DE102020132195A1

DE102020132195A1 - Vorrichtung zur Erfassung eines Tastendrucks, Tastatur sowie Verfahren zur Erfassung eines Tastendrucks

Info

Publication number: DE102020132195A1
Application number: DE102020132195.3A
Authority: DE
Inventors: Eduard Ruff
Original assignee: Cherry Europe GmbH
Current assignee: Cherry Europe GmbH
Priority date: 2020-10-15
Filing date: 2020-12-03
Publication date: 2022-04-21
Also published as: US20220123750A1; US20220123747A1; CN114427961A; CN114427960A; US11811399B2; DE102020132196B4; US11817857B2; DE102020132196A1; DE102020132198A1; US20220123749A1; DE202020105904U1; CN114374276A

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (1) zur Erfassung eines Tastendrucks umfassend ein Schaltungssubstrat (2), ein Tastenmodul (4) mit einer Tastenkappe (3) und einem Bewegungsmechanismus (15) und eine Einrichtung (10) zur Erfassung der Bewegung der Tastenkappe (3), wobei diese Einrichtung (10) einen elektrischen Resonanzschwingkreis (11) mit einer Primärspule (L1) sowie eine mit der Tastenkappe (3) bewegte Sekundärspule (L2) mit einer kurzgeschlossenen Windung umfasst, wobei die Sekundärspule (L2) ein Sekundärspulenelement (5) ist, das ein leitfähiges Material umfasst oder daraus besteht, das eine durchgehende Ausnehmung (13) aufweist, so dass das diese Ausnehmung (13) umschließende leitfähige Material die kurzgeschlossene Windung der Sekundärspule (L2) ist, wobei die Primärspule (L1) und die Sekundärspule (L2) induktiv miteinander gekoppelt sind und sich die Stärke der induktiven Kopplung zwischen Primärspule (L1) und Sekundärspule (L2) und damit mindestens eine physikalische Größe des Resonanzschwingkreises (11) bei der Bewegung der Tastenkappe (3) verändert, wobei die Einrichtung (10) zur Erfassung der Bewegung der Tastenkappe (3) eine Messeinrichtung zur Erfassung und/oder Verarbeitung mindestens einer sich bei der Bewegung der Tastenkappe (3) ändernden physikalischen Größe des elektrischen Resonanzschwingkreises (11) umfasst und mindestens ein von der Änderung der physikalischen Größe abhängiges elektrisches Signal ausgibt.Die Erfindung betrifft ferner eine Tastatur umfassend eine oder mehrere derartige Vorrichtungen sowie ein Verfahren zur Erfassung eines Tastendrucks.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erfassung eines Tastendrucks, eine Tastatur umfassend eine oder mehrere derartige Vorrichtungen sowie ein Verfahren zur Erfassung eines Tastendrucks.
Bei Tastaturen werden unterschiedlichste Arten und Bauformen von Tastenmodulen verwendet. Dabei sind der konstruktive Aufbau und die Erzeugung eines Signals, das beispielsweise die Betätigung einer Taste signalisiert, wesentliche Einflussfaktoren auf die Qualität eines Tastenmoduls und damit einer Tastatur.
Ein Großteil der kommerziell erhältlichen Tastenmodule gehört zu den sogenannten mechanischen Tastenmodulen. Seit langem hat sich bei diesen folgendes Kontaktsystem bewährt: Bei Betätigung des Tastenmoduls berühren sich zwei metallische Kontaktflächen, was einen Kurzschluss zur Folge hat und ein Schaltsignal auslöst.
Nachteilig an den konventionellen mechanischen Tastenmodulen ist, dass ein Materialverschleiß, insbesondere ein mechanischer Abrieb an den Kontaktflächen unvermeidbar ist. Dadurch treten mit steigender Nutzungsdauer der Tastenmodule auch vermehrt Fehlschaltungen auf. Besonders nachteilig wirkt sich ein Bruch der Kontaktflächen auf die Funktionalität der Tastenmodule aus.
Ein weiterer Nachteil eines mechanischen Tastenmoduls liegt darin, dass bei einer Betätigung nur ein Schaltpunkt vorgesehen ist, das heißt es wird pro Betätigung an einer bestimmten Stelle genau ein Signal ausgelöst. Unterschiedliche Anwendungen, beispielsweise Texterfassung einerseits und Spiele andererseits, würden sich besser bedienen lassen, wenn der Schaltpunkt des Tastenmoduls bei einer anderen Stelle der Betätigungsbewegung liegen würde, das Signal also früher oder später ausgelöst werden würde. Wünschenswert wäre daher eine Verstellbarkeit des Schaltpunktes, so dass ein Tastenmodul und damit eine Tastatur für verschiedene Anwendungen optimal nutzbar sind.
Nachteilig bei mechanischen Tastenmodulen ist ferner, dass nur ein Signal pro Betätigung ausgelöst wird. Ein variables Signal, in einzelnen Stufen oder feinabgestuft oder auch stufenlos, ist somit nicht möglich. Viele Anwendungen beispielsweise bei Spielen wünschen jedoch eine sogenannte Joystick-Funktion, um beispielsweise Objekte mit variabler Geschwindigkeit steuern zu können.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Erfassung eines Tastendrucks anzugeben, die bzw. das eine im Vergleich zu den konventionellen mechanischen Tastenmodulen höhere Lebensdauer bei im Wesentlichen gleichbleibender Schaltqualität ermöglicht und/oder die Erfassungs- und Verarbeitungsmöglichkeiten des Tastendrucks erweitert und dadurch die vorgenannten Nachteile zumindest teilweise überwindet. Ferner soll eine neue Tastatur mit einer derartigen Vorrichtung angegeben werden.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1, eine Tatstatur mit den Merkmalen des Anspruchs 14 und ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 16. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind in den jeweiligen abhängigen Ansprüchen angegeben.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Erfassung eines Tastendrucks umfasst ein Schaltungssubstrat, ein an dem Schaltungssubstrat angebrachtes Tastenmodul mit einer Tastenkappe und einem Bewegungsmechanismus zum Bewegen der Tastenkappe relativ zum Schaltungssubstrat zwischen einer Ruheposition und einer Betätigungsposition und eine Einrichtung zur Erfassung der Bewegung der Tastenkappe relativ zum Schaltungssubstrat. Insbesondere kann die Tastenkappe linear und/oder senkrecht zum Schaltungssubstrat bewegbar sein.
Unter Schaltungssubstrat wird beispielsweise eine Leiterplatte und/oder eine Schaltungsplatine und/oder eine Schaltungsfolie und/oder ein Stanzteil und/oder ein sonstiges Substrat, insbesondere mit aufgebrachten und/oder integrierten Leiterbahnen, verstanden. Das Schaltungssubstrat kann auch aus zwei oder mehreren Schichten aufgebaut werden, beispielsweise aus zwei oder mehreren der vorgenannten Schichten. Ferner wird unter Schaltungssubstrat auch jede andere Referenzeinrichtung oder Referenzkomponente der Vorrichtung verstanden, gegenüber der sich das Objekt bewegt.
Die Einrichtung zur Erfassung der Bewegung der Tastenkappe relativ zum Schaltungssubstrat wiederum umfasst einen elektrischen Resonanzschwingkreis mit mindestens einem Kondensator und mit mindestens einer in Relation zum Schaltungssubstrat ortsfesten Primärspule mit einer oder mehreren Spulenwindungen sowie mindestens eine, insbesondere an oder in der Tastenkappe oder ortsfest zur Tastenkappe angeordnete, mit der Tastenkappe bewegte Sekundärspule mit einer kurzgeschlossenen Windung.
Die Primärspule ist an einer der Tastenkappe gegenüberliegenden Rückseite des Tastenmoduls an oder in dem Schaltungssubstrat angeordnet. Insbesondere kann es sich um eine Planarspule handeln, wobei auch andere Spulenarten möglich sind.
Die Sekundärspule ist ein, insbesondere an oder in der Tastenkappe oder ortsfest zur Tastenkappe angeordnetes, Sekundärspulenelement, das ein leitfähiges Material umfasst oder daraus besteht, das eine durchgehende Ausnehmung (auch: Öffnung) aufweist, so dass das diese Ausnehmung umschließende leitfähige Material die kurzgeschlossene Windung der Sekundärspule ist. Bei der Sekundärspule handelt es sich somit um eine kurzgeschlossene Sekundärspule mit einer geschlossenen Windung. Unter einer derartigen kurzgeschlossenen Sekundärspule wird somit insbesondere jede geschlossene Form, beispielsweise ein Ring oder ein Rahmen, eines elektrisch leitfähigen Materials verstanden, die eine durchgehende und von dem leitfähigen Material umschlossene Ausnehmung (auch: Öffnung) aufweist, so dass um diese Ausnehmung ein Stromfluss möglich ist. In diesem Fall lassen sich keine Spulen- oder Windungsenden definieren, vielmehr besteht die kurzgeschlossene Spule in diesem Fall aus einer geschlossenen Windung.
