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Die Erfindung betrifft einen Drucktastenschalter gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
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Aus
US 39 32 722 ist eine Drucktastenschalterkappe bekannt, bei welcher der Schaltvorgang durch eine gummiartige Schalterkappe in Form eines Kegelstumpfs oder eines Doms herbeigeführt, wobei der Schaltvorgang einen Schnapp- oder Klappvorgang aufweist. Die bekannte Schalterkappe besteht aus einem einstückigen gummiartigen Material und weist im Wesentlichen vier Bereiche auf. Ein zentraler Druckbereich, der in Richtung zu einer Grundplatte einen Vorsprung hat, wird von einem ersten ringförmigen Bereich umgeben und ist mit diesem verbunden. Mit dem ersten ringförmigen Bereich ist ein äußerer zweiter ringförmiger Bereich verbunden, der als Verformungsbereich ausgebildet ist. Angrenzend an diesen zweiten ringförmigen Bereich ist damit verbunden ein äußerer Grundring vorgesehen, an dem die Schalterkappe an der Grundplatte des Schalters angeordnet ist. Darüber hinaus sind im Bereich des Vorsprungs mindestens zwei zueinander in elektrischen Kontakt bringbare Kontaktflächen vorgesehen. Die Funktionsweise der bekannten Schalterkappe verläuft so, dass bei Ausübung einer die Drucktaste niederdrückende Kraft sich der schwächere, erste ringförmige Bereich nach innen verformt. Hierbei bleibt zunächst die nach außen konkav ausgebildete Konfiguration des ersten ringförmigen Bereichs noch erhalten. Bei weiterer Druckausübung erfolgt als Schnappvorgang eine plötzliche Umkehr der Biegekonfiguration von konkaver Form in eine konvexe Form. Bei weiterer Drucktastenausübung werden dann nachfolgend elektrische Kontaktflächen miteinander in Kontakt gebracht.
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Aus
DE 31 22 456 C2 ist eine weitere Schalterkappe aus einem einstückigen Material bekannt, welche im Wesentlichen auf der Schalterkappe aus
US 39 32 722 aufbaut. Bei dieser Schalterkappe ist der erste ringförmige Bereich unter einer den zentralen Druckbereich niederdrückenden Kraft als zweiter, einen Schnappvorgang ausführender Verformungsbereich und der zweite ringförmige Bereich als erster Verformungsbereich ausgebildet. Die Funktionsweise dieser Schalterkappe verläuft so, dass bei Überschreitung der Betätigungskraft auf den zentralen Druckbereich er erste ringförmige Bereich als zweiter Verformungsbereich einer Biegeverformung unterworfen wird, wobei der gewünschte und gewollte Schnappvorgang im zweiten Verformungsbereich, dem ersten ringförmigen Bereich vor sich geht. Um ein weiches Zusammendrücken und eine elastische Rückkehr in die Ausgangsposition der Schalterkappe bei Betätigen mit einer Fingerspitze sicherzustellen, sind in der Schalterkappe Luftablassöffnungen vorgesehen.
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Eine weitere Schalterkappe ist aus
GB 2 112 577 A bekannt. Diese Schalterkappe besteht ebenfalls aus einem einstückigen gummiartigen Material und weist im Wesentlichen folgende Bereiche auf: Ein zentraler Druckbereich, der in Richtung zu einer Grundplatte einen Vorsprung hat, wird von einem ringförmigen Bereich umgeben und ist mit diesem verbunden. Mit dem ringförmigen Bereich ist ein Grundring verbunden, an dem die Schalterkappe an der Grundplatte des Schalters angeordnet ist. Der ringförmige Bereich teilt sich einen dickwandigen und einen dünnwandigen Bereich auf. Zwischen diesen Bereichen ist eine ringförmige in Richtung der Grundplatte weisende Rippe angeordnet. Der dickwandige Bereich befindet sich zwischen dieser Rippe und dem zentralen Druckbereich. Der dünnwandige Bereich befindet sich zwischen der Rippe und dem Grundring. Bei der Betätigung des zentralen Druckbereichs wird zunächst die Rippe in Kontakt mit der Grundplatte gebracht. Bei weiterer Druckausübung erfolgt ein Schnappvorgang im dünn- und dickwandigen Bereich, welcher die Rippe von der Grundfläche entfernt und den zentralen Druckbereich in Kontakt mit der Grundplatte bringt. Um eine elastische Rückkehr in die Ausgangsposition der Schalterkappe und einen erleichterte Luftaustausch zwischen dem Innenbereich und dem Außenbereich des von der Schalterkappe umschlossenen Raums zu gewährleisten, sind in der Schalterkappe Luftablassöffnungen vorgesehen.
