DE20301325U1 - Piezoelectric scanner with housing contg. part sagging under pressure - Google Patents
Piezoelectric scanner with housing contg. part sagging under pressureInfo
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Datum 28-1·2003 Date 28 - 1 · 2003
Piezoelektrischer TasterPiezoelectric button
Die Erfindung betrifft einen piezoelektrischen Taster nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a piezoelectric button according to the preamble of claim 1.
Piezoelektrische Taster wandeln eine Betätigungskraft in ein elektrisches Signal um. Dabei wird der physikalische Effekt ausgenutzt, daß piezoelektrische Materialien bei mechanischen Lastwechseln elektrische Ladungen freisetzen.Piezoelectric switches convert an actuation force into an electrical signal. This takes advantage of the physical effect that piezoelectric materials release electrical charges when mechanical loads change.
Ein bekannter piezoelektrischer Taster der eingangs angegebenen Art weist ein Gehäuse auf, in welchem eine Piezoscheibe angeordnet ist. Durch Druckbeaufschlagung auf ein Gehäuseteil des Gehäuses wird dieses deformiert und dabei diese Gehäusedeformation auf die Piezoscheibe im Sinne eines mechanischen Lastwechsels übertragen. Wie zuvor ausgeführt, wird dadurch eine elektrische Spannung erzeugt, welche mittels elektrischer Verbindungen einer Leiterplatte aufgegeben wird.A known piezoelectric switch of the type mentioned above has a housing in which a piezo disk is arranged. By applying pressure to a housing part of the housing, this is deformed and this housing deformation is transferred to the piezo disk in the sense of a mechanical load change. As previously explained, this generates an electrical voltage which is applied to a circuit board by means of electrical connections.
Der Nachteil bei diesem bekannten piezoelektrischen Taster besteht in dem Spannungsabgriff an den beiden Seiten der Piezoscheibe mit eingelegten federnden Biege-Stanzteilen aus Metall. Dadurch besteht der piezoelektrische Taster aus vielen Einzelteilen, was aufwendig in der Herstellung und in dem Zusammenbau ist.The disadvantage of this well-known piezoelectric button is the voltage tap on both sides of the piezo disk with inserted spring-loaded, bent metal stampings. This means that the piezoelectric button consists of many individual parts, which is complex to manufacture and assemble.
Davon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen technisch einfachen piezoelektrischen Taster zu schaffen.Based on this, the invention is based on the object of creating a technically simple piezoelectric button.
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Die technische Lösung ist gekennzeichnet durch die Merkmale im Kennzeichen des Anspruchs 1.The technical solution is characterized by the features in the characterizing part of claim 1.
Dadurch ist ein piezoelektrischer Taster unter Verwendung einer technisch einfachen Baugruppe geschaffen, der auf eine handelsübliche Piezoscheibe zurückgreifen kann, welche aus einer Metallscheibe besteht, die auf mindestens einer Seite mit einem piezoelektrischen Material beschichtet ist. Die mechanische Struktur des Tasters wird im wesentlichen durch die beiden Gehäuseteile aus Kunststoff bestimmt, welche die Piezoscheibe im Innern mechanisch abkapseln. Dem Aufbau liegt die Idee zugrunde, in die beiden Gehäuseteile aus Kunststoff bei der Herstellung jeweils eine weitere Kunststoffkomponente einzuspritzen, welche im Unterschied zur Grundkomponente eine hohe Elastizität aufweist und elektrisch leitfähig ist. Diese Kombination verschiedener Kunststoffe kann mit dem 2K-Spritzgußverfahren problemlos gefertigt werden. Die Funktion der elastischen Kunststoffkomponenten liegt darin, die Piezoscheibe elektrisch zu kontaktieren und mit der Leiterplatte zu verbinden. Mit den 2K-Spritzgußteilen wird somit die Funktion erreicht, welche bei elektromechanischen Bauteilen sonst üblicherweise mit eingelegten federnden Biege-Stanzteilen aus Metall erfüllt wird. Der Vorteil der 2K-Spritzgußteile besteht darin, daß nicht jeweils zwei Teile getrennt hergestellt und anschließend zusammengesetzt werden müssen, sondern daß diese Kombination in einem Herstellungsprozeß gefertigt werden kann. Die elastischen Komponenten der beiden Gehäuseteile sind dabei so dimensioniert, daß sie beim Zusammenbau im Bereich der Kontaktstellen deformiert werden und damit den notwendigen Kontaktdruck erzeugen. Die Piezoscheibe ist in Betätigungsrichtung dabei spielfrei eingebaut. Dadurch wird erreicht, daß die Piezoscheibe bereits bei einer sehr kleinen Betätigungskraft zuverlässig anspricht.This creates a piezoelectric button using a technically simple assembly that can use a commercially available piezo disk, which consists