DE19535160C2 - Beleuchtete Schalteranordnung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine beleuchtete Schalteranordnung mit einem Membrantastenfeld. Ein Membrantastenfeld ist eine relativ dünne Schalter­ matrix, die mit einer Membranabdeckung aus Kunst­ stoff versehen ist. Die Benutzung eines solchen Tastenfeldes wird in solchen Einsatzfeldern als besonders vorteilhaft angesehen, in denen der benö­ tigte Raum knapp ist oder in denen ein versiegeltes Tastenfeld wünschenswert ist.

In der Vergangenheit hat es sich zudem als wün­ schenswert erwiesen, Tastenfelder mit einer Be­ leuchtung zu versehen, wenn diese bei ungünstigen Lichtverhältnissen eingesetzt werden und der Kon­ trast verbessert werden soll. Zusätzlich hat es sich als sinnvoll erwiesen, eine Beleuchtung als einen Hinweis auf die Funktionstüchtigkeit oder die Eingabebereitschaft eines Systems zu benutzen. Dem Wunsch nach Beleuchtung ist man beim Stand der Technik in einigen Einrichtungen dadurch gerecht geworden, daß eine Signallampe in Nachbarschaft zu dem Tastenfeld angeordnet wurde.

Andere Einrichtungen zur Beleuchtung sind bei­ spielsweise aus der US 4,811,175 bekannt, in der eine beleuchtete Schalteranordnung mit einem Mem­ brantastenfeld beschrieben worden ist. Jeder Schal­ ter der bekannten Anordnung verfügt über eine Licht durchlassende Abdeckung aus einem metallischen Netz. Das Licht einer im Innern des Schalters ange­ ordneten LED dient als Lichtquelle, deren Licht den Schalter durchquert und den zu drückenden Flächen­ bereich der transparenten Kunststoffmembran des Membrantastenfeldes beleuchtet. Diese Art der Kon­ struktion schränkt die Möglichkeiten der Anordnung von Tasten und Schaltern ein, da die Konstruktion des elektrischen Schalters die optischen Anfor­ derungen nach Lichtdurchlässigkeit des Schalters berücksichtigen muß.

Andere Wege zur Erzeugung von beleuchteten Schal­ tern setzen einen Kegel mit einem einzelnen Loch ein, durch welches die Lichtquelle hindurchtreten kann. Diese Art der Beleuchtung kann mit einigen Tastenfeldern inkompatibel sein, da die Anordnung der Lichtquelle für die Betätigung des Schalters störend sein kann.

Weitere Anforderungen, die bei der Konstruktion für ein Tastenfeld auftreten, sind unter anderem eine niedrige Bauhöhe, ein hoher Kontrast der zusammen­ gebauten Schalter und die Möglichkeit, einen Erken­ nungseffekt für einen speziellen Tastenfeldschalter zu erzeugen.

In der DE 36 28 781 A1 ist eine beleuchtete Folien­ tastatur einer Schalteranordnung beschrieben, bei der eine einzige Lichtquelle für das gesamte Mem­ brantastenfeld zur Beleuchtung aller Felder vorge­ sehen ist. Dazu wird eine einzige Lichtquelle über einen flächigen Lichtwellenleiter mit dem Membran­ tastenfeld verbunden, wobei die elektrischen Schal­ ter entweder unterhalb oder oberhalb des Lichtwel­ lenleiters angeordnet sind. Bei einer Anordnung oberhalb des Lichtwellenleiters ist es erforder­ lich, eine lichtdurchlässige Schalterkonstruktion zu verwenden, wodurch sich zusätzliche nicht elek­ trische Forderungen an die Konstruktion der elek­ trischen Schalter der Schalteranordnung des Mem­ brantastenfeldes ergeben. Insbesondere ist es bei der bekannten Anordnung vorgesehen, lichtdurch­ lässige Leiterbahnen zu verwenden, um ein Auskop­ peln des Lichtes aus dem Lichtwellenleiter und aus dem Membrantastenfeld zu ermöglichen. Es liegt auf der Hand, daß eine derartige Anordnung zu verhält­ nismäßig hohen Lichtverlusten führt, die den Ein­ satz von Lichtquellen höherer Leistungen erforder­ lich machen.

