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Die
Erfindung betrifft eine Taste für
eine Tastatur mit einer Tastenfederung, die unabhängig von der
Zahl und Art der Federkomponenten auf mindestens zwei Stufen mittels
des Auslösungspunkts
aufgeteilt wird, wobei jede Federstufe ihre eigene technische Hauptaufgabe
hat, und nach dieser Aufgabe eine entsprechende Federkennlinie und
Federeigenschaften aufweist und wobei die Tastenfederung mindestens
ein konkav gewölbtes
Federelement aufweist. Die Erfindung betrifft ferner eine Tastatur,
die mindestens eine Taste mit der erfindungsgemäßen Tastenfederung aufweist.
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Aktuelle
Forschungen (Gerard M. J. et al, The Effects of Keyswitch Stiffness
an Typing Force, Finger Electromyography, and Subjective Discomfort,
American Industrial Hygiene Association Journal, Vol. 60, Issue
6, January 1999, pp 762-769)
haben aufgezeigt, dass der durchschnittliche Benutzer beim Schreibprozess
4 bis 7 mal, andere Forschungen besagen weniger, aber trotzdem deutlich
mehr Kraft aufwendet, um die Tasten zu betätigen, als es wirklich notwendig
ist. Diese überschüssige Kraft führt sowohl
zur schnellen Ermüdung
der Muskeln, zu Technikstress und Krankheiten (beispielsweise RSI-Syndrom), als auch
zur schnellen Abnutzung des Mechanismus der Tastaturtasten.
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Im
Stand der Technik sind Ansätze
bekannt, diese Probleme zu lösen.
Der bekannteste ist die Tastenfederung mit dem so genannten ”tactile
feedback” (taktiles
Bestätigungsgefühl) oder ”audio feedback” (auditive
Bestätigung),
der zum Beispiel, bei den so genannten ”buckling spring”-Tasten
zum Einsatz kommt. Diese Tastenfederung ist so gestaltet, dass sie
durch Fingerspitzengefühl
und Gehör
den Anwender informieren kann, wann die Taste ausgelöst hat und
keine weitere Kraft mehr notwendig ist. Beim positiven taktilen
Feedback steigt dabei der Widerstand am Auslösungspunkt sprunghaft an, beim negativen
taktilen Feedback fällt
der Widerstand deutlich ab.
DE
24 17 392 A und
US 3
707 609 zeigen Tastenfederungen, die sowohl mit positivem
als auch mit negativem taktilen Feedback konstruierbar sind. Aber
die Fertigkeit, mit dem ”tactile
feedback” die Kraftanwendung
zu optimieren, ist nicht leicht zu beherrschen, und ist oft mit
anderen Nebenwirkungen, wie zum Beispiel, lautem Klappern verbunden.
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Mehrstufige
Federungen werden entweder mit mehreren Federn oder mit einer Feder
mit mehreren Federhärten
konstruiert. Beispielsweise kann bei einer Schraubenfeder die Ganghöhe variiert
werden (
US 3 856 998 ).
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Ein
anderer Versuch ist es, die Tastenfederung so ”weich” zu machen, dass der Anwender, nach
einiger Zeit automatisch bemerkt, dass sehr wenig Kraft von Nöten ist,
um die Tasten zu betätigen. Aber
das führt
zu anderen Problemen während
des Schreibvorgangs, wie beispielsweise zum Buchstabenausfall oder überschüssigen Buchstaben.
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Einige
Tastaturhersteller versuchen das Problem der überschüssigen Kraft mittels verschiedener Federungskräfte in den
Tastengruppen für
jeden einzelnen Finger zu lösen.
Die Tasten für
Zeigefinger oder Daumen haben in diesem Fall größere Federungskraft als beispielsweise
die für
die kleinen Finger. Diese Lösung
ist, jedoch, nur mit dem 10-Finger System benutzbar und kann für die Anwender,
die mit 2 oder 4 Fingern schreiben sogar konfus sein.
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Ein
weiterer Ansatz ist in
US 6,400,285 beschrieben.
