DE2314420A1

DE2314420A1 - Piezoelektrische taste

Info

Publication number: DE2314420A1
Application number: DE19732314420
Authority: DE
Inventors: Peter Dipl Phys Kleinschmidt
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1973-03-22
Filing date: 1973-03-22
Publication date: 1974-10-10
Also published as: CA991306A; YU75674A; FR2222804B1; DK143119B; JPS5430511B2; LU69317A1; SU862846A3; SE386544B; DE2314420B2; ES424476A1; AT338912B; US3899698A; CH574679A5; FR2222804A1; JPS49128275A; IE41672B1; YU37045B; NL7403685A; IE41672L; ATA106174A

Description

SIEMENS AKTIENGESELLSCHAPT Ilvnchen, 22.3.1973

Berlin und München Wittelsbacherpi.2

VPA 73/7030

Die Erfindung betrifft eine mit bestimmungsgemäß gerichteter und bemessener Druckkraft zu betätigende Taste mit einem piezoelektrischen Wandler zur Ansteuerung eines elektrischen Yerstärkerelementes einer elektronischen Schaltung, wobei der Körper des Wandlers aus permanent polarisiertem, piezoelektrischem Material besteht, und mit darauf befindlichen Elektroden zum Abnehmen einer elektrischen Spannung und eines elektrischen Stromes versehen ist, daß der Körper in jeder Ebene senkrecht zur Richtung, mit der die Druckkraft in der Taste auf den Körper einwirkt, annähernd konstanten Querschnitt aufweist und eine Abmessung d (Dicke) hat, die klein gegenüber einer weiteren Abmessung des Körpers ist, und daß der Körper in Richtung der Abmessung d polarisiert ist und die Elektroden sich auf im Abstand d einander gegenüberstehenden Flächen des Körpers befinden.

Es sind eine große Anzahl von Drucktasten zum Ein- oder Ausschalten elektrischer Stromkreise bekannt. Es sind auch bereits Drucktasten bekanntgeworden, die piezoelektrische Keramikkörper zur Erzeugung einer elektrischen Spannung enthalten. Drucktasten dieser Art haben für entsprechende Anwendungsfälle den Vorteil, daß sie nicht nur einen Stromkreis schließen, sondern daß sie selbst die Spannung für den Strom in dem Stromkreis aus der auf sie einwirkenden mechanischen Druckkraft zu erzeugen vermögen.

Piezoelektrische Drucktasten sind insbesondere unter Verwendung von Biegestreifen, die wenigstens zu einem Anteil aus Piezokeramik bestehen, realisiert worden. Zu deren Betätigung muß die auf den Biegestreifen einwirkende Kraft eine deutlich

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Bts/Bla ~^z~

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wahrnehmbare Biegebewegung des Streifens erzeugen.

Aus der OS 2 064 654 ist eine weitere Ausführungsform einer piezoelektrischen Drucktaste bekanntgeworden, bei der ein scheibenförmiger Körper aus Piezokeramik verwendet ist. Die zur Betätigung der laste vorgesehene Druckkraft wirkt auf die Scheibenoberfläche derart, daß die Scheibe in Dicken-Richtung gedruckt wird. Der Weg, über den die zur Betätigung vorgesehene Druckkraft wirkt, liegt hier unter der Grenze der für den Menschen gegebenen Wahrnehmbarkeit.

Es ist beobachtet worden, daß piezoelektrische Drucktasten gegen mehr oder weniger kurzzeitig eintretende Temperaturänderungen empfindlich sind. Sie können auf Änderungen der Umgebungstemperatur in der gleichen Weise ansprechen wie auf bestimmungsgemäß einwirkende Druckkräfte. Zwar tritt dieser Effekt bei einem piezoelektrischen Biegestreifen aufgrund dessen Konstruktion nur in untergeordnetem Maße auf, doch sind gerade die Konstruktionen einer Taste mit Biegestreifen relativ aufwendig und erfordern zudem einen merklichen Betätigungsweg.

Der Wegfall eines Betätigungsweges für eine Schalttaste ist insbesondere dort von Interesse, wo es auf staub- und/oder feuchtigkeitsdichten Einbau ankommt oder wo durch Vermeidung von Schlitzöffnungen entlang gegeneinander zu bewegender Teile ein Schutz gegen die Möglichkeit einer mutwilligen Beschädigung vermieden werden soll.