Die DE 38 03 023 C2 beschreibt ein rückwärtig be­ leuchtbares Tastenfeld, bei dem jeder Taste des Tastenfeldes nicht nur ein gesonderter Schalter sondern auch eine gesonderte Lichtquelle zugeordnet ist. Der elektrische Schalter wird dabei parallel zur Betätigungsrichtung von einem Lichtwellen­ leiterstab durchquert, dessen lichtaussendendes freie Ende unterhalb der Tastenkappe des Schalters endet und dessen lichtempfangendes freie Ende mit einer Leuchtdiode gekoppelt ist. Diese Anordnung führt zwar dazu, daß die Lichtverluste verhältnis­ mäßig klein gehalten werden können, jedoch müssen die elektrischen Schalter des Tastenfeldes mit einem Durchbruch für den stabförmigen Lichtwellen­ leiter versehen sein. Weiterhin wird nur ein Teil des von der jeweiligen Leuchtdiode emittierten Lichtes in die stabförmigen Lichtleiter eingekop­ pelt, so daß ein Teil des ursprünglich erzeugten Lichtes nicht ausgenutzt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine beleuchtete Schalteranordnung mit einem Membran­ tastenfeld zu schaffen, bei der nur geringe Licht­ verluste auftreten und es nicht erforderlich ist, lichtdurchlässige elektrische Schalter zu verwen­ den.

Die vorliegende Erfindung behebt die mit beleuchte­ ten Schalteranordnungen nach dem Stand der Technik zusammenhängenden Probleme durch das Schaffen einer einzigen Schicht der Membrantastenfeld-Elemente, wobei die Kosten der Herstellung verringert sowie der Kontrast und die Lichtausgabe verbessert wer­ den, indem das Licht um übliche Schalter herum­ geleitet wird.

Die Erfindung schafft eine beleuchtete Schalterein­ heit mit einer Schalterschicht, auf der übliche Membran- oder Kalotten-Tastenfelder angeordnet und verbunden werden. Die Schalterschicht umfaßt trans­ parente Bereiche, die den Schalter umgeben und welche in erleuchtetem Zustand den Schalter hervor­ heben und mit ihrem Licht den Schalter im wesent­ lichen umgeben. Eine Schalteranordnung, üblicher­ weise eine gedruckte Schaltung, umfaßt mindestens eine Lichtquelle für jeden Schalter. Es sind ge­ eignete ausgeschnittene Bereiche auf der gedruckten Schaltung angeordnet, die sich in Übereinstimmung mit transparenten Bereichen auf der Schalterebene befinden. Jeder Lichtquelle ist ein Reflektor zuge­ ordnet, so daß Licht von der Lichtquelle vom Re­ flektor zurückgeworfen und zurück durch die trans­ parenten Bereiche geleitet wird, so daß es den Schalter und den Schalterbereich auf dem Tastenfeld in klarer Weise erhellt. Jede der Lichtquellen der gedruckten Schaltung kann einzeln von einer Quelle elektrischen Stroms angesteuert werden.

Ein Vorteil der beleuchteten Schalteranordnung gemäß der vorliegenden Erfindung liegt darin, daß eine Schalteranordnung mit niedriger Bauhöhe und mit einem hohen Kontrast erstellt werden kann, bei der jeder Schalter einzeln erleuchtet oder ausge­ wählt werden kann. Zusätzlich gestattet das System eine Anzeige des Schalters, falls die Lichtquelle in Reihe mit dem Schalter und der Spannungsquelle verbunden ist.

Ein weiterer Vorteil der beleuchteten Schalteran­ ordnung gemäß der vorliegenden Erfindung liegt darin, daß beim Einsatz von maximal zwei gedruckten Schaltungen die Kosten für die Herstellung der Schalteranordnung minimiert werden können. Zusätz­ lich kann die Benutzung von üblicher Tastenfeld­ technologie die gewünschte Biegsamkeit, Abnutzungs­ eigenschaften, Tast- und Anschlaggefühl von Membran- und Kalotten-Tastaturfeldern erhalten.