Darin wird ein System offenbart, das beobachtet, wie viel Kraft
der Anwender benutzt, um die Tasten zu betätigen. Ist diese Kraft andauernd
(zum Beispiel, 3 Minuten) größer als
eine festgesetzte Schwelle (zum Beispiel, 200 Gramm), wird dies
dem Benutzer oder System Administrator angezeigt. Der Nachteil ist,
dass nach der Mitteilung der Anwender ins andere Extrem verfallen
kann und die Tasten mit unzureichender Kraft betätigt. Außerdem können die dauernden Meldungen
den Schreibvorgang unterbrechen und von einigen Anwendern als lästig empfunden
werden.
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Daher
ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die im Stand der
Technik beschriebenen Nachteile zu überwinden und eine Tastatur
bereitzustellen mit der ein schnelles, fehlerfreies Schreiben ohne
Ermüdungserscheinungen
und Überlastungen der
beteiligten Muskeln, also ein ergonomisches Schreiben, möglich wird.
Dazu soll eine elektrische Taste mit einer alternativen Tastenfederung
bereitgestellt werden.
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Die
erfindungsgemäße Aufgabe
wird in vorteilhafter Weise durch eine elektrische Taste für eine Tastatur
mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Weitere Merkmale sind in
den Unteransprüchen
beschrieben.
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Die
Erfindung betrifft also eine elektrische Taste für eine Tastatur aufweisend
eine von einem Benutzer betätigbare
Tastenoberschale, eine Tastenfederung und ein Kontaktelement zum
Auslösen
eines elektrischen Kontaktes, wobei die Kraft-Weg-Kennlinie der
Tastenfederung zumindest eine erste Federstufe und eine zweite Federstufe
aufweist, wobei das Auslösen
des Kontaktelementes zum Auslösungspunkt
durch ein Mittel zur Auslösung des
Schaltsignals zwischen der ersten und der zweiten Federstufe der
Kraft-Weg-Kennlinie erfolgt, wobei die Kraft-Weg-Kennlinie der Tastenfederung
einen Verlauf derart aufweist, dass im Auslösungspunkt für den Benutzer
ein positives taktiles Betätigungsgefühl erzeugt
wird, um die Taste ergonomisch zu betätigen und wobei die Tastenfederung
zumindest ein Federelement aufweist, das im unbetätigten Zustand
derart konkav gewölbt
ist, dass es bis zum Erreichen des Auslösungspunktes die erste Federstufe
bewirkt, wobei das Federelement derart ausgebildet ist, dass es zum
Auslösungspunkt
zwei konkav gewölbte
Federelemente mit verkürzter
Weite und Höhe
bildet, die die zweite Federstufe der Kraft-Weg-Kennlinie bewirken.
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Die
Erfindung betrifft ferner eine Tastatur, die mindestens eine erfindungsgemäße Taste
mit der erfindungsgemäßen Tastenfederung
aufweist.
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Die
erfindungsgemäße Taste
für eine
Tastatur weist somit eine Tastenfederung auf, die unabhängig von
der Zahl und Art der Federkomponenten auf mindestens eine erste
Federstufe und eine zweite Federstufe technisch mittels des Auslösungspunktes aufgeteilt
wird, wobei jede Federstufe ihre eigene technische Hauptaufgabe
hat, und nach dieser Aufgabe eine entsprechende Federkennlinie und
entsprechende Federeigenschaften aufweist.
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Die
erfindungsgemäße Taste
besitzt also eine Federung die aus zwei Stufen besteht, wobei die beiden
Stufen mittels des Auslösungspunktes,
d. h. des Schaltkontaktes voneinander getrennt werden.
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Dabei
liegt die Aufgabe der ersten Stufe darin, die Kontakte nach der
Auslösung
wieder zu trennen, die Taste in die Ausgangsposition zurückzufedern
und den Stoß auszugleichen,
den die Fingerkuppe auf der Tastenoberfläche macht. Die Aufgabe der
zweiten Federstufe liegt in der elastischen Rückfederung der Hände (bei
der unten beschriebenen ergonomischen Betätigungsweise) oder im Imitieren
eines ”elastischen” Tastaturbodens
bei der Fingerbetätigungstechnik.
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Dabei
geht die erfindungsgemäße Lösung davon
aus, dass die überschüssige Kraft
schon durch die Begriffe ”anschlagen” und ”drücken” provoziert wird.