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Ein Nachteil dieser Luftablassöffnungen ist, dass Feuchtigkeit in das von der Schalterkappe umschlossene Volumen eindringen kann und somit zu einer Korrosion der Kontakte führen kann.
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Aufgabe der Erfindung ist es, einen Drucktastenschalter mit einer Drucktastenschalterkappe zu schaffen, welcher bei Betätigung ein weiches Zusammendrücken und eine elastische Rückkehr in die Ausgangsposition der Schalterkappe bei gleichzeitiger Sicherstellung, dass der der Schalterkappe und der Grundplatte umschlossene Raum in jeder Schaltposition luftdicht ist.
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Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen des geltenden Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand von Unteransprüchen.
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Die Erfindung geht aus von einem Drucktastenschalter mit einer auf einer Grundplatte aufgebrachten Drucktastenschalterkappe aus einem einstückig flexiblen Material. Das flexible Material kann hierbei Gummi oder weicher Kunststoff sein.
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Die Drucktastenschalterkappe umfasst einen zentralen Druckbereich der in Richtung zu der Grundplatte einen Vorsprung aufweist, wobei im Bereich des Vorsprungs eine, mindestens zwei auf der Grundplatte angeordnete Kontaktpunkte in elektrischen Kontakt bringbare Kontaktfläche angeordnet ist. Ferner umfasst die Drucktastenschalterkappe einen den zentralen Druckbereich umgebenden und mit diesem verbundenen Verformungsbereich sowie einen mit dem Verformungsbereich verbundenen Grundkontur, mit der die Drucktastenschalterkappe mit der Grundplatte verbunden ist. Der Drucktastenschalter ist hierbei durch Ausübung einer niederdrückenden Kraft auf den zentralen Druckbereich zwischen einer Ruheposition und einer Schaltposition schaltbar.
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Als Grundplatte wird im Weiteren auch ein Gehäuse für ein oder mehrere elektrische Leiterbahnen, z.B. ein Stanzgitter oder eine Leiterplatte verstanden, welches im Bereich des Vorsprungs des zentralen Druckbereichs eine Aussparung aufweist. Dieser Vorsprung kann bei niederdrückender Kraft durch die im Gehäuse ausgeführte Aussparung auf die von dem Gehäuse umschlossenen elektrischen Leiterbahnen gebracht werden.
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Als Kontaktpunkte wird im Weiteren Punkte oder Bereiche auf elektrischen Leiterbahnen verstanden.
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Zweckmäßig erfolgt die Bewegung des an dem zentralen Druckbereich ausgeführten Vorsprungs senkrecht in Richtung einer durch die Leiterbahnen aufgespannten Ebene.
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Erfindungsgemäß zeichnet sich der Drucktastenschalter dadurch aus, dass ein mit dem Grundkontur verbundener Dichtbereich vorhanden ist, welcher passgenau in eine, in der Grundplatte ausgeführten Nut eingreift und dass die von der Drucktastenschalterkappe und der Grundplatte umschlossene Luftmenge in der Ruheposition und in der Schaltposition gleich groß ist.
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In der Schaltposition entsteht in dem von der Drucktastenschalterkappe und der Grundplatte umschlossenen Raum ein Druck. Dieser Druck entsteht dadurch, dass die Luftmenge in der Ruheposition und in der Schaltposition gleich groß ist, der von der Drucktastenschalterkappe und der Grundplatte umschlossenen Raum in der Schaltposition allerdings kleiner ist. Dieser Druck unterstützt beim Wegfall der niederdrückenden Kraft F die Bewegung der Drucktastenschalterkappe von der Schaltposition in die Ruheposition.