Die Erfindung lehrt die Konstruktion eines beleuch­ teten Tastenfeldes mit einem Membrantastenfeld mit diesem zugeordneten Schaltern. Das Membrantasten­ feld umfaßt transparente Bereiche, durch welche Licht hindurchtreten kann. Weiterhin ist jeweils eine Lichtquelle in unmittelbarer Nähe zu dem Schalter oder unter diesem angeordnet und mit einem Reflektor versehen, der für ein Zusammenwirken mit der Lichtquelle angeordnet ist, so daß dieser Licht von der Lichtquelle reflektiert, wobei das von der Lichtquelle erzeugte Licht durch den transparenten Bereich hindurch reflektiert wird und den Bereich um den Schalter von hinten beleuchtet.

Die beleuchtete Schalteranordnung kann ein Membran­ tastenfeld mit einer Unterseite und einer Oberseite aufweisen. Die Schalter sind an der Oberseite dieses Membrantastenfeldes befestigt, wobei sie an Orten und Bereichen angeordnet sind, an denen Licht hindurchtreten kann. Es ist weiter eine Schaltungs­ platte mit einer Unterseite und einer Oberseite vorgesehen, die Bereiche aufweisen, durch welche Licht hindurchtreten kann. Dabei sind diese relativ zu dem Membrantastenfeld so angeordnet, daß ent­ sprechende Bereiche der jeweiligen Platte bzw. des jeweiligen Feldes übereinander ausgerichtet sind. Es sind weiterhin Lichtquellen mit der Schaltungs­ platte verbunden und mit jeweils einem Reflektor versehen, der für ein Zusammenwirken mit der jewei­ ligen Lichtquelle angeordnet ist, so daß von den Lichtquellen erzeugtes Licht durch die Bereiche der Platte bzw. des Feldes hindurch reflektiert wird.

Die oben beschriebenen und weitere Merkmale und Vorteile dieser Erfindung und die Wege, diese zu erreichen, werden mit Hilfe der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen leichter zu verstehen sein. Es zeigen:

Fig. 1 ein Querschnitt durch eine beleuchtete Schalteranordnung gemäß der vorliegenden Erfindung,

Fig. 2 ein weiterer Querschnitt durch eine beleuchtete Schalteranordnung gemäß der vorliegender vorliegenden Erfindung mit betätigtem Schalter,

Fig. 3 eine teilweise Schnittdarstellung einer beleuchteten Schalteranord­ nung gemäß der vorliegenden Erfindung, und

Fig. 4 eine Explosionsdarstellung der beleuchteten Schalteranordnung gemäß der vorliegenden Erfindung.

Übereinstimmende Bezugszeichen bezeichnen gleiche Teile in allen Figuren. Die hier beschriebene Ausführungsform zeigt das bevorzugte Ausführungsbeispiel der Erfindung, aber diese Art der Ausführungsform soll den Rahmen der Erfindung in keinster Weise einengen.

Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen und insbesondere auf die Fig. 1 wird nun eine Schalteranordnung 10 beschrieben, die über eine Membran-Schalttafel 12 verfügt, welche mit einer Kunststoff-Membranabdeckung 14 versehen ist. Die Membranabdeckung 14 aus Kunststoff deckt eine Schaltermatrix ab, die eine Vielzahl von Schaltern 16 umfaßt, von denen einer in den Fig. 1 und 2 dargestellt ist. Die Membran-Schalttafel 12 und die Membranabdeckung 14 aus Kunststoff umfassen transparente Bereiche 18. Transparente Bereiche 18 umfassen farbige oder durchsichtige Symbole, Buchstaben oder Zahlen als Hinweis auf die Schal­ terfunktion. Zusätzlich können transparente Bereiche 18 den Schalter 16 im wesentlichen umgeben, so daß, wenn dieser erleuchtet ist, ein erkennbarer Lichtring um den Schalter 16 erstellt wird.

