DE102014005123A1

DE102014005123A1 - Elektrischer Tastschalter und Bedienelement mit einem elektrischen Tastschalter

Info

Publication number: DE102014005123A1
Application number: DE102014005123.4A
Authority: DE
Inventors: Michael Bleckmann; Tobias Hafner
Original assignee: Leopold Kostal GmbH and Co KG
Current assignee: Kostal Automobil Elektrik GmbH and Co KG
Priority date: 2014-04-08
Filing date: 2014-04-08
Publication date: 2015-10-08
Also published as: CN106133866A; CN106133866B; WO2015155102A1; EP3129999B1; ES2657747T3; US20170004932A1; US10109433B2; EP3129999A1

Abstract

Beschrieben wird ein elektrischer Tastschalter, aufweisend eine Taste mit einer im Wesentlichen rechteckigen Betätigungsfläche, die durch eine Druckbetätigung gegen ein Gehäuse verschiebbar ist, und dadurch das Auslösen eines elektrischen Schaltelements bewirkt, wobei unterhalb der Taste eine im Wesentlichen kastenförmig ausgebildete Wippe angeordnet ist, die mittels mindestens eines Schwenklagers an einer inneren Längswand des Gehäuses gelagert ist, und wobei die Wippe durch die Betätigung der Taste verschwenkbar ist und die Taste über annähernd deren gesamte Längserstreckung abstützt. Beschrieben wird außerdem ein Bedienelement, das einen derartigen elektrischen Tastschalter aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Tastschalter, aufweisend eine Taste mit einer im Wesentlichen rechteckigen Betätigungsfläche, die durch eine Druckbetätigung gegen ein Gehäuse verschiebbar ist, und dadurch das Auslösen eines elektrischen Schaltelements bewirkt. Die Erfindung betrifft außerdem ein Bedienelement mit einem derartigen elektrischen Tastschalter.
Problematisch besonders bei aus Führungsrippen und Führungsnuten bestehenden Tastenführungen ist die Neigung zum Klemmen der Taste bei geringen Führungslängen. Bei einer langen und schmalen Taste, die in einer Gehäuseöffnung gelagert ist, kann ein Verkippen der Taste zu einem Verklemmen der Taste im Gehäuse führen. Dieses gilt besonders dann, wenn die Längen von an den Schmalseiten der Taste angeformten Linearführungen kurz im Vergleich zur Länge der Taste sind.
Unabhängig von einem möglichen Verklemmen bewirkt eine Tastenverkippung auch ein verändertes Betätigungsgefühl durch veränderte Betätigungswege und Betätigungskräfte. Erfahrungsgemäß ergeben sich bereits unkomfortabel hohe Reibungs- und Betätigungskräfte, wenn die Länge einer aus Führungsrippen und Führungsnuten gebildeten Linearführung kürzer als die halbe Länge der Taste ist. Um eine komfortabel betätigbare Taste mit einer relativ großen Längserstreckung aufzubauen ist somit eine relativ große Führungslänge erforderlich, aus der eine relativ große Bauhöhe des Tastschalters resultiert. Eine große Bauhöhe ist aber in vielen Fällen unerwünscht.
Leerzeichentasten von Computertastaturen bilden Tasten mit einer im Vergleich zum Betätigungsweg großen Längserstreckung aus. Bei solchen Tasten werden oftmals außermittig gelagerte Drahtbügel eingesetzt, die die jeweilige Taste stabilisieren. Nachteilig bei dieser Lösung ist einerseits die relativ geringe Biege- und Torsionssteifigkeit solcher Drähte und andererseits die langen Wege in der Kraftwirkungskette. Beide Eigenschaften führen bei höheren Betätigungskräften zu einem Verkippen der Taste.
Es stellte sich die Aufgabe, einen Tastschalter mit einer im Vergleich zur Bauhöhe langen Taste zu schaffen, die weder zu einem Verkippen noch zu einem Verklemmen neigt. Erwünscht ist zudem eine einheitliche Schalthaptik der Taste, die von der gewählten Betätigungsstelle unabhängig ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass unterhalb der Taste eine im Wesentlichen kastenförmig ausgebildete Wippe angeordnet ist, die mittels mindestens eines Schwenklagers an einer inneren Längswand des Gehäuses gelagert ist, und dass die Wippe durch die Betätigung der Taste verschwenkbar ist und die Taste über annähernd deren gesamte Längserstreckung abstützt.