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Im Weiteren wird der Verformungsbereich als ringförmiger Verformungsbereich, die Grundkontur als Grundring, der Dichtbereich als ringförmiger Dichtbereich und die Nut als ringförmige Nut bezeichnet. Es sei hier klargestellt, dass unter ringförmig im Weiteren jede geschlossene Kurve verstanden wird, d.h. der Verformungsbereich, die Grundkontur, der Dichtbereich und die Nut können z.B. kreisförmig, ellipsenförmig, vier- oder mehreckig ausgebildet sein.
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Die passgenaue Einführung des Dichtbereichs der Drucktastenschalterkappe in die in der Grundplatte ausgeführte ringförmige Nut führt dazu, dass der Raum, welcher von der Grundplatte und der Drucktastenschalterkappe umschlossen ist, luftdicht ist. Mit anderen Worten, es findet kein Luftaustausch zwischen dem Innenraum und dem Außenraum statt. Dadurch wird verhindert, dass Feuchtigkeit in den Innenraum eindringt, wodurch die Kontakte durch Korrosion beschädigt werden könnten. Darüber hinaus dient die Passform des Dichtbereichs auch dazu, dass sich die Position der Drucktastenschalterkappe beim Schaltvorgang nicht in unbeabsichtigter Weise verändert. Der Grundring dient im Wesentlichen als Anschlag dafür, dass die Drucktastenschalterkappe in eine vorgegebene Position gebracht werden kann. Somit kann insbesondere in einer Serienproduktion sichergestellt werden, dass fortlaufend Drucktastenschalter mit identischen Eigenschaften hergestellt werden.
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Da die Drucktastenschalterkappe aus einem gummiartigen Material hergestellt ist und eine einfache Kontur aufweist, lässt sich diese Kappe kostengünstig und für die Serienproduktion geeignet in einem Spritzwerkzeug herstellen.
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In einer besonderen Ausführungsform ist der Verformungsbereich als einer unter der den zentralen Druckbereich niederdrückenden Kraft einen Schnappvorgang ausführenden Verformungsbereich ausgebildet. Dadurch wird eine sichere Kontaktierung der auf der Grundplatte vorhandenen Kontaktpunkte mit der Kontaktfläche an dem Vorsprung des zentralen Druckbereichs sichergestellt.
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Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Drucktastenschalters ist, dass kein zusätzliches Vergießen der Drucktastenschalterkappe nötig ist. Dadurch lässt sich der Herstellungsprozess des Schalters wesentlich beschleunigen.
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Die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung werden im Weiteren anhand von Figuren erläutert. Es zeigen:
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1 im Querschnitt einen erfindungsgemäßen Drucktastenschalter in Ruheposition,
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2 im Querschnitt einen erfindungsgemäßen Drucktastenschalter in der Schaltposition,
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3 einen erfindungsgemäßen Drucktastenschalter mit einem Betätigungselement.
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1 zeigt im Querschnitt ein typisches Ausführungsbeispiel eines sich in Ruheposition befindlichen Drucktastenschalters der hier beschriebenen Art mit einer Grundplatte auf welcher eine Drucktastenschalterkappe aus einem einstückig gummiartigen Material aufgebracht ist. Der in 1 dargestellte Drucktastenschalter besteht aus einer Grundplatte 4 mit mindestens zwei Kontaktpunkten 5 sowie einer über den Kontaktpunkten 5 auf der Grundplatte angeordneten Drucktastenschalterkappe 1a.
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Die Grundplatte 4 kann eine Leiterplatte mit aufgedruckten Leiterbahnen und Kontaktpunkten sein oder ein elektronischer Komponententräger sein, der sich im Wesentlichen dadurch auszeichnet, dass ein oder mehrere Stanzgitterbahnen mit einem Kunststoff umspritzt sind. Im Bereich des Drucktastenschalters ist diese Umspritzung ausgenommen, so dass die Stanzgitterbahnen mit den darauf aufgebrachten Kontaktpunkten, zwischen welchen durch den Drucktastenschalter eine elektrische Verbindung herstellbar ist, frei liegen.
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Die Drucktastenschalterkappe 1a besteht aus einem zentralen Druckbereich 2, einem den zentralen Druckbereich 2 umgebenden und mit diesem verbundenen ringförmigen Verformungsbereich 3, einem mit dem ringförmigen Verformungsbereich 3 verbundenen Grundring 6 und einem mit dem Grundring 6 verbundenen ringförmigen Dichtbereich 8, der eine zylindrische Form aufweist. Unter einer zylindrischen Form ist wird hierbei ein Zylinder mit einer kreis-, ellipsen-, vier- oder mehreckigen Grundfläche verstanden.