Jeder Schalter 16 umfaßt üblicherweise einen kalottenförmigen Momentkontakt­ schalter oder Taster, der eine elektrisch leitende Kalotte 20 und einen elek­ trischen Kontakt 22 umfaßt, die unter diesem angeordnet sind. Das Ausüben eines Druckes auf die Kalotte 20 führt zu ihrer Durchbiegung, so daß deren Mitte mit der Mitte des elektrischen Kontaktes 22 verbunden wird und somit einen elek­ trisch leitenden Übergang zwischen den beiden angeschlossenen elektrischen Schaltungen erstellt. Andere Arten von Schaltern können bei anderen Ausfüh­ rungsformen eingesetzt werden. Es ist einfach zu erkennen, daß bekannte Mittel eingesetzt werden können, um den Schalter 16 in der beschriebenen Weise in elektrische Schaltungen einzubinden. Ein Typ eines Membrantastenfeldes, welches im Handel erhältlich und für solch einen Einsatzzweck vorgesehen werden kann, ist das von einer Membran abgedeckte Kalottentastenfeld von York aus Penn­ sylvanien, USA.

In der einfachsten Ausgestaltung der Erfindung wird eine gedruckte Schaltung oder Schaltungsplatte 24 eingesetzt, die über eine erste und eine zweite Ober­ fläche verfügt. Eine Vielzahl von Lichtquellen 26 wie zum Beispiel Lumineszenz­ dioden (LED) oder Glühlampen sind in der Nähe der zweiten Oberfläche der gedruckten Schaltung 24 oder mit dieser verbunden angeordnet. Die gedruckte Schaltung 24 verfügt ferner über eine Vielzahl von Durchgangslöchern 28, die Bereiche ausbilden, durch die Licht hindurchtreten kann. Lichtquellen 26 können eine oder mehrere LED's oder Glühlampen umfassen. In einigen Fällen können verschiedenfarbig leuchtende LED's eingesetzt werden, um verschiedene Farben zu erzeugen und diese verschiedenen Farben durch die transparenten Bereiche 18 hindurchtreten zu lassen. Jede Lichtquelle 26 kann unabhängig voneinander über Steuerleitungen gesteuert werden, die mit einem Verbinder 32 verbunden sind. Bei einer anderen Ausgestaltung der Erfindung können die transparenten Berei­ che 18 innerhalb des Tastenfeldes 12 geschwärzt oder gefärbt sein. Bei einer weiteren Ausführungsform kann die Lichtquelle 26 unterhalb des Membran- Tastenfeldes 12 befestigt sein.

Ein Reflektor 30 mit einer reflektierenden Oberfläche 32 ist der Lichtquelle 26 zugeordnet. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die gedruckte Schal­ tung 24 und der Reflektor 30 mit Befestigungselementen wie Bolzen, Schrauben und Muttern miteinander verbunden. Der Reflektor 30 ist aus einem Stück Metall wie poliertem Aluminium oder Stahl hergestellt, wodurch Reflektionsflächen 32 erzeugt werden, die in dem Boden einer Ausnahme ausgebildet sind, die die Lichtquelle 26 umgeben oder umschliessen. Wenn die Anordnung 10 zusammen­ gesetzt ist, dann stehen die Löcher 28 und die transparenten Bereiche 18 in fluch­ tender Ausrichtung zueinander.

Für eine zusätzliche Stützung zwischen den beteiligten Schichten der Schaltungs­ anordnung 10 kann ein klarer Kunststoffträger 34 zwischen dem Membrantasten­ feld 12 und der gedruckten Schaltung 24 angeordnet sein. Der Träger 34 aus Kunststoff kann aus jedem klaren Kunststoff wie Mylar oder anderen äquivalen­ ten Kunststoff-Materialien hergestellt sein. Für eine noch verbesserte Stützung kann eine Metallplatte, wie zum Beispiel eine Stahlplatte 36, zwischen dem Membran-Tastenfeld 12 und der gedruckten Schaltung 24 angeordnet sein. Diese wird vorzugsweise zwischen dem klaren Träger 34 aus Kunststoff und der ge­ druckten Schaltung 24 angeordnet. Die Metallplatte 36 umfaßt eine Vielzahl von Öffnungen 38, die mit den transparenten Bereichen 18 und den Löchern 28 fluchtend ausgerichtet sind, durch welche das Licht hindurchtreten kann.