Zweckmäßigerweise ist das Sekundärspulenelement somit ortsfest mit der Tastenkappe verbunden und zwischen Tastenkappe und Bewegungsmechanismus angeordnet. Es ist aber auch möglich, dass das Sekundärspulenelement zwar ortsfest mit der Tastenkappe verbunden ist, aber dennoch auch ein Bestandteil, beispielsweise ein Rahmenelement, des Bewegungsmechanismus bildet, der beispielsweise die Verbindung zwischen Bewegungsmechanismus und Tastenkappe herstellt und/oder eine bewegliche Lagerung für bewegliche Komponenten des Bewegungsmechanismus ermöglicht, beispielsweise eine Drehlagerung und/oder eine Drehschiebelagerung und/oder als elastisches Element einen Bewegungsspielraum zwischen Tastenkappe und Bewegungsmechanismus einengt bzw. unterbindet.
Beispielsweise kann die Tastenkappe und damit auch die Sekundärspule bzw. das Sekundärspulenelement somit linear und/oder senkrecht zum Schaltungssubstrat und/oder der insbesondere als Planarspule ausgebildeten Primärspule bewegbar sein.
Gemäß der Erfindung ist ferner vorgesehen, dass die Primärspule und die Sekundärspule induktiv miteinander gekoppelt sind. Bei der Bewegung der Tastenkappe und damit der Sekundärspule zwischen Ruheposition und Betätigungsposition verändert sich die Stärke der induktiven Kopplung zwischen Primärspule und Sekundärspule und damit auch mindestens eine physikalische Größe des Resonanzschwingkreises.
Erfindungsgemäß umfasst die Einrichtung zur Erfassung der Bewegung der Tastenkappe relativ zum Schaltungssubstrat zusätzlich eine Messeinrichtung zur Erfassung und/oder Verarbeitung mindestens einer sich bei der Bewegung der Tastenkappe und der Sekundärspule zwischen Ruheposition und Betätigungsposition ändernden physikalischen Größe des elektrischen Resonanzschwingkreises. Ferner gibt diese Einrichtung mindestens ein von der Änderung der physikalischen Größe abhängiges elektrisches Signal aus, das heißt die Messeinrichtung weist eine entsprechende Vorrichtung zur Signalausgabe auf.
Die Vorteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung liegen insbesondere in der berührungslosen Erfassung der Bewegung der Tastenkappe und der hierdurch veranlassten Ausgabe eines elektrischen Signals. Die eingangs beschriebenen mechanischen Lösungen und die damit einhergehenden Probleme entfallen. Dadurch ist es möglich, Vorrichtung zur Erfassung eines Tastendrucks einer Tastatur und damit auch Tastauren mit im Vergleich zu entsprechenden Vorrichtungen und Tastaturen mit mechanischen Lösungen geringerer Störempfindlichkeit und gesteigerter Lebensdauer herzustellen. Ferner ermöglicht die berührungslose Bewegungserfassung und anschließend erfolgende Ausgabe des Signals einen qualitativ gleichbleibenden Erfassungs- bzw. Schaltvorgang, es ergeben sich keine Änderungen beispielsweise des Schaltpunktes oder der Schaltzuverlässigkeit durch Materialverschleiß oder Abrieb oder Bruch.
Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den erweiterten Erfassungs- und Verarbeitungsmöglichkeiten der Bewegung der Tastenkappe. Die induktive Kopplung ändert sich fortlaufend während der Bewegung der Tastenkappe. Dies gilt entsprechend für die durch die Messeinrichtung erfasste physikalische Größe, so dass sich beliebige Schaltpunkte veränderbar einstellen lassen und auch ein variables Signal, das die Bewegung der Tastenkappe und gegebenenfalls auch deren Geschwindigkeit widerspiegelt, beispielsweise in einzelnen Stufen oder feinabgestuft oder auch stufenlos, ausgegeben werden kann.
Die induktive Kopplung von Primär- und Sekundärspule erfolgt insbesondere nach Art eines Transformators, wobei die Sekundärspule zusätzlich kurzgeschlossen ist.
Der Resonanzschwingkreis wird vorzugsweise mit Wechselspannung, insbesondere Wechselspannung mit vorgegebener und/oder einstellbarer Frequenz, beispielsweise 16 MHz, betrieben und ist hierzu an eine entsprechend ausgerüstete Wechselspannungsquelle angeschlossen. Der Kondensator kann ein variabler Kondensator mit einstellbarer Kapazität sein. Ferner kann der Resonanzschwingkreis, insbesondere zur Abstimmung, zusätzlich mindestens einen Widerstand, insbesondere einen einstellbaren Widerstand, umfassen.
Vorzugsweise wird die Frequenz und/oder der Kondensator derart eingestellt bzw. gewählt, dass sich der Resonanzschwingkreis bei einer vorgegebenen Position der Tastenkappe relativ zum Schaltungssubstrat im Resonanzbereich (auch: in der Resonanzzone) befindet. Oftmals versorgt die Wechselspannung mehrere Resonanzschwingkreise mehrerer erfindungsgemäßer Vorrichtungen, die den mehreren Tasten einer Tastatur zugeordnet sind bzw. diese bilden, so dass die Frequenz nicht auf den einzelnen Resonanzschwingkreis abgestimmt werden kann. In diesem Fall erfolgt die Anpassung des Resonanzschwingkreises im Hinblick auf seinen Resonanzbereich durch Einstellung der Kondensatorkapazität bzw. Auswahl eines Kondensators passender Kapazität. Durch Einstellung oder Auswahl des oder der Widerstände lässt sich die Resonanzintensität bzw. Resonanzbandbreite einstellen.
Bei dem Resonanzschwingkreis handelt es sich um einen LC-Schwingkreis, als Unterfall mit Widerstand um einen LCR-Schwingkreis.
Bei der physikalischen Größe kann es sich um eine elektrische Spannung, eine elektrische Stromstärke oder auch eine Resonanzfrequenz oder um die Impedanz der Primärspule handeln. Unter anderem können sämtliche messbaren Parameter eines Resonanzschwingkreises bzw. LC-/LCR-Schwingkreises darunter verstanden werden.
Die induktive Kopplung zwischen Primär- und Sekundärspule kann ohne Metallkern, beispielsweise Eisenkern, in Primär- und Sekundärspulen erfolgen. Dies ist vorteilhaft bei vergleichsweise hochfrequenten Betriebsspannungen des Resonanzschwingkreises. Es ist aber auch möglich, in der Primär- und/oder Sekundärspule einen Metallkern vorzusehen, was sich insbesondere bei vergleichsweise niederfrequenten Betriebsspannungen als vorteilhaft erweist.
Die Vorrichtung kann genau eine Sekundärspule aufweisen. Es ist aber auch möglich, dass zwei oder drei oder mehrere Sekundärspulen an oder in dem Objekt angeordnet sind. Beispielsweise können sich diese hinsichtlich ihrer jeweiligen induktiven Kopplung mit der Primärspule unterscheiden, beispielsweise aufgrund unterschiedlicher Windungszahl. Es ist möglich, durch Vorsehen entsprechender Schalter den Kurzschluss der einzelnen Spulen individuell zu unterbrechen und damit jeweils nur eine oder bestimmte Sekundärspulen mit der Primärspule induktiv zu koppeln (bis auf eine unwesentliche zusätzliche Kopplung der Sekundärspulen mit geöffnetem Schalter). Dadurch lassen sich verschiedenen Bewegungen beispielsweise in einem komplexen Bewegungsmechanismus, in dem mehrere Bauteile eines Sekundärspule ausbilden, erfassen und unterscheiden.
Nachfolgend wird die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung erläutert:

Die Primärspule erzeugt in ihrer Umgebung ein Wechselmagnetfeld, das die Sekundärspule durchdringt. Dadurch sind Primär- und Sekundärspule über das Wechselmagnetfeld induktiv gekoppelt. Das von der Primärspule ausgehende Wechselmagnetfeld induziert in der Sekundärspule eine elektrische Spannung. Da die Sekundärspule kurzgeschlossenen ist, führt dies zu einem Stromfluss innerhalb der Sekundärspule. Im Vergleich zu einer nicht kurzgeschlossenen Sekundärspule ist dieser Stromfluss aufgrund des Kurzschlusses und des damit einhergehenden geringen Widerstands der Sekundärspule vergleichsweise stark.

