DE19836793A1

DE19836793A1 - Bedienelement zum selektiven Herstellen elektrischer Kontakte

Info

Publication number: DE19836793A1
Application number: DE19836793A
Authority: DE
Inventors: Olav Nisse
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1998-08-13
Filing date: 1998-08-13
Publication date: 2000-02-24
Anticipated expiration: 2018-08-14
Also published as: WO2000010185A1; JP2002522887A; DE19836793C2; US6388210B1

Abstract

Bedienelement zum selektiven Herstellen elektrischer Kontakte, mit einer Handhabe (10, 20), einer Schaltmatte (30) mit mindestens zwei Kontaktelementen (31), mindestens einem Rückstellelement (32) für jedes Kontaktelement (31) und einer Leiterplatte (40), wobei eine Bewegung der Handhabe (10, 20) zu einem selektiven Herstellen eines elektrischen Kontakts zwischen einem Kontaktelement (31) der Schaltmatte und der Leiterplatte (40) führt, und eine Rückstellkraft auf die Handhabe (10, 20) durch das mindestens eine Rückstellelement (32) eines Kontaktelements (31) erzeugt wird.

Description

Der Stand der Technik

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Bedienelement zum selektiven Herstellen elektrischer Kontakte. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine Vierfach-Wippe vorzugsweise für die Verwendung in Autoradios.

Bei elektronischen Geräten, die kleine Bedienoberflächen aufiveisen, wie z. B. Autoradios oder andere Geräte der Unterhaltungselektronik, besteht die Notwendigkeit, die zahlreichen Funktionen über kompakte Bedienelemente zu steuern, die eine Vielzahl von elektrischen Schaltfunktionen in sich vereinen. Trotz der kompakten Bauweise muß bei der Konstruktion eines solchen Bedienelements sichergestellt werden, daß bei der Bedienung nicht versehentlich mehrere elektrische Kontakte gleichzeitig geschlossen werden und dadurch Funktionen des Geräts unkontrolliert betätigt werden.

Darüber hinaus bestehen hohe Anforderungen an die Langlebigkeit eines solchen Bedienelements. Angestrebt ist dabei eine Lebensdauer von mehreren hunderttausend Betätigungen pro Schaltstellung. Auch die Haptik des Bedienelements, d. h. die Kraft und der Weg bis zur Auslösung eines elektrischen Kontakts soll definierten Vorgaben entsprechen, um dem Benutzer ein sicheres Schaltgefühl zu vermitteln.

Im Stand der Technik sind derartige Bedienelemente in der Form von Druckschaltern bekannt, wie sie z. B. in der DE 195 35 423 offenbart sind. Die dort beschriebenen Druckschalter weisen an ihrer Unterseite eine Vertiefung auf, die in einer Rundauflage aufliegt. Ein einseitiger Preßdruck der Bedien person führt zu einem Verkippen des Druckschalters und zu der Betätigung von um die Rundauflage herum angeordneten Tastschaltern. Durch Sperrippen zwischen den einzelnen Tastschaltern, die die Verkippbewegung des Druckschalters führen, wird gewährleistet, daß immer nur ein einzelner Tastschalter ausgelöst werden kann. Die Tastschalter sind auf einer Leiterplatte angeordnet, die in Verbindung mit der Elektronik des Geräts steht.

