DE202008012935U1

DE202008012935U1 - Tastatur mit mehrstufiger Federung

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Publication number: DE202008012935U1
Application number: DE200820012935
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2008-09-29
Filing date: 2008-09-29
Publication date: 2009-01-02
Anticipated expiration: 2018-09-30

Abstract

Tastatur umfassend mindestens eine Taste (10) mit einer Tastenfederung zur ergonomischen Tastenbetätigung, die unabhängig von der Zahl und Art der Federkomponenten auf mindestens eine erste Federstufe (16) und eine zweite Federstufe (18) technisch mittels des Auslösungspunkt (D) aufgeteilt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Federstufe (18) eine Federung mit einem positiven tactile Feedback ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Tastatur umfassend mindestens eine Taste mit einer Tastenfederung, die unabhängig von der Zahl und Art der Federkomponenten auf mindestens zwei Stufen mittels des Auslösungspunkts aufgeteilt wird, wobei jede Federstufe ihre eigene technische Hauptaufgabe hat, und nach dieser Aufgabe eine entsprechende Federkennlinie und Federeigenschaften aufweist.
Hintergrund der Erfindung
Aktuelle Forschungen (Gerard et al, 1996) haben aufgezeigt, dass der durchschnittliche Benutzer beim Schreibprozess 4 bis 7 mal, andere Forschungen besagen weniger, aber trotzdem deutlich mehr Kraft aufwendet, um die Tasten zu betätigen, als es wirklich notwendig ist. Diese überschüssige Kraft führt sowohl zur schnellen Ermüdung der Muskeln, zu Technikstress und Krankheiten (beispielsweise RSI-Syndrom), als auch zur schnellen Abnutzung des Mechanismus der Tastaturtasten.
Im Stand der Technik sind Ansätze bekannt, diese Probleme zu lösen. Der bekannteste ist die Tastenfederung mit dem so genannten "tactile feedback" oder "audio feedback", der zum Beispiel, bei den so genannten "buckling spring"-Tasten zum Einsatz kommt. Diese Tastenfederung ist so gestaltet, dass sie durch Fingerspitzengefühl und Gehör den Anwender informieren kann, wann die Taste ausgelöst hat und keine weitere Kraft mehr notwendig ist. Aber die Fertigkeit, mit dem "tactile feedback" die Kraftanwendung zu optimieren, ist nicht leicht zu beherrschen, und ist oft mit anderen Nebenwirkungen, wie zum Beispiel, lautem Klappern verbunden.
Ein anderer Versuch ist es, die Tastenfederung so "weich" zu machen, dass der Anwender, nach einiger Zeit automatisch bemerkt, dass sehr wenig Kraft von Nöten ist, um die Tasten zu betätigen. Aber das führt zu anderen Problemen während des Schreibvorgangs, wie beispielsweise zum Buchstabenausfall oder überschüssigen Buchstaben.
Einige Tastaturhersteller versuchen das Problem der überschüssigen Kraft mittels verschiedener Federungskräfte in den Tastengruppen für jeden einzelnen Finger zu lösen. Die Tasten für Zeigefinger oder Daumen haben in diesem Fall größere Federungskraft als beispielsweise die für die kleinen Finger. Diese Lösung ist, jedoch, nur mit dem 10-Finger System benutzbar und kann für die Anwender, die mit 2 oder 4 Fingern schreiben sogar konfus sein.
Ein weiterer Ansatz ist in US 6,400,285 beschrieben. Darin wird ein System offenbart, das beobachtet, wie viel Kraft der Anwender benutzt, um die Tasten zu betätigen. Ist diese Kraft andauernd (zum Beispiel, 3 Minuten) größer als eine festgesetzte Schwelle (zum Beispiel, 200 Gramm), wird dies dem Benutzer oder System Administrator angezeigt. Der Nachteil ist, dass nach der Mitteilung der Anwender ins andere Extrem verfallen kann und die Tasten mit unzureichender Kraft betätigt. Außerdem können die dauernden Meldungen den Schreibvorgang unterbrechen und von einigen Anwendern als lästig empfunden werden.
Daher ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die im Stand der Technik beschriebenen Nachteile zu überwinden und eine Tastatur bereitzustellen mit der ein schnelles, fehlerfreies Schreiben ohne Ermüdungserscheinungen und Überlastungen der beteiligten Muskeln, also ein ergonomisches Schreiben, möglich wird.