of a metal disk that is coated on at least one side with a piezoelectric material. The mechanical structure of the button is essentially determined by the two plastic housing parts, which mechanically encapsulate the piezo disk on the inside. The idea behind the structure is to inject another plastic component into each of the two plastic housing parts during production, which, in contrast to the basic component, has a high degree of elasticity and is electrically conductive. This combination of different plastics can be easily manufactured using the 2K injection molding process. The function of the elastic plastic components is to electrically contact the piezo disk and connect it to the circuit board. The 2K injection molded parts thus achieve the function that is otherwise usually fulfilled in electromechanical components with inserted springy bent stamped parts made of metal. The advantage of 2K injection molded parts is that two parts do not have to be manufactured separately and then put together, but that this combination can be manufactured in one production process. The elastic components of the two housing parts are dimensioned in such a way that they are deformed in the area of the contact points when assembled, thus generating the necessary contact pressure. The piezo disk is installed without play in the actuation direction. This ensures that the piezo disk responds reliably even with a very small actuation force.
Die Weiterbildung gemäß Anspruch 2 schlägt eine Lagerung der Piezoscheibe innerhalb des durch die beiden Gehäuseteile gebildeten Gehäuses vor. Die Grundidee besteht darin, daß die Piezoscheibe am Rand durch das eine Gehäuseteil gehalten wird, während das andere Gehäuseteil im Zentrumsbereich durchbiegbar ist, so daß bei Druckbeaufschlagung an der Piezoscheibe ebenfalls eine Biegedeformation auftritt. Durch diese Deformation der Piezoscheibe entsteht an dieser eine elektrische Ladung.The further development according to claim 2 proposes a mounting of the piezo disk within the housing formed by the two housing parts. The basic idea is that the piezo disk is held at the edge by one housing part, while the other housing part can be bent in the center area, so that when pressure is applied to the piezo disk, a bending deformation also occurs. This deformation of the piezo disk creates an electrical charge on it.
Die Weiterbildung hiervon gemäß Anspruch 3 hat den Vorteil, daß durch das Kopfelement eine problemlose Durchbiegung der Piezoscheibe möglich ist. Die Nachbarbereiche des Kopfelements im entsprechenden Gehäuseteil können relativ dünn gestaltet werden, so daß dies die Biegedeformation dieses Gehäuseteils erleichtert.The further development of this according to claim 3 has the advantage that the head element allows the piezo disk to be bent without any problems. The neighboring areas of the head element in the corresponding housing part can be made relatively thin, so that this facilitates the bending deformation of this housing part.
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Eine weitere bevorzugte Weiterbildung hiervon schlägt gemäß Anspruch 4 vor, daß die Piezoscheibe eine Biegevorspannung besitzt. Dies kann durch eine entsprechende Dimensionierung der Auflagepunkte der Piezoscheibe innerhalb des Gehäuses erreicht werden. Damit die Piezoscheibe je nach Toleranzlage nicht eine unzulässige hohe Biegung erfährt, ist der Umfangsbereich des Kopfelements des zugehörigen Gehäuseteils so dünn gestaltet, daß bei der Montage ein Großteil des vorhandenen Übermaßes durch elastische Biegedeformation aufgenommen werden kann. Da das entsprechende Gehäuseteil zu diesem Zeitpunkt noch nicht mit einem Außengehäuse verbunden ist, entsteht an der Stirnseite eine leicht konvexe Form, welche sicherstellt, daß Betätigungskräfte später auch bei nicht vollflächiger Verklebung mit einem Außengehäuse zuverlässig auf die empfindliche Kopfteilmitte wirken.A further preferred development of this proposes, according to claim 4, that the piezo disk has a bending prestress. This can be achieved by appropriately dimensioning the support points of the piezo disk within the housing. So that the piezo disk does not experience an unacceptably high bend depending on the tolerance position, the peripheral area of the head element of the associated housing part is designed to be so thin that a large part of the existing excess can be absorbed by elastic bending deformation during assembly. Since the corresponding housing part is not yet connected to an outer housing at this point, a slightly convex shape is created on the front side, which ensures that actuation forces later act reliably on the sensitive center of the head part even if the entire surface is not bonded to an outer housing.