Der Anwender assoziiert mit diesen Verben, dass er viel Kraft aufwenden
muss, um erfolgreich auf der Tastatur schreiben zu können. Verstärkt wird dieser
Effekt durch vorherige Erfahrungen mit zahlreichen anderen Tasten,
die der Anwender in seinem Leben bereits „gedrückt” oder „angeschlagen” hat. Die
meisten dieser Tasten haben ihren Auslösungspunkt am Ende des Tastenhubes
und diese Gewohnheit wird auf die Tastatur übertragen.
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Also
könnten
die Probleme mit überschüssiger Kraft
grundsätzlich
gelöst
werden, wenn es beim Schreibvorgang keine Notwendigkeit für den Anwender
mehr gibt, die Tasten zur Kontaktauslösung vorsätzlich zu „drücken” oder ”anzuschlagen”. Obwohl das
beim ersten Anblick unmöglich
aussieht, kann man eine solche Betätigungsweise wie folgt ausführen.
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Das
Stützgewicht
der Hand (ohne Armgewicht) im statischen Zustand kann man als durchschnittlich
150–200
Gramm (1,5–2
N) bewerten. (Das Stützgewicht
der Hand ist kein getrenntes Gewicht. Man kann dieses Gewicht abmessen,
wenn das Armgewicht mit einer besonderen Abstellplatte neutralisiert
ist, und die Hand in schlaffem Zustand auf der Waage liegt). Mit
durchschnittlicher Betätigungskraft für eine übliche Tastatur
(50–55
Gramm oder 0,5–0,55
N) ist das Stützgewicht
ausreichend groß, um
mindestens drei Tasten ohne irgendwelche muskuläre Kraft, also nur mit der
Gewichtkraft, zu betätigen.
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Nach
Kontaktauslösung
kommt der so genannte ”overtraver” Bereich,
wo die kinetische Gewichtskraft der Hand in elastische Energie der
Federung umgesetzt wird, was stufenweise zum völligen Stoppen der Hand führt. Danach
stemmen sich die Hände
von der Tastenfederung ab und mit der Unterstützung der Federkraft springt
die Hand, als Akrobat auf dem Trampolin, zur anderen Taste oder
Reihe.
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Mit
der beschriebenen Betätigungsweise
gibt es keine Notwendigkeit mehr für ”Anschlagen” oder ”Drücken”, also keine Notwendigkeit
mehr für überschüssige Kraft
beim „Drücken” und „Anschlagen”. Die Tasten
werden mittels ”Springen” der gelösten Hand
betätigt.
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Mit
der herkömmlichen
Betätigungstechnik müssen die
Muskeln der Finger oder der Hände
der Anwender kontinuierlich arbeiten: abwärts beim Drücken oder Anschlagen, danach
beim Abbremsen, und anschließend
aufwärts
bei der Bewegung zur anderen Taste. Mit oben erwähnter Betätigungsweise kann der Anwender
mit den stärkeren
Handgelenksmuskeln nur für
die Erhaltung des ”automatischen” Gewicht-Federung-Energieaustauschs
sorgen, was viel weniger Kraftaufwand als im ersten Fall braucht. Deshalb
kann man diese Weise als ergonomisch bezeichnen.
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In
einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung beginnt die Federkraft
der ersten Stufe der Federung mit einem Wert größer Null. Der Anstieg der Federkraft
kann durch eine monoton wachsende Funktion beschrieben werden. Vorzugsweise
ist der Anstieg der Federkraft linear.
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Erfindungsgemäß stellt
ein Mittel zur Auslösung
des Schaltsignals während
der ersten Federstufe den Signalkontakt her. Der Anstieg der Federkraft
der zweiten Federstufe ist vorzugsweise monoton, besonders bevorzugt
linear.
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Die
erste und zweite Stufe der Federung sind durch den Auslösungspunkt
der Kontakte geteilt. Dieser Punkt ist somit die Grenze zwischen
der ersten und der zweiten Stufe. Insbesondere ist das Mittel zur Auslösung des
Schaltsignals mit der ersten Stufe der Federung verbunden. Als Mittel
zur Auslösung
des Schaltsignals können
die dem Fachmann bekannten Kontaktschalter und/oder Relaisschalter
verwendet werden.