Vorzugsweise ist die Wippe als ein kastenförmiger Körper ausgebildet, dessen Länge und Breite annähernd genauso groß wie die entsprechenden Abmessungen der Taste sind und daher die Taste über annähernd deren gesamte Länge abstützen kann. Die Einschränkung „annähernd” ergibt sich dabei allein aus der Anforderung, dass die Wippe unterhalb der Taste anzuordnen ist, wobei die Wippe von den Seitenwänden der Taste, an welchen Führungsrippen oder Führungsnuten angeformt sein können, übergriffen wird. Die Wippe ist somit in ihrer Längserstreckung etwa um das Maß der Dicke der beiden Seitenwände kürzer auszubilden als die Taste. Wesentlich ist, dass es durch die Abstützung für die Taste keine mögliche Drehachse in der zu ihrer Längstreckung senkrechten Querrichtung mehr gibt, um die die Taste verkippen könnte.
Zur Abstützung berührt die Taste die Wippe entweder entlang einer schmalen Kontaktkante parallel zur Längserstreckungsrichtung der Taste oder an mindestens zwei Kontaktstellen, die entlang einer Linie parallel zur Längserstreckungsrichtung der Taste angeordnet sind. Der Abstand zwischen den zueinander entferntest gelegenen Kontaktstellen beziehungsweise die Länge der Kontaktkante entspricht dabei möglichst genau der Länge der Wippe. Bevorzugt liegen die Kontaktstellen zwischen Wippe und Taste daher an den äußersten Enden einer Längskante der Wippe, wodurch die Taste über nahezu ihre gesamte Länge durch die Wippe abgestützt und ein Verkippen der Taste sicher unterbunden wird.
Die Lagerung der Wippe am Gehäuse kann auf vorteilhafte Weise durch ein oder mehrere Filmscharniere ausgeführt werden.
Eine vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Tastschalters besteht in einer Ausgestaltung als Bedienelement mit mehreren kapazitiven Sensoren. Die Sensorfelder der kapazitiven Sensoren sind längs der Oberfläche einer Tastenkappe angeordnet, die mit einem kastenartigen Tastenkörper verbunden ist und mit diesem zusammen eine in einem Gehäuse geführte Taste ausbildet. Die leichte Berührung eines kapazitiven Sensorfelds dient zur Vorauswahl einer Schaltfunktion, die durch einen Druck auf die Taste bestätigt und damit ausgelöst wird. Üblicherweise erfolgt ein Bestätigungsdruck zumeist auf der Teilfläche der Tastenkappe, welche zuvor zur Auswahl der Funktion berührt wurde. Da situationsbedingt unterschiedliche Betätigungsstellen gewählt werden können, ist es vorteilhaft, dass sich unabhängig von der Betätigungsstelle immer eine gleichartige Bewegung der Taste und damit ein gleichartiges Schaltgefühl ergibt.
Nachfolgend soll ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Tastschalters und eines Bedienelements mit einem Tastschalter anhand der Zeichnung dargestellt und näher erläutert werden. Es zeigen
1 eine Explosionsansicht eines erfindungsgemäßen Tastschalters,
2 eine Draufsicht auf einen Tastenkörper innerhalb eines Gehäuses,
3 eine Explosionsansicht eines Bedienelements mit einem Tastschalter.
Die 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Tastschalters in einer Explosionsansicht. Der Tastschalter weist eine Taste 1 auf, die aus einer deckelartigen Tastenkappe 10 und einem Tastenkörper 9 besteht, welche über Rastelemente, die hier als Rastlaschen 12 und Rastnasen 11 ausgeführt sind, miteinander verbunden sind.
Der Tastenkörper 9 weist an seinen beiden Schmalseiten Seitenwände 25 mit angeformten Führungsrippen 6 auf, was besonders deutlich in der 2 erkennbar ist. Die Führungsrippen 6 bilden zusammen mit Führungsnuten 7, die an inneren Wänden des Gehäuses 3 angeformt sind, zwei Linearführungen A, B für die Taste 1 aus.