Die erfindungsgemäße Aufgabe wird in vorteilhafter Weise durch eine Tastatur mit mindestens einer Schreibtaste mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Weitere Merkmale sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Die erfindungsgemäße Tastatur umfasst mindestens eine Taste mit einer Tastenfederung, die unabhängig von der Zahl und Art der Federkomponenten auf mindestens eine erste Federstufe und eine zweite Federstufe technisch mittels des Auslösungspunktes aufgeteilt wird, wobei jede Federstufe ihre eigene technische Hauptaufgabe hat, und nach dieser Aufgabe eine entsprechende Federkennlinie und entsprechende Federeigenschaften aufweist.
Die erfindungsgemäße Taste besitzt also eine Federung die aus zwei Stufen besteht, wobei die beiden Stufen mittels des Auslösungspunktes, d. h. des Schaltkontaktes voneinander getrennt werden.
Dabei liegt die Aufgabe der ersten Stufe darin, die Kontakte nach der Auslösung wieder zu trennen, die Taste in die Ausgangsposition zurückzufedern und den Stoß auszugleichen, den die Fingerkuppe auf der Tastenoberfläche macht. Die Aufgabe der zweiten Federstufe liegt in der elastischen Rückfederung der Hände (bei der unten beschriebenen ergonomischen Betätigungsweise) oder im Imitieren eines "elastischen" Tastaturbodens bei der Fingerbetätigungstechnik.
Dabei geht die erfindungsgemäße Lösung davon aus, dass die überschüssige Kraft schon durch die Begriffe "anschlagen" und "drücken" provoziert wird. Der Anwender assoziiert mit diesen Verben, dass er viel Kraft aufwenden muss, um erfolgreich auf der Tastatur schreiben zu können. Verstärkt wird dieser Effekt durch vorherige Erfahrungen mit zahlreichen anderen Tasten, die der Anwender in seinem Leben bereits „gedrückt" oder „angeschlagen" hat. Die meisten dieser Tasten haben ihren Auslösungspunkt am Ende des Tastenhubes und diese Gewohnheit wird auf die Tastatur übertragen.
Also könnten die Probleme mit überschüssiger Kraft grundsätzlich gelöst werden, wenn es beim Schreibvorgang keine Notwendigkeit für den Anwender mehr gibt, die Tasten zur Kontaktauslösung vorsätzlich zu „drücken" oder "anzuschlagen". Obwohl das beim ersten Anblick unmöglich aussieht, kann man eine solche Betätigungsweise wie folgt ausführen.
Das Stützgewicht der Hand (ohne Armgewicht) im statischen Zustand kann man als durchschnittlich 150–200 Gramm (1,5–2 N) bewerten. (Das Stützgewicht der Hand ist kein getrenntes Gewicht. Man kann dieses Gewicht abmessen, wenn das Armgewicht mit einer besonderen Abstellplatte neutralisiert ist, und die Hand in schlaffem Zustand auf der Waage liegt). Mit durchschnittlicher Betätigungskraft für eine übliche Tastatur (50–55 Gramm oder 0,5–0,55 N) ist das Stützgewicht ausreichend groß, um mindestens drei Tasten ohne irgendwelche muskuläre Kraft, also nur mit der Gewichtkraft, zu betätigen. Nach Kontaktauslösung kommt der so genannte "overtraver" Bereich, wo die kinetische Gewichtskraft der Hand in elastische Energie der Federung umgesetzt wird, was stufenweise zum völligen Stoppen der Hand führt. Danach stemmen sich die Hände von der Tastenfederung ab und mit der Unterstützung der Federkraft springt die Hand, als Akrobat auf dem Trampolin, zur anderen Taste oder Reihe.
Mit der beschriebenen Betätigungsweise gibt es keine Notwendigkeit mehr für "Anschlagen" oder "Drücken", also keine Notwendigkeit mehr für überschüssige Kraft beim „Drücken" und „Anschlagen". Die Tasten werden mittels "Springen" der gelösten Hand betätigt.