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Die
Auslösung
des Schaltsignals ist erfindungsgemäß mit der ersten Stufe der
Federung kombiniert. Beispielsweise kann das Mittel zur Auslösung des
Schaltsignals aktiviert werden, sobald bei der Feder der ersten
Federstufe die Hälfte,
Zweidrittel oder der vollständige
Federweg zurückgelegt
wurde. Vorzugsweise wird das Mittel zur Auslösung des Schaltsignals aktiviert,
wenn der Federweg der ersten Stufe der Federung vollständig zurückgelegt
wurde.
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In
einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist der Federweg der
ersten Stufe der Federung kleiner als der Federweg der zweiten Stufe
der Federung. Vorzugsweise beträgt
der Federweg der ersten Stufe der Federung zwischen 1 und 3 mm, vorzugsweise
zwischen 1,5 und 2, 5 mm und besonders bevorzugt 2 mm.
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In
einer weiteren erfindungsgemäßen Ausgestaltung
beträgt
der Federweg der zweiten Stufe der Federung zwischen 1 und 6 mm,
vorzugsweise zwischen 1,5 und 3 mm.
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Die
Hauptaufgabe der ersten Stufe der Federung ist es, die Kontakte
nach der Auslösung
zu trennen, die Taste in ihre Ausgangsposition zurück zu bringen
und der Stoß auszugleichen,
den die Fingerkuppe bei langen Sprüngen von Reihe zu Reihe auf der
Tastenoberfläche
macht.
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Die
ersten zwei Aufgaben sind für
alle Tastaturen gleich und die letzte braucht einige besondere Erklärungen.
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Üblicherweise
ist die Tastenfederung so gemacht, dass die anfängliche Kraft, die man anwenden
muss, um die Taste zu bewegen, etwa ein Viertel der Kraft zur Kontaktauslösung ist.
Zum Beispiel, wenn letztere 80 Gramm (0,8 N) beträgt, dann
beträgt
die anfängliche
Kraft etwa 20 Gramm (0,2 N). Wenn der Finger, oder die Hand mit
großer
kinetischer Energie auf die Tastenoberfläche niedergehen, verursacht
dies einen Stoß.
Das ist bei Handbewegungen besonders bemerkbar. Mit diesen Stößen ist dieser
Teil der kinetischen Energie verloren und nach einiger Zeit schnellen
Schreibens können
die Fingerkuppen irritiert werden. Dabei verursacht dieser Stoß einen
klappernden Laut, der in einigen Fällen unerwünscht ist.
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Erfindungsgemäß ist die
erste Federstufe so gestaltet, dass die anfängliche Kraft nur größer Null ist.
Dadurch wird der Tastenoberflächenstoß minimiert.
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Eine
weitere besondere Aufgabe der ersten Federstufe ist es, die Hände des
Anwenders bei Pausen zu unterstützen.
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Bei
Schreibvorgang sind kurze Unterbrechungen üblich, wenn zum Beispiel der
Anwender nachdenkt, welches Wort er als nächstes schreiben will, liest,
was er geschrieben hat oder einfach eine kleine Pause zur Erholung
macht. Diese Unterbrechungen sind so zahlreich und kurz, dass es
nicht sinnvoll ist, die Hände
jedes Mal von der Tastatur abzunehmen. Viele Anwender positionieren
die Hände während dieser
Pausen in der sogenannten Grundstellung (ASDF – JKLÖ), in der Mitte jeder Tastaturhälfte, da
von dort aus alle Tasten leicht zu erreichen sind. Aber mit der
unzureichenden Tastenfederung (40 Gramm oder weniger Auslösungskraft
pro Taste) muss der Anwender (bei einem Stützgewicht der Hand von 200
Gramm, d. h. 2 N oder mehr) die Hände in Schreibpausen immer
mit Muskelkraft unterstützen,
um die unerwünschte
Auslösung
zu vermeiden. Das führt
zur schnellen Ermüdung
der Handmuskeln. Einige Anwender stellen die Handgelenke, manchmal
sogar die Ellenbogen auf einer Ablagevorrichtung oder dem Tisch
vor der Tastatur ab, was aber die Beweglichkeit der Hände beschränkt, den Blutkreislauf
erschwert und den Schreibvorgang verlangsamt.