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine, mit Druckkraft im wesentlichen wegfrei zu schaltende piezoelektrische Taste anzugeben, die in praktisch sinnvollen Grenzen bezüglich ihrer Arbeitsweise gegen von außen einwirkende Temperaturänderungen unempfindlich, d.h. schaltsicher, ist.

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Diese Aufgabe wird mit einer wie eingangs angegebenen Taste gelöst, die erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet ist, daß der Körper in der Taste derart angeordnet ist, daß seine Abmessung d im wesentlichen senkrecht zu der Richtung ausgerichtet ist, in der die bestimmungsgemäße Druckkraft in der Taste auf den Körper einwirkt, daß der Körper in einem Volumen d.h-1 polarisiert ist, daß eine zur Dicke im wesentlichen senkrechte Abmessung 1 (Länge, Umfang), die senkrecht zu der Richtung ist, in der die Druckkraft in der Taste auf den Körper einwirkt, mehrfach größer als die Abmessung d bemessen ist, wobei h eine Abmessung am Körper ist, die zu den Abmessungen d und 1 senkrecht ist und die größer als etwas das 10-fache der Abmessung d ist.

Pur die Betätigung der erfindungsgemäßen Taste mit dem Finger liegen günstigste Werte für die Abmessung 1 zwischen 3 und 30 mm. Insbesondere für den Fall einer maschinenbetätigten erfindungsgemäßen Taste empfiehlt es sich, die Abmessung 1 gem&B der Gleichung 1 = nlg^l ·Κ/ϋ zu bemessen, wobei in der Gleichung K der Wert der auf die Fläche l»d des Körpers in der Taste einwirkenden vorgesehenen Druckkraft ist, g^ die piezoelektrische Spannungskonstante des Materials des Körpers ist und U der vorgegebene Wert der elektrischen Ansprechspannung der nachfolgenden elektronischen Schaltung ist.

Einen sicheren Pyro-Abstand, d.h. Abstand zwischen dem Wert der bei Betätigung auftretenden Piezospannung und dem möglichen Wert einer Pyro-Spannung, erhält man, wenn man die Abmessung d kleiner als 0,5 mm wählt. Eine untere Grenze für die Abmessung d ergibt sich aus den technologischen Möglichkeiten für die Herstellung dünner piezoelektrischer Keramikkörper.

Die Elektroden zur Abnahme der piezoelektrischen Spannung, an der auch die erfindungsgemäß auf ein verhältnismäßiges

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Minimum herabgesetzte Pyro—Spannung auftritt, bedecken die Flächen h«l des Körpers.

Weitere Einzelheiten der piezoelektrischen Spannungskonstanten g,.j können dem Stand der Technik, z.B. Valvo-Handbuch: "Piezooxide", 1971, insbesondere S.20, entnommen werden. Die Richtung 1 fällt mit der wie oben angegebenen Höhe h, die Richtung 3 mit der wie oben angegebenen Dicke d zusammen.

Zur Erläuterung von Einzelheiten der erfindungsgemäßen Lehre soll die Pig.1 dienen. Der als elektromechanischer Wandler der Taste vorgesehene Körper 1 besteht mindestens in einem noch näher zu beschreibenden Teilvolumen l«h«d desselben aus einem Material, das permanent ausgerichtet, d.h. piezoelektrisch wirksam ist. Als derartiges Material sind beispielsweise Barium-Titanat und Blei-Titanat-Zirkonat, gegebenenfalls mit die piezoelektrischen Eigenschaften verbessernden Zugaben, bekannt. Der Körper 1 hat beispielsweise eine wie aus der Pig.1 zu entnehmende Porm mit den Abmessungen d, 1 und der Abmessung h für dieses Teilvolumen. Die in der Taste bestimmungsgemäß auf den Körper 1 einwirkende Druckkraft bzw. die bestimmungsgemäße Richtung dieser Druckkraft ist durch den Pfeil 2 angedeutet. Soweit keine Richtungsumlenküng und/oder Übersetzung der von außen auf die Taste einwirkenden Druckkraft erfolgt, stimmt diese Kraft nach Richtung und Betrag mit der in der Taste auf den Körper als bestimmungsgemäß bezeichneten Kraft überein.

