DE1437455B2 - Kontaktfederlose Schaltvorrichtung zur manuellen Erzeugung elektrischer Schaltvorgänge in Fernmeldeanlagen, insbesondere Fernsprechteilnehmeranlagen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine kontaktfederlose Schaltvorrichtung zur manuellen Erzeugung elektrischer Schaltvorgänge in Fernmeldeanlagen, insbesondere auf eine Drucktaste für Tastaturen in Fernsprechteilnehmeranlagen.

Die Erfindung bezweckt, eine solche Schaltvorrichtung derart auszubilden, daß sie wie eine normale, Kontaktfedern steuernde Taste betätigbar ist und eine möglichst geringe Flächenausdehnung senkrecht zur Betätigungsrichtung aufweist.

Bei den bekannten elektrischen Steuerungen für Aufzüge, Werkzeugmaschinen u. dgl. werden kontaktlose Schaltvorrichtungen in Form von Berührungskondensatoren verwendet, welche bei Berührung von Hand oder bei Annäherung derselben elektrische Daten eines die Steuermittel aufnehmenden Stromkreises ändern und damit Schaltvorgänge auslösen.

Es wurde bereits vorgeschlagen, derartige Berührungskondensatoren zur manuellen Erzeugung elektrischer Schaltvorgänge in Fernsprechanlagen zu verwenden.

Gemäß einem anderen Vorschlag werden an Stelle von auf Kontaktfedern wirkenden Tasten für Tastaturen photoelektrische Lichtstrahlen verwendet, welche von Hand unterbrochen werden, um das gewünschte Schaltkriterium zu erzeugen.

Der Anwendung dieser vorgeschlagenen, an sich vorteilhaften Schaltmittel steht aber die Tatsache hindernd im Wege, daß diese Schaltvorrichtungen anders reagieren als die gewohnten normalen Tasten, welche auf einen Fingerdruck nachgeben und sich bis zu einem Endanschlag bewegen.

Nun ist auch schon vorgeschlagen worden, drucktastenähnlich arbeitende Schaltvorrichtungen zu verwenden, welche, statt auf die üblichen Kontaktfedern zu wirken, unmittelbar einen Schaltdraht auf einen anderen aufdrücken. Doch erfordert diese Konstruktion eine entsprechende besondere Führung und Ausgestaltung der Verdrahtung bei dem zu beeinflussenden Stromkreis.

Um nun eine kontaktfederlose Schaltvorrichtung zu schaffen, bei welcher die Schaltdrähte wie an übliche, auf Kontaktfedern wirkende Tasten angeschlossen werden können und bei welcher gleichzeitig das von dem Bedienenden zu betätigende Betätigungselement wie ein üblicher Tastenknopf, Kipphebel oder Drehknebel wirkt, wird auf elektrische Bauelemente zurückgegriffen, bei welchen durch Änderung eines auf sie ausgeübten mechanischen Druckes die elektrischen Daten geändert werden und wie sie in Form von piezoelektrischen Widerständen bei elektroakustischen Wandlern und elektromagnetischen Relais bereits Anwendung finden. Diese auf mechanische Belastungen reagierenden Halbleiter sind aber sehr empfindlich gegenüber einer Überbeanspruchung, welche gerade bei einer manuellen Betätigung auftreten kann. Bei piezoelektrischen Tonabnehmern ist es zum Schutz des Piezokristall gegen mechanische Uberbeanspruchung bereits bekannt, zwischen Kristall und Abtaststift ein elastisches Zwischenstück vorzusehen (deutsche Patentschrift 936 653).