Mit der herkömmlichen Betätigungstechnik müssen die Muskeln der Finger oder der Hände der Anwender kontinuierlich arbeiten: abwärts beim Drücken oder Anschlagen, danach beim Abbremsen, und anschließend aufwärts bei der Bewegung zur anderen Taste. Mit oben erwähnter Betätigungsweise kann der Anwender mit den stärkeren Handgelenksmuskeln nur für die Erhaltung des "automatischen" Gewicht-Federung-Energieaustauschs sorgen, was viel weniger Kraftaufwand als im ersten Fall braucht. Deshalb kann man diese Weise als ergonomisch bezeichnen.
Bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung beginnt die Federkraft der ersten Stufe der Federung so nah bei Null, wie dies technisch möglich. Der Anstieg der Federkraft kann durch eine monoton wachsende Funktion beschrieben werden. Vorzugsweise ist der Anstieg der Federkraft linear.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung stellt ein Mittel zur Auslösung des Schaltsignals während der ersten Federstufe den Signalkontakt her. Der Anstieg der Federkraft der zweiten Federstufe ist vorzugsweise monoton, besonders bevorzugt linear.
Vorzugsweise wird das Mittel zur Auslösung des Schaltsignals zwischen der ersten und der zweiten Stufe der Federung positioniert. Die erste und zweite Stufe der Federung sind also durch den Auslösungspunkt der Kontakte geteilt. Dieser Punkt ist somit die Grenze zwischen der ersten und der zweiten Stufe.
Insbesondere ist das Mittel zur Auslösung des Schaltsignals mit der ersten Stufe der Federung verbunden. Als Mittel zur Auslösung des Schaltsignals können die dem Fachmann bekannten Kontaktschalter und/oder Relaisschalter verwendet werden.
Die Auslösung des Schaltsignals ist erfindungsgemäß mit der ersten Stufe der Federung kombiniert. Beispielsweise kann das Mittel zur Auslösung des Schaltsignals aktiviert werden, sobald bei der Feder der ersten Federstufe die Hälfte, Zweidrittel oder der vollständige Federweg zurückgelegt wurde. Vorzugsweise wird das Mittel zur Auslösung des Schaltsignals aktiviert, wenn der Federweg der ersten Stufe der Federung vollständig zurückgelegt wurde.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist der Federweg der ersten Stufe der Federung kleiner als der Federweg der zweiten Stufe der Federung. Vorzugsweise beträgt der Federweg der ersten Stufe der Federung zwischen 1 und 3 mm, vorzugsweise zwischen 1,5 und 2,5 mm und besonders bevorzugt 2 mm.
In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausgestaltung beträgt der Federweg der zweiten Stufe der Federung zwischen 1 und 6 mm, vorzugsweise zwischen 1,5 und 3 mm, besonders bevorzugt 2 mm.
Die Hauptaufgabe der ersten Stufe der Federung ist es, die Kontakte nach der Auslösung zu trennen, die Taste in ihre Ausgangsposition zurück zu bringen und der Stoß auszugleichen, den die Fingerkuppe bei langen Sprüngen von Reihe zu Reihe auf der Tastenoberfläche macht.
Die ersten zwei Aufgaben sind für alle Tastaturen gleich und die letzte braucht einige besondere Erklärungen.
Üblicherweise ist die Tastenfederung so gemacht, dass die anfängliche Kraft, die man anwenden muss, um die Taste zu bewegen, etwa ein Viertel der Kraft zur Kontaktauslösung ist. Zum Beispiel, wenn letztere 80 Gramm (0,8 N) beträgt, dann beträgt die anfängliche Kraft etwa 20 Gramm (0,2 N). Wenn der Finger, oder die Hand mit großer kinetischer Energie auf die Tastenoberfläche niedergehen, verursacht dies einen Stoß. Das ist bei Handbewegungen besonders bemerkbar. Mit diesen Stößen ist dieser Teil der kinetischen Energie verloren und nach einiger Zeit schnellen Schreibens können die Fingerkuppen irritiert werden. Dabei verursacht dieser Stoß einen klappernden Laut, der in einigen Fällen unerwünscht ist.
Erfindungsgemäß ist die erste Federstufe so gestaltet, dass die anfängliche Kraft so nahe bei Null liegt, wie dies technisch möglich ist. Dadurch wird der Tastenoberflächenstoß minimiert.
Eine weitere besondere Aufgabe der ersten Federstufe ist es, die Hände des Anwenders bei Pausen zu unterstützen.