Der Stromfluss in der Sekundärspule wirkt sich wiederum auf die Primärspule und damit auf den Resonanzschwingkreis aus (Rückkopplung). Diese Rückkopplung führt zur Änderung physikalischer Größen des Resonanzschwingkreises, beispielsweise der Impedanz der Primärspule, der Resonanzfrequenz, des Spannungsabfalls und/oder des Stromflusses. Wenn beispielsweise die Sekundärspule in einer ersten Position einen größeren Abstand zur Primärspule aufweist als in einer zweiten Position, ist die induktive Kopplung in der ersten Position kleiner als in der zweiten Position, da die Magnetfeldstärke und die Magnetflussdichte mit zunehmendem Abstand von der Primärspule abnehmen, und umgekehrt. Entsprechend ist in diesem Beispiel auch die Rückkopplung auf die Primärspule und damit die Änderung der physikalischen Größen in der ersten Position kleiner als in der zweiten Position, und umgekehrt. Dies gilt entsprechend für Zwischenpositionen zwischen erster und zweiter Position. Beispielsweise können sich die physikalischen Größen bei einer kontinuierlichen bzw. stetigen Bewegung zwischen erster und zweiter Position ebenfalls kontinuierlich bzw. stetig ändern. Bei der ersten Position kann es sich beispielsweise um die Ruheposition der Tastenkappe und bei der zweiten Position um die Betätigungsposition der Tastenkappe handeln. Vergleichbare Effekte ergeben sich bei einer Lage- bzw. Ausrichtungsänderung der Sekundärspule im Magnetfeld der Primärspule, beispielsweise bei einer Kipp- und/oder Drehbewegung.
Die Veränderungen des Resonanzschwingkreises aufgrund der sich ändernden Rückkopplung führen zu einer Verstellung des Resonanzschwingkreises. Wird der Resonanzschwingkreis beispielsweise bei einer bestimmten Position der Sekundärspule relativ zur Primärspule mit seiner Resonanzfrequenz betrieben, so verändert sich die Resonanzfrequenz des Resonanzschwingkreises bei Veränderung der Position der Sekundärspule und die Resonanz klingt ab. Dies führt zu Änderungen physikalischer Größen wie beispielsweise Spannung und Strom, die mittels der Messeinrichtung erfasst und weiterverarbeitet werden können. Der Resonanzschwingkreis bildet somit eine Art induktiven Näherungsschalter, der eine Annäherung oder Entfernung der Tastenkappe an das Schaltungssubstrat signalisiert.
Ausgehend von dieser Erfassung der Änderung einer oder mehrerer physikalischer Größen können verschiedene gestufte und stufenlose Signalverarbeitungen realisiert werden. Gleiches gilt auch umgekehrt: Wird der Resonanzschwingkreis nicht mit seiner Resonanzfrequenz betrieben, so kann die Änderung des Abstands bzw. der Lage und/oder Ausrichtung zwischen Primär- und Sekundärspule und die damit einhergehende Änderung der induktiven Kopplung und die daraus resultierende Verstellung des Resonanzschwingkreises dazu führen, dass sich die Frequenz, mit der der Resonanzschwingkreis betrieben wird, dessen Resonanzfrequenz annähert oder diese erreicht, mit entsprechenden Auswirkungen auf physikalische Größen wie Spannung und Strom.
Beispielsweise kann auch eine Differenzial-Steuerung realisiert werden: Die Ausgangsposition befindet sich in diesem Fall zwischen erster und zweiter Position, wobei der Resonanzschwingkreis in der eingenommenen Position vorzugsweise im Bereich einer Resonanzflanke betrieben wird, und wird als Nullposition der erfassten physikalischen Größe bzw. Größen kalibriert. Eine Bewegung der Tastenkappe in Richtung erste Position kann dann ausgehend von der erfassten Veränderung des oder der physikalischen Größen bei der Signalausgabe als negative Bewegung der Tastenkappe und eine Bewegung der Tastenkappe in Richtung zweite Position entsprechend als positive Bewegung der Tastenkappe gewertet werden, oder umgekehrt.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Sekundärspulenelement eine ebene Fläche ausbildet, in der sich die durchgehende Ausnehmung befindet. Die ebene Fläche ist in der Ruheposition der Tastenkappe und/oder in der Betätigungsposition der Tastenkappe und/oder während der Bewegung der Tastenkappe zwischen Ruheposition und Betätigungsposition parallel zum Schaltungssubstrat und/oder zur insbesondere als Planarspule ausgebildeten Primärspule ausgerichtet. Unter „eben“ wird hierbei jede weitgehend ebene Ausrichtung verstanden, das heißt insbesondere Fertigungstoleranzen sind mit umfasst, ferner ein kleiner Winkel an einem Knick in der Ebene, an dem sich die Neigung der Ebene geringfügig ändert, beispielsweise ein Winkel kleiner 10°. Unter „parallel“ wird hierbei jede weitgehend parallele Ausrichtung verstanden, das heißt insbesondere Fertigungstoleranzen sind mit umfasst, ferner kleine Winkelabweichungen, beispielsweise um Winkel kleiner 10°. Die Planarspule bildet beispielsweise eine ebene Fläche auf dem Schaltungssubstrat. In diesem Fall ist die ebene Fläche des Sekundärspulenelements parallel zu dieser ebenen Fläche der Planarspule ausgerichtet, was vorteilhaft für die induktive Kopplung zwischen Primärspule und Sekundärspule ist. Bei der ebenen Fläche kann es sich um eine Fläche eines als Metallstanzteil und/oder Metallbiegeteil ausgebildeten Sekundärspulenelements handeln.
Das Sekundärspulenelement kann ein aus einem Metallblech hergestelltes Stanz- und/oder Biegeteil sein. Insbesondere kann es ein Stanz- und/oder Biegeteil mit zumindest einem die durchgehende Ausnehmung umgebenden rahmenartigen und/oder ringartigen Abschnitt sein. Gegebenenfalls können weitere Abschnitte, insbesondere an einem äußeren Rand des vorgenannten Abschnitts, vorgesehen sein, beispielsweise schräg oder senkrecht abstehende Abschnitte zur Verbindung mit Elementen des Bewegungsmechanismus.
Gemäß einer Weiterbildung ist das Sekundärspulenelement ein elastisches Element, das derart ausgebildet und zwischen Tastenkappe und Bewegungsmechanismus angeordnet ist, dass ein mechanisches Spiel zwischen Tastenkappe und Bewegungsmechanismus unterbunden ist. Unter mechanischem Spiel wird insbesondere ein Bewegungsfreiraum zwischen Tastenkappe und Bewegungsmechanismus verstanden, der zu unerwünschten Geräuschen führen kann.
Zur Ausbildung des Sekundärspulenelements als elastisches Element kann das Sekundärspulenelement eine Nut und/oder einen Knick ausbildet, der das Sekundärspulenelement in zwei Flügel teilt, die an Nut und/oder Knick elastisch zueinander beweglich sind. Die zwei Flügel können hierbei derart an zwei äußeren, einander gegenüber liegenden Rändern im Tastenmodul oder am Bewegungsmechanismus gelagert sein, dass das Sekundärspulenelement in der Ruheposition der Tastenkappe und/oder in der Betätigungsposition der Tastenkappe und/oder während der Bewegung der Tastenkappe zwischen Ruheposition und Betätigungsposition sowohl die Tastenkappe als auch den Bewegungsmechanismus kontaktiert und zueinander elastisch verspannt, so dass kein Bewegungsfreiraum zwischen Tastenkappe und Bewegungsmechanismus vorhanden ist.
Wenn die Tastenkappe einen Bewegungsmechanismus und/oder weitere Bauteile aufweist, ist es von Vorteil, wenn die Komponenten des Bewegungsmechanismus und/oder die weiteren Bauteile und/oder die Tastenkappe selbst keine elektrisch geschlossenen ringartigen oder rahmenartigen Elemente mit innenliegender durchgehender Ausnehmung bzw. Öffnung aus einem leitfähigen Material wie Metall aufweisen, sofern diese nicht eine Sekundärspule im Sinne der Erfindung ausbilden sollen. Diese Elemente könnten ebenfalls induktiv mit der Primärspule koppeln und die induktive Kopplung zwischen Primär- und Sekundärspule stören. Um dies zu vermeiden, reicht es aus, bei den entsprechenden Elementen den Ring bzw. Rahmen zumindest an einer Stelle elektrisch zu unterbrechen. Dann ist kein Stromfluss in diesen Elementen möglich und es gibt entsprechend keine oder zumindest keine relevante induktive Kopplung mit der Primärspule. Dieser Zustand entspricht einem Transformator im Lehrlaufbetrieb.
Vor diesem Hintergrund sieht eine Ausgestaltung der Erfindung daher vor, dass alle relativ zum Schaltungssubstrat beweglichen Bauteile des Bewegungsmechanismus, nicht jedoch das Sekundärspulenelement, derart ausgebildet sind, dass kein leitfähiges Material eine durchgehende Ausnehmung umschließt und/oder kein geschlossener Stromfluss um eine durchgehende Ausnehmung erfolgen kann und/oder ein Ring oder Rahmen aus leitfähigem Material um eine durchgehende Ausnehmung eine Umfangsunterbrechung aufweist. Die Umfangsunterbrechung ist somit derart ausgebildet, dass sie einen Stromfluss um die durchgehende Ausnehmung verhindert bzw. unmöglich macht.