Bei diesem Bedienelement ergeben sich jedoch die folgenden Nachteile: Durch die Anordnung des Druckschalters, der von oben auf die Tastschalter auf der Leiterplatte einwirkt, ergibt sich insgesamt eine große Einbautiefe des Bedienelements, insbesondere weil die Kippbewegung des Druckschalters zuerst noch durch die Sperrippen in die passende Richtung gelenkt werden muß und erst danach einen der Tastschalter betätigen kann. Aufgrund der Sperrippen kommt es bei der Verwendung von mehr als zwei Tastschaltern häufig auch dazu, das überhaupt kein elektrischer Kontakt ausgelöst wird, sondern der Druckschalter lediglich gegen die Sperrippen stößt. Die elektromechanischen Tastschalter schließlich sind in ihrer Lebensdauer deutlich limitiert, wodurch die Lebensdauer des Druckschalters insgesamt begrenzt ist.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Bedienelement zum selektiven Herstellen elektrischer Kontakte mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, daß aufgrund der Verwendung einer Schaltmatte mit konstruktiver Trennung von Rückstellelementen und Kontaktelementen, diese beiden Bauteile unabhängig voneinander für ihre jeweilige Verwendung optimiert werden können. Die auf der Schaltmatte vorgesehenen Rückstellelemente, die die Handhabe nach dem selektiven Herstellen eines elektrischen Kontakts wieder in die Nullposition bringen, sorgen für ein sicheres Schaltgefühl bei der Betätigung. Die ebenfalls auf der Schaltmatte angeordneten Kontaktelemente werden weitgehend kraftlos betätigt und sind für mehrere hunderttausend Schaltzyklen ausgelegt. Durch den/die zugeordneten Rückstellelemente werden sie vor übermäßiger mechanischer Belastung geschützt.

Die Verwendung einer Schaltmatte anstelle von Tastschaltern, die unmittelbar mit der Leiterplatte zusammenwirkt, führt dazu, daß das Bedienelement insgesamt sehr flach und damit platzsparend ausfällt. Ein weiterer Vorteil der Verwendung einer Schaltmatte liegt in ihrer hohen Lebensdauer, die die Langlebigkeit des gesamten Bedienelements gewährleistet. Die geringe Anzahl von Einzelteilen des Bedienelements schließlich ermöglicht eine einfache und daher kostengünstige Montage des Bauteils.

Durch die in den weiteren Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Anspruch 1 angegebenen Bedienelements möglich.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Schaltmatte aus einem elastischen Material wie beispielsweise Silikon gefertigt, das auch über viele Schaltvorgänge hinweg die notwendige Flexibilität behält. Die Handhabe des Bedienelements umfaßt bevorzugt auf der dem Benutzer zugewandten Seite eine Wippe und dahinter einen Schaltrahmen, der die Bewegungen der Wippe auf die Schaltmatte überträgt. Um eine gleichmäßige Rückstellkraft auf den Schaltrahmen zu erzeugen, ist vorzugsweise jedes Kontaktelement von vorzugsweise zwei Rückstellelementen auf der Schaltmatte umgeben, die den Schaltrahmen und damit die Wippe wieder in die Ausgangsposition zurückbringen. Die Rückstellelemente werden dabei vorzugsweise durch Erhebungen auf der Schaltmatte, sogenannten Schaltdomen, gebildet, die durch den Schaltrahmen flexibel zusammengedrückt werden.

Bevorzugt ist die Wippe so gelagert, daß sich insgesamt vier Kipprichtungen ergeben. Es ist aber auch möglich entsprechend mehr Kipprichtungen vorzusehen. Vorzugsweise sind entsprechend auf der Schaltmatte vier Kontaktelemente vorgesehen, die beim Verkippen in die jeweiligen Richtungen betätigt werden.

Zeichnung

Die vorliegende Erfindung wird anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels in der folgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen in schematischer Darstellung:

Fig. 1 eine Draufsicht auf das Bedienelement;

Fig. 2 die Schaltmatte;

Fig. 3 den Schaltrahmen gemäß einer bevorzugten Ausführungsform;

Fig. 4 eine Seitenansicht des Bedienelements in Nullposition;

Fig. 5 eine Seitenansicht des Bedienelements beim Schalten; und

Fig. 6 eine perspektivische Darstellung einer zweiten bevorzugten Ausführungsform des Bedienelements.

