DE1965581A1

DE1965581A1 - Kurzhubiger Schalter

Info

Publication number: DE1965581A1
Application number: DE19691965581
Authority: DE
Inventors: Adeison Alexander Michael; Jerome Swartz
Original assignee: WILD ROVER CORP
Current assignee: WILD ROVER CORP
Priority date: 1968-12-30
Filing date: 1969-12-30
Publication date: 1970-07-23
Also published as: BE781833Q; DE1965581B2; AU471982B1; GB1260027A; US3602677A; CA918208A

Description

J5O. Dezember I969 7OS9 RS

WILD ROVER CORPORATION 241 Herbert Avenue, Closter, N.J., V.St.A.

Kurzhubiger Schalter

Die Erfindung betrifft einen kurzhubigen Schalter mit Betätigung durch eine geringe Kraft in Form eines Tastdruckes. Im besonderen ist die Erfindung auf einen mechanischen, mit f geringer Kraft und geringem Hub und durch Tastdruck betätigbaren Schalter, der verhältnismässig starke elektrische Ströme führen kann und ohne Störung bei vielen wiederholten Betätigungen arbeitet. Die Erfindung ist auch auf Schalter im allgemeinen anwendbar und verwendet innere Kontaktanordnungen in Parallelschaltung und in Reihenschaltung, um das Schliessen und Unterbrechen eines elektrischen Stromkreises zu unterstützen.

Aufgabe der Erfindung ist vor allem die Schaffung eines mechanischen Schalters» der vom Benutzer durch Tastdruck

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bei geringer oder keiner Betätigungsempfxndung betätigt werden kann, d.h. eines Schalters mit geringem Hub und geringer Kraft zur Betätigung. Durch Tastdruck betätigbare Schalter werden bereits verwendet, wobei bei vielen bei der Betätigung KapazitätsVeränderungen auftreten. Die meisten mechanischen Schalter sind nicht wirklich tastdruckbetätigbar und der Benutzer nimmt eine bestimmte BEtätigungsempfindung wahr, die durch die Erfindung vermieden werden soll.

Die herkömmlichen Schalter beruhen in ihrer Bauart in erster Linie auf der praktischen Notwendigkeit hoher Stoß- und Zugkräfte während der Schalteraktivierung und -Deaktivierung, um einen geringen Widerstand zu erzeugen, Verschweissungen, die sich bilden können, zu brechen und die Kontakte zu reinigen. Durch die Erfindung soll ein Schalter geschaffen werden, der zur Betätigung nur eine Grammkraft, z.B. von etwa 20 oder 30 g, braucht. Hierbei muß der Kontaktwiderstand und die Lichtbogenbildung durch andere Faktoren auf ein Mindestmaß herabgesetzt werden. Das Wesen der Tastbetätigung beschränkt jedoch den Kontaktwiderstand im Einschaltzustand, das Leistungsaufnahmevermögen und die Lebensdauer im Vergleich zu ähnlichen Vorrichtungen für grössere Kräfte ohne Tastbetätigung. Zur Tastdruckbetätigung muß der Hub und damit der Kontaktabstand im ausgeschalteten- Zustand des Schalters ausreichend klein sein, um bei der Betätigung in den Einschaltzustand das Druckknopfgefühl zu vermeiden, und der bewegliche Kontakt muß verhältnismässig dünn und leicht sein, um eine weiche äquivalente Federwirkung zu erhalten. Die Stoßdrücke auf den Kpntakt sind daher etwas schwächer. Infolgedessen ist in höherem Maße ein Problem hinsichtlich der Kontaktverunreinigung und Anlagerungen infolge von Oxyden und Oberflächenfilmen vorhanden. Es steht eine geringere Masse zur Aufnahme des Lichtbogen-Abbrandes und zur Aufnahme der Feinwanderung von Kontaktmetall und des elektrischen

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sowie mechanischen Verschleisses zur Verfügung. Ferner ist eine Zunahme des Kontaktwiderstandes und eine entsprechende Verlustleistung zu erwarten, was zu einer Erwärmung der Kontaktelemente und zu einer geringeren Oberschlagspannung im Ausschaltzustand führt. «

Bei allen diesen Beschränkungen können erfindungsgemässe tastdruckbetätigte Schalter in geeigneter Weise unter Aktivierung durch 20 oder 30 g arbeiten, wobei eine zuverlässige Arbeitsweise über etwa 1 Million Betätigungen aufrecht erhalterPwird, ein Kontaktwiderstand von 50 Milliohm erzielt und ein Spannungs-Stromstärke-Bereich von beispielsweise mehreren 100 V und bis zu 15 Ampere umfaßt wird.

Die Erfindung geht davon aus, daß das Kennzeichen der sogenannten "Ta8tⁿ-Betätigung geringe Kraft und geringer Hub ist. Es wird ein biegsames Kontaktelement als bewegliches Element in einem Schalter verwendet, welches Element einen biegsamen Teil wegen der Anpassungsfähigkeit und einen Kontaktgabeteil aufweist, der eine Anzahl sich parallel erstreckender Kontaktsegmente für den Kontakt mit einem festen Basiselement des Schalters besitzt. Der Durchbiegungsabstand d (quer), der notwendig ist, um einen elektrischen Kontakt zwischen den Kontaktsegmenten und dem Basiselement ^ herzustellen, wird auf weniger als etwa 0,20 mm (0,008 ") ™

gehalten, um einen geringen Hub und einen Kontakt über einen grossen Bereich zu erhalten. Ferner hat der biegsame Teil des federnden Kontaktelements eine wirksame Abmessung L und eine äquivalente Federkonstante in einer axialen Richtung. Die Abmessung L wird so gewählt, daß das Verhältnis des Querabstandes d zur axialen Länge L weniger als etwa 0,02 beträgt. Wenn ein solches Verhältnis zwischen den Abständen d und L aufrechterhalten wird, wird die Durchbiegung in der Querrichtung begünstigt. Insbesondere ist, wenn eine Querkraft Q erforderlich ist, um die Querdurchbiegung d hervorzurufen, die Kraft Q viel kleiner als erforderlich

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wäre, um die. gleiche Durchbiegung d in der axialen Richtung herbeizuführen. Werin die äquivalente axiale Federkonstante so gewählt wird, daß sie angemessen "weich" ist, wird durch eine solche axiale Federkonstante zusammen mit dem vorerwähnten Verhältnis von d zu L die Querkraft, die zur Betätigung des Schalters durch Tastdruck notwendig ist, um einen elektrischen Kontakt zwischen den Kontaktsegmenten und dem Basiskontakt herbeizuführen, wirksam auf weniger als etwa 100 g herabgesetzt. Es ist der Bereich, innerhalb welchem der Abstand d bzw. der Hub auf weniger als etwa 0,20 mm (etwa 0,008 ") begrenzt ist und die Kraft, die zur Betätigung des Schalters notwendig ist, weniger als etwa 100 g beträgt, der eine Betätigung mit geringer Kraft und geringem Hub in Form eines Tastdruckes ergibt.

Der verwendete geringe Hub ergibt, wie erwähnt, für sich einen Kontakt über einen grossen Bereich zwischen dem Kontakt· gabeteil des federnden Kontaktelements und dem festen Basiselement. Der Kontakt über einen grossen Bereich gewährleistet einen Parallelbetrieb, da eine Vielzahl von erweiterten Leitungszonen für das tatsächliche Leiten von elektrischem Strom verantwortlich ist. Der Parallelbetrieb begünstigt durch die Anzahl von parallelen und erweiterten KontaktSegmenten, die den Kontaktgabeteil des federnden Kontaktelements bilden. Jedes Segment kann als eine Reihe von erweiterten Punktkontakten bildend, wenn der Schalter betätigt wird, betrachtet werden, und die Anzahl von Segmenten bildet daher eine Gruppe von erweiterten Punktkontakten oder Kontaktlinien im Schalter. Der hierbei erzielte Kontakt bei einem grossen Bereich ergibt eine gute Stromverteilung über alle Teile des federnden Kontaktelements und der Stromfluß wird "nicht auf einen einzigen Punkt oder eine einzige Zone konzentriert, wie dies bei den bekannten Schaltern der Fall ist.

