-
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
-
-
Zitierte Nicht-Patentliteratur
-
- - Gerard et
al, 1996 [0002]