Bei Schreibvorgang sind kurze Unterbrechungen üblich, wenn zum Beispiel der Anwender nachdenkt, welches Wort er als nächstes schreiben will, liest, was er geschrieben hat oder einfach eine kleine Pause zur Erholung macht. Diese Unterbrechungen sind so zahlreich und kurz, dass es nicht sinnvoll ist, die Hände jedes Mal von der Tastatur abzunehmen. Viele Anwender positionieren die Hände während dieser Pausen in der sogenannten Grundstellung (ASDF – JKLÖ), in der Mitte jeder Tastaturhälfte, da von dort aus alle Tasten leicht zu erreichen sind. Aber mit der unzureichenden Tastenfederung (40 Gramm oder weniger Auslösungskraft pro Taste) muss der Anwender (bei einem Stützgewicht der Hand von 200 Gramm, d. h. 2 N oder mehr) die Hände in Schreibpausen immer mit Muskelkraft unterstützen, um die unerwünschte Auslösung zu vermeiden. Das führt zur schnellen Ermüdung der Handmuskeln. Einige Anwender stellen die Handgelenke, manchmal sogar die Ellenbogen auf einer Ablagevorrichtung oder dem Tisch vor der Tastatur ab, was aber die Beweglichkeit der Hände beschränkt, den Blutkreislauf erschwert und den Schreibvorgang verlangsamt.
Wenn die Federkraft bis zur Auslösung der ersten Stufe der Federung 50 Gramm (0,5 N) und mehr beträgt, kann der Anwender die Hände (ohne Arme) während der kurzen Pausen auf der Grundstellung wirklich auflegen (die Tiefe der Tastensenkung ist dabei von der Federungsart abhängig). Das verringert die Muskelbelastung und Ermüdung bei Schreibvorgang (weil nur die Arme jetzt in der Schwebe bleiben müssen) und ist eine weitere Aufgabe der ersten Federstufe.
Am besten werden die Federungskräfte der Stufen zum Stützgewicht der Hand angepasst. Neben den standardisierten 200 Gramm können die Tastaturen für andere Stützgewichte konstruiert werden. Individuelle Ausführungen sind auch auf Bestellung möglich, um einen maximalen ergonomischen Effekt zu erreichen.
Vorzugsweise weist die Feder der ersten Federstufe eine derartige Federkennlinie auf, dass der maximale Federweg einer Kraft von 0,2 bis 1 N, vorzugsweise 0,3 bis 0,8 N, besonders bevorzugt 0,5 N entspricht.
Die zweite Federungsstufe beginnt nach der Kontaktauslösung. Sie hat die Hauptaufgabe, den Stoß, den die Fingerkuppe der fallenden Hand auf dem Tastenboden macht, zu beheben und die kinetische Energie der fallenden Hand in potentielle Energie der Federung zu konvertieren. Danach unterstützt diese Kraft die Muskelkraft in der Sprungbewegung der Hand zur weiteren Taste oder Reihe. Die Härte der zweiten Tastenfederung ist von dem Handgewicht abhängig, aber auf jeden Fall ist diese Härte größer, als in der ersten Federung. In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die zweite Stufe der Federung mindestens zweifach härter, vorzugsweise vierfach härter als die erste Stufe der Federung.
Die klassische Tastatur weist einen vertikalen Tastenhub von etwa 4 mm auf (Vollhub). Auf moderneren Slim- oder Flat-Tastaturen ist der Tastenhub in der Regel auf etwa 2 mm verkürzt (Kurzhub).
Eine Tastatur mit einer erfindungsgemäßen Tastaturfederung ist insbesondere von Vorteil, wenn mehrere Anwender auf einer Tastatur schreiben. Es besteht die Möglichkeit die zweite Stufe nicht zu benutzen. Wenn der Anwender nur mit den Fingern schreiben will, kann er auf der erfindungsgemäßen Tastatur wie auf einer herkömmlichen Tastatur ohne irgendein Umlernen schreiben. Weil die zweite Federungsstufe deutlich stärker als die erste ist, kann man in diesem Fall diese als Tastaturboden wahrnehmen, und die mehrstufige Tastatur als angenehm empfundene "slim" Tastatur mit gekürztem Hub (etwa 2 mm) benutzen.
Die ergonomische Betätigungsweise mit Gewichtkraft-Federungskraft-Energieumtausch kann besondere effektiv sein, wenn die zweite Federungsstufe verlängert wird. Die Normen für die Tastaturen erlauben einen maximalen Hub von 6 mm. Mit verlängertem Hub kann die zweite Federungsstufe weicher sein, als bei den üblichen 4 mm. Trotz der leicht verminderten Geschwindigkeit, könnten einige Desktop-Anwender diesen verlängerten Hub als größeren Komfort empfinden.