Unter Bezugnahme auf Fig. 1 weist eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Bedienelements einen Tastenhalter 1 auf; in dem eine Schaltmatte 30 unter einem Schaltrahmen 10 angeordnet ist. An den Außenseiten des Tastenhalters 1 ist eine bevorzugt im wesentlichen kreuz törinige Wippe 20 gelagert. An der Rückseite des Tastenhalters 1 ist eine Leiterplatte 40 (vergl. Fig. 4 und 5) angebracht, über die das Bedienelement mit der Elektronik des Geräts verbunden ist.

Die Wippe 20 wird auf den Tastenhalter 1 aufgeclipst, d. h. sie rastet hinter kleinen Haken (nicht sichtbar) ein, die in der Mitte der äußeren Seitenflächen des Tastenhalters 1 vorgesehen sind. An ihrer Unterseite weist die Wippe 20 vier Tastenstößel (nicht sichtbar) auf, die die Bewegungen der Wippe auf den darunterliegenden Schaltrahmen 10 übertragen. Die Vorderseite der Wippe kann ohne Einfluß auf die Funktionalität des Bedienelements je nach dem gewünschtem Design gestaltet werden. Exemplarisch lassen die Fig. 4 und 5 eine Ausführungsform mit einer leicht geneigten Oberfläche erkennen. Die in Fig. 1 gezeigte zentrale Öffnung 21 erlaubt das Hinterleuchten der Wippe durch eine oder mehrere Leuchtdioden (nicht dargestellt), um auch im Dunkeln eine sichere Bedienung zu ermöglichen.

Der Schaltrahmen 10 hat in der in den Fig. 1 und 3 gezeigten bevorzugten Ausführungsform eine im wesentlichen quadratische Form. In seiner Ruhelage liegt er an den vier Ecken des Quadrats auf vier Rückstellelementen 32 (vergl. Fig. 2) auf der Schaltmatte 30 auf. In der Mitte der vier Seiten des Schaltrahmens 10 befinden sich vier Verbreiterungen 11, die beim Verkippen des Schaltrahmens 10 auf darunterliegende Druckflächen 37 der Kontaktelemente 31 auf der Schaltmatte 30 gedrückt werden. Durch die Anordnung der Rückstellelemente 32 in den Ecken der Schaltmatte 30 wird eine maximale Stabilität der Lagerung des Schaltrahmens 10 erreicht. Das Verkippen der Wippe 20 führt dazu, daß jeweils zwei der vier Rückstellelemente 32 simultan zusammengedrückt werden und ohne Verkanten die notwendige Rückstellkraft aufbringen, um den Schaltrahmen 10 und damit die Wippe 20 in die Ausgangsposition zurückzubringen. Die Neigung des Schaltrahmens übersteigt dabei vorzugsweise nicht 2° (vergl. Fig. 5), so daß die Rückstellelemente 32 im wesentlichen senkrecht von oben beansprucht werden.

Neben der quadratischen Form des Schaltrahmens 10 ist auch eine Ausbildung denkbar, die der Grundfläche der Wippe 20 folgt und damit in den Ecken des Tastenhalters 1 mehr Raum für zusätzliche Einzeltasten (siehe unten) läßt. In diesem Fall werden die Rückstellelemente 32 mehr im mittleren Bereich der Seiten der Schaltmatte 30 angeordnet.

Die Schaltmatte 30 (vergl. Fig. 2) übernimmt mehrere Funktionen in der bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Bedienelements. Zum einen sind vorzugsweise in den Ecken der bevorzugt quadratisch ausgebildeten Schaltmatte 30 Erhebungen vorgesehen, sogenannte Schaltdome, die die Rückstellelemente 32 für den Schaltrahmen 10 bilden. Bevorzugt sind diese Erhebungen kreisförmig und steigen unter einem Winkel von ca. 45° 1-2 mm gegenüber der Ebene der Schaltmatte 30 an. Dadurch wird die gewünschte Haptik des Bedienelements über eine Lebensdauer von mehreren hunderttausend Schaltvorgängen gewährleistet.