Unterhalb der Taste 1 ist eine kastenförmige Wippe 2 angeordnet, die etwas kürzer und schmaler ausgeführt ist als der Tastenkörper 9, so dass die Seitenwände 25 des Tastenkörpers 9 die Wippe 2 übergreifen. Im montierten Zustand sind zwei an der Wippe 2 angeformte Filmscharniere 19 in Führungsschienen 20 eingeschoben, die an einer inneren Längswand des Gehäuses 3 angebracht sind. Die derart befestigten Filmscharniere 19 bilden zwei Schwenklager 8 aus, um die die Wippe 2 verschwenkbar ist.
Die Unterseite des Tastenkörpers 9 liegt an zwei oder mehr Kontaktstellen 22 an der Wippe 2 an. Sind mehr als zwei Kontaktstellen 22 vorgesehen, so liegen diese auf einer einzigen Verbindungslinie, damit die Verbindungslinien der Kontaktstellen 22 keine Fläche zwischen der Taste 1 und der Wippe 2 aufspannen können. Läge nämlich die Taste 1 flächig an der Wippe 2 an, so könnte die Taste 1 keine Verschwenkung der Wippe 2 bewirken, da in diesem Fall die Taste 1 selbst eine Kippbewegung ausführen müsste, was erstens nicht erwünscht und zweitens durch die Linearführungen A, B auch ausgeschlossen ist.
Die Kontaktstellen 22 sind hier durch zwei an der Oberseite der Wippe 2 angeformte Vorsprünge dargestellt. Diese können – anders als hier dargestellt – entlang der Längserstreckungsrichtung der Taste auch soweit verbreitert sein, dass sie insgesamt eine einzige schmale und erhabene Kontaktkante ausbilden, die sich über die Gesamtlänge der Wippe 2 und damit auch über annähernd die gesamte Länge der Taste 1 erstreckt.
Alternativ können die Kontaktstellen 22 oder die hier nicht dargestellte Kontaktkante auch an der Unterseite des Tastenkörpers 9 angebracht sein. Die Kontaktstellen 22 sind also entweder fest an der Wippe 2 oder aber an der Taste 1 angeformt und liegen lose an dem jeweiligen Gegenpart 1, 2 an, was bei einer Verschiebebewegung der Taste 1 entlang der Linearführungen A, B ein Verschwenken der Wippe 2 ermöglicht.
In der 1 sind die die Kontaktstellen 22 ausbildenden Vorsprünge an den äußeren Enden einer oberen Längskante der Wippe 2 angeordnet. Dadurch erfolgt bei einem Druck auf die Betätigungsfläche 21 der Tastenkappe 10, unabhängig von der gewählten Betätigungsstelle die Krafteinleitung auf die Wippe 2 immer zwischen den Kontaktstellen 22, wodurch ein Verkippen der Taste 1 um einen der Vorsprünge 22 ausgeschlossen ist. Der Abstand S zwischen den zueinander entferntest gelegenen Kontaktstellen beziehungsweise die Länge der Kontaktkante entspricht dabei genau der Länge der Wippe.
An der vorderen Längswand der Wippe 2 ist eine Anformung 17 erkennbar, die sich auf einem Schaltelement 5 abstützt und bei einem Verschwenken der Wippe 2 das Schaltelement 5 auslöst. Das Schaltelement 5 ist beispielsweise ein Schaltdom einer Silikonschaltmatte, eine Schnappscheibe oder ein Kurzhubtaster und erlaubt eine Druckbetätigung über einen relativ kurzen Betätigungsweg. Das Schaltelement 5 ist dabei entweder elastisch ausgebildet oder weist eine Feder auf und erzeugt so bei einer Druckeinwirkung eine auf die Wippe 2 wirkende Rückstellkraft.
Das Schaltelement 5 ist auf einem Schaltungsträger 4 befestigt, über den die hier nicht näher beschriebene elektrische Anbindung des Schaltelements 5 erfolgt. Das Auslösen des Schaltelements 5 durch eine Druckeinwirkung schließt oder öffnet einen elektrischen Kontakt.
In der 2 sind die Führungen der Taste 1 innerhalb des Gehäuses 3 weiter verdeutlicht. Dargestellt ist eine Draufsicht auf den innerhalb des Gehäuses 3 angeordneten Tastenkörper 9. An den beiden Schmalseiten des Tastenkörpers 9 und des Gehäuses 3 sind die Linearführungen A, B erkennbar, die jeweils aus einer Führungsrippe 6 an einer Schmalseite des Tastenkörpers 9 und einer Führungsnut 7 an einer Innenseite des Gehäuses 3 bestehen. Umgekehrt zur hier dargestellten Ausführung kann auch die Anordnung der Führungsrippen am Gehäuse 3 und der Führungsnuten am Tastenkörper 9 vorgesehen werden.