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Der ringförmige Verformungsbereich 3 ist hierbei im Wesentlichen kronen- oder domartig ausgebildet. Mit anderen Worten der Durchmesser des ringförmigen Verformungsbereichs 3 ist im Bereich der Anbindungsstelle zum zentralen Druckbereich 2 kleiner als im Bereich der Anbindungsstelle an den Grundring 6.
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In der Grundplatte 4 ist eine ringförmige Nut 7 ausgebildet, in welche der Dichtbereich 8 der Drucktastenschalterkappe 1a passgenau eingreift. Die Nuttiefe ist dabei derart ausgelegt, dass bei bestimmungsgemäßer Aufbringung der Drucktastenschalterkappe 1a auf die Grundplatte 4 zwischen der Unterseite 8a des Dichtbereichs 8 und der Grundfläche 7a der Nut 7 ein Abstand d vorhanden ist. Dadurch ist gewährleistet, dass beim Einbringen des Dichtbereichs 8 in die Nut, die sich im Innenbereich I, also im von der Drucktastenschalterkappe 1a und der Grundplatte 4 umschlossenen Raum, befindliche überschüssige Luft nach außen entweichen kann, so dass bei bestimmungsgemäßer Einbringung des Dichtbereichs 8 in die Nut 7 kein Überdruck im Innenbereich I entsteht.
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Dieser Effekt wird unterstützt dadurch, dass der Dichtbereich 8 entlang seiner Höhe abschnittsweise kleiner als und abschnittsweise größer als oder gleich der Breite der Nut 7 ist. Einerseits ist hierbei die Passform des Dichtbereichs 8 in der Nut 7 weiterhin gewährleistet, andererseits wird sichergestellt, dass beim Einbringen des Dichtbereichs 8 in die Nut 7 die Luft aus dem Innenbereich I leichter entweichen kann.
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Der Grundring 6 weist eine flache Form auf und bildet im Wesentlichen eine Anlagefläche an die Oberseite 7b der Nut 7. Hierzu ist die Ausdehnung des Grundrings 6 derart bemessen, dass beim bestimmungsgemäßen Einbringen der Drucktastenschalterkappe 1a auf die Grundplatte 6, der Grundring 6 die Nut 7 vollständig abdeckt. Der Grundring 6 bildet somit eine Art Anschlag bis zu welchem der Dichtbereich 8 in die Nut eingebracht werden kann. Zur Verbesserung des Anschlags ist auf der Innenseite der Drucktastenschalterkappe 1a an der Verbindungsstelle zwischen dem Grundring 6 und dem Dichtbereich 8 eine Stufe T vorhanden. Mittels dieser Stufe T stützt sich der Grundring 6 auf der Oberseite 7b der Nut 7 ab.
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Die Dicke des Grundrings 6 ist größer als die Dicke des Verformungsbereichs 3. Die Dicke des Grundrings 6 ist dabei so bemessen, dass sie bei Betätigung des zentrale Druckbereichs 1a oder bei Einbringung des Dichtbereichs 8 in die Nut 7 nicht verformbar ist.
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2 zeigt im Querschnitt den in 1 erläuterten Drucktastenschalter in der Schaltposition. Beim Betätigen des in 1 dargestellten Drucktastenschalters durch Ausübung einer Kraft F auf den zentralen Druckbereich, also durch Niederdrücken der Drucktastenschalterkappe 1a wird der ringförmige Verformungsbereich 3 verformt. In der ersten Phase des Niederdrückens wird ein mittlerer Bereich 3b des Verformungsbereichs 3 konkav, das heißt nach außen gebogen, was zu einer Vergrößerung des Durchmessers des ringförmigen Verformungsbereichs 3 in diesem Abschnitt bedeutet. Dadurch, dass das Luftvolumen im Innenbereich I nicht vergrößert oder verkleinert werden kann, resultiert die konkave Verbiegung des mittleren Bereichs 3b in eine erste konvexe Verformung 3a im ersten Verbindungsbereich des ringförmigen Verformungsbereichs 3 an den zentralen Druckbereich 2 und in eine zweite konvexe Verformung 3c im zweiten Verbindungsbereich des ringförmigen Verformungsbereichs 3 an den Grundring 6. Ein weiteres Niederdrücken des zentrale Druckbereichs 2 führt schließlich zu einem Schnappvorgang, welcher den zentralen Druckbereich 2 auf die Kontakte 5 führt, so dass die auf der Unterseite 5a des Druckbereichs angebrachte Kontaktfläche 1c eine elektrische Verbindung zwischen den auf der Grundplatte 4 angeordneten Kontaktpunkten 5 herstellt.