Der gesamte Tastenhub, d. h. von der Ausgangsposition der Taste bis hin zum Tastenanschlag auf dem Boden der Tastatur setzt sich aus der Summe der Federwege der Federn der ersten und zweiten Stufe der Federung zusammen. Der Tastenhub wird erfindungsgemäß derart gewählt, dass der maximal zurückgelegte Tastenhub in Abhängigkeit der Federkennlinien einer Kraft zwischen 1 und 5 N, vorzugsweise zwischen 1,5 und 3 N, besonders bevorzugt 2 N entspricht.
Ein weiterer Vorteil der ergonomische Betätigungsweise ist die Lösung des häufigen Problems der "schwächeren Finger".
Beim üblichen Schreibvorgang ruhen die Handgelenke auf einer Ablagevorrichtung oder dem Tisch vor der Tastatur in der Grundstellung, wobei die Finger auf den Buchstabentasten (ASDF und JKLÖ) positioniert sind. Die Tasten der unteren oder oberen Reihe der Tastatur werden durch ein Strecken oder Anwinkeln der Finger erreicht. Beim Anschlagen der Schreibtasten der oberen Tastenreihe erfolgt der Anschlag nicht mehr senkrecht von oben, sondern seitlich. Um die notwendige Kraft erzeugen zu können, muss daher der einzelne Finger einen größeren Druck aufbringen. Insbesondere stellt dies für die weniger trainierten Finger, wie die Ringfinger oder kleinen Finger, die eine Sehne miteinander teilen, ein Problem dar. Darüber hinaus müssen die Finger einzeln koordiniert und bewegt werden. Bei den meisten Anwendern ist dies insbesondere für die Ringfinger oder kleinen Finger schwierig. Gerade bei ungeübten Tastaturanwendern kommt es daher in diesen Fingern schnell zu Ermüdungserscheinungen und Überlastungen.
Mit der ergonomischen Betätigungsweise, d. h. wenn die ganze Hand (nicht der Arm) auf den Tasten springt, gibt es keinen großen Unterschied welche Finger als Mittel zur Betätigung benutzen werden, weil es kein "Drücken" oder "Anschlagen" mehr gibt und die Betätigung meistens aus der Handgewichtskraft erfolgt. So, ist das Problem mit Schmerzen in den "schwächeren Fingern" verschwunden.
Geeignete Federn für die erfindungsgemäße zweistufige Federung sind im Stand der Technik bekannt. Vorzugsweise weist die erfindungsgemäße Tastenfederung mindestens eine mechanische Feder, vorzugsweise eine Schraubenfeder, eine Torsions- oder Drehstabfeder oder eine Biegefeder, vorzugsweise eine Blattfeder auf. Besonders bevorzugt werden Schraubenfedern in Form von Druckfedern verwendet. Des weiteren können erfindungsgemäß konkav gewölbte Federelemente verwendet werden.
Vorzugsweise werden die mechanischen Federn für die erfindungsgemäße zweistufige Federung aus Federstahl, Kupfer-Beryllium-Legierungen, Gummi, Silikon und/oder Faserverbundwerkstoffen hergestellt. Unter Druck komprimierbare Kunststoffe, vorzugsweise in Form von Kunststoffschäumen, beispielsweise aus Polyurethan oder mikrozellularem Urethan sind ebenfalls geeignet.
In einer weiteren Ausgestaltung umfasst die Tastenfederung mindestens eine Feder der X- oder Scherenform. Derartige Federn sind dem Fachmann aus dem Stand der Technik, insbesondere aus dem Bereich der Computertastaturen bekannt. In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung umfasst die Tastenfederung mindestens ein konkav gewölbtes Federelement.