Gemäß einem Merkmal der Erfindung wirkt diese Druckkraft in der Taste parallel in Richtung der Abmessung h bzw. H in der Darstellung der Pig.1 in senkrechter Richtung auf die Oberfläche 3 des Körpers. Die Oberfläche 3 ist die in der Pig.1 nach oben zeigende Pläche des Körpers 1 mit den Seitenabmessungen d und h. Der Einfachheit halber ist angenommen, daß diese Druckkraft 2 auf die Mitte der Pläche 3 einwirkt. Die

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zur Druckkraft 2 notwendigerweise auf den Körper entgegenwirkende Druckkraft wird von der als Ausschnitt dargestellten, scbematisch angedeuteten Grundplatte 4 ausgeübt, auf der der Körper 1 mit der der Fläche 3 gegenüberliegenden Seitenfläche des Körpers 1 aufsteht.

Der Körper 1 ist in seinem Yolumenbereich l»h»d in Richtung d polarisiert, wie dies durch die Pfeile 23 angedeutet ist. Auf den für die Richtung der Polarisation senkrechten Oberflächen l«h des Körpers befinden sich die Elektroden 24 und 25 (in der Pigur ist nur die Elektrode 25 sichtbar), die zur Polarisation durch Anlegen einer entsprechend hohen elektrischen Spannung dienen und von denen die piezoelektrisch erzeugten Spannungen abzunehmen sind, die der Schaltung zugeführt werden.

Wie bereits erwähnt, ist der durch die Höhe h gekennzeichnete Teilbereich der eigentlich piezoelektrisch und damit auch pryoelektrisch wirksame Teil des Körpers 1. Es ist vorteil-

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haft, die Höhe h etwas kleiner als die Gesamthöhe des Körpers 1 zu machen. Ein Torteil besteht in einer später noch näher zu beschreibenden Wärmeisolation. Ein weiterer Vorteil ist schaltungstechnischer Art.

Die Länge 1 des Teilbereiches ist im Regelfall (praktisch) gleichgroß wie die entsprechende Außenabmessung L des Körpers selbst. Zur Vermeidung von elektrischen Kurzschlüssen zwischen den einander gegenüberliegenden Elektroden (24, 25) kann vorgesehen sein, daß die Länge 1 etwas kleiner als die entsprechende Außenabmessung ist, wie dies auch der ligur zu entnehmen ist. Soweit die Abmessung 1 des polarisierten Teilvolumens kleiner als die Außenabmessung L des Körpers ist, ist für K der auf 1 entfallende Anteil zu nehmen» Im Regelfall ist diese Korrektur jedoch nicht notwendig.

Eine besondere Ausgestaltung bzw. Weiterbildung einer erfindungsgemäßen Taste ist so getroffen, daß der piezoelektrische

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Körper der erfindungsgemäßen Taste bei Ausübung der bestimmungsgemäßen Druckkraft keine oder praktisch nur geringfügige Biegebewegung ausführt. In Fig.2 ist in einer Seitenansicht des Körpers 1 auf die Fläche H«d angedeutet, was unter einer im Sinne dieser Ausgestaltung bzw. Weiterbildung zu verstehenden Biegebewegung gemeint ist. Die auf die (in dieser Darstellung nicht sichtbare Fläche 3 einwirkende Kraft 2 kam zu einer wie durch die gestrichelten Linien 21 angedeuteten Durchbiegung des Körpers 1. führen. Eine solche Durchbiegung des Körpers 1 führt in seinem piezoelektrischen Bereich zu piezoelektrisch erzeugten (elektrischen) Spannungen, die zu einer &esamtspannung zwischen den Elektroden 24 und 25 resultieren, deren Betrag und Vorzeichen von der Art und Richtung der Durchbiegung abhängig ist und praktisch nicht im voraus zu bestimmen ist. Diese Spannung würde sich aber der gewolltermaßen durch longitudinale Längenänderung des Körpers 1 infolge der Druckkraft 2 zu erzeugender piezoelektriseher Spannung überlagern und diese in nicht vorherbestimmbarer Weise stören, sofern eine wie erwähnte Durchbiegung auftritt.

Ziel der besonderen Ausgestaltung bzw. Weiterbildung der Erfindung ist es also, das Auftreten einer Durchbiegung des in der erfindungsgemäßen Taste piezoelektrisch wirksamen Körpers wenigstens soweit zu unterbinden, daß keine Störung eintritt.