Zum anderen sind vorzugsweise in den Mitten der Seiten der bevorzugt quadratischen Schaltmatte 10 die vier Kontaktelemente 31 vorgesehen. Die Kontaktelemente 31 umfassen jeweils eine ovale Erhebung 35 (vergl. auch Fig. 4), auf der eine Druckfläche 37 angeordnet ist, über die der Schaltrahmen 10 auf der Unterseite der Schaltmatte 30 befindliche Kontaktflächen (nicht sichtbar) gegen korrespondierende Kontaktflächen (nicht sichtbar) auf der Leiterplatte 40 drückt, wodurch der gewünschte elektrische Kontakt herstellt wird. Da die Rückstellkraft durch die Schaltdome 32 erzeugt wird, findet die Berührung der beiden Kontaktflächen im wesentlichen kraftlos statt mit einem Schalthub von bevorzugt etwa 0,3 mm. Die Kontaktflächen werden bevorzugt aus aufgedrucktem elektrisch leitendem Lack gebildet oder aus kleinen, in die Schaltmatte eingearbeiteten Graphitflächen.

In den Ecken der Schaltmatte 30 sind bevorzugt weitere Schaltdome 34 angebracht, die die Funktion von Rückstellelementen und Kontaktelementen (mit entsprechender leitender Kontaktfläche auf der Unterseite der Schaltmatte 30) für zusätzlich dort angeordnete Einzeltasten (nicht dargestellt) übernehmen können. Die zahlreichen kleinen Öffnungen 33 und die große Aussparung 36 in der Mitte ermöglichen das Hinterleuchten der Wippe 20 und der optionalen Einzeltasten durch auf der Leiterplatte 40 angebrachte Leuchtdioden. Die Form und Anordnung der Öffnungen in Fig. 2 ist dabei nur als eine mögliche Ausführungsform zu verstehen, die im Detail von den verwendeten Leuchtdioden sowie vom gewünschten Desgin des Bedienelements bestimmt wird.

Die Leiterplatte 40 (vergl. Fig. 4 und 5) wird von hinten am Tastenhalter 1 (in den Fig. 4 und 5 nicht dargestellt) befestigt. Bevorzugt wird die Leiterplatte am Tastenhalter 1 verschraubt, aber auch Verclipsen oder Verkleben sind mögliche Befestigungsmethoden. Auf der Leiterplatte sind die Kontaktflächen angeordnet (nicht sichtbar), in denen durch Berührung der korrespondierenden Kontaktfläche der Schaltmatte 30 der elektrische Kontakt erzeugt wird. Dazu sind bevorzugt zwei aufgedruckte Leiterbahnen mit zwei Mäandern eng miteinander verschlungen, ohne sich jedoch zu berühren. Die simultane Berührung der beiden Leiterbahnen durch die Kontaktfläche der Schaltmatte erzeugt jedoch die elektrische Verbindung.

Fig. 6 zeigt eine perspektivische Darstellung des Gesamtaufbaus. Neben den bereits beschriebenen Bauteilen sind dabei am Tastenrahmen 1 kleine Vorsprünge 12 (in jeder Ecke des Tastenhalters 1) zu erkennen, die die vertikale Position des Schaltrahmens 10 im Tastenhalter 1 nach oben hin begrenzen. Eine Bewegung des Schaltrahmens 10 ist daher nur in Form einer Drehung um die in Fig. 1 gezeigten Paare von Drehachsen 100 und 200 möglich. Dabei wird der Schaltrahmen 10 jeweils auf einer seiner bevorzugt vier Seiten nach hinten in Richtung der Leiterplatine gedrückt, während die gegenüberliegende Seite des Schaltrahmens 10 in ihrer Position unverändert bleibt.