Bei dem Bewegungsmechanismus kann es sich um einen Parallelmechanismus, insbesondere einen Doppelflügel-Parallelmechanismus und/oder einen Scheren-Parallelmechanismus handeln.
Unter Parallelmechanismus wird ein Mechanismus verstanden, mit dem die Tastenkappe relativ zum Schaltungssubstrat linear, also entlang einer Geraden, angehoben und abgesenkt werden kann, ohne ihre Ausrichtung zu verändern. Insbesondere wird die Tastenkappe bei dieser Linearbewegung weder verdreht noch verkippt. Eine durch die Tastenkappe gelegte Erstreckungsebene verschiebt sich bei Ausführung der Bewegung mit dem Parallelmechanismus derart, dass die resultierende Erstreckungsebene nach der Bewegung parallel zur ursprünglichen Erstreckungsebene vor der Bewegung verläuft.
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Bewegungsmechanismus am Schaltungssubstrat festgelötet ist. Insbesondere ist ein Sockel des Parallelmechanismus, an dem weitere Komponenten des Bewegungsmechanismus beispielsweise mittels Drehlagerung und/oder Drehschiebelagerung gelagert sind, am Schaltungssubstrat festgelötet. In anderen Ausgestaltungen ist auch eine andere Anbringung möglich, beispielsweise mittels Kleben oder Klemmen.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass auf dem Schaltungssubstrat in einem von den Windungen der insbesondere als Planarspule ausgebildeten Primärspule umgebenen Bereich eine Lichtquelle zur Beleuchtung der Tastenkappe angeordnet ist. Bei der Lichtquelle kann es sich beispielsweise um eine LED oder einen Lichtleiter handeln. Ferner kann die Lichtquelle stufenlos oder in Stufen dimmbar sein.
Das Tastenmodul kann derart ausgebildet sein, dass Licht von der Rückseite des Bewegungsmechanismus durch den Bewegungsmechanismus und durch die durchgehende Ausnehmung im Sekundärspulenelement hindurch zur Tastenkappe gelangt. Auf diese Weise kann beispielsweise eine Rückseite der Tastenkappe beleuchtet werden. Symbole aus lichtdurchlässigem Material, das sich durch die Tastenkappe von deren Vorderseite zu deren Rückseite hindurch erstreckt, werden rückseitig beleuchtet und leuchten somit an der Vorderseite und sind dadurch auch bei Dunkelheit sichtbar. Auch eine Beleuchtung um die Tastenkappe herum ist möglich.
Ein Sockel des Tastenmoduls und/oder Bewegungsmechanismus kann zumindest teilweise aus lichtdurchlässigem Material besteht. Von der Lichtquelle ausgehendes Material wird dann durch den zumindest teilweise lichtdurchlässigen Sockel weitergeleitet und hierbei gegebenenfalls auch gezielt verteilt, um Beleuchtungseffekte an der Tastenkappe oder um die Tastenkappe herum zu erreichen.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass ein auf dem Schaltungssubstrat angebrachter Sockel des Bewegungsmechanismus und/oder ein auf dem Schaltungssubstrat angebrachtes Rahmenelement dazu ausgebildet ist, den Bewegungsmechanismus und/oder einen der Rückseite des Tastenmoduls gegenüberliegenden Bereich des Schaltungssubstrats und/oder eine oder mehrere in einem der Rückseite des Tastenmoduls gegenüberliegenden Bereich des Schaltungssubstrats angeordnete Lichtquellen und/oder Elektronikbauteile und/oder mechanische Bauteile und/oder Verbindungseinrichtungen, beispielsweise Lötstellen, vor Umwelteinflüssen zu schützen. Gegebenenfalls können hierzu zusätzliche Dichtungsmitteln vorgesehen sein.
Der Sockel des Bewegungsmechanismus kann dazu dienen, weitere Komponenten des Bewegungsmechanismus beweglich zu lagern, insbesondere mittels Drehlagerung und/oder Drehschiebelagerung.
Bei dem vorgenannten Rahmenelement kann es sich um ein die Tastenkappe zumindest in ihrer Betätigungsposition umgebenden Rahmen, insbesondere einen Dekorrahmen handeln.
Die insbesondere als Planarspule ausgebildete Primärspule kann an einer Oberseite und/oder einer Unterseite des Schaltungssubstrats und/oder zwischen mindestens zwei Schichten innerhalb eines mehrschichtigen Schaltungssubstrats angeordnet sein. Bei der Oberseite handelt es sich vorzugsweise um die Seite oder Fläche des Schaltungssubstrats, an der auch das Tastenmodul angebracht ist bzw. die dem Tastenmodul zugewandt ist. Die Unterseite ist entsprechend diejenige Seite oder Fläche, welche dem Tastenmodul abgewandt ist. Auch kann die insbesondere als Planarspule ausgebildete Primärspule zwischen mindestens zwei Schichten innerhalb eines mehrschichtigen Schaltungssubstrats angeordnet sein.
Unter einer Windung der Primärspule wird insbesondere eine vollständige Windung verstanden. Insbesondere weist die Windung zumindest weitgehend eine Kreis- oder Ovalform oder auch eine eckige Form, beispielsweise eine Rechteckform, beispielsweise mit abgerundeten Ecken, auf. Bei der Planarspule liegen die gegebenenfalls vorhandenen mehreren Windungen vorzugsweise in einer Ebene, das heißt der Spulendraht liegt in einer Ebene und die Windungen weisen somit unterschiedliche Abmessungen in dieser Ebene auf und sind in dieser Ebene ineinander angeordnet. Entsprechend kann auch die gegebenenfalls zahlreiche Windungen umfassende Planarspule eine Kreis- oder Ringform oder eine Ovalform oder eine eckige Form, beispielsweise eine Rechteckform, gegebenenfalls mit abgerundeten Ecken, aufweisen. Mehrere Windungen einer Planarspule können auch spiralförmig ineinander verlaufen.
Die Planarspule kann als gedruckte Schaltung an der Ober- und/oder Unterseite des Schaltungssubstrats oder auch innerhalb des Schaltungssubstrats angeordnet sein. Ferner kann die Planarspule als metallisierte Folie oder als gestanzte Metallplatte (Stanzteil) verwirklicht sein.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist die Messeinrichtung derart eingerichtet, dass bei Erreichen oder Überschreiten mindestens eines Änderungsgrenzwertes der physikalischen Größe das mindestens eine elektrische Signal ausgegeben wird und/oder dass die Signalstärke des mindestens einen elektrischen Signals sich in Abhängigkeit von der Änderung der physikalischen Größe ändert.
Bei dem Änderungsgrenzwert kann es sich um einen gemeinsamen Änderungsgrenzwert handeln, der sowohl für eine erste Bewegung von der Ruheposition zur Betätigungsposition als auch für eine zweite Bewegung von der Betätigungsposition zurück in die Ruheposition funktioniert. Es ist aber auch möglich, zwei oder auch mehrere verschiedene Änderungsgrenzwerte vorzugeben, beispielsweise einen ersten Änderungsgrenzwert, der bei der vorgenannten ersten Bewegung funktioniert, und einen zweiten Änderungsgrenzwert, der bei der vorgenannten zweiten Bewegung funktioniert.
Die genannten Änderungsgrenzwerte können fest vorgeben sein. Es ist aber auch möglich, dass der oder die Änderungsgrenzwerte einstellbar sind. Dies hat den Vorteil, dass sich der sogenannte Schaltpunkt, also die exakte Position der Tastenkappe während der jeweiligen Bewegung, während der das mindestens eine elektrische Signal ausgegeben wird, ohne mechanische Veränderung des Tastenmoduls verändern und damit einstellen lässt. Somit kann der Bediener der Tastatur individuell den gewünschten Schaltpunkt der Tasten seiner Tastatur einstellen, ohne - wie bisher - neue Tastenmodule kaufen zu müssen. Beispielsweise kann dieselbe Tastatur für Gaming- und Office-Anwendungen genutzt werden, es ist lediglich - sofern gewünscht - der Schaltpunkt zu verändern. Auch kann ein Hersteller ein einheitliches Tastaturmodell für verschiedene Anwendungen bereitstellen und für den jeweiligen Anwendungsfall den Schaltpunkt unterschiedlich voreinstellen.
Die Messeinrichtung kann derart eingerichtet sein, dass die Signalstärke des mindestens einen elektrischen Signals von der Position der Tastenkappe relativ zum Schaltungssubstrat und damit vom Abstand zwischen Primärspule und Sekundärspule abhängig ist. Beispielsweise kann ein variables Signal, in einzelnen Stufen oder feinabgestuft oder auch stufenlos, ausgegeben werden. Dies ist beispielswiese möglich, wenn die Bewegung der Tastenkappe derart erfolgt, dass sich die physikalische Größe bzw. Größen des Resonanzschwingkreises während der Bewegung fortwährend ändern, insbesondere kontinuierlich und/oder stufenlos. Die Messeinrichtung kann dann derart eingerichtet sein, dass das mindestens eine elektrische Signal bei der Bewegung der Tastenkappe stufenlos oder feinabgestuft oder in einzelnen Stufen ausgegeben wird, vorzugsweise mit sich entsprechend stufenlos oder feinabgestuft oder in einzelnen Stufen erfolgender Änderung der Signalstärke.