Im Betrieb gestattet die beleuchtete Schalteranordnung, daß das Membran- oder Kalotten-Schalterfeld 12 hintergrundbeleuchtet ist und nach Vorgabe an- und abgeschaltet wird. Wie in den Fig. 1 und 2 dargestellt, fällt Licht der Lichtquellen 26. das mit dem Pfeil 40 bezeichnet wird, auf reflektierende Oberflächen 32 oder auf einen Reflektor 30. Das reflektierte Licht, das durch die Pfeile 42 bezeichnet wird, fällt dann durch Löcher 28 in der Platte der gedruckten Schaltung 24, durch Öffnungen 38 in der Stahlplatte 36, durch den Kunststoffträger 34, und durch durchsichtige Bereiche 18 und aus der Schalteranordnung 10. Jede Lichtquelle 26, die einem Schalter 16 zugeordnet ist, kann einzeln über einen Schalter 16 oder eine andere Schaltung gesteuert werden. Die Fig. 2 zeigt einen Bediener, der eine leitende Kalotte 20 in einen elektrischen Kontakt mit der elektrischen Kontakt­ fläche 22 niederdrückt, wodurch eine Schalterbahn geschlossen wird, wie es aus dem Stand der Technik bekannt ist.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung kann eine Vielzahl von Schal­ tern 16 auf einem Tastenfeld eingesetzt werden. Ein solches beispielhaftes Tastenfeld, welches mit dem Bezugszeichen 44 versehen ist, umfaßt jeweils einen umgrenzten Bereich 46 mit einer Membranabdeckung 14, die einen erhöhten Bereich erzeugt, so daß es dem Bediener möglich ist, zu entscheiden, daß ein Schalter 16 unterhalb des Bereiches 46 angeordnet ist. Wie in der Fig. 3 darge­ stellt können verschiedene Arten von transparenten Bereichen 18 eingesetzt werden, um Buchstaben, Zahlen oder Symbole darzustellen. Darüberhinaus können transparente Bereiche 18 eingesetzt werden, um Schalterumrisse oder Hinweise auf Schalter zu erzeugen, um den Benutzer zum Bedienen des richtigen Schalters 16 hinzuführen. Wie in der Fig. 3 dargestellt umfaßt jeder Schalter 44 zwei ihn wie eine Klammer umfassende, transparente Bereiche 48a und 48b, aber nur einige sind in der Zeichnung mit Bezugszeichen versehen. Bereiche 49, die die Schalter 44 umklammernden Bereiche 48a und 48b trennen, sind an den Stellen angeordnet, an denen Kabel 51 oder entsprechende Abschnitte gedruckter Leiterplatten unsichtbar für den Benutzer hinter den Bereichen 49 durchgeführt werden. Jede dieser transparenten klammerförmigen Bereiche gestattet es, einen Schalterbereich 44 hervorzuheben oder zu beleuchten. Der strichlinierte Kreis 50 bezeichnet die Lage des Schalters 16 und die Lage der unter dem Schalter 16 angeordneten Lichtquelle 26.

Das Ausführungsbeispiel des beleuchteten Tastenfeldes 10, welches in den Fig. 1 und 2 dargestellt ist, kann in der in der Fig. 4 dargestellten Weise hergestellt werden. Das Membran-Tastenfeld 12 mit seiner Vielzahl von Schaltern 16 umfaßt einen elektrischen Anschluß 52, um das Hinführen von elektrischen Signalen hin und von anderen Bauteilen zu den Schaltern 16 zu vereinfachen. Das Membran- Tastenfeld 12 kann befestigt und verstärkt werden, indem es beispielsweise auf einem transparenten Kunststoffträger 34 geklebt wird. Eine Öffnung 54 kann dabei in dem transparenten Kunststoffträger 34 vorgesehen sein, um einen Durchgang für den elektrischen Anschluß 52 zu schaffen.