Ein Kontakt über einen grossen Bereich wird auch dadurch

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begünstigt, daß das federnde Kontaktelement (konkav zum Basiselement) geringfügig gebogen wird,, so daß beim Biegen in Kontakt mit dem Basiselement ein Kontakt über einen weiten Bereich stattfindet. Der beim Schalter vorgesehene geringe Hub führt notwendigerweise zu einem Überschlagproblem bei normalen elektrischen Spannungen. Dieses Problem wird durch die Verwendung einer Vielzahl von in Reihe gestalteten Spalten im Schalter selbst, so daß die Spannung auf die Spalte aufgeteilt wird, so daß praktisch eine höhere Spannung durch den Schalter geleitet werden kann, selbst wenn kleine Spaltabstände wegen des geringen Hubes verwendet werden, gelöst. Beispielsweise kann das federnde Kontaktelement dazu verwendet werden, eine Anzahl Reihenschaltungen zu schliessen. Der kleine Spalt bei jeder Reihenschaltung wird einer kleineren Spannung als die vom Schalter geleitete Gesamtspannung ausgesetzt, wodurch das Oberschlagproblem beseitigt wird, das sonst vorhanden sein würde.

Zum besseren Verständnis wird die Erfindung rachfolgend anhand beispielsweiser Ausführungsformen näher beschrieben und zwar zeigen:

Fig. 1 eine vereinfachte Darstellung eines erfindungsgemässen kurzhubigen Schalters mit Betätigung durch eine geringe Kraft in Form eines Tastdruckes;

Fig. 2 eine schaubildliche Ansicht eines erfindungsgemässen Schalters;

Fig. 3 eine auseinandergezogene Darstellung, welche die versthiedenen Teile des Schalters nach Fig. 2 zeigt;

Fig. 4 eine Unteransicht des Schalters nach Fig. 2;

Fig. 5 in vergrössertem Maßstab eine Ansicht im Schnitt nach der Linie 5-5 in Fig. H;

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Fig· 6 in vergrössertem Maßstab eine Draufsicht des Schalters nach Fig. 2, teilweise weggebrochen;

Fig. 7 in vergrössertem Maßstab eine Ansicht des Schalters im Schnitt nach der Linie 7-7 in Fig.'6;

Fig. 8 eine Schnittansicht eines anderen erfindungsgemässen Schalters;

Fig. 9, 10-und 11 vereinfachte Darstellungen von erfindüngsgemässen Reihenparallel-Schaltanordnungen;

Fig. 12 - 26 vereinfachte Darstellungen verschiedener erfindungsgemässer federnder Kontaktelemente·

In Fig. 1 ist das Wesen der Erfindung in Anwendung auf einen Schalter dargestellt, der ein gewelltes und elektrisch leitendes federndes Kontaktelement 30 besitzt, welches Scheitel 30a und 30b aufweist, welche im wesentlichen in zwei parallelen Ebenen liegen. Das Element 30 zeigt geneigte Teile 30c an seinen axialen Enden (von denen jeder einen Winkel b mit der Vertikalen bildet) und geneigte Teile 30d zwischen den Scheiteln 30a und 30b (von denen jeder einen Winkel c mit der Vertikalen bildet. Die Enden des Elements 30 werden von Stützen 32 getragen, die ihrerseits auf einem leitenden Basiselement 34 aufruhen. Eine Klemme 36 ist mit dem Basiselement 3H verbunden und eine Klemme 38 mit dem federnden Kontaktelement 30. Das Element 30 kann durch eine Wirkungskraft Q betätigt werden, die auf dieses ausgeübt wird und die das Element so durchbiegt, daß eine Vielzahl von Scheiteln 30b benachbart dem Basiselement 3H auf diesem aufliegen.

Die Scheitel 30b des Elements 30 befinden sich in einem Abstand d (in der y-Richtung) vom Basiselement 34. Die Länge

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des Elemente 30 ist mit L in der axialen oder X-Richtung bezeichnet. Für ein solches Element steht die axiale Kraft P mit der axialen Durchbiegung χ nach denfolgenden Ausdruck in Beziehung

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P = kx ·' (1)

wobei k der axiale Federkoeffizient ist. Wenn der Abstand d verhältnismassig klein gewählt wird, sodaß der Ausdruck d/L viel kleiner als Eins ist, kann gezeigt werden, daß die Querdurchbiegung y sich zur Querkraft q wie folgt verhält

Wenn der Ausdruck (2) nach Q aufgelöst wird, wird der folgende Ausdruck erhalten

(3)

Für eine verhältnismässig kleine Durchbiegung, bei der d/L viel kleiner als Eins ist, steht die Kraft, die erforderlich ist, um eine solche Durchbiegung zu bewirken, durch eine Konstante im Verhältnis zum Kubus der Durchbiegung. f Dieses Kubusverhältnis ergibt eine Verstärkung der Durchbiegung in der y-Richtung im Vergleich zu der Verlagerung, die in der X-Richtung bei der gleichen Kraft erhalten werden würde. Zur Erläuterung kann der obige Ausdruck in der folgenden Form neu angeschrieben werden.

Der Zähler Q stellt die Kraft dar, die in der Querrichtung ausgeübt wird, um eine Durchbiegung y hervorzurufen, während der Nenner ky die Federkraft darstellt, die in der axialen

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oder in der X.-Richtung ausgeübt werden müßte, um die gleiche Durchbiegung y zu erhalten. Der Quotient aus den beiden ist ein Kräftevergleich und steht im Verhältnis zum Quadrat des Quotienten £ . Es wurde festgestellt, daß das Verhältnis ij- für die Durchbiegung d zur Betätigung'des Schalters im allgemeinen weniger als 0,02 sein soll. Das Quadrat ist O₁OOOH, was anzeigt, daß die Kraft Q, die zur Betätigung des Schalters erforderlich ist, in der Tat verhältnismässig klein im Vergleich zu der Kraft ist, die notwendig ist, um die gleiche Durchbiegung d in der X-Richtung herbeizuführen.

Die obigen Ausdrücke zeigen die Verstärkung der Durchbiegung an, die erfindungsgemäß verwendet wird, um eine "Tastdruck"-Betätigung bei einem Schalter zu erhalten. Bei der Ausfuhrungsform nach Fig. 1 führt eine verhältnismässig geringe Betätigungskraft Q, die gegen das Element 30 ausgeübt wird, zu einer ausreichenden Durchbiegung für einen Kontakt zwischen, den Scheiteln 30b und dem Basiselement 34. Wegen des verhältnismässig geringen Trennungsabstandes d zwischen den Scheiteln und dem Basiselement besteht die besondere Arbeitsweise des Schalters darin, daß ein Kontakt mit dem Basiselement über nahezu den ganzen Flächeninhalt des federnden Kontaktelements 30 hergestellt wird. Die in Fig. 1 dargestellte Grundform des Schalters ergibt daher einen Kontakt über einen grossen Bereich zwischen den Schalterelementen. Ein Kontakt wird zwischen diesen Elementen durch die Vielzahl von Scheiteln 30b hergestellt. Die Scheitel 30b bilden den Kontaktgabeteil des Elements 30 und sind elektrisch leitende Segmente, welche parallele elektrische Kontakte ergeben. Die Wellungen des Elements 30 machen dieses flexibel und bilden den federnden Teil dieses Elements. Jeder Scheitel 30b ergibt eine Berührungslinie, die in ihrer Erstreckung von der Abmessung des Elemente 30 in einer Richtung senkrecht zu den x- und y-Richtungen in Fig. 1 abhängt.