Erfindungsgemäß ist die erste Federstufe insbesondere eine Feder der X- oder Scherenform und die zweite Federstufe eine mechanische Feder. Da die erste Federstufe nur die Rückstellkraft für die Taste aufbringt werden die empfindlichen und kostenintensiven Federn der X-Form oder Scherenform entlastet und die größte Belastung auf die robusteren mechanischen Federn umgeleitet. Dies verlängert zum einen die Lebensdauer einer erfindungsgemäßen Tastaturfederung gegenüber den Federungen im Stand der Technik. Zum anderen können die Federn der X-Form oder Scherenform minimiert werden, was zu einer Reduzierung der Herstellungskosten führt.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung ist die erste Federstufe ein konkav gewölbtes Federelement. Die zweite Federstufe kann sich erfindungsgemäß auch aus mehreren Einzelfedern zusammensetzen, wobei die Federkennlinien der Einzelfedern derart gewählt sind, dass sich der erfindungsgemäße lineare Anstieg der Federkraft ergibt. In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung setzt sich die zweite Federstufe aus einem konkav gewölbten Federelement und einer Schraubenfeder zusammen. Alternativ kann anstelle des konkav gewölbten Federelements auch eine Blattfeder verwendet werden.
Im folgenden soll die Erfindung an Hand von Beispielen und Zeichnungen näher beschrieben werden, ist allerdings nicht auf diese beschränkt.
Kurze Beschreibung der Figuren
1 (A, B, C) zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Taste mit einer erfindungsgemäßen mehrstufigen Tastenfederung.
2 zeigt die Kennlinie eines Ausführungsbeispiels mit einer erfindungsgemäßen mehrstufigen Federung im Kraft/Weg-Diagramm.
1A bis C zeigen ein Ausführungsbeispiel einer Taste 10 mit einer erfindungsgemäßen mehrstufige Tastenfederung in Längsschnitt. 1A zeigt die Taste 10 im Grundzustand. Die Taste 10 besteht aus zwei Teilen, einer quadratischen Tastenoberschale 28 und einem Tastenkorpus 30. Der Tastenkorpus 30 weist zwei rechtwinkelig zu einem Tastaturboden 14 ausgerichtete Tastenschenkel 25 auf und nimmt in der Mitte eine Schraubenfeder 24 auf. Die quadratische Tastenoberschale 28 setzt sich aus der quadratischen Tastenoberfläche 12 und zwei rechtwinkelig davon abgehenden Tastenschenkeln 26 zusammen. Ein Abstand zwischen den Tastenschenkeln 25 des Tastenkorpus 30 ist kleiner, als ein Abstand zwischen den Tastenschenkeln 26 der Tastenoberschale 28, so dass die Tastenoberschale 28 über den Tastenkorpus 30 gestülpt ist. An der dem Tastaturboden 14 zugewandten Seite der Tastenoberfläche 12 befindet sich ein Stift 32, der in die Schraubenfeder 24 greift. Eine Längsachse der Schraubenfeder 24 ist derart gewählt, dass die Tastenoberschale 28 im Grundzustand nicht auf dem Tastenkorpus 30 aufliegt.
An dem dem Tastaturboden 14 zugewandten Ende der Schraubenfeder 24 befindet sich ein kuppelförmiges konkav gewölbtes Federelement 22. Das konkav gewölbte Federelement 22 besteht vorzugsweise aus Gummi oder Silikon und ist in einem Bogen unterhalb der Taste 10 gespannt, wobei die Enden des konkav gewölbten Federelementes 22 außerhalb der Tastenschenkel 26 der Tastenoberschale 28 auf einer dreischichtigen Membran 34 befestigt sind. Die dreischichtige Membran 34 ist oberhalb des Tastaturbodens 14 montiert und derart positioniert, dass die einzelnen Schichten im Grundzustand keinen Kontakt zueinander und mit dem Tastaturboden 14 aufweisen. Ein Mittel zum Auslösen des Schaltsignals 20 ist an der dem Tastaturboden 14 zugewandten Seite des konkav gewölbten Federelementes 22 montiert. Das Mittel zum Auslösen des Schaltsignals 20 ist hier als Stempel ausgestaltet.
1B zeigt eine erste Federstufe 16 mit der anschließenden Auslösung des Signals. Wirkt auf die Tastenoberfläche 12 eine Kraft F1 ein, so wird das kuppelförmige konkav gewölbte Federelement 22 in Richtung des Tastaturbodens 14 bewegt. Dadurch nähert sich das Mittel zum Auslösen des Schaltsignals 20 dem Tastaturboden 14. Nach Abschluss der ersten Federstufe 16, d. h. nachdem der Federweg G der ersten Federstufe vollständig zurückgelegt wurde, hat das Mittel zum Auslösen des Schaltsignals 20 den Tastaturboden 14 erreicht. Die dreischichtige Membran 34 wird dabei auf den Tastaturbodens 14 gedrückt und die einzelnen Schichten kommen dabei, durch ein Loch in der mittleren Schicht in Kontakt miteinander, wodurch der Schaltkontakt hergestellt wird.