Gemäß der Erfindung werden die Schwierigkeiten überwunden, welche sich einerseits aus den Betätigungseigenschaften der bisher vorgeschlagenen Ausführungen für kontaktfederlose Schaltvorrichtungen ergeben und andererseits bei Halbleitern entstehen, wenn sie durch nicht kontrollierbare Kräfte beeinflußt werden. Dies wird dadurch erreicht, daß ein im zu schaltenden Stromkreis liegender Halbleiter im Wirkungsbereich eines durch ein von Hand bewegliches Bedienungselement an sich bekannter Art steuerbaren Kraftspeichers angeordnet ist. Eine derart ausgebildete Schaltvorrichtung hat den Vorteil, daß sie genau wie die gewohnten üblichen Schaltvorrichtungen mit Tastenknopf, Kipphebel oder Drehknebel arbeitet und trotzdem eine kontaktfederlose

ίο Schaltvorrichtung darstellt, so daß der Übergang von den bekannten auf kontaktfederlose Schaltvorrichtungen für den Bedienenden keinen Unterschied in der Betätigung mit sich bringt. Diese Halbleiter können in so kleinen Abmessungen ausgeführt werden, daß die gesamte Schaltvorrichtung den für das bewegliche Betätigungselement benötigten Platz nur wenig vergrößert. Sie eignet sich daher besonders für Tastaturen in Fernsprechteilnehmeranlagen, z. B. für Wähltastaturen. Der Empfindlichkeit dieser Art von Halbleitern gegen mechanische Überbeanspruchung wird in einfachster Weise durch Zwischenschaltung des genannten Kraftspeichers Rechnung getragen. Es können auch bei solchen Schaltvorrichtungen besondere Einrichtungen für eine gegenseitige elektrische Abschirmung in Fortfall kommen, wie sie bei Berührungskondensatoren notwendig sind.

Bei einer Ausbildung der Erfindung ist der Halbleiter ein piezoelektrischer Widerstand, welcher in Ruhelage der Schaltvorrichtung durch den Kraftspeicher auf Zug beansprucht wird. Dabei kann der notwendige Hub des Betätigungselementes so gering gehalten werden, daß auch membranartige Betätigungselemente verwendet werden können.

In einer anderen Ausführungsform ist der HaIbleiter ein Planartransistor, welcher durch den Kraftspeicher auf Druck beansprucht wird. Derartige Halbleiter sind robuster als piezoelektrische Widerstände und weisen keine einseitig betonte Ausdehnung auf, weshalb sie sich gegebenen Raumverhältnissen leicht anpassen lassen.

Bei einer dritten Ausführungsform wirkt das Betätigungselement mit einem durch das Betätigungselement bewegbaren Betätigungsanschlag über den als federndes Zwischenglied ausgebildeten Kraftspeicher auf den Halbleiter ein, und der Betätigungsanschlag ist so ausgebildet und angeordnet, daß nur eine Komponente der Bedienungskraft innerhalb eines bestimmten Minimums und eines bestimmten Maximums auf den Halbleiter übertragen wird. Dadurch wird die am Halbleiter wirksam werdende Kraft in größerem Maße abhängig von der Anfangs- und Endstellung des Betätigungselements als bei den vorgenannten Ausführungen, was eine exakte Bedienung fördert.

Da die Halbleiter schon bei geringen Schwankungen der Zug- oder Druckkraft reagieren, kann es vorkommen, daß bereits durch eine unbeabsichtigte, halbe Betätigung des Betätigungselementes elektrische Schaltvorgänge ausgelöst werden können. Um dies zu vermeiden, ist gemäß einer Weiterbildung der Erfindung der Kraftspeicher eine von dem Betätigungselement in ihre Arbeitslage umlegbare Schnappfeder, welche einen auf den Halbleiter einwirkenden Schaltarm steuert. Durch diese Ausgestaltung wird eine Beeinflussung des Halbleiters erst ab einem gewissen Betätigungsweg erreicht, ab welchem die Beeinflussung schlagartig erfolgt, ohne aber den Halbleiter übernormal zu beanspruchen. Dabei ist es lediglich

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eine Frage der Einstellung, ob die Betätigung zu einer Planartransistor als Halbleiter 8 zeichnet sich gegen-

daueraden oder vorübergehenden Beeinflussung des über dem Halbleiter 4 (F i g. 1) durch größere Robust-

Halbleiters führt. heit und durch eine nahezu gleichmäßige Ausdeh-

Im folgenden wird die Erfindung unter Anführung nung nach allen drei Koordinaten hin aus, weshalb

weiterer vorteilhafter Merkmale näher erläutert. Es 5 er besonders für Schaltvorrichtungen geeignet ist, die

zeigt möglichst klein zu halten sind und mit denen Tasta-

Fig. 1 den prinzipiellen Aufbau einer kontakt- türen aufgebaut werden sollen, welche in ein Gerät,

federlosen Schaltvorrichtung, z. B. in ein Fernsprechteilnehmergerät normaler Ab-