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Der eigentliche Kontakt wird an einer Vielzahl von Punkten in der "Linie" hergestellt, so daß der Kontakt zwischen jedem Scheitel 30b und dem Basiselement 34 als eine erweiterte Linie einzelner Punktkontakte betrachtet werden kann, die eine erweiterte Kontaktzone bilden. Die Vielzahl von Scheiteln 30b ergeben erweiterte Kronen paralleler Kontakte, wodurch der vom Schalter geführte Strom über die Zonen verteilt wird und die Stromverteilung über das Element 30 relativ gleichmässig gemacht wird. Bei den herkömmlichen_S_ehaltern, bei denen ein Kontakt nur an einem einzigen Punkt oder an wenigen solchen Punkten hergestellt wird, ist die Stromverteilung nicht gleichmässig und kann eine beträchtliche Verschweissung zwischen den Schalterelementen und ein Abbrand sowie eine Lichtbogenbildung stattfinden.

Wenn die Kraft Q nach unten gegen das Element 30 in Fig. ausgeübt wird Cdie Kraft Q ist in Fig. 1 als Punktkraft gezeigt} dies ist eine wirksame Illustration der Kraft, die nicht punktförmig zu sein braucht, sondern über den ganzen Bereich des Elements 30 ausgeübt werden kann), so daß im wesentlichen alle Scheitel 30b gleichzeitig das Basiselement 34 berühren. Der Kontakt über einen grossen Bereich wird noch dadurch gefördert, wenn das Element 30 gekrümmt vorgesehen wird (konkav zum Basiselement 3¹O. Nach der Betätigung zum Kontakt mit dem Basiselement 34 liegen die Scheitel 30b in einer Ebene und machen guten Kontakt mit dem Basiselement. Es können einige Kontakte aufeinanderfolgend entstehen, jedoch können infolge der Vielzahl der betroffenen Scheitel 30b verschiedene Kombinationen von Scheiteln Kontakt mit dem Basiselement 34 zu verschiedenen Zeitpunkten machen. Auf diese Weise können sich die Wege des tatsächlichen Stromflusses von Betätigung zu Betätigung verändern, so daß durch das Element 30 praktisch eine wahllose bzw. willkürliche Verteilung der Stromwege

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erhalten wird. Dies trägt zur Lebensdauer des Schalters so bei, daß der Stromfluß nicht auf irgendwelche besondere Kontaktzonen beschränkt ist.

Zur weiteren Erläuterung der Arbeitsweise des Schalters nach Fig. 1 wird darauf hingewiesen, daß es bekannt ist, daß, wenn zwei nominell glatte» flache Oberflächen in scheinbaren Kontakt über einen wesentlichen Bereich gebracht werden, der tatsächliche Kontakt nur an einer kleinen Anzahl_mikroskopisch kleiner Bereiche stattfindet. Drei solche Kontaktbereichpunkte genügen, die beiden Flächen zu lokalisieren. Daher ist nur ein kl Iner Bruchteil der verfügbaren mechanischen Kontaktfläche bei den herkömmlichen Schaltern elektrisch leitend. Die Bauform nach Fig. 1, bei der das federnde Element 30 mit erweitertem Kontakt von periodischer Gitterlinien- oder gewellter Form verwendet wird, um Mehrfachpunktleitungsbereiche zu erzielen, wird ein viel grösserer Teil der scheinbaren Kontaktfläche benutzt, so daß sie einer Gestaltung mit einer einzigen äquivalenten scheinbaren Fläche weit überlegen ist. Der Schalter ergibt eine annähernd gleichzeitige oder systematische Folge gesteuerter Stösse zur Verringerung des Kontaktwiderstandes und. der Verlustleistung, der Verteilung der Lichtbogenbildung und zur Herabsetzung des mechanischen Verschleisses, der Materialwanderung u. dgl,. Bei dieser Bauform wird eine angemessene Strombelastbarkeit trotz der dabei angewendeten geringen Kräfte erzielt, d.h.

1 wobei R der Kontaktwiderstand im eingeschalteten \|q ' Zustand ist, der für ein geringes Q normalerweise

groß ist. Dies wird durch die grosse Gesamtkontaktfläche erreicht. Da der Kontakt durch einzelne Abschnitte in paralleler Anordnung hergestellt wird, kann eine Anzahl von Abschnitten Fehler bei der Herstellung des Kontakts aufweisen, wobei jedoch die übrigen stromführenden Abschnitte die Wirkungen solcher Fehler überwinden. Beispielsweise können unvoraussagbare Zufälle ein vorzeitiges Ausfallen eines

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einzelnen Abschnitts verursachen, d.h. an einem der Scheitel 13b, beispielsweise ein ernster lokalisierter LichtbogenQbergang, ein Abbrand oder das Eindringen eines nichtleitenden Staubteilchens,das nicht weggewischt wird, jede von welchen Ursachen das Versagen eines herkömmlichen Schalters zum Schüssen eines Stromkreises verursachen kann. Ein solches Problem hat lediglich eine Verringerung des Wirkungsgrades des Schalters nach Fig. 1 (beispielsweise eine Verringerung um 5 % zu Folge, ohne daß die grundsätzliche Nutzbarkeit des Schalters beeinträchtigt wird. Die Leistung des Schalters wird daher wegen der verschiedenen Zahlen von Scheiteln, die zur Kontaktherstellung zusammenwirken können, nicht ernstlich verschlechtert, sofern nicht viele eolche Scheitel ausfallen.

Wenn das Federelement 30 gebogen wird, bewegen sich die Scheitel 30b etwas in der Richtung der x-Achse, da die winkelige Lage b und c der Teile des Elements 30 eine Wischwirkung verursacht, die sich im Sinne der Herstellung eines guten Kontakts auswirkt und ferner Verschweissungen bricht, die sich zwischen dem Element 30 und dem Basiselement 3U gebildet haben können, wie nachfolgend näher erläutert wird. „

Der Schalter nach Fig. 1 stellt einen nichtlinearen mechanischen Tastmechanismus unter Verwendung von Bauelementen und Materialien dar, weit innerhalb eines angemessenen linearen Gestaltungsbereiches (linear mit bezug auf die x-Richtung) fallen. Wie nachstehend näher erläutert wird, kann ein weiterer Bereich von Abständen d, Druckempfindlichkeit und Nennspannungen und -Stromstärken dadurch erhalten werden, daß eine Anzahl verschiedener physikalischer Parameter der Grundform des Schalters, wie in Fig. 1 gezeigt, einschließlich des Materials und der Dicke des federnden Kontaktelemente, der Formungstechnik, der Winkel b und c, der äusseren mechanischen Verbindungen

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und der Zahl, und der Grosse der erweiterten Kontaktabschnitte oder Scheitel 30b, verändert wird. Druckempfindlichkeitsveränderungen von Schalter zu Schalter machen die Grundform des Schalters als Druckwand geeignet, der zum Beispiel in jedem Falle so eingestellt wird, daß * er zum Schliessen eines Stromkreises aufgrund einr gegebenen ausgeübten Kraft betätigt wird.