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Wenn
die Federkraft bis zur Auslösung
der ersten Stufe der Federung 50 Gramm (0,5 N) und mehr beträgt, kann
der Anwender die Hände
(ohne Arme) während
der kurzen Pausen auf der Grundstellung wirklich auflegen (die Tiefe
der Tastensenkung ist dabei von der Federungsart abhängig). Das verringert
die Muskelbelastung und Ermüdung
bei Schreibvorgang (weil nur die Arme jetzt in der Schwebe bleiben
müssen)
und ist eine weitere Aufgabe der ersten Federstufe.
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Am
besten werden die Federungskräfte
der Stufen zum Stützgewicht
der Hand angepasst. Neben den standardisierten 200 Gramm können die Tastaturen
für andere
Stützgewichte
konstruiert werden. Individuelle Ausführungen sind auch auf Bestellung
möglich,
um einen maximalen ergonomischen Effekt zu erreichen.
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Vorzugsweise
weist die Feder der ersten Federstufe eine derartige Federkennlinie
auf, dass zum Erreichen des maximalen Federwegs eine Kraft von 0,2
bis 1 N, vorzugsweise 0,3 bis 0,8 N, besonders bevorzugt 0,5 N erforderlich
ist.
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Die
zweite Federungsstufe beginnt nach der Kontaktauslösung. Sie
hat die Hauptaufgabe, den Stoß,
den die Fingerkuppe der fallenden Hand auf dem Tastenboden macht,
zu beheben und die kinetische Energie der fallenden Hand in potentielle
Energie der Federung zu konvertieren. Danach unterstützt diese
Kraft die Muskelkraft in der Sprungbewegung der Hand zur weiteren
Taste oder Reihe. Die Härte
der zweiten Tastenfederung ist von dem Handgewicht abhängig, aber
auf jeden Fall ist diese Härte größer, als
in der ersten Federung. In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist
die zweite Stufe der Federung mindestens zweifach härter, vorzugsweise
vierfach härter
als die erste Stufe der Federung.
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Die
klassische Tastatur weist einen vertikalen Tastenhub von etwa 4
mm auf (Vollhub). Auf moderneren Slim- oder Flat-Tastaturen ist
der Tastenhub in der Regel auf etwa 2 mm verkürzt (Kurzhub).
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Eine
Tastatur mit einer erfindungsgemäßen Tastaturfederung
ist insbesondere von Vorteil, wenn mehrere Anwender auf einer Tastatur
schreiben. Es besteht die Möglichkeit
die zweite Stufe nicht zu benutzen. Wenn der Anwender nur mit den
Fingern schreiben will, kann er auf der erfindungsgemäßen Tastatur
wie auf einer herkömmlichen
Tastatur ohne irgendein Umlernen schreiben. Weil die zweite Federungsstufe
deutlich stärker
als die erste ist, kann man in diesem Fall diese als Tastaturboden
wahrnehmen, und die mehrstufige Tastatur als angenehm empfundene ”slim” Tastatur
mit gekürztem
Hub (etwa 2 mm) benutzen.
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Die
ergonomische Betätigungsweise
mit Gewichtkraft-Federungskraft-Energieumtausch kann besondere effektiv
sein, wenn die zweite Federungsstufe verlängert wird. Die Normen für die Tastaturen erlauben
einen maximalen Hub von 6 mm. Mit verlängertem Hub kann die zweite
Federungsstufe weicher sein, als bei den üblichen 4 mm. Trotz der leicht
verminderten Geschwindigkeit, könnten
einige Desktop-Anwender diesen verlängerten Hub als größeren Komfort
empfinden.
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Der
gesamte Tastenhub, d. h. von der Ausgangsposition der Taste bis
hin zum Tastenanschlag auf dem Boden der Tastatur setzt sich aus
der Summe der Federwege der Federn der ersten und zweiten Stufe
der Federung zusammen. Der Tastenhub wird erfindungsgemäß derart
gewählt,
dass zum Erreichen des maximal zurückgelegten Tastenhubs in Abhängigkeit
der Federkennlinien eine Kraft zwischen 1 und 5 N, vorzugsweise
zwischen 1,5 und 3 N, besonders bevorzugt 2 N erforderlich ist.
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Ein
weiterer Vorteil der ergonomische Betätigungsweise ist die Lösung des
häufigen
Problems der ”schwächeren Finger”.