F i g. 2 den prinzipiellen Aufbau der Schaltvorrich- messung, einzubauen sind,

tung in anderer Ausführungsform, io Eine hierfür besonders geeignete Konstruktion ist

F i g. 3 ein Ausführungsbeispiel der Schaltvorrich- in den F i g. 3 und 4 dargestellt. Der Halbleiter 8 ist

tung nach F i g. 2 im Schnitt A-A gemäß F i g. 4, in einem Träger 11 angeordnet, welcher verschraub-

F i g. 4 die Draufsicht auf das Ausführungsbeispiel bar und damit in Kraftrichtung verstellbar in einem

nach Fig. 3, Gehäuse 12 gelagert ist. Das Betätigungselement 1

F i g. 5 den prinzipiellen Aufbau der Schaltvorrich- 15 übergreift das Gehäuse 12 kappenartig und nimmt

tung in einer dritten Ausführungsform, eine leicht durchgebogene Blattfeder als Kraftspeicher

Fig. 6 den prinzipiellen Aufbau der Schaltvor- 13 auf. Der Kraftspeicher 13 drückt mit seinem

richtung in einer vierten Ausführungsform, Scheitel auf einen am Halbleiter 8 befestigten Stift

Fig. 7 einen Halbleiter und einen Schaltarm in 14, vorzugsweise auf einem Saphirstift, mit einer

Ruhelage für die Schaltvorrichtung nach F i g. 6, 20 durch die Einstellungen des Trägers 11 bestimmten

F i g. 8 ein Ausführungsbeispiel der Schaltvorrich- Kraft. Seitlich von dieser Stelle liegt der Kraftspeicher

tung nach F i g. 6 im Längsschnitt und 13 konvexseitig auf Anschlägen 15 am Gehäuse 12

Fig. 9 einen Querschnitt durch das Ausführungs- auf. Mit seinen freien Enden steht der Kraftspeicher