Der Kontaktabstand bei offenem Stromkreis, beispielsweise der Abstand d in Fig. 1, und der Verankerungslaschenwinkel (b in Fig; D sind kritisch bei der Bestimmung des Aktivierungsdruckes, der zur Betätigung des Schalters erforderlich ist. Der Spaltabstand d wird normalerweise zwischen 0,06 und 0,10 mm (0,002 5) und (0,00U ") gehalten, kann jedoch bis zu 0,20 mm (0,008 ") betragen". Durch den kurzen Hub wird das Gefühl vermieden, daß der Schalter tatsächlich zur Betätigung niedergedrückt wird, so daß die Empfindung einer einfachen Tastberührung des Schalters erhalten wird. Der Verankerungslaschenwinkel ist wichtig: die zur Aktivierung erforderliche Kraft und die Fähigkeit des federnden Kontaktelements 30, zu ihrem ursprünglichen Spalt d zurückzukehren, kann dadurch geregelt werden, daß derVerankerungslaschenwinkel sowie die Abmessungen und die Materialeigenschaften des federnden Leiters selbst dementsprechend eingestellt werden. Die Federrückführung dieses biegsamen Leiters trägt ebenfalls dazu bei, jede Verschweissung beim Schliessen und Öffnen des Stromkreises zu vermeiden, was zusammen mit dem Wälzen und Gleiten die erwähnte Selbstreinigungswirkung ergibt. Je grosser der Verankerungslaschenwinkel, desto geringer ist der Aktivierungsdruck, der erforderlich ist, wodurch auch der Spaltabstand d und die erzeugten Rückstellkräfte verringert werden. Ee wurde festgestellt, daß der Wirkungsgrad der Bauform im Gebrauch sich verbessert, da die Kontaktpunkte das Bestreben haben« sich selbst in volle Ausfluchtung einzubrennen, wodurch ein wahrer vielfacher, wenn nicht

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gleichzeitiger, Kontakt erhalten wird.

Fig. 2 zeigt eine schaubildliche Ansicht eines erfindungsgemässen Schalters. Wie sich aus Fig. 2 sowie aus Fig. 3 ergibt, welch letztere eine auseinandergezogene Darstellung des Schalters, die alle seine Teile zeigt, gibt, besitzt der Schalter ein Gehäuse UO, das Bohrungen 42 und 44 enthält. Zwei Basis- oder Klemmenelemente 46 und 48 sind in diesen Bohrungen angeordnet. Gewöhnlich werden diese Klemmenelemente beim Preßformen des Gehäuses UO mit eingeformt. Das Gehäuse UO ist vorzugsweise aus einem Kunststoff. Ein Metallring 50, beispielsweise aus Aluminium, dient als Wärmesumpf sowie als/bstützflache für die Ränder eines federnden Kontaktelements 52. Das Element 52 weist eine Platte 52a auf (geringfügig gekrümmt), die als der federnde Teil des Elements dient. An der Platte ist eine Anzahl Drähte 54 befestigt, welche den Kontaktgabeteil des Elements 52 bilden und zur Berührung der Klemmenelemente 46 und U8 dienen. Eine Scheibe 56 (z.B. eine Phenolharzscheibe), ist über dem federnden Kontaktelement 52 angeordnet und eine klare Folie 58, beispielsweise aus Mylar, vervollständigt die Bauelemente des Schalters.

Fig. U - 7 zeigen die Einzelheiten des in Fig. 2 dargestellten fertigen Schalters. Der Ring 50 ist innerhalb einer Nut 50a im Gehäuse UO angeordnet. Die Enden des federnden Kontaktelements 52 ruhen auf dem Ring 50 auf, wie in Fig. gezeigt, so daß das Element 52 in seiner Stellung im Schalter gehalten werden kann, wobei seine Ecken innerhalb von Nuten 60 (siehe auch Fig. 3) gehalten werden. Wenn das Element 52 auf den Ring 50 aufgelegt wird, kommen die an der Unterseite des Federelements befestigten Drähte'5U über den Klemmenelementen U6 und U8 zu liegen.

Bei der Herstellung der Einheit werden, wie erwähnt, die Klemmenelemente U6 und U8 gewöhnlich mit eingeformt. Zuerst

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wird der Ring 50 aufgelegt, worauf das Element 52 mit den Drähten 54 folgt. Sodann wird die Scheibe 56 aufgelegt und auf diese die klare Folie 58. Der ganze Schalter wird hierauf in der Weise geschlossen, daß ein Rand HOa des Gehäuses so umgebogen wird, daß er die in Fig. 4 und 7. gezeigte * Stellung einnimmt, wodurch das Schichtgebilde aus dem Element 52, der Scheibe 56 und der Folie 58 in seiner Lage gehalten wird.

Wie in Fig. 4 und 5 gezeigt, sind die Basis- bzw. Klemmenelemente 46 und 48 mit Schrauben 70 und 72 versehen, durch welche elektrische Leiter 76 und 78 zu diesen Elementen befestigt werden können. Die elektrischen I jiter können in Nuten 80 und 82 im Gehäuse 40 angeordnet werden.

Beispielsweise Abmessungen für den vorangehend beschriebenen Schalter können sein ein Durchmesser von etwa 25,4 mm (etwa 1 ") und eine Tiefe von etwa 7,6 mm (0,300 "). Der Abstand zwischen den Leitern oder Drähten 54 an der Unterseite des Elements 52 und der Oberseite der Klemmenelemente 46 und 48 kann etwa 0,10 bis 0,13 mm (0,004 bis 0,005 ") betragen. Das Element 52 kann aus Messing hergestellt sein, etwa 0,05 mm (0,002 ") dick sein, und die Drähte 54 können vorteilhaft aus Silber-Kadmiumoxyd mit einem Durchmesser von 0,23 bis 0,43 mm (0,009 - 0,017 ") sein (wobei bei der dargestellten Ausführungsform insgesamt 8 Drähte in Abständen von 1,27 mm (0,050 ") voneinander vorgesehen sind). Der Ring 50, von dem angegeben wurde, daß er auch als Wärmesumpf dient, kann ein Aluminiumring mit einer Dicke von 1,27 mm (0,050 ") sein. Die Dicke wird entsprechend dem gewünschten Spalt zwischen der Oberseite der Klemmenelemente 46 und 48 und den Drähten 54 verändert. In diesem Zusammenhang ergibt sich insbesondere aus Fig. 7, daß der Ring 50 die Fläche des Elements 52 in einem kleinen Abstand von einer Fläche 40b des Gehäuses weg hält. Die Fläche 40b dient als Anschlag, welcher die Verlagerung des Federelements 52 begrenzt, so daß, wenn eine

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übermässige Kraft Q auf das Federelement ausgeübt wird, keine übermässige Durchbiegung stattfindet.

Die Klemmenelemente 46 und 48 können aus Messing mit einer Kontaktfläche an ihrer Oberseite aus Silber-Kadmiumoxyd, wie die in Fig. 7 gezeigte Fläche 48a, hergestellt werden.

Der vorangehend beschriebene Schalter verwendet eine geringe Kraft_und einen geringen Hub, um eine wahre mechanische Tastdruckbetätigung zu erhalten, wie vorangehend beschrieben. Das Element 52 ist gewöhnlich geringfügig gekrümmt Cnach unten konkav - siehe Fig. 7), um die Schalterwirkung zu unterstützen. Das Element weist keine zunammengesetzten Kurven auf, so daß dieDrähxe 54 gerade sind. Die beschriebene Schalterausführungsform kann gewöhnlich bis zu etwa 3 Ampere bei 117 Volt Wechselstrom-Netzspannung betrieben werden.

Das Federelement hat einen Federkoeffizienten k in einer axialen oder x-Richtung und der Spalt d zwischen den Drähten 54 und der Oberseite des Klemmenelements 48 ist so klein gewählt, dafi die Kraft Q, die zum Kontaktschluß innerhalb des Schalters erforderlich ist, zum Kubus der Durchbiegung im Verhältnis steht, wie erwähnt.

Einer der Vorteile des Schalters nach Fig. 6 besteht darin, daß ein verhältnismässig gutes federndes Material, wie Messing, verwendet werden kann, während ein verhältnismässig gutes Kontaktmaterial, wie Silber-Kadmiumoxyd, für das eigent lich« Kontaktgabeelement verwendet werden kann. Die Federungs eigenschaften werden im wesentlichen durch das eine Material erzielt, während die Strombelastbarkeit durch ein anderes, besser geeignet«· Material erreicht wird.