Auf diese Weise lässt sich eine sogenannte Joystick-Funktion bei Tasten, zumindest einer oder einzelner oder aller Tasten einer Tastatur, realisieren, die insbesondere im Gaming-Bereich, aber auch in Office-Anwendungen und sonstigen Anwendungen, beispielsweise beim geschwindigkeitsveränderlichen Scrollen durch Dokumente, Tabellen und Websites oder beim geschwindigkeitsveränderlichen Steuern von Objekten, vielfältige neue Anwendungsmöglichkeiten eröffnet.
Die vorgenannten Möglichkeiten der Einstellbarkeit der Schaltpunkte der einzelnen Tastenmodule und damit Tasten und/oder der Realisierung einer Joystick-Funktion bringen ferner den Vorteil mit sich, dass sich Tastaturen im Laufe der Zeit neu kalibrieren lassen. Mechanische, elektromechanische und elektronische Komponenten können im Laufe der Nutzungszeit verschleißen und/oder ihre Eigenschaften aufgrund von Alterung ändern. Dies kann bei Tastenmodulen und Tastaturen dazu führen, dass sich beispielsweise die Schaltpunkte und/oder die Zuordnung von Bewegungspositionen des Bedämpfungselements zu ausgegebenen Signalen bzw. Signalstärken verändern, gegebenenfalls können durch Verstelleffekte bestimmte Funktionen sogar ganz entfallen. In der vorgenannten Messeinrichtung kann eine Zuordnung der erfassten physikalischen Größe bzw. Größen zur Stärke des ausgegebenen elektrischen Signals oder eine Festlegung eines oder mehrerer Änderungsgrenzwerte vorgesehen sein. Diese Zuordnung kann gegebenenfalls - beispielsweise aufgrund der vorgenannten Verschleiß- und Alterungseffekte - angepasst werden. Dadurch kann beispielsweise jedes einzelne Tastenmodul und/oder die gesamte Tastatur neu kalibriert werden, das heißt es wird zumindest weitgehend der Ausgangszustand wiederhergestellt. Beispielsweise kann dies bei jedem Einschalten der Tastatur erfolgen und/oder durch Eingabe bestimmter Befehle und/oder durch Verwendung bestimmter Tastenkombinationen. Dadurch kann beispielsweise die Alterung von Komponenten im Laufe der Lebensdauer kompensiert werden. In analoger Weise können Fertigungstoleranzen oder toleranzbedingte Unterschiede in den Tastenmodulen und/oder Tastaturen durch entsprechende Kalibrierung bzw. Einstellung ausgeglichen werden.
Die erfindungsgemäße Tastatur umfasst eine oder mehrere, vorzugsweise eine Vielzahl an erfindungsgemäßen Vorrichtungen. Die Vorteile dieser Tastatur gegenüber herkömmlichen Tastaturen ergeben sich aus den vorstehenden und nachfolgenden Erläuterungen zur erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Das Schaltungssubstrat der Vorrichtung ist hierbei insbesondere in einem Rahmen oder Gehäuse der Tastatur angeordnet. In bzw. an dem Schaltungssubstrat sind Tastenmodul und Primärspule angeordnet, wobei die Primärspule in mehreren alternativen Ausführungsformen angeordnet sein kann, beispielsweise an einer Oberseite des Schaltungssubstrats, an der auch das Tastenmodul angeordnet ist bzw. die dem Tastenmodul zugewandt ist, oder an einer der Oberseite gegenüberliegenden Unterseite oder - bei einem mehrschichtigen Aufbau des Schaltungssubstrats - innerhalb des Schaltungssubstrats. Zusätzlich zu der Primärspule und dem bereits angesprochenen Kondensator können weitere insbesondere elektrische oder elektronische Bauelemente in und/oder an dem Schaltungssubstrat vorgesehen sein.
Die Tastatur kann eine Unterseite und eine der Unterseite gegenüberliegende Oberseite aufweisen, wobei die Unterseite und/oder die Oberseite aus Metall gebildet sind oder eine metallische Schicht oder metallische Zusatzlage oder metallischen Einleger aufweisen. Dadurch lassen sich äußere Störeinflüsse auf die Impedanz der Primärspulen und/oder die Resonanzscheinkreise im Inneren der Tastatur, beispielsweise ausgehend von Mobilfunkstrahlung oder von metallischen Gegenständen, insbesondere in der Nähe der Tastatur, abschirmen.
Das erfindungsgemäße Verfahren betrifft ein Betriebsverfahren für die erfindungsgemäße Vorrichtung und/oder die erfindungsgemäße Tastatur. Das erfindungsgemäße Verfahren ist ein Verfahren zur Erfassung eines Tastendrucks mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung und/oder oder einer erfindungsgemäßen Tastatur. Das Verfahren umfasst die Schritte:

a) Durchführung einer Betätigungsbewegung der Tastenkappe derart, dass sich die induktive Kopplung zwischen Primärspule und Sekundärspule und damit auch zumindest eine physikalische Größe des Resonanzschwingkreises verändert;
b) Erfassen und/oder Verarbeiten der sich aufgrund der Bewegung ändernden mindestens einen physikalischen Größe des Resonanzschwingkreises mittels der Messeinrichtung;
c) Ausgabe mindestens eines elektrischen Signals bei Erreichen oder Überschreiten eines Änderungsgrenzwertes der physikalischen Größe und/oder Änderung der Signalstärke des mindestens einen elektrischen Signals in Abhängigkeit von der Änderung der physikalischen Größe.

Die Vorteile des Verfahrens und weitere Verfahrensschritte ergeben sich aus der vorstehenden Beschreibung der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Insbesondere wird somit während der gesamten Betätigungsbewegung der Tastenkappe ein Wert mindestens einer physikalischen Größe des Resonanzschwingkreises gemessen. Hierbei kann es sich beispielsweise um eine elektrische Spannung und/oder eine elektrische Stromstärke und/oder eine Resonanzfrequenz handeln. Unter anderem können sämtliche messbaren Parameter eines Resonanzschwingkreises darunter verstanden werden. Es können aber auch andere bekannte elektrische Größen gemessen werden.
Gemäß einer Variante kann vorgesehen sein, dass dann, wenn die gemessene Größe einen Änderungsgrenzwert (auch: Schwellenwert) erreicht oder überschreitet, das elektrische Signal ausgelöst wird. Dies kann jederzeit während der Bewegung der Tastenkappe der Fall sein oder auch an den Endpunkten der Bewegung. Vorzugsweise können ein oder mehrere Änderungsgrenzwerte vorgegeben sein. Weiter vorzugsweise können ein oder mehrere Änderungsgrenzwerte einstellbar sein, wie bereits vorstehend anhand der erfindungsgemäßen Vorrichtung erläutert.
Gemäß einer alternativen oder zusätzlichen Variante kann auch vorgesehen sein, die Signalstärke des mindestens einen elektrischen Signals in Abhängigkeit von der Änderung der physikalischen Größe bzw. Größen zu ändern und damit beispielsweise die bereits angesprochene Joystick-Funktion zu verwirklichen.
Gemäß einer Ausgestaltung wird der Resonanzschwingkreis mit einer Wechselspannung vorgegebener und/oder einstellbarer Frequenz betrieben und hierbei durch Einstellung oder Auswahl der Frequenz und/oder durch Einstellung oder Auswahl der Kapazität des Kondensators und/oder durch Einstellung oder Auswahl eines im Resonanzschwingkreis angeordneten Widerstands derart eingestellt, dass sich der Resonanzschwingkreis bei einer vorgegebenen Position der Tastenkappe relativ zum Schaltungssubstrat im Resonanzbereich befindet.
Eine Weiterbildung sieht vor, dass die Tastenkappe und/oder das Sekundärspulenelement bei der Betätigungsbewegung linear und/oder senkrecht zum Schaltungssubstrat und/oder zur insbesondere als Planarspule ausgebildeten Primärspule bewegt wird.
Auch kann vorgesehen sein, dass sich bei der Betätigungsbewegung ein Abstand des Sekundärspulenelements von dem Schaltungssubstrat und/oder der Primärspule verändert.
Die Erfindung wird nachstehend auch hinsichtlich weiterer Merkmale und Vorteile anhand der Beschreibung von Ausführungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die beiliegenden, schematischen Zeichnungen näher erläutert.