beispielnach Fig. 8. 13 konkavseitig mit dem Betätigungselement 1 in

Die in F i g. 1 im Prinzip dargestellte Schaltvor- 25 kraftschlüssiger Berührung. Bei Druck auf das Betärichtung weist ein kappenförmig ausgebildetes, als tigungselement 1 werden die freien Enden 16 des Druckknopf wirkendes Betätigungselement 1 auf, das Kraftspeichers 13 abgebogen, wobei sich sein Scheitel in einer als Ruheanschlag dienenden Platte 2 geführt in entgegengesetzter Richtung anhebt und damit den und von Hand verschiebbar ist. Im Raumbereich Druck auf den Halbleiter 8 mindert oder aufhebt, des Betätigungselementes 1 liegt ein Einspannglied 3, 30 Der Kraftspeicher 13 wirkt wie der Kraftspeicher 5 welches das freie Ende eines fest angeordneten, stab- (F i g. 1 oder 2) gleichzeitig als Rückstellfeder für das förmigen Halbleiters 4 bildet und gegen welches ein Betätigungselement 1. Der dargestellte Aufbau zeichals Wendelfeder ausgebildeter Kraftspeicher 5 über net sich durch einen sehr geringen Platzbedarf aus. eine Scheibe 6 drückt. Der Kraftspeicher 5 bean- Eine dritte Ausführungsform der Schaltvorrichtung spracht in Ruhestellung des Betätigungselementes 1 35 zeigt im Prinzip die Fig. 5, bei welcher eine Rückden Halbleiter 4 auf Zug. Als Halbleiter 4 wird ein zugfeder 17 für ein mit einem Schaft versehenes piezoelektrischer Widerstand verwendet, welcher an Betätigungselement 18 nicht unmittelbar auf den einen nicht dargestellten Stromkreis elektrisch ange- Halbleiter 8 einwirkt, sondern über einen als federnschlossen ist. Beim Niederdrücken des Betätigungs- des Zwischenglied ausgebildeten Kraftspeicher 19. elementes 1 in Richtung des Pfeiles P, welches auf 40 Der Kraftspeicher 19 hat die Form einer federnden die Scheibe 6 aufdrückt, wird bei Erreichung eines Brücke und ist auf der Innenseite eines Gehäuses 20 Gegenanschlages 7 die Zugkraft des Kraftspeichers 5 gelagert, das den Halbleiter 8, vorzugsweise verstellaufgehoben, und damit werden die elektrischen Daten bar, aufnimmt. Im Ruhezustand übt der Kraftspeicher des Halbleiters 4 in einer in dem genannten Strom- 19 einen bestimmten Druck auf den Halbleiter 8 aus kreis wirksam werdenden Weise verändert. Je nach 45 und ragt mit einem Stift 21 winkelig zur Betätigungsder elektrischen Ansprechempfindlichkeit der Strom- richtung des Betätigungselementes 18 nach außen und kreise genügt zur Erzeugung des gewünschten elek- damit in den Weg eines Betätigungsanschlages 22, der trischen Schaltvorganges schon eine geringe Minde- von einer konischen Fläche am Schaft des Betätirung der Zugkraft, so daß an Stelle des dargestellten gungselementes 18 gebildet wird. Bei dieser Anordkappenförmigen Betätigungselementes 1 eine nur 50 nung wirkt die Rückstellfeder 17 nur mit einer Komeinen kleinen Betätigungsweg erfordernde Membran ponente ihrer Kraft auf den Kraftspeicher 19 ein, die, angeordnet werden kann. Eine Beanspruchung des durch die Lage und Ausbildung des Betätigungsan-Halbleiters 4 auf Biegung oder eine Überbean- Schlages 22 bestimmt, ein genau einjustierbares Minispruchung in oder entgegen der Kraftrichtung ist aus- mum und Maximum aufweist,
geschlossen. 55 Eine weitere Ausbildung der Schaltvorrichtung zei-

F i g. 2 zeigt eine Ausbildung der Schaltvorrichtung gen im Prinzip die F i g. 6 und 7. Mit dieser Ausbilim Prinzip, bei welcher ein auf Druck beanspruchter dung soll vermieden werden, daß bereits eine verPlanartransistor als Halbleiter 8 verwendet wird. Das sehentliche, unvollkommene Betätigung des Betäti-Betätigungselement 1, welches hier als voller Druck- gungselementes 18 zu einem Wirksamwerden der knopf ausgebildet ist, wird über die Scheibe 6 von 60 Schaltvorrichtung führt. Zu dem Zweck ist ein als dem Kraftspeicher 5 gegen die Platte 2 gedrückt. Schnappfeder ausgebildeter Kraftspeicher 23 vorge-Gleichzeitig übt der Kraftspeicher 5 auf den an einer sehen, welcher in einen federnden Schaltarm 24 einTraverse 9 angeordneten Halbleiter 8 einen ständigen gehängt ist. Der Schaltarm 24 trägt einen Betäti-Druck aus, welcher durch Anschläge 10 an dem in gungsanschlag 25, in dessen Weg ein Stift 26 des seiner Ruhelage durch die Platte 2 bestimmten Beta- 65 Halbleiters 8 ragt. Am anderen Ende ist der Krafttigungselement 1 begrenzt wird. Durch Verbiegen der speicher 23 mit dem Betätigungselement 18 gekop-Traverse 9 kann der Druck des Kraftspeichers 5 auf pelt, das unter dem Einfluß einer Blattfeder 27 als den Halbleiter 8 genau eingestellt werden. Der Rückstellfeder steht. Bei Druck auf das Betätigungs-

element 18 wird erst ab einer bestimmten Stellung der Schaltarm 24 schlagartig umgelegt und übt dabei mit seinem Betätigungsanschlag 25 einen Druck auf den Halbleiter 8 aus. Ob dabei in der Arbeitslage eine dauernde oder während der Verstellung des Betätigungsanschlages 25 eine vorübergehende Beeinflussung des Halbleiters 8 erfolgt, ist lediglich von der Einstellung der Teile zueinander abhängig.

