DE2165679A1

DE2165679A1 - Betätigungsvorrichtung, insbesondere für elektrischen Druckkontakt

Info

Publication number: DE2165679A1
Application number: DE19712165679
Authority: DE
Inventors: Dennis Harry Raleigh N.C. Kekas (V.StA.). P
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1971-01-04
Filing date: 1971-12-30
Publication date: 1972-07-13
Also published as: US3668356A; NL7117227A; CH534418A; JPS5221192B1; DE2165679B2; ES398485A1; DE2165679C3; IT945731B; FR2121212A5; JPS4714668A; GB1329370A; CA958452A

Description

BetätigungsVörricKturig/ irisbesondere für elektrischen Druckkontakt

Diese Erfindung betrifft eine Betätigungsvorrichtung, insbesondere für einen, elektrischen Druckkontakt? bestehend aus einer Taste _t einer Grundplatte und einem Betätigungsmechanismus * der einen .zentral angeordneten Stößel enthält _s .. welcher die Bewegung der Tas.ts auf das- zu betätigende Objekt, überträgt^ der außerdem Federelemsnfce aufweist die naoh der Betätigung den Stößel und die Taste in die Ruhelage bringen.

Durch diese neu© Befestigungsvorrichtung* welch© besonders- für di© Massenfertigung ausgelegt ist_f wird eine Verbilligung ä®r Hsrstslluagskostss besw®Qkt_f insofern^ ö,®B sie ©iaera m®hzc einfachen Mifhtxu aufweist _β welcher eis Kunststoffgi©B¥©rfehren

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Zahlreiche mechanische Betätigungsvorrichtungen für elektrische Schalter und Kontakte sind bekannt. Sogenannte Druckknopf k on-· takte bestehen üblicherweise aus dem Druckknopf, der als Taste das eigentliche Oberteil bildet, aus einer Grundplatte, die auch zur Befestigung dient und aus einem Betätigungsmechanismus, der zusammen mit Grundplatte und Taste die Vorrichtung bildet. Der Mechanismus weist im allgemeinen einen Stößel auf, der durch Fingerdruck auf den Knopf in seiner Längsrichtung über eine gewisse Strecke beweglich ist und gegen das Ende seiner Bewegung zu einen, elektrischen Kontakt betätigt. Wird die Taste losgelassen, so bewegt, sich der Stößel unter dem Einfluß einer Feder oder eines anderen geeigneten vorgespannten Elementes wieder in die ursprüngliche Stellung zurück.

Es hat sich als wünschbar gezeigt^ solche Drucktasten oder Druckknöpfe mit einer fühlbaren Rückmeldung auszustatten, die der betätigenden Person anzeigt, daß. die Taste vollständig betätigt ist. Dies wird häufig durch Ausbildung der Rückstellelemente erreicht, deren Rückstellkraft mit der Stößelbewegung linear zunehmen soll, um dann an einem bestimmten Punkt plötzlich wieder abzunehmen. Eine derartige Charakteristik zeigt beispielsweise eine gewölbte vorgespannte Membran, wenn ihre Wölbung durchgedrückt wird. J

Die neue BetStigsrngsvcrrielitung eigast sich gut als Drucktaste zur Betätigung, eines Membr ans eileiter s_f dessen Kontakt aus einen* Paar übereinander angeordneter leitender Flächen besteht^ die durch, eins Isolierende 'Zwischenschicht, voneinander getrennt sind? weicht Im IContaktbsraich. eine öffnung aufweist ο Eis elektrischer Kontakt wird sswrisciiea äsz» beides Leitflächen hergestellt _t tnäem die eise durch die Öffnung hindurch mit einem Stößel oü&t einer ärmlichen Betätigungsvorrichtung auf die "darunter liegende LsitfXSelie gedrückt wird_r welche meistens auf einer festen unterlage angeordnet ist, so daß sich die beiden Leitflächen metallisch berühren und evtl. den Kontakt-

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Übergang beeinträchtigende Fremdschichten durchdrungen werden.

Mit Hilfe des soeben beschriebenen Schalters, der als Membranschalter bekannt ist, und einer Anzahl von Betätigungsvorrichtungen lassen sich Tastaturen herstellen, der Art, wie sie bei Schreibmaschinen oder Addiermaschinen gebräuchlich sind. Derartige Tastaturen enthalten in einer Baueinheit eine größere Anzahl von Membranschaltern, die meistens in Form einer Matrix in einer Ebene liegen, über jedem Membranschalter bzw. dessen Schaltstelle ist eine Betätigungsvorrichtung angeordnet, derart, daß die Betätigungsstößel, die beim Tastenanschlag federnd ausgelenkt werden, möglichst über den Mitten von den in der Isolierschicht befindlichen Öffnungen sich befinden. Bei solchen Membran-Tastaturen ist es erwünscht, daß alle Elemente zu ihrer Betätigung die gleiche Kraft erfordern. Es ist weiterhin erwünscht, daß alle Elemente dieselbe fühlbare Rückmeldung hervorrufen, wenn der Kontakt der angeschlagenen Taste schließt. Schließlich soll die Anzahl verwendeter Einzelteile im Interesse eines geringen Aufwandes und möglichst großer Zuverlässigkeit der Tastatur so klein wie möglich sein.