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Beim üblichen
Schreibvorgang ruhen die Handgelenke auf einer Ablagevorrichtung
oder dem Tisch vor der Tastatur in der Grundstellung, wobei die Finger
auf den Buchstabentasten (ASDF und JKLÖ) positioniert sind. Die Tasten
der unteren oder oberen Reihe der Tastatur werden durch ein Strecken
oder Anwinkeln der Finger erreicht. Beim Anschlagen der Schreibtasten
der oberen Tastenreihe erfolgt der Anschlag nicht mehr senkrecht
von oben, sondern seitlich. Um die notwendige Kraft erzeugen zu
können, muss
daher der einzelne Finger einen größeren Druck aufbringen. Insbesondere
stellt dies für
die weniger trainierten Finger, wie die Ringfinger oder kleinen
Finger, die eine Sehne miteinander teilen, ein Problem dar. Darüber hinaus
müssen
die Finger einzeln koordiniert und bewegt werden. Bei den meisten Anwendern
ist dies insbesondere für
die Ringfinger oder kleinen Finger schwierig. Gerade bei ungeübten Tastaturanwendern
kommt es daher in diesen Fingern schnell zu Ermüdungserscheinungen und Überlastungen.
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Mit
der ergonomischen Betätigungsweise,
d. h. wenn die ganze Hand (nicht der Arm) auf den Tasten springt,
gibt es keinen großen
Unterschied welche Finger als Mittel zur Betätigung benutzen werden, weil
es kein ”Drücken” oder ”Anschlagen” mehr gibt
und die Betätigung
meistens aus der Handgewichtskraft erfolgt. So, ist das Problem
mit Schmerzen in den ”schwächeren Fingern” verschwunden.
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Geeignete
Federn für
die erfindungsgemäße zweistufige
Federung sind im Stand der Technik bekannt. Vorzugsweise weist die
erfindungsgemäße Tastenfederung
mindestens eine mechanische Feder, vorzugsweise eine Schraubenfeder,
eine Torsions- oder Drehstabfeder oder eine Biegefeder, vorzugsweise
eine Blattfeder auf. Besonders bevorzugt werden Schraubenfedern
in Form von Druckfedern verwendet. In jedem Fall werden erfindungsgemäß konkav
gewölbte
Federelemente verwendet.
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Vorzugsweise
werden die mechanischen Federn für
die zweistufige Federung aus Federstahl, Kupfer-Beryllium-Legierungen,
Gummi, Silikon und/oder Faserverbundwerkstoffen hergestellt. Unter Druck
komprimierbare Kunststoffe, vorzugsweise in Form von Kunststoffschäumen, beispielsweise
aus Polyurethan oder mikrozellularem Urethan sind ebenfalls geeignet.
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In
einer weiteren Ausgestaltung weist die Tastenfederung mindestens
eine Feder der X- oder Scherenform auf. Derartige Federn sind dem
Fachmann aus dem Stand der Technik, insbesondere aus dem Bereich
der Computertastaturen bekannt.
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Erfindungsgemäß weist
die Tastenfederung mindestens ein konkav gewölbtes Federelement auf. Dabei
wird die erste und zweite Federstufe durch das konkav gewölbte Federelement
bewirkt. Die zweite Federstufe kann in einer bevorzugten Ausgestaltung mindestens
eine zweite Feder aufweisen, wobei die Federkennlinien der Einzelfedern
derart gewählt sind,
dass sich der erfindungsgemäße lineare
Anstieg der Federkraft ergibt. In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung
setzt sich die zweite Federstufe aus dem konkav gewölbten Federelement
und einer Schraubenfeder zusammen.
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Im
Folgenden soll die Erfindung an Hand von Beispielen und Zeichnungen
näher beschrieben
werden, ist allerdings nicht auf diese beschränkt.
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1(A,
B, C) zeigt ein Ausführungsbeispiel einer
Taste mit einer erfindungsgemäßen mehrstufigen
Tastenfederung.
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2 zeigt
die Kennlinie eines Ausführungsbeispiels
mit einer erfindungsgemäßen mehrstufigen Federung
im Kraft/Weg-Diagramm.