Bezüglich der in den Figuren eingezeichneten Koordinatenachsen x, y, z positionieren die Linearführungen A und B die Lage der Taste 1 bezüglich der y-Achse und verhindern zugleich Verdrehungen der Taste 1 um die x-Achse sowie um die Hochachse z. Eine an einer Längsseite des Gehäuses 3 angeformte Positionierungsnut 23 und eine am Tastenkörper 9 angeformte Positionierungsrippe 24, welche in die Positionierungsnut 23 eingreift, verhindern zudem Verschiebungen des Tastenkörpers 9 entlang der x-Achse.
Durch die erfindungsgemäß vorgesehene, am Gehäuse 3 schwenkbar gelagerte massive Wippe 2 wird die Taste 1 in jeder Betätigungsphase über annähernd ihre gesamte Länge abgestützt. Die Wippe 2 verkippt um ihre Schwenklager 8 ein Stück weit um die x-Achse und bewegt sich zugleich in der z-Richtung nach unten, verdreht sich dabei jedoch nicht um die y-Achse, so dass die auf der Wippe 2 sich abstützende Taste 1 ebenfalls nicht um die y-Achse verschwenken kann. Die Taste 1 bewegt sich bei einer Betätigung somit sehr präzise parallel zu den Wänden des Gehäuses 3 nach unten und zwar unabhängig davon, an welcher Stelle der Betätigungsdruck auf die Betätigungsfläche 21 der Taste 1 einwirkt.
Die 3 skizziert ein Bedienelement als ein vorteilhaftes Anwendungsbeispiel des zuvor beschriebenen Tastschalters. Das Bedienelement, welches beispielsweise in Kraftfahrzeugen eingesetzt werden kann, weist auf der Tastenkappe 10 mehrere, hier beispielhaft vier, kapazitive Sensorfelder 13 auf. Zur Ausbildung von – hier nicht dargestellten – kapazitiven Sensoren können Sensorfelder auf einem flexiblen Schaltungsträger, beispielsweise einer dünnen Leiterfolie angeordnet sein, die zwischen der Tastenkappe 10 und dem Tastenkörper 9 eingefasst ist. Die Leiterfolie kann zusätzlich die Bauelemente einer Auswerteelektronik tragen oder mit einer an einem anderen Ort, beispielsweise auf dem Schaltungsträger 4, befindlichen Auswerteelektronik in Verbindung stehen.
Die Berührung eines der Sensorfelder 13 ermöglicht die Vorauswahl einer von mehreren Funktionen, die dann durch eine Druckbetätigung der Taste 1 bestätigt und damit ausgelöst wird. Üblicherweise wird die Taste 1 an der Stelle gedrückt, an der sich auch das zur aktuell ausgewählten Funktion gehörende Sensorfeld 13 befindet. Um ein von der jeweiligen Funktionsauswahl unabhängiges Betätigungsgefühl beim Drücken der Taste 1 zu erhalten, ist es erwünscht, dass die Betätigungshaptik unabhängig von der Betätigungsstelle der Taste 1 ist, was durch die erfindungsgemäße Ausführung des Tastschalters erreicht wird.
In einer vorteilhaften Weiterbildung sind die auf der Tastenkappe 10 angeordneten Sensorfelder 13 beleuchtbar ausgeführt, um die vorausgewählte oder durch die Tastenbetätigung ausgelöste Funktion anzuzeigen. Hierzu sind auf dem Schaltungsträger 4 vier Leuchtelemente 14 entsprechend der Anzahl der auf der Taste 1 vorgesehenen Sensorfelder 13 angeordnet. Damit das Licht der Leuchtelemente 14 bis zur Tastenkappe 10 gelangen kann, ist in die Oberseite des Tastenkörpers 9 in Längsrichtung eine Ausnehmung 18 eingebracht. Die Wippe 2 weist vorteilhafterweise mehrere Zwischenwände 15 auf. Durch die Zwischenwände 15 werden innerhalb der Wippe 2 mehrere oben und unten offene Kammern 16 gebildet, welche die Funktion einer Blende übernehmen, um das Licht der Leuchtelemente 14 jeweils auf den Bereich einzelner zugehöriger Sensorfelder 13 zu begrenzen. Die Zwischenwände 15 bewirken darüber hinaus ein Versteifung und damit stabilere Ausgestaltung der Wippe 2.