Der Vorteil der Weiterbildung gemäß Anspruch 5 besteht darin, daß insgesamt ein abgedichtetes Gehäuse geschaffen ist, welches keine Öffnungen zum Innenraum hin aufweist, wo sich die Piezoscheibe befindet. Dadurch kann die Baugruppe in einem Außengehäuse vergossen werden, ohne daß Vergußmasse zur Piezoscheibe gelangt und diese in ihrer mechanischen Funktion beeinträchtigt wird.The advantage of the development according to claim 5 is that a sealed housing is created overall, which has no openings to the interior where the piezo disk is located. This allows the assembly to be cast in an external housing without casting compound reaching the piezo disk and impairing its mechanical function.
Die Weiterbildung gemäß Anspruch 6 schlägt eine Möglichkeit zur festen Verbindung der beiden Gehäuseteile vor. Durch Verschweißung der beiden Kunststoffteile mittels Ultraschall ist eine unlösbare Verbindung der beiden Gehäuseteile geschaffen.The development according to claim 6 proposes a possibility for a firm connection of the two housing parts. By welding the two plastic parts using ultrasound, an inseparable connection of the two housing parts is created.
Die Weiterbildung gemäß Anspruch 7 schlägt eine Möglichkeit zur Anordnung der Leiterplatte an dem Gehäuse vor. Bei der Einrasteinrichtung kann es sich beispielsweise um Schnapphaken handeln, welche in dem entsprechenden Gehäuseteil angeformt sind. Nach dem Einrasten der Leiterplatte in die Schnapphaken wird die Leiterplatte gegen die elastischen Kunststoffkörper auf der Außenoberfläche des Gehäuses gepreßt.The development according to claim 7 proposes a possibility for arranging the circuit board on the housing. The locking device can be, for example, snap hooks which are formed in the corresponding housing part. After the circuit board has been locked into the snap hooks, the circuit board is pressed against the elastic plastic bodies on the outer surface of the housing.
Die Weiterbildung gemäß Anspruch 8 schließlich schlägt vor, daß die zuvor beschriebene Baugruppe in ein Außengehäuse eingebaut wird und beispielsweise über eine stirnseitige Klebeverbindung mit diesem verbunden ist. Der Taster wird durch Druck auf die Gehäusemembrane betätigt. Dadurch entsteht an der Gehäusemembrane eine leichte Biegedeformation, welche sich ins Tasterinnere fortpflanzt und dort die Piezoscheibe betätigt.The further development according to claim 8 finally proposes that the previously described assembly is installed in an external housing and is connected to it, for example, via an adhesive connection on the front. The button is actuated by pressure on the housing membrane. This causes a slight bending deformation on the housing membrane, which propagates into the interior of the button and actuates the piezo disk there.
Ein Ausführungsbeispiel eines piezoelektrischen Tasters wird nachfolgend anhand der Zeichnung beschrieben. Diese Zeichnung zeigt in einer perspektivischen Darstellung eine aufgeschnittene Darstellung des Tasters.An embodiment of a piezoelectric button is described below using the drawing. This drawing shows a perspective view of a cutaway view of the button.
Der Taster weist eine Baugruppe auf, welche im Innern eines topfförmigen bzw. wannenförmigen Außengehäuses 1 angeordnet ist.The button has an assembly which is arranged inside a pot-shaped or tub-shaped outer housing 1.