Wie es weiterhin in der Fig. 4 dargestellt ist, wird eine Stahlplatte 36 vorgesehen, die eine Vielzahl von nach unten gerichteten gewindeten Zapfen 56 aufweist, um der gedruckten Schaltung 24 und den Reflektor 30 genau anzuordnen, auszurich­ ten und zu befestigen. Die Zapfen 56 sind mit Lö­ chern 58 fluchtend ausgerichtet, die in der ge­ druckten Schaltung 24 vorgesehen sind und greifen ferner in Bohrungen 60 ein, die durch den Reflektor 30 verlaufen. Die Anzahl der Zapfen 56, der Löcher 58 und der Bohrungen 60 sind ausreichend bemessen, um die gedruckte Schaltung 24 mit den zugeordneten Lichtquellen 26 und mit dem Reflektor 30 zu verbin­ den. Eine Vielzahl von Muttern 62 sind auf die gewindeten Zapfen 56 aufgeschraubt und verbinden damit die Stahlplatte 36, die gedruckte Schaltung 24 und den Reflektor 30. Durch die Verbindung des Membran-Tastenfeldes 12 mit der gedruckten Schal­ tung 24 mit zentral angeordneten LED's parallel zu den Schaltern 16 kann eine sehr kompakte und ein­ fach zusammenzubauende Schalteranordnung herge­ stellt werden.

Claims (6)

1. Beleuchtete Schalteranordnung (10) mit einem Membrantastenfeld (12) mit diesem zugeordneten Schaltern (16), wobei das Membrantastenfeld (12) Bereiche (18) umfaßt, durch welche Licht hindurch­ treten kann, mit Lichtquellen (26), die jeweils in unmittelbarer Nähe zu den zugeordneten Schaltern (16) angeordnet sind, und mit Reflektoren (30), die für ein Zusammenwirken mit den Lichtquellen (26) vorgesehen sind, wobei die Reflektoren (30) jeweils einen Hohlraum aufweisen, der von einer Wand (32) begrenzt wird, wobei diese Wand (32) geeignet ist, Licht zu reflektieren, so daß das von den Licht­ quellen (26) erzeugte Licht (40) durch die licht­ durchlässigen Bereiche (18) hindurch reflektiert wird.

2. Schalteranordnung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalter (16) an der Ober­ seite des Membrantastenfeldes (12) befestigt sind und eine Schaltungsplatte (24) mit einer Oberseite und einer Unterseite vorgesehen ist, die Bereiche (28) aufweist, durch welche Licht hindurchtreten kann, wobei die Schaltungsplatte (24) und das Mem­ brantastenfeld (12) relativ zueinander so angeord­ net sind, daß entsprechende transparente Bereiche (18 und 28) der Schaltungsplatte (24) und des Mem­ brantastenfeldes (12) übereinander fluchtend ausge­ richtet sind, und daß die Lichtquellen (26) mit der Schaltungsplatte (24) verbunden sind, wobei das von den Lichtquellen (26) erzeugte Licht (40) durch die jeweils zugeordneten Bereiche (18 und 28) der Schaltungsplatte (24) und des Membrantastenfeldes (12) hindurch reflektiert wird.

3. Schalteranordnung (10) nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Licht­ quelle (26) eine Lumineszenzdiode ist.

4. Schalteranordnung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Wand (32) jedes Reflektors (30) poliertes Aluminium aufweist.

5. Schalteranordnung (10) nach einem der vor­ stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Vielzahl von Schaltern (16) und Lichtquel­ len (26) umfaßt, deren Lichtquellen (26) unabhängig voneinander ansteuerbar sind, wobei mehrere Licht­ quellen (26) zu gleicher Zeit aktiv sein können.

6. Schalteranordnung (10) nach einem der vorste­ henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jeder transparente Bereich (18) den zugeordneten Schalter (16) im wesentlichen umgibt.