Eine Biegebewegung kann außer durch übergroße Kraft 2 auch durch richtungsmäßig abweichende Kräfte eintreten. Mit 5 und 15 bzw. 6 und 16 sind in Fig.1 Druckkräfte gestrichelt eingezeichnet, die in der Praxis möglicherweise auf den Körper 1 einwirken können. Diese Druckkräfte sind als senkrecht zur Druckkraft 2 auf das in der Fig.1 obere Teil des Körpers 1 einwirkende Kräfte angenommen. Die Kräfte 5, 15 bzw. 6, 16 können Kraftkomponenten einer in Fig.1 eingezeichneten und mit 7 bezeichneten, in der Praxis angenommenermaßen auf die Taste einwirkenden Druckkraft sein. Die Komponente der dritten

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Richtung ist die "bestimmungsgemäß auf den Körper 1 einwirkende Druckkraft 2.

Die Druckkraft 7 kann die z.B. vom Finger ausgeübte, von außen auf die Taste tatsächlich einwirkende Druckkraft sein.

Durch die im einzelnen noch zu erläuternden Maßnahmen für Biegesteifigkeit wird sichergestellt, daß sich im Körper 1 praktisch nur eine als bestimmungsgemäß zu verstehende Druckkraft in Richtung 2, d.h. parallel gerichtet zur Abmessung h in einer LängenänderungAh auswirkt und daß übergroße Druckkraft und/oder Kraftkomponenten senkrecht dazu, wie sie durch 5, bzw. 6, 16 angedeutet sind, weitgehend unwirksam sind. Gemäß weiterer Weiterbildungen, insbesondere durch noch näher zu erläuternden Einbau in das Gehäuse, kann die ünempfindlichkeit der laste gegen unerwünschte Kräfteinwirkungen noch gesteigert werden.

Eine Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, dem Körper eine wie in Fig.3 gezeigte biegesteife Profilform zu geben. Besonders vorteilhaft ist die Form eines Rohres, wobei der Rohrquerschnitt kreisrund, oval oder auch kantig sein kann. Dabei kommt es darauf an, daß die Biegesteifigkeit für eine Druckkraft einer solchen Richtung besteht, in der auf den Körper in der Taste eine Druckkraft ausgeübt werden kann. Zumindest im Regelfall wird es ausreichend sein, daß die Biegesteifigkeit für eine in Richtung der Achse des Rohres, d.h. der Höhe H auf die Stirnfläche 33, einwirkende Druckkraft besteht.

Im Falle der Yerwendung eines wie in Fig.3 mit 31 bezeichneten Rohres (anstelle des Körpers 1) ist für die erfindungsgemäße Bemessung 1 die Größe des (mittleren) Umfanges des Rohres zu setzen. Für die Dicke des Körpers ist die Wandstärke des Rohres zu nehmen.

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Auf der Innen- und Außenseite des Rohres befinden sich Ms zur Höhe h die gestrichelt umrandet dargestellten Elektroden 34, 35 zur Abnahme der piezoelektrisch erzeugten Spannung.

Vergleichbar mit einem Rohr wirkt ein wie in Pig.4 dargestelltes Wellprofil für den dort mit 41 bezeichneten piezoelektrischen Körper. I¹Ur die Abmessung 1 steht dort die wie eingezeichnete Länge 1 des Profils. Der Körper 41 ist über die ganze Länge 1 piezoelektrisch und mit gestrichelt umrandet dargestellten Elektroden 44» 45 versehen. Die Kraft 2 wirkt auf die Fläche 43, die der Fläche 3 des Körpers 1 entspricht.

Der Vermeidung einer Biegebewegung eines piezoelektrischen Körpers dient gemäß der bereits angekündigten Weiterbildung die Verwendung eines Stützkörpers, der dem piezoelektrisch wirksamen Körper durch seine Form und durch seine Zuordnung zu dem piezoelektrischen Körper letzterem, gegebenenfalls in Zusammenwirkung mit diesem, die erforderliche Biegesteifigkeit verleiht. Das Material und die Abmessung des Stützkörpers sind so gewählt, daß der Stützkörper der in der Taste wirksamen bestimmungsgemäßen Druckkraft vergleichsweise zu dem Körper des Wandlers eine größere oder nicht wesentlich geringere integrale druckelastische Nachgiebigkeit aufweist.

Eine Ausführungsform dieser Weiterbildung mit Stützkörper sieht vor, daß der Körper des Wandlers, z.B. der Körper 1, in elastischem Gießharz eingebettet ist, wobei nur die Fläche 33 und die ihr gegenüberliegende Fläche, mit der der Körper auf der Unterlage 4 aufsteht, von dem Gießharz im wesentlichen freibleiben. Fig.5 zeigt eine solche Einbettung für ein wie in Fig.3 gezeigtes Röhrchen 31, und zwar in einer auseinandergezogenen Darstellung. Das Gießharz ist mit 50 bezeichnet. Mit 52 ist eine Deckplatte gekennzeichnet, auf die die bestimmungsgemäße Druckkraft 2 einwirkt, die auf das Röhrchen übertragen wird.