Wenn die Leiterplatte 40 von hinten angeschraubt wird, wird die Schaltmatte 30 zwischen Leiterplatte 40 und Schaltrahmen 10 eingespannt. Dadurch werden die Schaltdome 32 leicht vorgespannt, so daß der Schaltrahmen 10 und die Wippe 20 in der Nullposition fixiert sind und ein Klappern verhindert wird.

In der in Fig. 6 gezeigten modifizierten Ausführungsform des Bedienelements sind ferner zusätzliche Stege 13 zu erkennen, die zum einen zur Führung der Bewegung möglicher zusätzlicher Einzeltasten dienen, die in den Ecken des Bedienelements angeordnet werden können, zum anderen zur Abschirmung von Streulicht der hinter den Einzeltasten befindlichen Leuchtdioden (nicht dargestellt).

Der Tastenhalter 1 und die Wippe 20 werden bevorzugt im Spritzgußverfahren aus Kunststoff hergestellt. Damit sich der Schaltrahmen 10 nicht zwischen seinen Auflagepunkten, d. h. den an den Ecken liegenden Schaltdomen 32 durchbiegt, werden an seine Steifigkeit besonders hohe Anforderungen gestellt. Er wird deshalb vorzugsweise aus Zinkdruckguß gefertigt. Für die Schaltmatte 30 eignet sich insbesondere Silikon, das aufgrund seiner Materialeigenschaften die notwendige Flexibilität auch über viele Schaltzyklen hinweg behält.

Claims

1. Bedienelement zum selektiven Herstellen elektrischer Kontakte, mit:

a) einer Handhabe (10, 20);
b) einer Schaltmatte (30) mit mindestens zwei Kontaktelementen (31) und mindestens einem Rückstellelement (32) für jedes Kontaktelement (31); und
c) einer Leiterplatte (40); wobei
d) eine Bewegung der Handhabe (10, 20) zu einem selektiven Herstellen eines elektrischen Kontakts zwischen einem Kontaktelement (31) der Schaltmatte (30) und der Leiterplatte (40) führt, und eine Rückstellkraft auf die Handhabe (10, 20) durch das mindestens eine Rückstellelement (32) eines Kontaktelements (31) erzeugt wird.

2. Bedienelement nach Anspruch 1, bei dem die Schaltmatte (30) aus Silikon gefertigt ist.

3. Bedienelement nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Handhabe (10, 20) eine Wippe (20) und einen Schaltrahmen (10) umfaßt, der die Bewegungen der Wippe (20) auf die Schaltmatte (30) überträgt.

4. Bedienelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem für jedes Kontaktelement (31) zwei Rückstellelemente (32) auf der Schaltmatte vorgesehen sind.

5. Bedienelement nach Anspruch 4, bei dem vier Kontaktelemente (31) auf der Schaltmatte (30) vorgesehen sind.

6. Bedienelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Rückstellelemente (32) durch Schaltdome auf der Schaltmatte (30) gebildet werden.

7. Bedienelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Kontaktelemente (31) auf der Schaltmatte elektrisch leitende Kontaktflächen umfassen, die zur Herstellung des elektrischen Kontakts auf korrespondierende Kontaktstellen auf der Leiterplatte (40) gedrückt werden.

8. Bedienelement nach einem der Ansprüche 3 bis 7, das ferner einen Tastenhalter (1) umfaßt, an dem die Wippe (20) drehbar befestigt wird und der den Schaltrahmen (10), die Schaltmatte (30) und die Leiterplatte (40) aufnimmt.

9. Bedienelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Tastenhalter (1) zusätzlich Platz für weitere Einzeltasten aufweist, die zur Betätigung von zusätzlichen Schaltdomen (34) auf der Schaltmatte (30) angeordnet werden können.

10. Bedienelement nach einem der Ansprüche 3 bis 10, bei dem in der Schaltmatte (30) Öffnungen (33, 36) für Leuchtdioden auf der Leiterplatte (40) zum Hinterleuchten der Wippe (20) und möglicher weiterer Einzeltasten vorgesehen sind.