Eine Schwierigkeit bei herkömmlichen Kontaktschaltern und

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ein Problem, das bei den Schaltern nach Fig. 1-6 auftritt, ist eine unerwünschte Einschaltstörung, d.h. ein elektrischer Kurzschlußzustand an einem oder mehreren Abschnitten des Schalters. Zur Überwindung dieses Fehlers und um gleichzeitig dem Problem eines Niederspannungs- ' Zusammenbruchs entgegenzuwirken, der durch den notwendigerweise geringen Abstand der Schalterelemente hereingebracht wird, ist erfindungsgemäß eine Mehrfach-Reihenspalttechnik vorgesehen. Im besonderen ist, wie bei dem in Fig. 6 dargestellten Schalter ersichtlich, eine erste Reihe Spalte zwischen dem Klemmenelement 46 und den Drähten 54 vorhanden und eine zweite Reihe Spalte zwischen den Drähten 54 und dem losen Element 48, die geschlossen werden müssen, um eine elektrische Verbindung zwischen den Klemmenelementen zu schliessen. Auf diese Weise wird eine integrale Reihenparallel-Mehrfach-Unterbrechungswirkung erhalten. Die Reihenspalte befinden sich zwischen den Klemmenelementen und den Drähten, während die Parallelanordnung durch die elektrisch parallel geschalteten Drähte 54 erhalten wird, von denen jeder einem der Scheitel 30b in der Schalterrundbav'.form der Fig. 1 entspricht. Was erzielt wird, ist eine Reihenunterteilung eines Lichtbogens unter den einzelnen in Reihe geschalteten Segmenten des Schalters, d.h. zwischen dem Klemmenelement 46 und einem odermahreren der Drähte 54 und zwischen einem oder mehreren der Drähte 54 und dem Klemmene lenient 48. Die Wahrscheinlichkeit von Reihengleichzeitigkeit wird stark erhöht durch die innere Parallelkonstruktion unter Verwendung von Scheiteln 30b oder Drähten 54. Die Zahl möglicher Kombinationen für die Überbrückung der beiden Klemmenelemente 46 und 48 durch die Drähte 54 ist N², wobei N die Zahl der Drähte 54 ist und die Platte 52a als aus leitendem Material 'bestehend angenommen ist. Hierbei ist zu erwähnen, daß bei jeder Zahl von Drähten kleiner als N die Kontaktbildung ausbleiben kann, während andere Drähte die Verbindung vervollständigen, so daß der Schalter weiterarbeitet. Im Wesentlichen hat dann die Rei-

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henparallelanordnung die Lichtbogenspannung innerhalb des Schalters beträchtlich herabgesetzt, die Möglichkeit unerwünschter Einschaltstörungen ausgeschaltet und die Ausschaltzustandspalt- bzw. reine Wiederkehrspannung des Schalters wirksam vervielfacht, um einen Oberschlag infolge von Leitungseinschaltstössen zu vermeiden, wobei der kurze Hub von beispielsweise 0,10 mm (0,00¹I "), der für eine wahre Tastdruckbetätigung notwendig ist, aufrechterhalten wird.

Die Theorie, welche das Verhalten von Mehrfachunterbrechungen erklärt, sagt nicht nur voraus, daß die Mehrfachspaltanordnung wirksamer als ein einziger Spalt von äquivalenter Breite ist, selbst wenn sie mit einer entsprechenden Geschwindigkeit erzeugt wird, sondern es wird auch die Lichtbogendauer selbst um mehr als 50 % dadurch herabgesetzt, daß die Zahl der Unterbrechungen oder Spalte erhöht wird. Hieraus ergibt sich, daß die gesamte Herabsetzung durch den inneren Reihenparallelmodus der Lichtbogenbildung beträchtlich ist und eine Herabsetzung nutzloser und schäd-r licher Schaltenergie darstellt.

Das federnde Kontaktelement kombiniert aus dem biegsamen Element 52 und den Drähten 54 nach Fig. 6 zeigt eine aus- " gesprochene Selbstreinigungs- und Wälzwirkung bei Tastbetätigung zusammen mit verstärkten Stoßdrücken infolge der scharfen Krümmung der eigentlichen Draht- und Kontaktsegmente «

Fig. 8 zeigt eine abgeänderte Ausführungsform eines Schalters mit einem Gehäuse 80, das mit einem Gewinde 80a versehen ist. Das Gehäuse ist mit zwei Basis- bzw. Klemmenelementen 82 und 84 versehen, die in Fig. 9 gezeigt sind. Die Klemmenelemente weisen Stifte 86 und 88 auf, die in sie eingeschraubt sind und zur Herstellung eines elektrischen Kontakts mit den Klemmenelementen dienen.

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Ein gewelltes federndes Kontaktelement 90 mix Drähten 9 2 an seinen unteren Scheiteln ist über den Basiselementen 82 und 84 angeordnet.Ih Fig. 9 sind die Drähte 92 mit gestrichelten Linien dargestellt, um die relative Lage zwischen den Drähten und den Basiselementen anzuzeigen'.

Die Enden des Elements 90 werden durch einen Ring 94 in ihrer Lage gehalten. Ein nach oben gebogener Flansch 94a dieses Ringes dient als Anschlag, gegen welche eine Stabilisierplatte 96 zur Anlage kommt, um den Hub des Elements 90 zu beschränken und dadurch eine Beschädigung des Schalters zu vermeiden. Die Stabilisierplatte wird ihrerseits durch eine Betätigungsplatte 9 8 betätigt, die von einer Feder 100 getragen wird, welche auf dem Ring 94 aufliegt. Ein weiterer Ring 102 hält die Feder 100 in ihrer Lage. Ein mit einem Innengewinde versehener Aussenmantel 104 ist auf das mit einem Aussengewinde versehene Gehäuse 80 aufgeschraubt, um die Konstruktion des Schalters zu vervollständigen. Zur Betätigung des Schalters wird die Betätigungsplatte 98 berührt/Diese Platte steht mit der Stabilisierplatte durch einen Vorsprung 98a in Verbindung, so daß die Kraft im wesentlichen punktförmig auf die Mitte der Stabilisierplatte aufgebracht wird. Das Element 90 wird so abwärts bewegt, daß die Drähte 92 die Klemmenelemente 82 und 84 berühren, wie bei dem vorangehend beschriebenen Schalter nach Fig. 1-7.

Durch die Stabilisierplatte werden die Eigenschaften des federnden Kontaktelements wirksam verändert, wie nachfolgend näher beschrieben wird, je nachdem, wie die Platte am Element angebracht bzw. befestigt ist.

Fig. 9 zeigt das Verhältnis zwischen den Drähten 9 2 und den Basis- bzw. Klemmenelementen 82 und 84. Fig. 9 stellt eine Reihenparallel-Kontaktanordnung dar, welches die gleiche Reihenparallelanordnung wie bei dem Schalter nach Fig.

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- 7 ist, nämlich es vervollständigen die Drähte 92 die Reihenschaltung zwischen den in Reihe geschalteten Klemmenelementen 82 und 84. Die Drähte 92 bilden jedoch parallele Verbindungen zwischen diesen Klemmenelementen. Eine andere Anordnung ist in Fig. 10 gezeigt, bei der eine kompliziertere Reihenanordnung verwendet wird. Bei der Ausführungsform nach Fig. 10 werden Basiselemente 110 und 112 sowie ein Basiszwischenelement im verwendet. Parallelgeschaltexe Drähte 116, die von einem federnden Kontaktelement wie das in Fig. 3 gezeigte getragen werden, werden mit den Basiselementen 110 und 112 und mit dem Basiszwischeneloment 114 in Kontakt gebracht. Wenn das Basiselement 110 eine Eingangsklemme ist und das Basi-selemcnt 112 eine Ausgangsklemme, vervollständigen die Drähte einen elektrischen Stromkreis zwischen den beiden Klemmen dadurch, daß sie die eine Verbindung zwischen den Elementen 110 und 114 bilden und die andere Verbindung zwischen den Elementen 114 und 112. Die zusätzliche Reihenanordnung verteilt die Spannungen über die vielen Spalte, die gebildet werden, um die Wirkungen der Lichtbogenbildung und dgl., wie vorangehend beschrieben, herabzusetzen.