1C zeigt den Endzustand nach einer zweiten Federstufe 18. Am Ende der ersten Federstufe 16, d. h. sobald das konkav gewölbte Federelement 22 vollständig eingedrückt ist, haben sich zwei konkav gewölbte Federelemente 22a mit einer verkürzten Höhe und Weite gebildet. Die Tastenschenkel 26 der Tastenoberschale 28 sind nach der ersten Federstufe 16 auf dem höchsten Punkt der zwei verkürzten konkav gewölbten Federelemente 22a positioniert. Durch die Verkürzung der Bogenlänge ist die Federhärte der verkürzten konkav gewölbten Federelemente 22a gestiegen. Wird nun eine Kraft F2 auf die Taste 10 aufgebracht biegen sich die verkürzten konkav gewölbten Federelemente 22a ebenfalls in Richtung des Tastaturbodens 14 durch. Der Federweg H der zweiten Federstufe 18 ist vollständig zurückgelegt, sobald die Tastenschenkel 26 auf dem Tastaturboden 14 aufgekommen sind. Die überschüssige kinetische Energie der Finger- bzw. Handgelenksmuskeln wird von der Schraubenfeder 24 aufgefangen. Die zweite Federstufe 18 setzt sich somit aus drei Elementen zusammen, dem eingedrückten Federelement 22, den zweiteiligen verkürzten konkav gewölbten Federelementen 22a und der Schraubenfeder 24. Erfindungsgemäß ist die Kraft F2 dabei größer als das Handstützgewicht.
2 zeigt die schematischen Federkennlinien der ersten Federstufe 16 ( 1A und 1B) und der zweiten Federstufe 18 (1C) des Ausführungsbeispiels der Taste 10 mit einer erfindungsgemäßen mehrstufigen Tastenfederung im Kraft/Weg-Diagramm. Der Federweg G der ersten Federstufe 16 beträgt etwa 2 mm. Der Federweg H der zweiten Federstufe 18 beträgt ebenfalls etwa 2 mm. Erste Federstufe 16 und zweite Federstufe 18 sind durch den Auslösungspunkt D voneinander getrennt. Die Federkennlinien beider Federstufen 16, 18 sind linear steigend, wobei die Steigung der zweiten Federstufe 18 größer als die Steigung der ersten Federstufe 16 ist.
Eine besondere Aufgabe der ersten Federstufe 16 ist es, einen Tastenoberflächenstoß während des freien Falls der Hand auf die Taste zu minimieren. Dafür muss die anfängliche Kraft möglichst nahe bei Null sein, d. h. so nah es technisch möglich ist. Eine weitere besondere Aufgabe der ersten Federstufe 16 ist es, die Hände des Anwenders bei Pausen zu unterstützen. Dafür ist eine Auslösungskraft von etwa 50 Gramm (0,5 N) ausgewählt. Bei einem Stützgewicht der Hand von 150 Gramm und 4,5 Tasten (die Daumen verteilen sich auf eine Taste) ist die Tiefe der Tastensenkung bei aufgelegter Hand etwa 1 mm. Ist die Kraft F von 0,5 N erreicht, wird das Mittel zur Auslösung des Schaltsignals 20 aktiviert und es kommt am Auslösungspunkt D zum Schaltvorgang.
Der Federweg H der zweiten Federstufe 18 (1C) beträgt etwa 2 mm. Die zweite Federstufe 18 hat die Hauptaufgabe, den Stoß, den die Fingerkuppe der fallenden Hand auf dem Tastenboden macht, zu beheben und die kinetische Energie der fallenden Hand in potentielle Energie der Federung zu konvertieren. Die Kraft danach unterstützt die Muskelkraft in der Sprungbewegung der Hand zu weiteren Tasten oder Reihen. Die Härte der zweite Stufe Tastenfederung 18 ist von dem Handgewicht und dem Tastenhub abhängig. Die Härte der zweite Stufe Tastenfederung 18 kann zwei- bis viermal größer sein, als die Härte der ersten Stufe der Federung 16.