Dabei zeigen

1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer Explosionsdarstellung,
2 eine Variante des ersten Ausführungsbeispiels in einer Ruheposition,
3 das Ausführungsbeispiel nach 2 mit abgenommener Tastenkappe und um etwa 180° gedreht,
4 das Ausführungsbeispiel nach 3 ohne Bewegungsmechanismus,
5 einen Blick auf die Rückseite der Tastenkappe des ersten Ausführungsbeispiels mit angebrachtem Sekundärspulenelement,
6 einen Querschnitt durch das erste Ausführungsbeispiel ohne Schaltungssubstrat, oben in einer Ruheposition und unten in einer Betätigungsposition,
7 einen senkrecht zum Querschnitt nach 6 verlaufenden Querschnitt durch einen Randbereich des ersten Ausführungsbeispiels in einer Ruheposition,
8 einen parallel zum Querschnitt nach 6 verlaufenden Querschnitt an anderer Position, nahe einem Randbereich, durch das erste Ausführungsbeispiel mit Schaltungssubstrat, aber ohne Tastenkappe, oben in einer Ruheposition und unten in einer Betätigungsposition,
9 ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer Explosionsdarstellung,
10 das zweite Ausführungsbeispiel in einer Ruheposition,
11 das Ausführungsbeispiel nach 10 mit abgenommener Tastenkappe,
12 das Ausführungsbeispiel nach 11 ohne Bewegungsmechanismus,
13 einen Blick auf die Rückseite der Tastenkappe des zweiten Ausführungsbeispiels mit angebrachtem Sekundärspulenelement,
14 einen Querschnitt durch das zweite Ausführungsbeispiel mit Schaltungssubstrat, oben in einer Ruheposition und unten in einer Betätigungsposition,
15 einen senkrecht zum Querschnitt nach 14 verlaufenden Querschnitt durch das zweite Ausführungsbeispiel in einer Ruheposition,
16 ein drittes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer Explosionsdarstellung,
17 einen Querschnitt durch das dritte Ausführungsbeispiel mit Schaltungssubstrat in einer Ruheposition,
18 eine Darstellung zur Erläuterung des der Erfindung zu Grunde liegenden Funktionsprinzips, und
19 die beispielhafte Darstellung einer Einrichtung zur Erfassung einer Bewegung der Tastenkappe eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung als Schaltbild.

Einander entsprechende Teile und Komponenten sind in allen Figuren, auch über verschiedene Ausführungsbeispiele hinweg, mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
1 bis 8 zeigen ein erstes Ausführungsbeispiel, 9 bis 15 ein zweites Ausführungsbeispiel und 16 und 17 ein drittes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 zur Erfassung eines Tastendrucks einer Tastatur. Die verschiedenen Ausführungsbeispiele unterscheiden sich insbesondere hinsichtlich des eingesetzten Bewegungsmechanismus und gegebenenfalls eingesetzter zusätzlicher Elemente.
Die Vorrichtung 1 ist bei allen Ausführungsbeispiele zur Verwendung in einer Tastatur bzw. konkret in Verbindung mit einer Taste der Tastatur vorgesehen. Die Vorrichtung 1 umfasst jeweils ein Schaltungssubstrat 2, ein am Schaltungssubstrat 2 angebrachtes Tastenmodul 4 mit einer Tastenkappe 3 und einem Bewegungsmechanismus 15 zum Bewegen der Tastenkappe 3 relativ zum Schaltungssubstrat 2, konkret senkrecht zum Schaltungssubstrat 2, zwischen einer Ruheposition und einer Betätigungsposition und eine Einrichtung 10 zur Erfassung der Bewegung der Tastenkappe 3 relativ zum Schaltungssubstrat 2.
Die Vorrichtung 1 umfasst in allen Ausführungsbeispielen ferner eine als Planarspule ausgebildete Primärspule L1 mit mehreren Windungen, die ortsfest mit dem Schaltungssubstrat 2 an einer Oberseite des Schaltungssubstrats 2, und zwar an einer der Tastenkappe 3 gegenüberliegenden Rückseite des Tastenmoduls 4, angeordnet ist. Im Zentrum der Primärspule L1 ist eine Lichtquelle 6, konkret eine LED, am Schaltungssubstrat 2 angebracht.
Die Vorrichtung 1 umfasst in allen Ausführungsbeispielen eine an einer Rückseite der Tastenkappe 3 angeordnete und mit der Tastenkappe 3 bewegte Sekundärspule L2. Die Sekundärspule L2 ist jeweils ein an der Rückseite der Tastenkappe 3, innerhalb eines umgebenden Rahmens der Tastenkappe 3 angeordnetes Sekundärspulenelement 5, und zwar konkret ein aus einem Metallblech gebildetes Stanz- und Biegeteil, das eine durchgehende Ausnehmung 13 aufweist. Das diese Ausnehmung 13 rahmen- bzw. ringartig umschließende Metall bildet eine kurzgeschlossene Windung der Sekundärspule L2. Die Sekundärspule L2 weist somit genau eine Windung auf und ist kurzgeschlossen, ein induzierter elektrischer Strom kann um die Ausnehmung 13 herum fließen. Durch die Ausnehmung 13 hindurch kann Licht von der Lichtquelle 6 bis zur Tastenkappe 3 gelangen und diese hinterleuchten.
In allen Ausführungsbeispielen sind Primärspule L1 und Sekundärspule L2 induktiv miteinander gekoppelt. Diese induktive Kopplung ist schematisch auch in 18 gezeigt. Die Primärspule L1, auch in 18 eine Planarspule mit mehreren Windungen auf der Oberseite eines Schaltungssubstrats 2, ist Bestandteil eines Resonanzschwingkreises 11, der nachfolgend anhand von 19 erläutert wird und mit einer Wechselspannung U1 betrieben wird. Dadurch sind die Windungen der Primärspule L1 von dem in 18 dargestellten Magnetfeld 19 umgeben. In diesem Magnetfeld 19 befindet sich die Sekundärspule L2, auch in 18 ein Sekundärspulenelement 5, konkret ein ring- bzw. rahmenartig geschlossenes Stanzteil, mit einer durchgehenden Ausnehmung 13, das heißt die Sekundärspule L2 ist kurzgeschlossen und hat nur eine Windung.
Das Magnetfeld 19 ist aufgrund der Wechselspannung U1 ein Wechselmagnetfeld, das aufgrund der induktiven Kopplung eine Spannung und damit aufgrund des Kurzschlusses einen Stromfluss in der Sekundärspule L2 bewirkt, der wiederum mit der Primärspule L1 rückkoppelt. Wird nun die Sekundärspule L2 relativ zur Primärspule L1 bewegt, was in 18 durch den Doppelpfeil in der Mitte angedeutet ist, so wirkt sich dies auf die Stärke der induktiven Kopplung aus und es ändern sich physikalische Größen, beispielsweise Spannung und Stromstärke und Resonanzfrequenz, des Resonanzschwingkreises 11, zu dem die Primärspule L1 gehört.
Eine in den Figuren nicht dargestellte Messeinrichtung erfasst und verarbeitet mindestens einer der sich bei der Bewegung der Sekundärspule L2, die auf die Bewegung der Tastenkappe 3 zurückgeht, ändernden physikalischen Größen des elektrischen Resonanzschwingkreises 11 und gibt mindestens ein von der Änderung dieser physikalischen Größe abhängiges elektrisches Signal aus. Die Stärke der induktiven Kopplung zwischen Primärspule L1 und Sekundärspule L2 und damit mindestens eine physikalische Größe des Resonanzschwingkreises 11 verändern sich somit bei der Bewegung der Tastenkappe 3 mit der daran angebrachten Sekundärspule L2 zwischen Ruheposition und Betätigungsposition.
Die Vorrichtung 1 umfasst somit eine in 1 bis 18 nicht gezeigte Einrichtung 10 zur Erfassung einer Bewegung der Tastenkappe 3 relativ zum Schaltungssubstrat 2. Diese Einrichtung 10 ist als Schaltbild in 19 gezeigt. Diese Einrichtung 10 umfasst den bereits angesprochenen elektrischen Resonanzschwingkreis 11 mit einem Kondensator C1 und der Primärspule L1, wobei ergänzend ein nicht dargestellter Widerstand vorgesehen sein kann. Der Resonanzschwingkreis 11 wird mit einer Wechselspannung U1 betrieben. Von diesem Resonanzschwingkreis 11 ist in 1 lediglich die Primärspule L1 gezeigt.
Wie weiter in 19 ersichtlich, umfasst die vorgenannte Einrichtung 10 ferner eine Sekundärspule L2, deren Enden elektrisch über eine Kurzschlussleitung 12 kurzgeschlossen sind. Dies symbolisiert das geschlossene Sekundärspulenelement 5 der Ausführungsbeispiele nach 1 bis 18. In der Kurzschlussleitung 12 ist ein Schalter 14 vorgesehen, mit dem die Kurzschlussleitung 12 unterbrochen und wieder geschlossen werden kann. Dies ist eine Ausführungsvariante, die durch eine elektrisch durch einen Schalter 14 überbrückbare Unterbrechung in der einen Windung des Sekundärspulenelements 5 realisierbar ist. Lässt man in 19 den Schalter 14 weg, zeigt der Schaltplan den Resonanzschwingkreis 11 mit einem Sekundärspulenelement 5 ohne Umgangsunterbrechung, wie es in 1 bis 18 gezeigt ist.