Fig. 11 zeigt wieder eine weitere Ausführungsform mit vier gesonderten Basiselementen 120, 122, 124 und 126. Eine erste " Gruppe parallel angeordneter und elektrisch verbundener Drähte 128 i-st so angeordnet, daß sie Kontakt mit den Basiselementen 120 und 122 hat, während eine zweite Gruppe parallel angeordneter und elektrisch verbundener Drähte 130 so angeordnet ist, daß sie Kontakt mit den Basiselementen 124 und 126 hat. Gewöhnlich sind die beiden Gruppen von Drähten voneinander isoliert, jedoch können sie von einem einzigen federnden Element (nicht gezeigt) getragen werden. Die Anordnung nach Fig. 11 ist beispielsweise als einpoliger Schalter geeignet, in welchem Falle die Basiselemente 120 und 126 Eingangs- bzw. Ausgangsklemmen bilden können. Die Basiselemente 122 und 124 würden elektrisch verbunden sein.

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Bei der Betätigung des Schalters dadurch,, dafi die Drähte 128 und 130 gegen die jeweiligen Basiselemente bewegt werden, werden folgende Verbindungen gebildet: die Drähte 128 überbrücken die Basiselemente 120 und 122, das Basiselement 122 ist mit dem Basiselement 124 verbunden, die Drähte 130 überbrücken die Basiselemente 124 und 126, um das Eingangssignal am Basiselement 120 mit dem Ausgangsbasiselement 126 zu koppeln. Wie ersichtlich, wird eine Vielzahl von Spalten zwischen den Drähten und den Basiselementen gebildet, wie in Fig. 9 und 10 beschrieben, wobei ein Parallelbetrieb durch parallelgeschaltete Drähte 12 8,. 130 erzielt wird.

Ein mehrpoliger Betrieb ist bei der Schalteranordnung nach Fig. 11 ebenfalls möglich. In diesem Falle würden alle Basiselemente voneinander elektrisch isoliert sein und würden die Drähte 128 von den Drähten 130 isoliert sein. Die Basiselemente 120 und 126 können Eingangsklemmen bilden, während die Basiselemente 122 und 124 Ausgangsklemmen bilden können. Die mit den Eingangsbasiselementen 120 und 126 gekoppelten Eingangssignale würden durch die Drähte 128 und 130 mit dem jeweiligen Ausgangsbasiselement 122 bzw. 124 gekoppelt werden.

Hieraus ergibt sich, daß der erfindungsgemässe Schalter ein einpoliger oder mehrpoliger Schalter sein kann. Je nach der Zahl der verwendeten Basiselemente und federnden Kontaktelemente kann ein Betrieb von "m"-Eingangspolen von "n'^Ausgangspolen erzielt werden. Es können Gruppen von Drähten gesondert betätigt werden, wenn sie von gesonderten federnden Elementen getragen werden, oder es kann mehr als eine Gruppe von einem gemeinsamen federnden Element getragen werden.

Fig. 12 - 14 zeigen verschiedene Anordnungen von federnden Kontaktelementen und eine Stabilisierplatte wie bei der Asführungsform nach Fig. 8.In Fig. 12 ist beispielsweise

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das Element 140 mit Drähten 142 an.den unteren Scheiteln des gewellten Elements versehen. Die Stabilisierplatte 144 ist an mehreren der oberen Scheitel befestigt. In Fig.. ist die Stabilisierplatte an den beiden Endscheiteln und an einem Mittelscheitel befestigt. In Fig. 13 ist die . Stabilisierplatte nur an zwei mittleren Scheiteln befestigt und in Fig. 14 ist die Stabilisierplatte nur an den beiden Endscheiteln befestigt. Je nach der Zahl der Scheitel, an denen die Stabilisierplatte befestigt ist, verändert, sich die Steifigkeit des Elements 140, wodurch die Tastiruckeigenschaften des Schalters verändert werden.

Fig.15 zeigt eine weitere Anordnung mit einem federnden Kontaktelement 150, das durch ein Federmaterial 151 und durch eine Verkleidung 152 aus leitendem Material gebildet wird. Es kann daher die Federungsfunktion abgetrennt und im wesentlichen durch das Material 151 ausgeführt werden, während die Leitungsfunktion durch die Verkleidung 152 ausgeführt wird.

Fig. 16 zeigt eine weitere Ausführungsform des federnden Kontaktelements und eine Stabilisierplatte, bei welcher Isoliersegmente 160 die unteren Scheitel des federnden Kontaktelements von dem Basiselemerit 162 in Abstand halten.

Fig. 17 - 26 zeigen eine Anzahl verschiedener Ausführungsformen des federnden Kontaktelements. In Fig. 17 weist das Element 116 einen gewellten Abschnitt 162 und ungewellte Abschnitte 164 und 166 auf, welche die Form waagrechter Teile haben können. Die waagrechten Teilel64 und 166 machen das Gebilde weicher als es der Fall sein würde, wenn der gewellte Teil 162 sich von dem einen Ende des Gebildes zu dessen anderem Ende erstrecken würde.

Fig. 18 zeigt ein federndes Kontaktelement 170 mit zwei gewellten Abschnitten 172 und 174 und einem Zwischenab-

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schnitt 176 in Form eines umgekehrten V. Der mittige Teil 176 in Form eines umgekehrten V ergibt eine seitliche Bewegung der an den Scheiteln des Elements befestigten Drähte 178.

Fig..19 zeigt ein Element 180, bei welchem sich der gewellte Teil von dem einen Ende des Elements zum anderen erstreckt. Drähte 182 sind an jedem zweiten Scheitel befestigt. Die zwischenliegenden Scheitel 186 können etwas flach geformt sein, um den Drähten eine Gleitwirkung zu verleihen, wenn das Element betätigt wird.

Fig. 20 zeigt ein federndes Kontaktelement 200 in gewellter Form, dessen Scheitel 202 in einer ersten Ebene liegen, während Scheitel 204 in einer zweiten Ebene liegen und Scheitel 206 und 208 in einer dritten Ebene. An den Scheiteln 206 sind Drähte 210 befestigt. Die Ausbildung nach Fig. 20 ergibt eine höhere Packungsdichte der Drähte mit bezug auf die Bauform nach Fig. 19. Ferner ergibt die Verwendung der zwischenliegenden etwas kleineren Scheitel 204 eine stärkere seitliche Bewegung als bei der Ausführungsform nach Fig. 19 und macht ferner die Wirkung etwas weicher. Eine Betätigungs- oder Stabilisierplatte 212 ist · in Fig. 20 mit strichpunktierten Linien dargestellt und gegen die Scheitel 202 angeordnet, was anzeigt, daß die Betätigung des Elements-durch diese Scheitel, die in der ersten Ebene liegen, stattfindet.