10: Taste
12: Tastenoberfläche
14: Tastaturboden
16: erste Federstufe
18: zweite Federstufe
20: Mittel zur Auslösung des Schaltsignals
22: konkav gewölbtes Federelement
22a: verkürztes konkav gewölbtes Federelement
24: Schraubenfeder
25, 26: Tastenschenkel
28: Tastenoberschale
30: Tastenkorpus
32: Stift
34: Membran
G: Federweg der ersten Federstufe
H: Federweg der zweiten Federstufe
D: Auslösungspunkt
F: Kraft
F1: Federkraft erste Federstufe
F2: Federkraft zweite Federstufe

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- US 6400285 [0006]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

- Gerard et al, 1996 [0002]

Claims

Tastatur umfassend mindestens eine Taste (10) mit einer Tastenfederung zur ergonomischen Tastenbetätigung, die unabhängig von der Zahl und Art der Federkomponenten auf mindestens eine erste Federstufe (16) und eine zweite Federstufe (18) technisch mittels des Auslösungspunkt (D) aufgeteilt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Federstufe (18) eine Federung mit einem positiven tactile Feedback ist.
Tastatur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Mittel zur Auslösung des Schaltsignals (20) während der ersten Federstufe (16) den Signalkontakt herstellt und die zweite Federstufe (18) einen linearen Anstieg der Federkraft (F2) aufweist.
Tastatur nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Federkraft (F1) der ersten Federstufe (16) so nah wie technisch möglich bei Null beginnt und die Federkraft (F1) durch eine monoton wachsende Funktion beschrieben wird.
Tastatur nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel zur Auslösung des Schaltsignals (20) zwischen der ersten Federstufe (16) und der zweiten Federstufe (18) positioniert ist.
Tastatur nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel zur Auslösung des Schaltsignals (20) mit der ersten Federstufe (16) verbunden ist.
Tastatur nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel zur Auslösung des Schaltsignals (20) aktiviert wird, wenn ein Federweg (G) der ersten Federstufe (16) vollständig zurückgelegt wurde.
Tastatur nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Federweg (G) der ersten Federstufe (16) kleiner als ein Federweg (H) der zweiten Federstufe (18) ist.
Tastatur nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Federweg (G) der ersten Federstufe (16) zwischen 1 und 3 mm, vorzugsweise zwischen 1,5 und 2,5 mm und besonders bevorzugt 2 mm beträgt.
Tastatur nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Federweg (H) der zweiten Federstufe (18) zwischen 1 und 6 mm, vorzugsweise zwischen 1,5 und 3 mm, besonders bevorzugt 2 mm beträgt.
Tastatur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückstellkraft der ersten Federstufe (16) größer ist, als die Gewichtskraft der Taste (10).
Tastatur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Feder der ersten Federstufe (16) eine Federhärte aufweist, so dass die maximale Federkraft vorzugsweise 0,5 N entspricht.
Tastatur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückstellkraft der zweiten Federstufe (18) größer ist, als die Gewichtskraft der Hand des Anwenders.
Tastatur nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Tastenhub von der Ausgangsposition der Taste bis zum Tastenanschlag auf einem Tastaturboden (14) die Summe der Federwege der ersten Federstufe (16) und der zweiten Federstufe (18) umfasst.
Tastatur nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der maximal zurückgelegte Tastenhub einer Kraft (F) von 2 N entspricht.
Tastatur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Tastenfederung mindestens eine mechanische Feder, vorzugsweise eine Schraubenfeder, eine Torsions- oder Drehstabfeder oder eine Biegefeder umfasst.
Tastatur nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die mechanische Feder aus Federstahl, Kupfer-Beryllium-Legierungen, Gummi, Silikon und/oder Faserverbundwerkstoffen besteht.
Tastatur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Tastenfederung mindestens eine Feder der X- oder Scherenform umfasst.
Tastatur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Tastenfederung mindestens ein konkav gewölbtes Federelement umfasst.
Tastatur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Federstufe (16) eine Feder der X- oder Scherenform und die zweite Federstufe (18) eine mechanische Feder ist.
Tastatur nach einem der einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Federstufe (16) ein konkav gewölbtes Federelement ist und die zweite Federstufe (18) aus mindestens zwei Federn besteht.
Tastatur nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Federstufe (18) aus mindestens einem konkav gewölbten Federelement und einer Schraubenfeder besteht.