Die vorerwähnte Baugruppe weist ein Gehäuse 2 bestehend aus zwei Gehäuseteilen 2', 2" auf. Dabei ist das in der Zeichnung untere Gehäuseteil 2" topfförmig bzw. wannenförmig ausgebildet. Es weist in der zentralen Mitte ein Kopfelement 3 auf. Der Boden dieses unteren Gehäuseteils 2" ist nach innen (d. h. in der Zeichnung nach oben) deformierbar. An das Kunststoffmaterial dieses unteren Gehäuseteils 2" sind elastische sowie elektrisch leitende Kunststoffkörper 4" in einem 2K-Spritzgießverfahren angespritzt, so daß die beiden Kunststoffmaterialien eine unlösbare Verbindung miteinander bilden.The aforementioned assembly has a housing 2 consisting of two housing parts 2', 2". The lower housing part 2" in the drawing is pot-shaped or tub-shaped. It has a head element 3 in the center. The bottom of this lower housing part 2" can be deformed inwards (i.e. upwards in the drawing). Elastic and electrically conductive plastic bodies 4" are injection-molded onto the plastic material of this lower housing part 2" in a 2K injection molding process, so that the two plastic materials form an inseparable connection with one another.
Das obere Gehäuseteil 2' besteht ebenfalls aus Kunststoff und ist in der Art eines Deckels ausgebildet. Dieses obere Gehäuseteil 2' weist einen Umfangsrand 5 auf. Außerdem ist ein ebenfalls elastischer sowie elektrisch leitender Kunststoffkörper 4' angespritzt.The upper housing part 2' is also made of plastic and is designed like a lid. This upper housing part 2' has a peripheral edge 5. In addition, a plastic body 4', which is also elastic and electrically conductive, is molded onto it.
Zwischen den beiden Gehäuseteilen 2', 2" ist eine Piezoscheibe 6 unter Vorspannung festgelegt. Sie liegt dabei mit ihrem Rand auf dem Umfangsrand 5 des oberen Gehäuseteils 2' auf. Gegen die zentrale Mitte der Piezoscheibe 6 drückt das Kopfelement 3 des unteren Gehäuseteils 2". Außerdem stehen die Kunststoffkörper 4', 4" mit den entsprechenden elektrischen Anschlüssen der Piezoscheibe 6 in elektrischem Kontakt.A piezo disk 6 is fixed under prestress between the two housing parts 2', 2". It rests with its edge on the peripheral edge 5 of the upper housing part 2'. The head element 3 of the lower housing part 2" presses against the central center of the piezo disk 6. In addition, the plastic bodies 4', 4" are in electrical contact with the corresponding electrical connections of the piezo disk 6.
Die beiden Gehäuseteile 2', 2" sind unlösbar miteinander verbunden. Zu diesem Zweck weist das obere, deckelartige, Gehäuseteil 2' eine Durchbrechung 7 auf, durch welche ein Vorsprung 8 des unteren Gehäuseteils 2" ragt. Die Kunststoffmaterialien sind in diesem Bereich des Vorsprungs 8 miteinander verschweißt, insbesondere ultraschallverschweißt oder heißsiegelverschweißt oder durch Schmelzkleben miteinander verbunden.The two housing parts 2', 2" are permanently connected to one another. For this purpose, the upper, lid-like housing part 2' has an opening 7 through which a projection 8 of the lower housing part 2" projects. The plastic materials are welded together in this area of the projection 8, in particular ultrasonically welded or heat-sealed or connected to one another by hot-melt bonding.
Außerdem weist die Oberseite des oberen, deckelartigen Gehäuseteils 2' eine Einrasteinrichtung 9 in Form von Rastnasen auf. In diese wird von oben eine Leiterplatte 10 eingerastet. Diese besitzt unterseitig elektrische Kontaktflächen, welche in elektrischen Kotakt mit den elektrisch leitenden Kunststoffkörpern 4', 4" gelangen, welche zu diesem Zweck aus dem Inneren des Gehäuses 2 heraus an die Außenoberfläche des Gehäuses 2 geführt sind.In addition, the top of the upper, cover-like housing part 2' has a locking device 9 in the form of locking lugs. A circuit board 10 is locked into this from above. This has electrical contact surfaces on the underside, which come into electrical contact with the electrically conductive plastic bodies 4', 4", which for this purpose are led from the interior of the housing 2 to the outer surface of the housing 2.
Die so gebildete Baugruppe ist - wie ausgeführt - in das Außengehäuse 1 eingesetzt und beispielsweise über eine stirnseitige Klebeverbindung mit diesem verbunden.The assembly thus formed is - as stated - inserted into the outer housing 1 and connected to it, for example, via an adhesive connection on the front side.
Die Deckelfläche des Außengehäuses 1 ist als Gehäusemembrane 11 ausgebildet. Durch Druckbeaufschlagung dieser Gehäusemembrane 11 wird gleichermaßen die BodenflächeThe cover surface of the outer housing 1 is designed as a housing membrane 11. By applying pressure to this housing membrane 11, the bottom surface
des unteren Gehäuseteils 2" durchgebogen. Deren Durchbiegung pflanzt sich fort auf die Piezoscheibe 6, welche gleichermaßen durchgebogen wird. Durch die Durchbiegung dieser Piezoscheibe 6 entstehen auf deren Oberfläche elektrische Ladungen und damit eine elektrische Spannung, welche über die elektrisch leitenden Kunststoffkörper 4', 4" an die entsprechenden Anschlüsse der Leiterplatte 10 angelegt wird.of the lower housing part 2". Its deflection is propagated to the piezo disk 6, which is also deflected. The deflection of this piezo disk 6 creates electrical charges on its surface and thus an electrical voltage, which is applied to the corresponding connections of the circuit board 10 via the electrically conductive plastic bodies 4', 4".
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- 6**-·- 6**-· BezugszeichenlisteList of reference symbols
Claims (8)
mit einem Gehäuse (2) mit einem bei Druckbeaufschlagung durchbiegbaren Gehäuseteil,
mit einer in dem Gehäuse (2) angeordneten, durch Gehäusedeformation durchbiegbaren Piezoscheibe (6),
mit einer Leiterplatte (10) für elektronische Elemente des Tasters sowie
mit elektrischen Verbindungen zwischen den beiden Seiten der Piezoscheibe (6) und der Leiterplatte (10),
dadurch gekennzeichnet,
daß das Gehäuse (2) beidseits der Piezoscheibe (6) aus zwei Gehäuseteilen (2, 2") aus Kunststoff zusammengesetzt ist, zwischen denen die Piezoscheibe (6) sandwichartig festgelegt ist, und
daß an die beiden Gehäuseteile (2', 2") jeweils ein elastischer sowie elektrisch leitfähiger Kunststoffkörper (4', 4") angespritzt ist, welcher einerseits mit der zugehörigen elektrischen Kontaktstelle der Piezoscheibe (6) kontaktiert ist und andererseits in der Außenoberfläche des Gehäuses (2) mündet und dort mit der elektrischen Leiterplatte (10) elektrisch kontaktiert ist. 1. Piezoelectric button
with a housing ( 2 ) with a housing part which can be bent when pressurized,
with a piezo disc ( 6 ) arranged in the housing ( 2 ) and bendable by housing deformation,
with a circuit board ( 10 ) for electronic elements of the button and
with electrical connections between the two sides of the piezo disc ( 6 ) and the circuit board ( 10 ),
characterized ,
that the housing ( 2 ) on both sides of the piezo disc ( 6 ) is composed of two housing parts ( 2 , 2 ") made of plastic, between which the piezo disc ( 6 ) is fixed in a sandwich-like manner, and
that an elastic and electrically conductive plastic body ( 4 ', 4 ") is molded onto each of the two housing parts ( 2 ', 2 "), which on the one hand is in contact with the associated electrical contact point of the piezo disk ( 6 ) and on the other hand opens into the outer surface of the housing ( 2 ) and is there in electrical contact with the electrical circuit board ( 10 ).
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Legal Events
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