Die induktive Kopplung von Primärspule L1 und Sekundärspule L2 ist in 19 durch einen Doppelpfeil zwischen den beiden Spulen L1, L2 symbolisch dargestellt. Das durch die Wechselspannung U1 erzeugte Wechselmagnetfeld induziert in der Sekundärspule eine Wechselspannung U2, die bei geschlossenem Schalter 14 aufgrund des Kurzschlusses zu einem Stromfluss in der Sekundärspule L2 führt, der zu einer Rückkopplung auf die Primärspule L1 und damit auf den Resonanzschwingkreis 11 führt, wodurch sich - wie bereits erläutert - dessen physikalische Größen ändern, was wiederum über die ebenfalls bereits erläuterte Messeinrichtung erfasst wird und zu einer entsprechenden Signalausgabe führt.
In allen Ausführungsbeispielen ist der Bewegungsmechanismus 15 ein Doppelflügelmechanismus umfassend zwei Flügelelemente 17 und eine die beiden Flügelelemente 17 verbindende Feder 18. Es können auch beliebige andere Bewegungsmechanismen 15 vorgesehen sein, beispielsweise ein Scherenmechanismus.
Im ersten Ausführungsbeispiel nach 1 bis 8 umfasst der Bewegungsmechanismus 15 ferner einen Sockel 16. Die Primärspule L1 ist in dem Bereich, in dem auch der Sockel 16 des Bewegungsmechanismus 15 vorgesehen ist, an der Oberseite des Schaltungssubstrats 2 angebracht. Im montierten Zustand umgibt der Sockel 16 gewissermaßen nahezu die als Planarspule ausgeführte Primärspule L1. 1 einerseits und 2 bis 4 andererseits zeigen zwei Varianten des ersten Ausführungsbeispiels, die sich in der konkreten Ausbildung der Primärspule L1 unterscheiden. In 1 bildet die als Planarspule ausgebildete Primärspule einen geschlossenen Bereich, in 2 bis 4 hingegen zwei voneinander getrennte Bereiche, wobei in einem zwischen diesen Bereichen liegenden Zwischenbereich Anbringstellen wie Lötkontaktstellen und Ausnehmung zur positionsgenauen Anordnung des Sockels 16 über mit diesen Ausnehmungen korrespondierende Stifte am Sockel 16 angeordnet sind.
Der Bewegungsmechanismus 15 kann durch Verlötung an dem Schaltungssubstrat 2 angebracht sein. Es ist aber auch eine andere Anbringung möglich, beispielsweise mittels Kleben oder Klemmen, wie dies in 9, 10 und 11 gezeigt ist. Für die exakte Positionierung sogen Stifte an den entsprechenden Komponenten des Bewegungsmechanismus 15, die in korrespondierende Ausnehmungen in Schaltungssubstrat 2 eingreifen.
Im Ausführungsbeispiel nach 1 bis 8 sind die beiden Flügelelemente 17 sowohl am Sockel 16 als auch an der Tastenkappe 3 beweglich gelagert. Das Sekundärspulenelement 5 weist einen Knick 7 auf, der das Sekundärspulenelement 5 in zwei gegeneinander elastisch verkippbare Teile unterteilt und somit ein elastisches Element ausbildet, das Tastenkappe 3 und Flügelelemente 17 verspannt und somit einen Bewegungsfreiraum zwischen Tastenkappe und Flügelelementen unterbindet.
Im Ausführungsbeispiel nach 1 und 8 sind alle Komponenten des Bewegungsmechanismus 15, insbesondere der Sockel 16 und die Flügelelemente 17, mit Umfangsunterbrechungen versehen, das heißt ein induzierter Ringstromfluss und damit eine die induktive Kopplung zwischen Primärspule L1 und Sekundärspule L2 beeinträchtigende Wirkung ist nicht möglich.
Im zweiten Ausführungsbeispiel nach 9 bis 15 ist ein Sockel 16 in dem Bereich des Sekundärspulenelements 5 vorgesehen, in dem auch die Primärspule L1 angeordnet ist. Im montierten Zustand umgibt der Sockel 16 die als Planarspule ausgeführte Primärspule L1 und die Lichtquelle 6 und schützt diese dadurch vor Umwelteinflüssen. Auch der Bewegungsmechanismus 15 wird durch den Sockel 16 vor Umwelteinflüssen geschützt. Der Sockel 16 ist hier aus lichtdurchlässigem Kunststoff und damit aus nicht elektrisch leitfähigem Material ausgebildet, so dass eine ring- bzw. rahmenartige Ausbildung ohne Unterbrechung am Umfang kein Problem darstellt, da nicht elektrisch leitender Kunststoff die induktive Kopplung zwischen Primärspule L1 und Sekundärspule L2 nicht bzw. nicht in nennenswertem Umfang beeinflusst. Der lichtdurchlässige Kunststoff leitet und verteilt das von der Lichtquelle 6 ausgehende Licht in gewünschter Weise weiter.
Im Ausführungsbeispiel nach 9 bis 15 sind die beiden Flügelelemente 17 sowohl am Sockel 16 als auch am Sekundärspulenelement 5, das wiederum an der Tastenkappe 3 angebracht ist, beweglich gelagert. In diesem Fall ist das Sekundärspulenelement 5 ohne einen Knick ausgebildet, da die Flügelelemente 17 nicht direkt an der Tastenkappe 3 angebracht sind und somit auch kein Bewegungsfreiraum zwischen diesen Elementen zu unterbinden ist. 13 zeigt, wie in diesem Fall das Sekundärspulenelement 5 fest an der Rückseite der Tastenkappe 3 angebracht ist und Anbringstellen für die bewegliche Anbringung der Flügelelemente 17 ausbildet.
Das dritte Ausführungsbeispiel nach 16 und 17 ist mit dem ersten Ausführungsbeispiel nach 1 bis 8 vergleichbar. Der Sockel 16 weist hier zusätzlich einen die Lichtquelle überdeckenden, lichtdurchlässigen Abschnitt aus einem nicht elektrisch leitfähigen Kunststoff auf. Ferner ist ein Rahmenelement 8 auf dem Schaltungssubstrat 2 vorgesehen, das die Primärspule L1 und die Lichtquelle 6 und gegebenenfalls weitere nicht dargestellte elektronische Komponenten umgibt und somit die Komponenten und auch den Bewegungsmechanismus 15 vor Umwelteinflüssen schützt. 17 zeigt, dass dieses Rahmenelement 8 so dimensioniert ist, dass es die Tastenkappe 3 bei einer Bewegung vom dargestellten Ruhezustand in den nicht dargestellten Betätigungszustand umgibt. Das Rahmenelement 8 stellt somit gleichzeitig einen sichtbaren Rahmen für die Tastenkappe 3 dar.
Im Ausführungsbeispiel nach 16 und 17 sind alle Komponenten des Bewegungsmechanismus 15, insbesondere der Sockel 16, dessen zwei metallische Teile mit den Lagerungen für die Flügelelemente 17 lediglich über einen lichtdurchlässigen Abschnitt aus nicht elektrisch leitfähigem, lichtdurchlässigem Kunststoff verbunden sind, und die Flügelelemente 17, mit Umfangsunterbrechungen versehen, das heißt ein induzierter Ringstromfluss und damit eine die induktive Kopplung zwischen Primärspule L1 und Sekundärspule L2 beeinträchtigende Wirkung ist nicht möglich.