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Betätigungsvorrichtung für insbesondere durch Druckkraft betätigbare Schaltkontakte zu schaffen, die nur aus wenigen Teilen besteht, die bei nur geringen Herstellungskosten für die Massenfertigung geeignet ist und die dennoch zuverlässig arbeitet und eine hohe Lebensdauer aufweist. Die Betätigungseinrichtung soll außerdem so ausgelegt sein, daß die mit der Beschriftung versehenen Tastenknöpfe den jeweiligen Erfordernissen entsprechend leicht austauschbar sind.

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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die den Stößel wenigstens teilweise umgebenden Federelemente sich parallel zum Stößel erstrecken und einseitig an der Grundplatte befestigt sind, daß die in radialer Richtung auslenkbaren Federelemente an ihren freien Enden über gelenkig aufspreizbare Arme mit dem Stößel verbunden sind/ derart, daß beim Tastenanschlag durch die Stößelverschiebung eine Auslenkung der Federelemente erfolgt.

Eine sehr vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist, daß von der Betätigungsvorrichtung die Grundplatte und der Betätigungsmechanismus eine im Preßgußverfahren herstellbare Einheit aus zähem flexiblen Thermoplastmaterial bilden, d.h. die Grundplatte, der Stößel, die Federelemente und die Verbindungsarme bestehen aus einem gegossenen Kunststoffkörper.

Die erfindungsgemäße Betätigungsvorrichtung wird nachstehend in zwei Ausführungsbeispielen anhand von Zeichnungen (Figuren la-c und 2a-c) ausführlicher beschrieben.

Die Fig.la zeigt in auseinandergezogener Darstellung ein erstes Ausführungsbeispiel, Die Drucktaste 1 bildet ein selbständiges press-oder giessbares Teil, das durch Auflegen eines Fingers auf seine Oberfläche betätigt werden kann. Die Größe dieser Oberfläche ist bestimmt durch die Größe der menschlichen Finger und entspricht den bei Schreibmaschinen, Addiermaschinen etc. üblichen Abmessungen.

Die Grundplatte. 3 und der Betätigungsmechanismus 5 werden durch einen einzigen Körper gebildet, der aus einem geeigneten thermoplastischen und elastischen Material hergestellt ist. Als Material eignet sich beispielsweise Polypropylen, Polyamid Polymethylenoxyd, Polyphenylenoxyd und unter Druck vergieß-

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bares Polyurethan. Als besonders geeignet hat sich Polypropylen mit einem Zusatz von biszu 20% Antimonoxyd erwiesen. Die an das verwendete Material zu stellenden Anforderungen werden noch erläutert.

Die starre Grundplatte. 3 trägt den Betätigungsmechanismus Die Grundplatte 3 ist fest und die Taste 1 und der Mechanismus 5 sind ihr gegenüber beweglich. Die Dicke der Grundplatte 3 ist durch die gewünschte Steifigkeit bestimmt.

Der Betätigungsmechanismus 5 umfaßt den Stößel 13, der sich frei durch die Öffnung 9 in der Grundplatte 3 bewegen kann. Die Federelemente 15 und 17 bilden zusammen mit dem Stößel 13 und den Armen 19 und 21 den Betätigungsmechanismus 5. Ein Ende jedes Federelementes 17 ist mit der Grundplatte 3 verbunden, das andere Ende steht je über einen Arm 19 und mit dem Stößel 13 in Verbindung. Auf das obere Ende 23 des Stössels 13 ist die Betätigungstaste 1 aufgesteckt.

Fig.2a zeigt die Betätigungsvorrichtung in ihrer Ruhestellung. Die Taste 1 steckt auf dem Ende 23 des Stössels 13 fest, derart, daß die Unterfläche 22 der Taste 1 sich im Abstand d oberhalb der oberen Fläche 25 der Grundplatte 3 befindet. Die Federn 15 und 17 sind an der Grundplatte 3 so befestigt, daß sie Hebel bilden, die über die Arme 19 und 21 den Stößel 13 in seiner Grundstellung halten. Die Arme 19 und 21 haben je die Länge f und bilden mit der Achse der zugehörigen Federelemente 15,17 den Winkel θ . Dieser Winkel ist bei Betätigung der Taste' I veränderbar und der Bereich den er günstigerweise durchläuft^ -ist .durch die in Fig« 2a angegebene Formel festgelegt.