Bezugszeichenliste

1: Taste
2: Wippe
3: Gehäuse
4: Schaltungsträger (Leiterplatte)
5: Schaltelement
6: Führungsrippen
7: Führungsnuten
8: Schwenklager
9: Tastenkörper
10: Tastenkappe
11: Rastnasen
12: Rastlaschen
13: Sensorfelder
14: Leuchtelemente
15: Zwischenwände
16: Kammern
17: Anformung
18: Ausnehmung
19: Filmscharnier
20: Führungsschienen
21: Betätigungsfläche
22: Kontaktstellen (Vorsprünge)
23: Positionierungsnut
24: Positionierungsrippe
25: Seitenwände
A, B: Linearführungen
L: Längserstreckung
S: Abstand
x, y, z: (Koordinaten-)Achsen

Claims

Elektrischer Tastschalter, aufweisend eine Taste (1) mit einer im Wesentlichen rechteckigen Betätigungsfläche (21), die durch eine Druckbetätigung gegen ein Gehäuse (3) verschiebbar ist, und dadurch das Auslösen eines elektrischen Schaltelements (5) bewirkt, dadurch gekennzeichnet, dass unterhalb der Taste (1) eine im Wesentlichen kastenförmig ausgebildete Wippe (2) angeordnet ist, die mittels mindestens eines Schwenklagers (8) an einer inneren Längswand des Gehäuses (3) gelagert ist, und dass die Wippe (2) durch die Betätigung der Taste (1) verschwenkbar ist und die Taste (1) über annähernd deren gesamte Längserstreckung (L) abstützt.
Elektrischer Tastschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schmalseiten der Taste (1) Seitenwände (25) mit angeformten Führungsrippen (6) bzw. Führungsnuten aufweisen, die mit Führungsnuten (7) bzw. Führungsrippen zusammenwirken, die an Innenseiten des Gehäuses (3) angeformt sind.
Elektrischer Tastschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenwände (25) der Taste (1) die Wippe (2) übergreifen.
Elektrischer Tastschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Taste (1) die Wippe (2) entlang einer Kontaktkante oder an mindestens zwei Kontaktstellen (22) berührt, die entlang einer Linie parallel zur Längserstreckungsrichtung der Taste (1) angeordnet sind.
Elektrischer Tastschalter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungslinie zwischen den äußersten Kontaktstellen (22) parallel zur Richtung der Längserstreckung (L) der Wippe (2) ausgerichtet ist.
Elektrischer Tastschalter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass genau zwei Kontaktstellen (22) vorgesehen sind, die auf der dem Schwenklager (8) abgewandten oberen Längskante der Wippe (2) angeordnet sind.
Elektrischer Tastschalter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktstellen (22) als angeformte erhabene Vorsprünge ausgebildet sind.
Elektrischer Tastschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an der Längseite des Gehäuses (3) eine Positionierungsnut (23) oder Positionierungsrippe angeformt ist, die mit einer Positionierungsrippe (24) oder Positionierungsnut an der Taste (1) zusammenwirkt.
Elektrischer Tastschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Schwenklager (8) mindestens ein Filmscharnier (19) aufweist.
Elektrischer Tastschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Taste (1) aus einer deckelartigen Tastenkappe (10) und einem kastenartigen Tastenkörper (9) gebildet ist, die über Rastelemente (11, 12) miteinander verbunden sind.
Elektrischer Tastschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wippe (2) auf das Schaltelement (5) einwirkt.
Elektrischer Tastschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltelement (5) ein Schaltdom, eine Schnappscheibe, oder ein Kurzhubtaster ist.
Bedienelement mit einem elektrischen Tastschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Tastenkappe (10) mehrere kapazitive Sensorfelder (13) aufweist.
Bedienelement nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Berührung einer der Sensorfelder (13) eine Schaltfunktion vorwählbar und durch Druck auf die Tastenkappe (10) auslösbar ist.