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1A bis
C zeigen ein Ausführungsbeispiel
einer Taste 10 mit einer erfindungsgemäßen mehrstufige Tastenfederung
in Längsschnitt. 1A zeigt die Taste 10 im Grundzustand.
Die Taste 10 besteht aus zwei Teilen, einer quadratischen
Tastenoberschale 28 und einem Tastenkorpus 30.
Der Tastenkorpus 30 weist zwei rechtwinkelig zu einem Tastaturboden 14 ausgerichtete
Tastenschenkel 25 auf und nimmt in der Mitte eine Schraubenfeder 24 auf. Die
quadratische Tastenoberschale 28 setzt sich aus der quadratischen
Tastenoberfläche 12 und
zwei rechtwinkelig davon abgehenden Tastenschenkeln 26 zusammen.
Ein Abstand zwischen den Tastenschenkeln 25 des Tastenkorpus 30 ist
kleiner, als ein Abstand zwischen den Tastenschenkeln 26 der Tastenoberschale 28,
so dass die Tastenoberschale 28 über den Tastenkorpus 30 gestülpt ist.
An der dem Tastaturboden 14 zugewandten Seite der Tastenoberfläche 12 befindet
sich ein Stift 32, der in die Schraubenfeder 24 greift.
Eine Längsachse
der Schraubenfeder 24 ist derart gewählt, dass die Tastenoberschale 28 im
Grundzustand nicht auf dem Tastenkorpus 30 aufliegt.
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An
dem dem Tastaturboden 14 zugewandten Ende der Schraubenfeder 24 befindet
sich ein kuppelförmiges
konkav gewölbtes
Federelement 22. Das konkav gewölbte Federelement 22 besteht
vorzugsweise aus Gummi oder Silikon und ist in einem Bogen unterhalb
der Taste 10 gespannt, wobei die Enden des konkav gewölbten Federelementes 22 außerhalb
der Tastenschenkel 26 der Tastenoberschale 28 auf
einer dreischichtigen Membran 34 befestigt sind. Die dreischichtige
Membran 34 ist oberhalb des Tastaturbodens 14 montiert
und derart positioniert, dass die einzelnen Schichten im Grundzustand
keinen Kontakt zueinander und mit dem Tastaturboden 14 aufweisen.
Ein Mittel zum Auslösen
des Schaltsignals 20 ist an der dem Tastaturboden 14 zugewandten
Seite des konkav gewölbten
Federelementes 22 montiert. Das Mittel zum Auslösen des
Schaltsignals 20 ist hier als Stempel ausgestaltet.
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1B zeigt
eine erste Federstufe 16 mit der anschließenden Auslösung des
Signals. Wirkt auf die Tastenoberfläche 12 eine Kraft
F1 ein, so wird das kuppelförmige
konkav gewölbte
Federelement 22 in Richtung des Tastaturbodens 14 bewegt.
Dadurch nähert
sich das Mittel zum Auslösen
des Schaltsignals 20 dem Tastaturboden 14. Nach
Abschluss der ersten Federstufe 16, d. h. nachdem der Federweg
G der ersten Federstufe vollständig
zurückgelegt
wurde, hat das Mittel zum Auslösen
des Schaltsignals 20 den Tastaturboden 14 erreicht.
Die dreischichtige Membran 34 wird dabei auf den Tastaturbodens 14 gedrückt und
die einzelnen Schichten kommen dabei, durch ein Loch in der mittleren Schicht
in Kontakt miteinander, wodurch der Schaltkontakt hergestellt wird.
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1C zeigt den Endzustand nach einer zweiten
Federstufe 18. Am Ende der ersten Federstufe 16,
d. h. sobald das konkav gewölbte
Federelement 22 vollständig
eingedrückt
ist, haben sich zwei konkav gewölbte
Federelemente 22a mit einer verkürzten Höhe und Weite gebildet. Die
Tastenschenkel 26 der Tastenoberschale 28 sind
nach der ersten Federstufe 16 auf dem höchsten Punkt der zwei verkürzten konkav
gewölbten
Federelemente 22a positioniert. Durch die Verkürzung der
Bogenlänge
ist die Federhärte
der verkürzten
konkav gewölbten
Federelemente 22a gestiegen. Wird nun eine Kraft F2 auf die
Taste 10 aufgebracht biegen sich die verkürzten konkav
gewölbten
Federelemente 22a ebenfalls in Richtung des Tastaturbodens 14 durch.