In Fig. 2b ist die Betätigungsvorrichtung in. einer Stellung gezeigt, die sich bei angeschlagener Taste ergibt. Die Betätigungsvorrichtung ist bei diesem Ausführungsbeispiel da-

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zu verwendet, einen Membranschalter zu betätigen, wie er bereits vorstehend schon erwähnt wurde. Der Membranschalter hat zwei deformierbare leitende Oberflächen 25 und 29, die durch einen mit öffnungen versehenen Isolator 27 getrennt sind.

Die Taste 1 wird durch Berührung niedergedrückt und schiebt dabei den Stößel 13. um die Distanz d nach unten. Diese Hubbewegung des Stößels 13 wird durch die Arme 19 und 21 in eine Biegung der Federn 15 und 17 umgewandelt. Die Belastung der - Federn und ihrer Durchbiegung können nach bekannten Regeln bestimmt werden, wie sie sich beispielsweise in dem Buch "Strength of Materials" von Timoshenko, van Nostrand, 1955, finden. Das Biegemoment der Federn 15,17 bringt den Stößel 13 wieder nach oben in die nicht betätigte Position der Fig.2a zurück, welche der Ruhestellung entspricht, sobald die Taste losgelassen wird.

Für eine gleichmäßige Ausbildung der Grundplatte 3 und des Betätigungsmechanismus 5 ist eine richtige Auswahl des verwendeten Materials maßgeblich. Aus der Betrachtung der Figuren 2a und 2b ergibt sich, daß das Material für die Grundplatte 3, für die dicken Enden der Federn 15 und Λ7 und den Stößel 13 möglichst steif sein sollte. Auch die Arme 19 und 21 müssen steif genug sein, um die Biegekraft der Federn 15,17 übertragen zu können. Die Federn 15,17 müssen immerhin genügend elastisch sein. Dahingegen sollte das Material dort, wo die eigentlichen Gelenke 33 und 35 gebildet werden, ziemlich elastisch, sein. Es wurde festgestellt, daß sich die ganze Vor» jrichtung in einem Stück am günstigsten in einem Preßverfahren herstellen läßt.

Es wurde festgestellt* daß biegsam zähe Thermoplaste vergossen werden können, beispielsweise im Druckguß, so daß ein einziger Körper entsteht und daß dabei diese Stoffe außerdem." lange

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gerichtete Polymerketten bilden/ welche gute Gelenke ergeben. Thermoplaste von der Art wie Acrylglas sind harte, brüchige Materialien, die nicht dehnbar oder elastisch genug sind, um Gelenke zu bilden. Polypropylen, Polyamid, Polymethylenoxyd, Polyphenylenoxyd und .gießbare Polyurethane haben die wünschbaren Eigenschaften sowohl bezüglich der Festigkeit als auch der Herstellung. Solche Stoffe werden biegbar-zähe Stoffe genannt. Wärmehärtende Materialien dagegen, mit der Ausnahme von Hartgummi, haben nicht die gewünschte Steifigkeit und auch nicht die gerichteten Polymerketten, die die günstigen Gelenkeigenscha.ften ergeben.

Fig.2c zeigt einen Schnitt durch die Betätigungsvorrichtung in ihrer Ruhestellung. Die Taste 1 wird durch ein Preßteil gebildet, das hier, vom Stößel 13 abgezogen ist. Die vorstehende Hülse 11 hat innen Nuten 37, in die das Profil 23 am oberen Ende des Stößels 13 leicht klemmend paßt. Die Unterseite der Taste 1 bildet eine: höhlenartige Vertiefung 45, die akustisch ein schnappendes Geräusch erzeugt, wenn die Taste 1 plötzlich auf die Grundplatte 3 niedergedrückt wird. Aus Fig.2c ist ersichtlich, daß Grundplatte 3, Stößel 13, übertragungsarme 19,21 und Gelenke 33,35 aus demselben Material bestehen und eine Einheit bilden. Ein Druckgußverfahren eignet sich am besten zur Herstellung der Betätigungsvorrichtung. In dem Gußverfahren wird das Material so in die Gußform gepreßt, daß es zunächst die Grundplatte 3 bildet und dann die Räume durchfließt, in denen die Federn 15 und 17 gebildet werden und in Fortsetzung davon das äußere Gelenk 33 das innere Gelenk 35 und schließlich den Stößel 13. Fließt das Material auf diese Weise unter geeigneten Druck- und Temperaturverhältnissen, so richten sich die Polymerketten in einer Ebene aus, die senkrecht zur Gelenkachse steht. Bei dieser Ausrichtung der Polymerkette entsteht ein Gelenk, das genügend weich ist und einer großen Anzahl von Biegungen widersteht. Mit der Grundplatte 3

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entsteht die Raste 7, die die Vorrichtung bei Befestigung in einer Montagewand 43 festhält.