Fig. 21 zeigt ein federndes Kontaktelement 220. Bei dieser Ausführungsform sind Drähte 222 vorgesehen, die elektrischen Kontakt mit einem Basiselement (nicht gezeigt) machen und es sind zwei solche Drähte für jede Kontaktzone des Elements vorhanden. Jedes Paar von Drähten ist an einem waagrechten flachen Teil 224 befestigt. Das Element weist einen Verankerungslaschenwinkel b auf, mit welchem die Enden 226 des federnden Kontaktelements in den

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is.

inneren Teil desselben erstrecken. Der innere Teil des Elements weist ferner weitere Winkellagen für Teile desselben auf, wie durch die Winkel e, f, g und h dargestellt. Die aiischenliegenden Winkelstellungen verschiedener Teile des Schalters beeinflussen die seitlicha Be-. wegung der Drähte 222 und haben ferner eine Wirkung auf die Tastdruckeigenschaften des Elements,

Fig. 22 zeigt ein federndes Kontaktelement 230, bei welchem die Kontaktfunktion und die Federungsfunktion im wesentlichen voneinander—getrennt sind. Die gewellten Abschnitte 2 32 und 234 sind an den Enden des Elements vorgesehen, um die notwendige Flexibilität und Federungswirkung zu erzielen. Die Kontaktfunktion wird im Mittelteil des Elements durch Drähte 236 erhalten, die starr von einem starren Zwischenplattenabschnitt 238 getragen werden. Die Ausführungsform nach Fig.23 ist der in Fig. 22 dargestellten mit der Ausnahme ähnlich, daß eine Aufeinanderfolgefunktion vorgesehen ist und ferner die elektrische Kontaktfunktion nicht lediglich durch den Mittelteil ausgeführt wird. Das Element 240 der Ausführungsform nach Fig. 23 weist gewellte Endteile 242 und 244 auf, sowie einen Mittelteil 246, der im wesentlichen starr ist, und an dem Drähte 248 befestigt sind. Die oberen Scheitel 250 der gewellten Abschnitte liegen in einer einzigen Ebene. Die unteren Scheitel der gewellten Abschnitte liegen jedoch in verschiedenen Ebenen. Wenn beispielsweise der gewellte Abschnitt 244 betrachtet wird, liegt einer der unteren Scheitel 252 in einer ersten Ebene, ein weiterer unterer Scheitel 254 in einer zweiten Ebene und ein dritter unterer Scheitel 256 wieder in einer anderen unteren Ebene. Die Scheitel 252, 254 und 256 tragen Drähte 258, 260 und 262« Diese letzteren Drähte haben verschiedene Abstände von einem Basiselement Cnicht gezeigt) und die Drähte machen aufeinanderfolgend Kontakt mit dem Basiselement, wenn das federnde Kontaktelement 240 betätigt wird. Im besonderen macht zuerst der Draht 262 Kontakt, sodann der Draht 260

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und schließlich macht der Draht 258 Kontakt in dieser Gruppe von drei Drähten. Die Drähte des Elements können beispielsweise aus verschiedenen Materialien hergestellt werden, so daß ein anfänglicher Kontakt zuerst mit einem verhältnismässig zähen Material hergestellt wird, das eine gute Lichtbogenunterdrückung ergibt, während die aufeinanderfolgenden Kontakte mit weicheren Materialien von geringerem Kontaktwiderstand gemacht werden.

Fig. 24 zeigt ein federndes Kontaktelement 270 mit gewellten Endteilen 272 und 274, einem gewellten Teil 276 im Mittelbereich des Elements und starre Zwischenteile 278 und 280. An den starren Teilen 278 und 280 sind Gruppen von Drähten 282 und 283 befestigt, die mit Basiselementen 284 und 286, welche mit strichpunktierten Linien dargestellt sind, Kontakt machen können. Das Material des Elements 270 soll leitend sein, um einen Leitungsweg zwischen den beiden Gruppen von Drähten 28 2 und 28 3 zu erhalten. Die Federwirkung wird dm wesentlichen durch die seitliche gewellten Abschnitte 272 und 274 erzielt, während der mittlere gewellte Abschnitt 276 im wesentlichen eine Selbstreinigungswirkung herbeiführt (seitliche Bewegung der Gruppen von Drähten 282 und 283), sowie eine elektrische Verbindung zwischen diesen beiden Drähtegruppen.

Fig. 25 zeigt ein federndes Kontaktelement 290, das dem in Fig. 22 dargestellten Element 230 ähnlich ist. In diesem Falle sind die Drähte 2 36 der Ausführungsform nach Fig. durch ein gewelltes und flexibles Kontaktgabeelement 292 ersetzt, das an einem starren Plattenabschnitt 294 des Elements befestigt ist. Die gewellten Endabschnitte 296 und 298 entsprechen den gewellten Endabschnitten 232 und 234 in Fig. 22. Eine weitere Abänderung ist jedoch in Fig. 25 insofern vorgenommen, als einige der oberen Scheitel der gewellten Endabschnitte am oberen Ende abgeflacht sind, wie bei 300 gezeigt, während zwei Scheitel abgerundet sind,

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wie bei 302 gezeigt. Scheitel 300 und 302 haben verschiedene Höhen und eine Betätigungs- bzw. Stabilisierplatte (nicht gezeigt) wird gegen die höheren Scheitel 302 anliegen. Die Tasteigenschaften des Elements 290 nach Fig. 25 würden daher von den Tasteigenschaften des Elements 230 nach Fig. 22 verschieden sein. Es findet bei der Ausführungsform nach Fig. 25 wegen der oben abgeflachten Scheitel 300 eine stärkere seitliche oder Selbstreinigungswirkung statt.

Schließlich zeigt Fig. 26 ein federndes Kontaktelement g

310, das dem Element 270 nach Fig. 24 ähnlich ist. Das Element 310 besitzt gewellte Endteile 312 und 314 und zwei starre Zwischenteile 316 und 318, die durch einen flexiblen Teil 320 mit einem einzigen Scheitel getrennt sind. Die starren Teile 316 und 318 betragen' flexible und leitende gewellte Kontaktgabeelemente 322 und 324, von denen jedes dem Element 292 nach Fig. 25 gleich ist. Der wesentliche Unterschied gegenüber der Ausführungsform nach Fig. 24 besteht darin, daß die Gruppen von Drähten 282 und 283 durch flexible Kontaktgabeelemente 322 und 324 ersetzt sind. Der gewellte Mittelteil 276 in Fig. 24 ist in Fig. 26 durch einen Abschnitt 320 mit einem einzigen Scheitel ersetzt. Ferner haben bei der Ausführungsform I

nach Fig. 26 die oberen Scheitel der Abschnitte 312 und 314 verschiedene Höhen (sie sind von der gleichen Höhe an den Enden in Fig. 24) und alle Scheitel sind oben abgeflacht (in Fig. 24 sind sie oben rund).Wegoider unterschiedlichen Scheitelanordnungen wird eine etwas abweichende Tastwirkung bei der Ausführungsform nach Fig. 26 im Vergleich zur Ausführungsform nach Fig. 24 erzielt.

Die vorangehend beschriebenen Ausführungsformen für das federnde Kontaktelement wurden als Beispiele von verschiedenen Bauformen gezeigt, die verwendet werden können, um eine Tastdruckbetätigung in einem Schalter zu erzielen.

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Bei den gezeigten Ausführungsformen würden im allgemeinen rechteckige Elemente verwendet. Es ist beispielsweise möglich, kreisförmige federnde Kontaktelemente zu verwenden, so lange die Forderung eines geringen Hubes und einer geringen Kraft erfüllt sind.