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Das Luftvolumen im Innenbereich I des Drucktastenschalters in Schaltposition (2) entspricht dem Luftvolumen im Innenbereich I des Drucktastenschalters in Ruheposition (1). Ein Ansaugen und Entweichen von Luft aus und in den Innenbereich I ist wegen des luftdichten Abschließens des Innenbereichs durch die passgenaue Einbringung des Dichtbereichs 8 in die Nut 7.
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3 zeigt eine beispielhafte Darstellung eines erfindungsgemäßen Drucktastenschalters in Ruheposition mit einem zusätzlichen Betätigungselement. Das Betätigungselement 9 ist an einem Ende 9a auf der Grundplatte 4 befestigt und im Wesentlichen so ausgestaltet, dass zumindest ein Zwischenbereich 9c des Betätigungselements 9 über dem zentralen Druckbereich 2 angeordnet ist. Das andere Ende 9b des Betätigungselements 9 ist als Druckbereich 9d des Betätigungselements 9 ausgebildet. Ein Niederdrücken des Betätigungselements im Bereich des Druckbereichs 9d mittels einer Kraft F führt zu einer Drehung des Betätigungselements 9 um den Drehpunkt D. Dies führt dazu, dass der Zwischenbereich 9c senkrecht auf den zentralen Druckbereich 2 der Drucktastenschalterkappe 1a drückt.
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Eine Kraft F, welche nicht senkrecht auf den Druckbereich 2 wirkt, bewirkt in den in 1 bzw. 2 gezeigten Ausführungsbeispielen ein unzureichendes Niederdrücken des Druckbereichs 2 in Richtung der Kontaktpunkte 5. Durch das Betätigungselement 9 kann eine Umlenkung der Kraftrichtung erreicht werden. 3 zeigt eine Kraft F2, welche unter einem Winkel α auf den Druckbereich 9d des Betätigungselements wirkt. Durch die Drehung des Betätigungselements 9 um en Drehpunkt D drückt der Zwischenbereich 9c des Betätigungselements 9 senkrecht auf den Druckbereich 2 der Drucktastenschalterkappe 1a. Dadurch wird ein zuverlässiges Betätigen des Drucktastenschalters 1 gewährleistet.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Drucktastenschalter
- 1a
- Drucktastenschalterkappe
- 1b
- Vorsprung
- 1c
- Kontaktfläche
- 2
- Druckbereich
- 3
- ringförmiger Verformungsbereich
- 3a
- erste Bereich konvexe Verformung
- 3b
- Bereich konkave Verformung
- 3c
- zweite Bereich konvexe Verformung
- 4
- Grundplatte
- 4a
- Oberseite Grundplatte
- 5
- Kontakt
- 6
- Grundkontur
- 6a
- Anlagefläche
- 7
- Nut
- 7a
- Grundfläche der Nut
- 7b
- Oberseite Nut
- 8
- Dichtbereich
- 8a
- unteres Ende des ringförmigen Dichtereichs
- 9
- zusätzliches Betätigungselement
- 9a
- eine Ende des Betätigungselements
- 9b
- andere Ende des Betätigungselements
- 9c
- Zwischenbereich des Betätigungselements
- 9d
- Druckbereich des Betätigungselements
- d
- Abstand
- F
- Kraft auf Druckbereich 2
- F2
- Kraft auf Druckbereich des Betätigungselements 9
- D
- Drehpunkt
- R
- Ruheposition
- S
- Schaltposition
- T
- Stufe in Grundring
- I
- Innenbereich
- A
- Außenbereich
- α
- Winkel der Kraft F2
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 3932722 [0002, 0003]
- DE 3122456 C2 [0003]
- GB 2112577 A [0004]