Fig.Ib zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel einer Betätigungsvorrichtung. Eine zylindrische Hülse 47, die in Längsrichtung mit Schlitzen 49 versehen ist, ersetzt die Federn 15 und derFig.la. Sin Ende der Hülse 47 ist an der Grundplatte 3 angewachsen. Die Hülse 47 umgibt wenigstens einen Teil des Stößels 13. Die Schlitze 49 dienen dazu, der Hülse 47 die nötige Flexibilität zu verleihen.

Das zweite Ausführungsbeispiel nach Fig.Ib ist in der Fig.Ic in einer Ansicht von unten dargestellt. Der äußere Umfang einer steifen Membrane 51 ist bei der Dünnstelle 33 beweglich an der Hülse 47 angewachsen. Die Membran 51 ist ebenso bei der Dünnstelle 35 am unteren Ende 31 des Stößels 13 angewachsen. Die Durchbiegung der scheibenförmigen Membran 51 ist ähnlich der anhand von Fig.2a,b und c beschriebenen.

Die beiden beschriebenen Ausführungsbeispiele der neuen Betätigungsvorrichtung sind zur Benützung in einem bestimmten Temperaturbereich vorgesehen. Das bedeutet, daß bei ihrem Entwurf die Vorteile und auch die Grenzen des verwendeten Thermoplastmaterials gebührend in Rechnung gestellt werden müssen. Biegsamkeit und Zähigkeit des Thermoplastmaterials beeinflußen die Betätigungscharakteristik der Vorrichtung. Die Betätigungscharakteristik hängt auch von der Dicke der Gelenketeile und 35 ab. Die Größenordnung von 25 Aim bis 250 pm wurde als geeignet für die Dicke der Gelenke gefunden.

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Claims

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P a t e η t a η S ρ r ü c h e

Betätigungsvorrichtung, insbesondere für elektrischen Druckkontakt, bestehend aus einer Taste, einer Grundplatte und einem Betätigungsmechanismus, der einen zentral angeordneten Stößel enthält, welcher die Bewegung der Taste auf das zu betätigende Objekt überträgt, der außerdem Federelemente aufweist, die nach* der Betätigung den Stößel und die Taste in die Ruhelage zurückbringen, dadurch gekennzeichnet, daß die den Stößel (13) wenigstens teilweise umgebenden Federelemente (15,17,47) sich parallel zum Stößel (13) erstrecken und einseitig an der Grundplatte (3) befestigt sind, daß die in radialer Richtung auslenkbaren Federelemente (15,17, 47) an ihren freien Enden über gelenkig aufspreizbare Arme (19,21>51) mit dem Stößel (13) verbunden sind, derart, daß beim Tastenanschlag durch die Stößelverschiebung eine Auslenkung der Federelemente erfolgt.
2. Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Federelemente (15,17) die Form gestreckter Blattfedern aufweisen (Fig.la, 2a-c).
3. Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Federelemente (47)je die Form eines halben den Stößel (13) umgebenden Zylinders aufweisen und daß deren bewegliches Ende (33) über eine flexible Membran .(5,1) mit dem ,Stößel verbunden ist (Fig. Ib u.c).
4. Betätigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Arme (19,21,51) an ihren Verbindungsstellen mit dem Stößel (13) und den Federelementen (15,17,47) mit als Gelenke dienenden Dünnstellen (33,35) versehen ist und daß der mittlere Armteil dicker und steif ist.

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5. Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterseite (22) der Taste (1) eine Höhlung (45) aufweist/ die beim Aufschlagen der Taste auf die Grundplatte (3) ein akustisch wahrnehmbares Geräusch verursacht.
6. Betätigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Grundplatte (3) und der Betätigungsmechanismus aus zäh-flexiblem Thermoplastmaterial in einem Stück bestehen.
7. Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekenn~ zeichnet, daß das Thermoplastmaterial der Gruppe Polypropylen, Polyamid, Polymethylenoxid, Polyäthylen, PoIyphenylenoxid und giessbares Polyurethan angehört.
8. Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch Beimischung, von höchstens 20% des Volumens eines nicht thermoplastischen Materials.
9. Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch Antimonoxid als Beimischung, j
10...Verfahren- zur Herstellung der Betätigungsvorrichtung nach einem der vorstehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das flüssige Thermoplastmaterial unter Druck in den die Grundplatte (3) bildenden Raum der Giessform eingepreßt wird, so daß es der Reihe nach die Grundplatte (3), die Federelemente (15,17,47), die Verbindungsarme. (19,21,51) und den Stößel (13) durchfließt, derart, daß die Polymerketten transversal bezüglich der Gelenkachsen ausgerichtet werden.

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