Der Federweg H der zweiten Federstufe 18 ist vollständig zurückgelegt,
sobald die Tastenschenkel 26 auf dem Tastaturboden 14 aufgekommen
sind. Die überschüssige kinetische
Energie der Finger- bzw. Handgelenksmuskeln wird von der Schraubenfeder 24 aufgefangen.
Die zweite Federstufe 18 setzt sich somit aus drei Elementen
zusammen, dem eingedrückten
Federelement 22, den zweiteiligen verkürzten konkav gewölbten Federelementen 22a und
der Schraubenfeder 24. Erfindungsgemäß ist die Kraft F2 dabei größer als
das Handstützgewicht.
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2 zeigt
die schematischen Federkennlinien der ersten Federstufe 16 (1A und 1B) und
der zweiten Federstufe 18 (1C)
des Ausführungsbeispiels
der Taste 10 mit einer erfindungsgemäßen mehrstufigen Tastenfederung
im Kraft/Veg-Diagramm. Der Federweg G der ersten Federstufe 16 beträgt etwa
2 mm. Der Federweg H der zweiten Federstufe 18 beträgt ebenfalls
etwa 2 mm. Erste Federstufe 16 und zweite Federstufe 18 sind durch
den Auslösungspunkt
D voneinander getrennt. Die Federkennlinien beider Federstufen 16, 18 sind linear
steigend, wobei die Steigung der zweiten Federstufe 18 größer als
die Steigung der ersten Federstufe 16 ist.
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Eine
besondere Aufgabe der ersten Federstufe 16 ist es, einen
Tastenoberflächenstoß während des
freien Falls der Hand auf die Taste zu minimieren. Dafür muss die
anfängliche
Kraft möglichst nahe
bei Null sein, d. h. so nah es technisch möglich ist. Eine weitere besondere
Aufgabe der ersten Federstufe 16 ist es, die Hände des
Anwenders bei Pausen zu unterstützen.
Dafür ist
eine Auslösungskraft
von etwa 50 Gramm (0,5 N) ausgewählt.
Bei einem Stützgewicht
der Hand von 150 Gramm und 4,5 Tasten (die Daumen verteilen sich
auf eine Taste) ist die Tiefe der Tastensenkung bei aufgelegter
Hand etwa 1 mm. Ist die Kraft F von 0,5 N erreicht, wird das Mittel
zur Auslösung
des Schaltsignals 20 aktiviert und es kommt am Auslösungspunkt
D zum Schaltvorgang.
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Der
Federweg H der zweiten Federstufe 18 (1C)
beträgt
etwa 2 mm. Die zweite Federstufe 18 hat die Hauptaufgabe,
den Stoß,
den die Fingerkuppe der fallenden Hand auf dem Tastenboden macht,
zu beheben und die kinetische Energie der fallenden Hand in potentielle
Energie der Federung zu konvertieren. Die Kraft danach unterstützt die Muskelkraft
in der Sprungbewegung der Hand zu weiteren Tasten oder Reihen. Die
Härte der
zweite Stufe Tastenfederung 18 ist von dem Handgewicht und
dem Tastenhub abhängig.
Die Härte
der zweite Stufe Tastenfederung 18 kann zwei- bis viermal
größer sein,
als die Härte
der ersten Stufe der Federung 16.
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- 10
- Taste
- 12
- Tastenoberfläche
- 14
- Tastaturboden
- 16
- erste
Federstufe
- 18
- zweite
Federstufe
- 20
- Mittel
zur Auslösung
des Schaltsignals
- 22
- konkav
gewölbtes
Federelement
- 22a
- verkürztes konkav
gewölbtes
Federelement
- 24
- Schraubenfeder
- 25,
26
- Tastenschenkel
- 28
- Tastenoberschale
- 30
- Tastenkorpus
- 32
- Stift
- 34
- Membran
- G
- Federweg
der ersten Federstufe
- H
- Federweg
der zweiten Federstufe
- D
- Auslösungspunkt
- F
- Kraft
- F1
- Federkraft
erste Federstufe
- F2
- Federkraft
zweite Federstufe