In den Fig. 8 und 9 ist eine zweckmäßige, weil nur geringen Raum benötigende Ausgestaltung der vorbeschriebenen Schaltvorrichtung dargestellt. Hier ist ein Gehäuse 28 vorgesehen, das den Halbleiter 8 aufnimmt und gleichzeitig der Lagerung eines federnden Tragarmes 29 für den schnappfederartigen Kraftspeicher 23 und für den Schaltarm 24 dient. An dem Gehäuse ist ferner ein Betätigungselement 30 gelagert, das,· kipphebelartig bewegbar, die Form einer das Gehäuse 28 überdeckenden Haube aufweist. Im Betätigungselement 30 ist ein Anschlag 31 in Form einer Keilfläche vorgesehen, welche bei Betätigung auf den Tragarm 29 einwirkt und damit den Kraftspeicher 23 zur Wirkung bringt.

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Kontaktfederlose Schaltvorrichtung zur manuellen Erzeugung elektrischer Schaltvorgänge in Fernmeldeanlagen, insbesondere Drucktaste für Tastaturen in Fernsprechteilnehmeranlagen, dadurch gekennzeichnet, daß ein im zu schaltenden Stromkreis liegender Halbleiter (4 bzw. 8) im Wirkungsbereich eines durch ein von Hand bewegliches Betätigungselement (1, 18 bzw. 30) an sich bekannter Art steuerbaren Kraftspeichers (5,13,19 bzw. 23) angeordnet ist.

2. Kontaktfederlose Schaltvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiter (4, Fig. 1) ein piezoelektrischer Widerstand ist, welcher in Ruhelage der Schaltvorrichtung durch den Kraftspeicher (5) auf Zug beansprucht wird.

3. Kontaktfederlose Schaltvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiter (4) stabförmig ausgebildet und innerhalb des als Wendelfeder ausgebildeten Kraft-Speichers (5) angeordnet ist.

4. Kontaktfederlose Schaltvorrichtung nach

Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiter (8, Fig. 2) ein Planartransistor ist, welcher durch den Kraftspeicher (5) auf Druck beansprucht wird.

5. Kontaktfederlose Schaltvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kraftspeicher (13, Fig. 3) als gekrümmte Blattfeder ausgebildet ist, welche mit ihrem Scheitel auf einem am Halbleiter (8) befestigten Stift (14) aufliegt, sich seitlich davon konvexseitig auf Anschläge (15) eines den Halbleiter (8) verstellbar aufnehmenden Gehäuses (12) abstützt und mit ihren freien Enden (16) mit dem als Tastenknopf ausgebildeten Betätigungselement (1) konvexseitig in kraftschlüssiger Berührung steht.

6. Kontaktfederlose Schaltvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Betätigungselement (18, Fig. 5) mit einem durch das Betätigungselement (18) bewegbaren Betätigungsanschlag (22) über den als federndes Zwischenglied ausgebildeten Kraftspeicher (19) auf den Halbleiter (8) einwirkt und daß der Betätigungsanschlag (22) so ausgebildet und angeordnet ist, daß nur eine Komponente der Bedienungskraft innerhalb eines bestimmten Minimums und eines bestimmten Maximums auf den Halbleiter übertragen wird.

7. Kontaktfederlose Schaltvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Betätigungsanschlag (22) von einer konischen Betätigungsfläche an dem Betätigungselement (18) gebildet wird.

8. Kontaktfederlose Schaltvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kraftspeicher (23, Fig. 6) eine von dem Betätigungselement (18) in ihre Arbeitslage umlegbare Schnappfeder ist, welche einen auf den Halbleiter (18) einwirkenden Schaltarm (24) steuert.

9. Kontaktfederlose Schaltvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Kraftspeicher (23, F i g. 8 und 9) und der Schaltarm (24) in einem den Halbleiter (8) aufnehmenden Gehäuse (28) gelagert sind, an welchem ein das Gehäuse (28) kappenförmig überdeckender Schwenkhebel als Betätigungselement (30) befestigt ist, der über einen Anschlag (31) auf den Kraftspeicher (23) einwirkt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen