DE2101010A1

DE2101010A1 - Tastaturschalter

Info

Publication number: DE2101010A1
Application number: DE19712101010
Authority: DE
Inventors: Victor Maurice Mt Prospect 111 Bernin (V St A )
Original assignee: Illinois Tool Works Inc
Current assignee: Illinois Tool Works Inc
Priority date: 1970-03-30
Filing date: 1971-01-11
Publication date: 1971-10-14
Also published as: NL7016816A; JPS515712B1; US3612241A; DE2101010B2; DE2101010C3; SE367878B; FR2083907A5; CH535999A

Description

Dr. A. M*-M

r A

J !-.ν"..: &β 5. Jan. 1970

"Fr-i-i^-iv—. i37

Hg./R.

Illinois Tool Works Inc., Chicago, Illinois 6063I, USA

"Tastaturschalter"

Die Erfindung betrifft einen Tastaturschalter. Tastaturen umfassen Einrichtungen, mit denen Informationen in Datenverarbeitungsanlagen eingegeben werden. Solche Tastaturen können unterschiedlich gestaltet sein. Eine Art umfaßt mehrere elektrische Schaltkontakte, die mechanisch durch Niederdrücken einer

1 09842/1039

Taste geschaltet werden. Diese bekannten Tastaturen weisen jedoch erhebliihe Nachteile auf, deren wesentlichste darin bestehen, daß sie verschleißen, daß ihre Kontakte oxydieren und damit unzuverlässig werden und daß in die Tastatur eindringender Staub die Leitfähigkeit der Kontakte beeinträchtigt.

Bei einer anderen Art von Tastaturen umfaßt zur Beseitigung der vorerwähnten Nachteile jeder Tastenschalter einen permanenten Magneten und einen der Taste zugeordneten Kern. Obwohl diese Schalter gegenüber den elektrischen Kontakten verwendenden Schaltern eine wesentliche Verbesserung darstellten, weisen sie jedoch noch eine Anzahl von Nachteilen auf. Bei einer Art dieser Tastaturen müssen die den Tasten zugeordneten Magneten derart angeordnet sein, daß die von diesem Magneten erzeugten Magnetfelder in rechten Winkeln zueinander stehen, so daß das P Id eines Magneten nicht die Kerne benachbarter Schalter beeinflußt. Dies macht zwei verschiedene Typen von Schaltergehäusen erforderlich, die jedoch nicht untereinander austauschbar sind.

Bei einer weiteren, Magnete umfassenden Art von Tastaturen sind die magnetischen Kerne speziell geformt um sie festzulegen. Diese Art macht eine unterschiedliche Windungszahl und/oder

109842/1039

unterschiedliche Kerne für jede Taste erforderlich, was die unterschiedliche Typenzahl der an Lager zu haltenden Teile wesentlich erhöht. Darüber hinaus erschwert die Anpassung das Austauschen.

Die Erfindung bezweckt einen Tastaturschalter zu schaffen, der (Λ leicht in jeder Tastenlage in einer Tastatur verwendet werden

Ferner bezweckt die Erfindung einen Tastaturschalter mit einem magnetischen Kern und einem Gehäuse zu schaffen, bei dem das Gehäuse derart gestaltet ist, daß es an jeder Stelle der Tastatur verwendet werden kann.

Ein weiterer Zweck der Erfindung besteht darin, einen Tastaturschalter zu schaffen, der den Zusammenbau des Schalters und die Verdrahtung des diesem zugeordneten Kernes vereinfacht.

Ferner bezweckt die Erfindung die Schaffung eines Tastaturschaltergehäuses, das alle Elemente des Schalters völlig umgibt und das darüber hinaus leicht in eine Öffnung einer Tastatirtragplatte eingesetzt oder aus dieser heruasgenommen werden kann.

- 4 109842/1039

Die vorerwähnten, der Erfindung zugrunde liegenden Zwecke werden durch die Anordnung eines Tastenstiels, zwei permanente

ά-g/
Magnete und einen satwngsfähigen magnetischen Kern erfüllt. Der Tastenstiel bildet einen etwa U-förmig gestalteten Magnetfluß-Weg und die permanenten Magnete sind von den Schenkeln des Tastenstieles getragen, so daß bei nichteingedrücktem Tastenstiel die permanenten Magnete an einander abgewandten Seiten des Magnetkernes liegen, so daß der Kern gesättigt ist. Bei eingedrücktem Tastenstiel sind die permanenten Magnete vom Kern weg bewegt und dieser ist dadurch nicht mehr gesättigt. Eine ¥echselstromquelle führt einem den Kern schneidenden Leiter ständig ein Signa}, zu.

Das Schaltergehäuse ist von einheitlicher Konstruktion und weist zwei sich vom oberen zum unteren Ende hin durch dieses hindurch erstreckende Öffnungen zur Aufnahme und Führung des Tastenstiels auf. Eine erste Aussparung verläuft quer über den Boden des Gehäuses und diese erste Aussparung ist bei Aufnahme eines magnetischen Kernes wiederum ausgespart. Die Anordnung ist dabei so getroffen, daß die Verdrahtung in der ersten Aussparung durch den Kern oder um diesen herum verlaufen kann. Das Gehäuse umfaßt einen Randteil, der sich um dessen oberen Teil auswärts herum erstreckt und als Anlage an

- 5

109842/1039

der äußeren Oberfläche der Tastaturtragplatte dient. Das Gehäuse umfaßt ferner zwei nachgiebige Spreizelemente, die beim Einführen des Gehäuses in eine Öffnung der Tragplatte gegeneinander bewegt werden, sich jedoch nach dem völligen Einführen des Gehäuses spreizen und gegen die Rückseite der Tragplatte legen.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele eines erfindungsgemäßen Tastenschalters dargestellt. In dieser Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine auseinandergezogen dargestellte schaubildliche Ansicht des Schalters;

Fig. 2 eine Seitenansicht eines Tastaturteiles mit zwei Schaltern in ihrer nichteingedrückten Stellung;

Fig. 3 einen Schnitt längs der Linie 3 - 3 in Fig. 2; Fig. k einen Schnitt längs der Linie 3 - 3 in Fig. 4; Fig. 5 einen Schnitt längs der Linie 5 - 5 in Fig. 3;

Flg. 6 eine schaubildliche Ansicht der Unterseite einer Tastatur, aus der der vereinfachte Zusammenbau der Tastatur zu entnehmen ist;

109842/1039

Fig. 7 eine weitere Ausführungsform des Schaltergehäuse s und

Fig. 8 eine abgewandelte Aasführungsform eines magnetischen Kernes, durch den die Verdrahtung der Tastatur vereinfacht wird.

Die in Fig. 1 bis 5 der Zeichnung dargestellte Ausführungsform eines Tastaturschalters umfaßt ein Gehäuse 10, einen magnetischen Kern 12, erste und zweite Permanentmagnete 14 und 16, einen Tastenstiel 18 und eine Rückstellfeder 20 für den Tastenstiel. Eine Tastenkappe 22 ist am oberen Ende des Tastenstiels angeordnet.

Das Gehäuse stellt einen länglichen Körper dar, der quadratisch sein kann, jedoch nicht größer, als die Abmessungen der Tastenkappe sein muß. Das Gehäuse kann aus Kunststoff oder einem anderen nichtmagnetischen Werkstoff bestehen. Das Gehäuse umfaßt einen vorspringenden Rai dteil 10a, der dessen oberes Ende teilweise umgibt. Ein Teil der beiden einander abgewandten Seiten des Gehäuses ist winklig zur Längsachse des Gehäuses ausgebildet, um zwei Spreizelemente 10b zu bilden. Diese Spreizelemente sind nachgiebig, so daß sie gegeneinander bewegt werden, wenn das Schaltergehäuse durch eine Öffnung in der

109842/1039

Tastaturplatte Zk hindurch geschoben wird, wie dies in Fig. 2 angedeutet ist. Nach dem die Spreizelemente die Öffnung passiert haben, spreizen sie sich auswärts, um die Rückbewegung des Gehäuses zu verhindern. Der Handteil 10a verhindert ein weiteres Eindringen. Auf diese Weise ist das Gehäuse fest in der Tragplatte verankert. Erforderlichenfalls kann das Gehäuse durch Gegeneinanderdrücken der Spreizelemente und durch Herausheben aus der Öffnung entfernt werden.

Das G häuse umfaßt eine sich durch dieses hindurch erstreckende Längsöffnung 27 zur Aufnahme des Tastenstieles 18, der, wie Fig. 1 zeigt, von kastenartiger Gestalt ist und zwei Schenkel 18a und 18b umfaßt. Der Mittelteil 10c des Gehäuses erstreckt sich von einer Seite zur anderen hin, so daß der untere Teil der Längsöffnung 27 unterteilt ist, wie Fig. 3 bis 5 zeigen. Ein Zapfen 1Od erstreckt sich vom Mittelteil 10c aufwärts, um eine Rückstellfeder 20 zu haltern, die zwischen dem Mittelteil 10c des Gehäuses und der Unterseite des Oberteils des Tastenstiels liegt. Der Tastenstiel weist in einer Seitenwand 18d (Fig. 4) eine Aussparung auf, so daß die Schenkel 18a und 18b beiderseits des Mittelteils 10c des Gehäuses verlaufen. Die Seitenwand I8d des Tastenstiels umfaßt ferner zwei in der Zeichnung abwärts gerichtete Laschen 18c, wie Fig. 1 zeigt. Nach dem

109842/1039

Einsetzen des Tastenstiels in die Öffnung des Gehäuses werden diese Laschen auswärts gebogen, um sich gegen die untere Kante des Gehäuses 10 zu legen und so die Aufwärtsbewegung des Tastenstiels zu begrenzen, die durch die Rückstellfeder 20 bewirkt wird.

Der Mittelteil 10c des Gehäuses weist an seiner Bodenfläche eine Aussparung 1Oe auf, die sich zwischen den beiden einander abgewandtn Seiten des Gehäuses erstreckt. Eine weitere Aussparung 10f (Fig. 5) ist rechtwinklig zur Aussparung 1Oe im Mittelteil 10c des Gehäuses vorgesehen. Ein Ferritringkern ist in dieser weiteren Aussparung 1Of angeordnet, so daß dessen Mittelöffnung mit der Aussparung 10e fluchtet. Wie aus Fig. ersichtlich ist, legt diese Anordnung den Kern 12 so fest, daß er leicht von einer oder mehreren Windungen 26 und 28 durchdrungen bzw. geschnitten werden kann. Die Wände der Aussparung 10e dienen beim Einbringen der Windungen dann als Führungen, wenn sich die Windungen dem Kern nähern. Der Kern kann in der Aussparung fest eingepaßt sein oder kann durch einen geeigneten Klebstoff festgelegt werden. Der Kern kann aus Ferrit oder einem anderen geeigneten Werkstoff mit geringer magnetischer Kemanenz gebildet sein.

- 9 109842/1039

Wie aus Pig. k zu ersehen ist, weist der Mittelteil des Gehäuses zwei abwärts gerichtete Schenkel 10h auf. Eine Öffnung 10g (Fig. 5 und 6) ist durch jeden dieser Schenkel hindurch vorgesehen. Die Öffnungen fluchten mit der Aussparung 1Of. Wie in Fig. 4 mit unterbrochenen Linien dargestellt, erstreckt sich ^ der Kern 12 in diese Öffnungen hinein fast bis zu den Seitenflächen des Mittelteiles 10c hin, an denen die Magnete 14 und 16 zu gleiten vermögen. Diese Anordnung ermöglicht eine Lage des Kernes 12 in unmittelbarer Nähe der Magneten 14 und 16, wenn der Tastenstiel nicht niedergedrückt ist.

Die Schenkel 18a und 18b des Tastenstiels sind ausgeschnitten und einwärts gebogen, um vier Haltenasen I8e zu bilden. Diese Nasen greifen in entsprechende Ausnehmungen der permanenten Magnete 14 und 16 ein, um diese am Tastenstiel festzulegen. ™ Der Tastenstiel kann beispielsweise aus nickelplattiertem Stahl bestehen und die permanenten Magnete können aus bariumangereicherten Ferrit gebildet sein. Die Magnete 14 und 16 sind an den Schenkeln 18a und 18b so festgelegt, daß der Südpol des einen Magneten und der Nordpol, des anderen Magneten dem Magnetkern gegenüberstehen. Die Magnete sind ferner, wie Fig. 4 zeigt, so an dem Tastenstiel angeordnet, daß sie direkt dicht neben dem Kern 12 liegen, wenn die Taste 22 sich in ihrer Ausgangs- oder nichteingedrückten Stellung befindet. Vorzugsweise

109842/1039

- 10 -

ist der Außendurclimesser des Kernes 12 etwas geringer als die Breite des Mittelteils 10c des Gehäuses, so daß die permanenten Magnete den Kern nicht berühren können, wenn sie an den Seiten des Teils 10c entlang gleiten.

Die elektrische und elektromagnetische Wirkungsweise des Schalters ist in der deutschen Patentanmeldung P 20 57 417.8 vom 21. November 1970 genau erläutert. Kurz gesagt, liegen die permanenten Magnete direkt neben und dicht am Kern 12, wenn der Schalter sich in seiner nichteingedrückten Stellung befindet. Vom Nordpol des Magneten 14 durch den Tastenstiel 18, den Magneten 16 und über den Kern 12 zurück zum Südpol des Magneten 14 erfolgt ein Magnetfluß. Da der Magnetfluß dem ¥eg des geringsten Widerstandes folgt, wird der Fluß im Spalt zwischen den Magneten sich im Kern konzentrieren und diesen sättigen. Wird der Schalter niedergedrückt, werden die perijnanenten Magnete vom Kern 12 fortjbewegt, so daß dieser nicht mehr gesättigt ist. Der Kern kann als Übertrager oder als veränderliche Induktionsspule in einen Schaltstromkreis einbegriffen werden. Ferner können mehrere dieser Schalter in einer Tastatur verwendet werden, um ein codiertes oder nichtcodiertes Ausgangssignal zu erhalten, wie dies in der vorbezeichneten Patentanmeldung näher beschrieben ist.

11

109842/1039

Fig. 6 der Zeichnung stellt eine räumliche Ansicht der Unterseite der Tastatur dar, der die "Vorteile der erfindungsgemäßen Schalterkonstruktion zu entnehmen sind. ¥ie in Fig. 2 angedeutet, benötigt jedes Schaltergehäuse nicht mehr Raum, als die Schalterkappe 22. Die Schalterkappe hat etwa die von Schreibmaschinen oder ähnlichen Tastaturen bekannte Größe. Auf diese Weise können die Schaltergehäuse, wie Fig. 6 zeigt, dicht nebeneinander angeordnet werden, ohne daß die Magnetfelder eines Schalters die Wirkungsweise irgendeines anderen Schalters beeinträchtigen. In den meisten Tastaturen werden die Schaltergehäuse 10 in Öffnungen 29 in Tastaturtragplatten 2k eingesetzt, so daß die Aussparungen 1Oe aller Schaltergehäuse einer Tastenreihe miteinander fluchten. Wie in Fig. 2 und 6 veranschaulicht, werden dadurch die Öffnungen aller Kerne 12 jeder Reihe von Schaltern axial ausgerichtet. Dies vereinfacht das Einbringen der Windungen in die Kerne wesentlich, wenn das Verdrahten dann erfolgt, wenn die Kerne im Gehäuse 10 bereits befestigt sind.

Die neue Schalterkonstruktion ermöglicht ferner das Verdrahten der Kerne bevor diese in die Gehäuse 10 eingesetzt sind. In diesem Falle werden die Kerne in eine automatische Verdrahtungseinrichtung bekannter Art eingesetzt und automatisch entweder

12

109842/1039

in codierter oder nichtcodierter Ausführung verdrahtet. Als Erläuterung kann die Ausgangswindung 26 (Fig. 2) durch die Kerne aller Tastaturschalter hindurch geführt werden, während eine oder mehrere Windungen 28 wahlweise durch die Kerne geschleift sind. Fig. 2 zeigt eine durch den Kern 12 eines Schalters hindurchgeführte Windung 28, die jedoch um den Kern 12' eines zweiten Schalters herum verläuft. Das Codieren ist in der vorbezeichneten Patentanmeldung näher erläutert. Nach dem die Kerne mit Windungen versehen sind, werden sie der Verdrahtungseinrichtung entnommen und, wie aus Fig. 6 zu entnehmen ist, ausgelegt. Die einzelnen Kerne werden dann durch die Öffnungen 10g in die Aussparungen 1Of eingeführt und in den Gehäusen 10 durch Klebstoff oder Festklemmen verankert.

Aus der vorstehenden Beschreibung geht klar hervor, daß die neue Sclialterkonstruktion den Zusammenbau einer Tastatur wesentlich vereinfacht und darüber hinaus keine Spezialkenntnisse erforderlich macht. Wenn ein Kunde eine Tastatur mit einer gestaffelten Tastenanordnung an Stelle der in Reihen ausgerichteten Tasten wünscht, benötigt er nur eine Tragplatte Zk mit Löchern 29, die in gestielter Anordnung liegen. Eine Veränderung der einzelnen Schalter, ihrer Verdrahtung und ihres Zusammenbaus ist nicht nötig. Wünscht ein Kunde eine Tastatur, die eine

- 13 -

109842/1039

alphabetische oder alplmumerische Sektion und eine numerische Sektion umfaßt, können zwei Tastatursektionen eine gemeinsame Tragplatte 24 verwenden oder können zwei separate Tastaturen auf separaten Platten benutzt werden. Die Verdrahtung der Tastaturen bleibt unverändert die gleiche. Der neue Schalter kann in nichteodierten Tastaturen oder in Tastaturen benutzt werden, die einen bodierten Ausgang in irgendeinem vom Kunden gewünschten Code ergeben. Die Konstruktion bleibt dabei die gleiche, lediglich die Verdrahtung ändert sich in Abhängigkeit vom gewünschten Code.

Es muß hervorgehoben werden, daß es mit der erfindungsgemäßen Anordnung möglich ist, permanente Magnete zu verwenden, die solche Abmessungen 1 und w haben, daß das Verhältnis l/w sehr gering ist. Für geringere Verhältnisse von l/w ist die Größe der Änderung des Magnetflusses im Luftspalt größer, was kleinere Tastenbewegungen erforderlich macht, um die Schaltwirkung zu erreichen. Für kleinere Verhältnisse von l/w ist die maximale Flußdichtet geringer, jedoch zum Sättigen des Kernes noch ausreichend.

Fig. 7 zeigt eine Abwandlung des Schaltergehäuses, bei der sich eine weitere Aussparung 30 oberhalb der Aussparung 1Oe durch

- 14 -

109842/1039

den Mittelteil erstreckt. Diese Aussparung 30 ermöglicht es, einige oder alle Windungen, die nicht durch den Kern verlaufen, fest in ihrer Lage zu halten. Diese Windungen können durdi die Aussparung 30 hindurchgeführt werden, nach dem der Kern 12 in das Gehäuse eingebracht ist oder können zusammengebunden werden und in die Aussparung 1Oe so wingeführt werden, daß sie lose in der Aussparung 30 liegen, sobald der Kern in das Gehäuse eingebracht ist.

Fig. 8 zeigt.eine Koretruktion, die sich durch den Kern von der vorgehenden unterscheidet. Dieser Kern hat einen Luftspalt 32, durch den die Drähte von der Seite in die Mittelöffnung des Kernes eingeführt werden können. Nach dem die erforderlichen Windungen durch den Luftspalt eingebracht worden sind, kann dieser so, zum festlegen der Windungen, geschlossen werden.

- 15 109842/1039

Claims

Patentansprüche

./Tastaturschalter mit zwei von den Schenkeln eines Tastenstieles getragenen Magneten, die in eine und aus einer Sättigungsstellung zu einem magnetischen Kern bewegbar sind, durch dessen Mittelöffnung sich eine Windung hindurch erstreckt bzw. mehrere Windungen hindurch erstrecken, gekennzeichnet durch ein Schaltergehäuse (1O) mit einer zur Aufnahme"und Führung des Tastenstieles (18) dienenden Längsöffnung (27) mit einem sich von einer Seite des Gehäuses zur anderen hin erstreckenden Mittelteil (iOc), der eine erste, eine offene sich von einer Seite zur anderen hin erstreckenden Nut bildende Aussparung (iOe) in seiner Bodenfläche und eine zweite quer zur ersten verlaufende und zur Aufnahme des magnetischen Kernes (12) dienende Aussparung (iOf) aufweist, deren Tiefe so gewählt ist, daß der Boden der ersten Aussparung (iOe) mit der Mittelöffnung des magnetischen Kernes fluchtet, wobei die Mittelöffnung die gleiche Krümmung aufweist, wie der Boden der ersten Aussparung.

- 16 -

109842/1039
2. Tastaturschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der magnetische Kern (12) ein Kingkern ist und der Boden der ersten Aussparung (iOe) im Querschnitt halbkreisförmig gestaltet ist, wobei die innere Oberfläche des Kernes etwa über 180 mit der Bodenfläche der Aussparung fluchtet.
3. Tastaturschalter nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Weite des Kernes (12 etwas kleiner als die Breite des Mittelteiles (iOc) des Gehäuses (io) ist und daß sich die zweite Aussparung (iOf) fast über die Breite des Mittelteiles erstreckt.
h. jTas^aturschalter nach Anspruch 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet , daß das Gehäuse (1O) die Seitenwände überragende Handteile (iOa) an dem der Aussparung (iOe) abgewandten Ende und zwei sich zu diesen Randteilen hin und auswärts erstreckende Spreizelemente (10b) umfaßt.
5. Tastaturschalter nach Anspruch 1 bis k, gekennzeichnet durch eine dritte Aussparung (30), die parallel zur ersten in deren Boden verläuft und zur Aufnahme

- 17 -

1 Ü98A2/ 1039

von Windungen dient, die den Kern (12) nicht durchdringen.
6. Tastaturschalter nach Anspruch 1 bis 5, dadurch ge kennzeichnet , daß der magnetische Kern (12) einen zum Einlegen der den Kern durchdringenden Windungen dienenden Luftspalt (32) hat.
7. Tastaturschalter nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet , daß das Gehäuse (10) und dessen Mittelteil (iOc) einstückig aus Kunststoff gefertigt s ind.
8. Tastatur mit Tastaturschaltern nach Anspruch 1 bis 7> gekennzeichnet durch eine Tragplatte (2^)-?, die mindestens eine Reihe von Öffnungen (29) zur Aufnahme der Schaltergehäuse (1O) aufweist.
9. Tastenstiel für Tastaturschalter nach Anspruch 1 bis 7» dadurch gekennzeichnet, daß er zwei parallele Schenkel (i8a und 18b) umfaßt, die sich in der Längaöffnung (27) des Gehäuses (1O) beiderseits des Mittelteils (1Oc) erstrecken.

109842/1039