Zusammengefaßt erfordert die Tastendruckbetätxgung die folgenden Merkmale:

Ca) einen geringen Hub von weniger als etwa 0,20 ram (0,G08 ") und im allgemeinen etwa 0,10 mm (etwa· 0,004 "),...um das Gefühl eines Druckes zu vermeiden und gleichzeitig dem Schalter einen Kontakt über einen grossen Flächeninhalt zu geben;

Cb) die Wahl der wirksamen axialen Abmessung L des flexiblen Teils des Kontaktelements derart, daß das Verhältnis des Hubes d zu L weniger als etwa 0,02 beträgt, so daß es innerhalb des Betriebsbereiches liegt, bei welchem die Durchbiegungskraft Q dem Kubus des Hubes entspricht, wodurch eine stärkere Durchbiegung in der Hubrichtung im Vergleich zur Durchbiegung in der axialen Richtung sichergestellt wird;

(c) die Wahl der äquivalenten axialen Federkonstante k derart, daß in Kombination mit dem Verhältnis zwischen den Abständen d und L eine verringerte Querkraft, die zur Tastdruckbetätigung das Schalters notwendig ist, erhalten wird, welche weniger als etwa 100 g, vorzugsweise etwa 20 - 30 g> beträgt;

Cd) das federnde Kontaktelement so gekrümmt ist, daß ein wirksamer Kontakt über einen grossen Flächeninhalt erhalten wird;

Ce) parallele erweiterte Kontaktsegmente vorgesehen sind, um eine wirksame Stromverteilung zu gewährleisten;

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Cf) Spalte in Mehrfach-Serienschaltung verwendet werden, um die Neigung zur Lichtbogenbildung u. dgl. herabzusetzen und um die Verwendung.höherer Spannungen als üblich bei kleinen Spalten durch die Verteilung der Gesantspannung über mehrere Spalte zu ermöglichen;

Cg) Gestaltungen verwendet werden, die zur Selbsreinigung sowie zum Aufbrechen und"Verhindern von Verschweissungen beitragen und eine Tastdruckbetätigung begünstigen.

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Claims

RS JO. Dezember 1969

Patentansprüche

Kurzhubiger Schalter, mit einem federnden Kontaktelement, das einen flexiblen Teil und einen elektrischen _Kontaktgabeteil aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Kontaktgabeteil durch eine Anzahl paralleler und erweiterter Kontaktabschnitte gebildet wird, der flexible Teil eine wirksame Abmessung (L) hat und eine äquivalente Federkonstante in einer axialen Richtung, ein Basiskontakt in einem Abstand Cd) in einer Querrichtung von den Kentaktabschnitten vorgesehen ist, mit welchem Basiskontakt die erwähnten Kontaktabschnitte bei einer Querdurchbiegung des flexiblen Teils in Kontakt gebracht werden können, wobei der Abstand (d) so gewählt ist, daß er weniger als etwa 0,20 mm (etwa 0,008 ") ist und der Abstand (1) so gewählt ist, daß das Verhär&is d/L weniger als etwa 0,02 beträgt, so daß bei der Betätigung des Schalters eine im wesentlichen gleichzeitige breitflächige Lichtbogenverteilung und eine elektrische Kontaktbildung zwischen den Kontaktabschnitten und dem Basiskontakt erhalten wird, und eine verstärkte Durchbiegung in der Querrichtung erzielt wird.

2. Schalter nach Anspruch 1, der einen Schalter für geringe Kraft und Tastdruckbetätigung bildet, dadurch gekennzeichnet, daß die äquivalente axiale Federkonstante so gewählt ist, daß bei dem erwähnten Verhältnis von d zu L die dadurch verringerte Querkraft, die zur Tastdruckbetätigung des Schalters notwendig ist, um einen

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elektrischen Kontakt zwischen den Kontaktabsehnitten und dem Basiskontakt zu erhalten, weniger als etwa 100 g beträgt.

3· Schalter nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch zwei Basiselemente, die mit den erwähnten Kontaktabschnitten in Kontakt gebracht werden können, welche Kontaktabschnitte dadurch parallele elektrische .Verbindungen zwischen den beiden Basiselementen vervollständigen.

Schalter nach den Ansprüchen 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß das federnde Kontaktelement die Form einer gekrümmten Platte hat, an der eine Vielzahl von Drähten befestigt ist.

Schalter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß

die beiden Basiselemente in einem Gehäuse angeordnet _Λ

1 sind und ein metallischer Ring vorgesehen ist, der einen Wärmesumpf'bildet und die Basiselemente umgibt, um die erwähnte Platte längs ihren entgegengesetzten Rändern abzustützen.

6· Schalter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Fläche des Gehäuses als Widerlager für die Anlage der erwähnten Platte wirkt, um die Querbewegung der Platte zu begrenzen und eine übermässige Querbewegung derselben zu verhindern.

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7. Schalter nach den Ansprüchen 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß das federnde Kontaktelement durch eine gewellte Platte gebildet wird.

8. Schalter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,daß die Scheitel der gewellten Platte benachbart dem Basiselement die erwähnten Kontaktabschnitte bilden.

9. Schalter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheitel der gewellten Platte benachbart dem Basis*- element mit Drähten versehen sind, welche die erwähnten Kontaktabschnitte bilden.

10. Schalter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die gewellte Platte durch ein Federmaterial gebildet wird, das mit einem Kontaktgabematerial verkleidet ist.

11. Schalter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die gewellte Platte Scheitel aufweist, die in mehreren Ebenen liegen.

12. Schalter nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß benachbarte der Scheitel eine geneigte Ebene bestimen, · so daß die erwähnten benachbarten Scheitel mit dem Basiselement aufeinanderfolgend Kontakt erhalten, wenn das federnde Kontaktelement betätigt wird.

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13. Schalter nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß benachbarte der Scheitel aus verschiedenen Materialien hergestellt sind.

Schalter nach den Ansprüchen 1-13, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere der Scheitel benachbart dem Basiselement durch Isolierelemente abgestützt sind, die auf dem~Basiselement aufruhen. ■ ί

15· Schalter nach den Ansprüchen 11 - 14, gekennzeichnet durch eine Stabilisierplatte, die gegen diejenigen Scheitel anliegen, die von der erwähnten 3asis am weitesten entfernt sind.

16, Schalter nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Stabilisierplatte an mehreren der Scheitel befestigt ist, gegen welche sie anliegt, wobei die Zahl der Scheitel, an denen die Stabilisierplatte befestigt ist, die Steifigkeit des federnden Kontaktelements be- f stimmen.

17. Schalter nach Anspruch 15 oder 16, gekennzeichnet durch ein Betätigungselement, das gegen die Stabilisierplatte anliegt, welches Betätigungselement betätigt wird, um den Schalter zu betätigen.

18. Schalter nach Anspruch 17, dadurch^kennzeichnet, caä das Betätigungselement durch eine Platte gebildet wird, die gegen die Stabilisierplatte anliegt.

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19. Schalter nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß das Betätigungselement an einem Gehäuse federnd gelagert ist, das alle Elemente des Schalters trägt.

20. Schalter nach den Ansprüchen 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß der flexible Teil geneigte Teile aufweist, die, wenn der Schalter betätigt wird, eine axiale Durchbiegung der Kontaktabschnitte bewirkt, so daß diese Abschnitte eine Selbstreinigungswirkung auf das Basiselement ausüben.

21. Schalter, nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die geneigten Teile an den Rändern des flexiblen Teils vorgesehen sind.

22. Schalter nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die geneigten Teile sich zwischen den Rändern des flexiblen Teils befinden.

23. Schalter nach den Ansprüchen 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß das federnde Kontaktelement durch eine Platte gebildet wird, die *an ihren Rändern gebildet ist, um Flexibilität zu erzielen, und die einen starren Abschnitt in einem Zwischenteil aufweist, welcher starre Abschnitteine weitere gewellte Platte trägt, deren Scheitel die erwähnten Kontaktabschnitte bilden.

Schalter nach den Ansprüchen 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktabschnitte sich über eine Strecke in

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der axialen Richtung nur so weit erstrecken, daß im wesentlichen alle Kontaktabschnitte mit dem Basiselement in elektrischen Kontakt gebracht werden, wenn eine Tastdrucktetätigung durch den Finger eines Benutzers erfolgt.

25» Schalter nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine Anzahl Basiselemente, welche zusammen mit dem

erwähnten Kontaktgabeteil eine Anzahl Spalte in elek- "

trischer Reihenschaltung bilden, wobei die erwähnte Anzahl von Kontaktabschnitten elektrisch zusammengeschaltet sind und jeden Spalt in einem elektrisch parallelen Sinn im betätigten Zustand des Schalters überbrücken·

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