Bezugszeichenliste

1: Vorrichtung
2: Schaltungssubstrat, beispielsweise Leiterplatte
3: Tastenkappe
4: Tastenmodul
5: Sekundärspulenelement
6: Lichtquelle
7: Knick
8: Rahmenelement
10: Einrichtung zur Erfassung einer Bewegung der Tastenkappe 3
11: Resonanzschwingkreis
12: Kurzschlussleitung der Sekundärspule L2
13: Ausnehmung
14: Schalter
15: Bewegungsmechanismus
16: Sockel
17: Flügelelement
18: Feder
19: Magnetfeld
C1: Kondensator
L1: Primärspule
L2: Sekundärspule
U1: Wechselspannung
U2: Induzierte Wechselspannung der Sekundärspule L2

Claims

Vorrichtung (1) zur Erfassung eines Tastendrucks umfassend ein Schaltungssubstrat (2), ein an dem Schaltungssubstrat (2) angebrachtes Tastenmodul (4) mit einer Tastenkappe (3) und einem Bewegungsmechanismus (15) zum Bewegen der Tastenkappe (3) relativ zum Schaltungssubstrat (2) zwischen einer Ruheposition und einer Betätigungsposition und eine Einrichtung (10) zur Erfassung der Bewegung der Tastenkappe (3) relativ zum Schaltungssubstrat (2), wobei diese Einrichtung (10) einen elektrischen Resonanzschwingkreis (11) mit mindestens einem Kondensator (C1) und mit mindestens einer in Relation zum Schaltungssubstrat (2) ortsfesten Primärspule (L1) mit einer oder mehreren Spulenwindungen sowie mindestens eine mit der Tastenkappe (3) bewegte Sekundärspule (L2) mit einer kurzgeschlossenen Windung umfasst, wobei die Primärspule (L1) an einer der Tastenkappe (3) gegenüberliegenden Rückseite des Tastenmoduls (4) an oder in dem Schaltungssubstrat (2) angeordnet ist, wobei die Sekundärspule (L2) ein Sekundärspulenelement (5) ist, das ein leitfähiges Material umfasst oder daraus besteht, das eine durchgehende Ausnehmung (13) aufweist, so dass das diese Ausnehmung (13) umschließende leitfähige Material die kurzgeschlossene Windung der Sekundärspule (L2) ist, wobei die Primärspule (L1) und die Sekundärspule (L2) induktiv miteinander gekoppelt sind und sich die Stärke der induktiven Kopplung zwischen Primärspule (L1) und Sekundärspule (L2) und damit mindestens eine physikalische Größe des Resonanzschwingkreises (11) bei der Bewegung der Tastenkappe (3) und damit der Sekundärspule (L2) zwischen Ruheposition und Betätigungsposition verändert, wobei die Einrichtung (10) zur Erfassung der Bewegung der Tastenkappe (3) relativ zum Schaltungssubstrat (2) eine Messeinrichtung zur Erfassung und/oder Verarbeitung mindestens einer sich bei der Bewegung der Tastenkappe (3) und der Sekundärspule (L2) zwischen Ruheposition und Betätigungsposition ändernden physikalischen Größe des elektrischen Resonanzschwingkreises (11) umfasst und mindestens ein von der Änderung der physikalischen Größe abhängiges elektrisches Signal ausgibt.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Sekundärspulenelement (5) eine ebene Fläche ausbildet, in der sich die durchgehende Ausnehmung (13) befindet, und dass die ebene Fläche in der Ruheposition der Tastenkappe (3) und/oder in der Betätigungsposition der Tastenkappe (3) und/oder während der Bewegung der Tastenkappe (3) zwischen Ruheposition und Betätigungsposition parallel zum Schaltungssubstrat (2) und/oder zur Primärspule ausgerichtet ist.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass dass das Sekundärspulenelement (5) ein aus einem Metallblech hergestelltes Stanz- und/oder Biegeteil ist.
Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Sekundärspulenelement (5) ein elastisches Element ist, das derart ausgebildet und zwischen Tastenkappe (3) und Bewegungsmechanismus (15) angeordnet ist, dass ein mechanisches Spiel zwischen Tastenkappe (3) und Bewegungsmechanismus (15) unterbunden ist.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Sekundärspulenelement (5) zur Ausbildung als elastisches Element eine Nut und/oder einen Knick (7) ausbildet, der das Sekundärspulenelement (5) in zwei Flügel teilt, die an Nut und/oder Knick (5) elastisch zueinander beweglich sind, und dass die zwei Flügel an zwei äußeren, einander gegenüber liegenden Rändern derart im Tastenmodul (4) oder am Bewegungsmechanismus (15) gelagert sind, dass das Sekundärspulenelement (5) in der Ruheposition der Tastenkappe (3) und/oder in der Betätigungsposition der Tastenkappe (3) und/oder während der Bewegung der Tastenkappe (3) zwischen Ruheposition und Betätigungsposition sowohl die Tastenkappe (3) als auch den Bewegungsmechanismus (15) kontaktiert und zueinander elastisch verspannt, so dass kein Bewegungsfreiraum zwischen Tastenkappe (3) und Bewegungsmechanismus (15) vorhanden ist.
Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass alle relativ zum Schaltungssubstrat (2) beweglichen Bauteile des Bewegungsmechanismus (15), nicht jedoch das Sekundärspulenelement (5), derart ausgebildet sind, dass kein leitfähiges Material eine durchgehende Ausnehmung umschließt und/oder kein geschlossener Stromfluss um eine durchgehende Ausnehmung erfolgen kann und/oder ein Ring oder Rahmen aus leitfähigem Material um eine durchgehende Ausnehmung eine Umfangsunterbrechung aufweist.
Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, der Bewegungsmechanismus (15) ein Parallelmechanismus ist.
Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Schaltungssubstrat (2) in einem von den Windungen der Primärspule (L1) umgebenen Bereich eine Lichtquelle (6) zur Beleuchtung der Tastenkappe (3) angeordnet ist, und/oder dass das Tastenmodul (4) derart ausgebildet ist, dass Licht von der Rückseite des Bewegungsmechanismus (15) durch den Bewegungsmechanismus (15) und durch die durchgehende Ausnehmung (13) im Sekundärspulenelement (5) hindurch zur Tastenkappe (3) gelangt, und/oder dass ein Sockel (16) des Tastenmoduls (4) und/oder Bewegungsmechanismus (15) zumindest teilweise aus lichtdurchlässigem Material besteht.
Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein auf dem Schaltungssubstrat (2) angebrachter Sockel (16) des Bewegungsmechanismus (15) und/oder ein auf dem Schaltungssubstrat (2) angebrachtes Rahmenelement (8) dazu ausgebildet ist, den Bewegungsmechanismus (15) und/oder einen der Rückseite des Tastenmoduls (4) gegenüberliegenden Bereich des Schaltungssubstrats (2) und/oder eine oder mehrere in einem der Rückseite des Tastenmoduls (4) gegenüberliegenden Bereich des Schaltungssubstrats (2) angeordnete Lichtquellen (6) und/oder Elektronikbauteile und/oder mechanische Bauteile und/oder Verbindungseinrichtungen vor Umwelteinflüssen zu schützen.
Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dass die Primärspule (L1) eine Planarspule ist und/oder an einer Oberseite und/oder einer Unterseite des Schaltungssubstrats (2) und/oder zwischen mindestens zwei Schichten innerhalb eines mehrschichtigen Schaltungssubstrats (2) angeordnet ist.
Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung derart eingerichtet ist, dass bei Erreichen oder Überschreiten mindestens eines Änderungsgrenzwertes der physikalischen Größe das mindestens eine elektrische Signal ausgegeben wird und/oder dass die Signalstärke des mindestens einen elektrischen Signals sich in Abhängigkeit von der Änderung der physikalischen Größe ändert.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der oder die Änderungsgrenzwerte einstellbar sind.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung derart eingerichtet ist, dass die Signalstärke des mindestens einen elektrischen Signals von der Position der Tastenkappe (3) relativ zum Schaltungssubstrat (2) und damit vom Abstand zwischen Primärspule (L1) und Sekundärspule (L2) abhängig ist.
Tastatur umfassend eine oder mehrere Vorrichtungen (1) nach den Ansprüchen 1 bis 13.
Tastatur nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Tastatur eine Unterseite und eine der Unterseite gegenüberliegende Oberseite aufweist, wobei die Unterseite und/oder die Oberseite aus Metall gebildet sind oder eine metallische Schicht oder metallische Zusatzlage oder metallischen Einleger aufweisen.
Verfahren zur Erfassung eines Tastendrucks mit einer Vorrichtung (1) nach den Ansprüchen 1 bis 13 und/oder einer Tastatur nach Anspruch 14 oder 15 umfassend die Schritte: a) Durchführung einer Betätigungsbewegung der Tastenkappe (3) derart, dass sich der Abstand und damit die induktive Kopplung zwischen Primärspule (L1) und Sekundärspule (L2) und damit auch zumindest eine physikalische Größe des Resonanzschwingkreises (11) verändert; b) Erfassen und/oder Verarbeiten der sich aufgrund der Bewegung ändernden mindestens einen physikalischen Größe des Resonanzschwingkreises (11) mittels der Messeinrichtung; c) Ausgabe mindestens eines elektrischen Signals bei Erreichen oder Überschreiten eines Änderungsgrenzwertes der physikalischen Größe und/oder Änderung der Signalstärke des mindestens einen elektrischen Signals in Abhängigkeit von der Änderung der physikalischen Größe.
Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Resonanzschwingkreis (11) mit einer Wechselspannung (U1) vorgegebener und/oder einstellbarer Frequenz betrieben wird und hierbei durch Einstellung oder Auswahl der Frequenz und/oder durch Einstellung oder Auswahl der Kapazität des Kondensators (C1) und/oder durch Einstellung oder Auswahl eines im Resonanzschwingkreis (11) angeordneten Widerstands derart eingestellt wird, dass sich der Resonanzschwingkreis (11) bei einer vorgegebenen Position der Tastenkappe (3) relativ zum Schaltungssubstrat (2) im Resonanzbereich befindet.