Dichtungsmatte 14 ist
zwischen Leuchtfeld 7 und Rosette 2 eingeklemmt und
weist vorzugsweise zwei Hauben 15, 16 auf. Die Hauben 15, 16 weisen
vorzugsweise zentriert angeordnete Lochelemente 17 auf,
so dass die Stößel 4 die Dichtungsmatte 14 durchstoßen
können. Zwischen den Hauben 15, 16 ist
ein lichtdurchlässiger Bereich 18 angeordnet,
unterhalb dessen der beleuchtete Bereich 5 in der Rosette
und oberhalb dessen das Leuchtfeld 7 im Frontring 3 positioniert
sind. Der lichtdurchlässige Bereich 18 wird vorzugsweise dadurch
ausgebildet, dass der Werkstoff der Dichtungsmatte 14,
ein Silikon-Kautschuk, vorzugsweise VMQ50 Shore A, an dieser Stelle
geschwächt ausgebildet ist. Im unbetätigten Zustand
weisen die Hauben 15, 16 in Richtung des Frontrings 3.
Damit sich die Hauben 15, 16 im betätigten
Zustand in Richtung Rosette 2 ausbilden können,
sind in der Rosette 2 an die Haubenform angepasste Ausbuchtungen 19 im Gehäuse
der Rosette 2 ausgeformt. Diese Ausbuchtungen 19 bieten
den Hauben 15, 16 den Platz, um vom unbetätigten
Zustand in den betätigten Zustand umklappen zu können,
wobei die Hauben 15, 16 einem Faltmechanismus
unterliegen, so dass die Dichtungsmatte 14 auch als Faltmembran
bezeichnet werden kann.
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2 zeigt
in einer Schnittdarstellung den Doppeldrucktaster 1 nach 1 im
betätigten Zustand. Die Hauben 15, 16 der
Dichtungsmatte 14 sind nun in Richtung Rosette 2 ausgeformt
und liegen an den Ausbuchtungen 19 an. Die Hauben 15, 16 unterliegen
dabei einem Faltmechanismus, das heißt, sie rollen nicht
kontinuierlich ab, indem sie sich an die Wand der Stößel 4 anformen,
sondern bilden Falten aus, die zu einem spontanen Umklappen der
Hauben 15, 16 führen. Dieser Prozess
verläuft verglichen mit einem kontinuierlichen Abrollvorgang
der Membran diskontinuierlich und bietet den Vorteil, dass die erfindungsgemäße
Dichtungsmatte 14 keinem Abnutzungsprozess durch Reibung,
die beim Abrollvorgang entsteht, unterliegt. Aus 2 geht
zudem auch hervor, dass die unabhängig voneinander zu betätigenden
Drucktaster 8, 9 durch drei Bauelemente in ihrem
Betätigungsprozess geführt werden. Zum Einen dienen
die Stößel 4 sowie die Führungselemente 11, 12,
die in die Federelemente 10 hineinragen als richtunggebende
Bauelemente. Zusätzlich weist aber auch der Frontring 3 mit
seiner Umrandung 20 sowie dem Anschlagsteg 21 Führungsfunktion
für die Drucktaster 8, 9 auf.
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3 zeigt
eine Schnittdarstellung eines vergrößerten Ausschnitts
aus 1 mit der erfindungsgemäßen
Dichtungsmatte 14 in unbetätigtem Zustand. Die
Dichtungsmatte 14 ist in Richtung Frontring 3 ausgebildet
und wird vom Stößel 4 durchstoßen.
Die Ausbuchtung 19 im Gehäuse der Rosette 2 ermöglicht
ein Umklappen der Dichtungsmatte 14 im betätigten
Zustand.
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4 zeigt
eine perspektivische Darstellung der erfindungsgemäßen
Dichtungsmatte 14 in der Draufsicht. Die Grundform der
Dichtungsmatte 14 entspricht vorzugsweise einer Superellipse
und ist somit an die Grundform des Frontrings 3 angepasst. Zentriert
angeordnet befindet sich der beleuchtete Bereich 5, der
mittig zu den zwei Hauben 15, 16 angeordnet ist.
Die Hauben 15, 16 weisen vorzugsweise zentriert
angeordnete Lochelemente 17 auf. Die Dichtungsmatte 14 weist
außerdem an den parallel zueinander ohne Rundungen verlaufende
Seiten 22, 23 Vorsprünge 24 auf.
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5 zeigt
eine perspektivische Darstellung der Dichtungsmatte 14 in
der Unteransicht. Dabei wird deutlich, dass eine Wulstkontur 25 die
Hauben 15, 16, teilweise sowie die Vorsprünge 24 umgibt.
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6 zeigt
eine Explosionsdarstellung der Dichtungsmatte 14 mit Rosette 2.
Die Rosette 2 weist ein Auflageelement 26 auf,
das ebenfalls vorzugsweise als Superellipse ausgebildet ist, und
das zwei Ausbuchtungen 19 für die Hauben 15, 16 sowie
einen zwischen diesen angeordneten Durchleuchtungsbereich 27 aufweist.
Das Auflageelement 26 weist randseitig angeordnete Rastelemente 28 auf.
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7 zeigt
eine Explosionsdarstellung mit Rosette 2, Frontring 3,
Dichtungsmatte 14 sowie Leuchtfeld 7. Das Leuchtfeld 7 weist
einen kastenförmigen Aufsatz 29 auf, der auf einer
Platte 30 angeordnet ist. Die Platte 30 weist
an ihren Ecken nach unten gerichtete Rastelemente 31 auf.
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8 zeigt
eine perspektivische Darstellung des Leuchtfeldes aus 7 in
der Unteransicht. Unterseitig sind rechts und links vom kastenförmigen Aufsatz 29 Ausbuchtungen 32 zu
sehen, die zur Aufnahme der Hauben 15, 16 dienen.
Die Ausbuchtungen 32 sind teilweise von einer Pressrippe 33 umgeben,
die unterhalb des kastenförmigen Aufsatzes 29 zusammengeführt
wird.
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9 zeigt
eine perspektivische Darstellung des Leuchtfeldes 7 in
der Draufsicht.
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Der
erfindungsgemäße Doppeldrucktaster ermöglicht
es, die mechanische Schaltbewegung der Drucktasten zu übertragen,
ohne das die Dichtwirkung durch starken Verschleiß einem
Alterungsprozess unterworfen ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 2914709
C2 [0003]
- - DE 3143900 A1 [0004]
- - DE 1916239 [0005]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- - DIN 53505 [0010]
- - DIN 7868 [0010]