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Pig.6 zeigt schematisch eine besonders bevorzugte Ausführungsform für eine erfindungsgemäße Taste, bei der dem Körper 1 des Wandlers als Stützkörper auf den beiden Großflächenseiten 1·Η je ein Plättchen 64 und 164 zugeordnet ist. Vorzugsweise sind die Plättchen an dem Körper 1 angeklebt. Als Klebstoff hat sich duroplastische Polienbeschichtung, z.B. Technicoll 401 bzw. 411» mit anschließender Wärmeaushärtung als geeignet erwiesen. Der Körper 1 und die Plättchen 64 und 164 bilden damit eine körperliche Einheit 101, die durch ihren Schichtaufbau biegesteif ist. In Richtung der Druckkraft 2, die auf die Fläche 3 des Körpers 1 und auf die Flächen 63 und 163 der Plättchen 64 und 164 einwirkt, sind die Plättchen 64 und 164 sehr viel nachgiebiger als die Keramik des Körpers 1. Die Druckkraft 2 wirkt sich damit im wesentlichen in dem Körper 1 aus. Als Material für die Plättchen hat sich ein Polyacryl-Glas geeignet erwiesen. Die Dicke der Plättchen ist so gewählt, daß die notwendige Biegesteifigkeit erreicht ist. Dabei ist zu berücksichtigen, daß bei Verklebung von Körper 1 und Plättchen die Biegesteifigkeit, abgesehen von Unterschieden des Elastizitätsmoduls, mit der 3. Potenz der Summe der Einzeldicken ansteigt und der Widerstand gegen die Druckkraft 2 nur linear mit der Gesamtdicke wächst.

Die in Fig.1 gezeigten Elektroden 24, 25, 124, 125 befinden sich auf dem Körper 1 und damit unter den Plättchen 64 bzw. 164.

Pig.7 zeigt in auseinandergezogener Darstellung eine Ausführungsform, bei der sich der Körper 1 des Wandlers im Innern eines Stützkörpers 70 mit X-Profil befindet. Mit 74 ist ein der Uhterlageplatte 4 entsprechendes Abschlußteil bezeichnet, das vergleichsweise zum Material des Körpers 1 wenig drucknachgiebig ist. Mit 72 ist eine 52 entsprechende Deckplatte und mit 76 eine carüber befindliche Platte aus Material mit geringer Wärmeausdehnung, z.B. Invar, bezeichnet.

Pig.8 zeigt eine in Längsrichtung und Querrichtung auseinander-

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gezogene Darstellung einer weiteren Ausführungsform init einem Wandlerkörper 1 und mit Stützkörpern 83 und 85 aus Metall mit geringem Wärmeausdehnungskoeffizienten, z.B. Invar.

Diese Stützkörper 83, 85 sind, wie in der Pig. dargestellt, abgewinkelt. Sie weisen schlitzartige Durchbrüche auf, damit der Stützkörper in Richtung der Druckkraft 2 hohe elastische Nachgiebigkeit aufweist. Wandlerkörper 1 und Stützkörper 83 und 85 befinden sich dicht aneinander angeordnet zwischen den anliegenden drucksteifen Platten 84 und 82.

Pig.9 zeigt im Schnitt eine besonders bevorzugte Ausführungsform für den Aufbau einer erfindungsgemäßen !Taste in einem mechanisch steifen Gehäuse 91« Der Körper 1 mit den Stützkörpern 64 und 164, d.h. die Einheit 101, befindet sich zwischen der Platte 92, auf die der bestimmungsgemäße Druck auszuüben ist, und der zur Aufnahme des Gegendrucks notwendigen Unterlageplatte 94, die der Platte 4 der Pig.1 entspricht. Der Wandlerkörper mit den Stützkörpern ist in der Unterlageplatte 94 in einem Einschnitt 95 gehalten. Auf der Innenseite der Platte 92 ist der Wandlerkörper mit den Stützkörpern beispielsweise in einem mit 95 vergleichbaren Schlitz versehenen Halteklotz 96 gegen seitliches Verschieben gehalten. Der Halteklotz 96 ist vergleichsweise zur Abmessung 1 kurz, wie dies auch der Pigur zu entnehmen ist. Dadurch können solche Kräfte für den Körper 101 unwirksam gemacht werden, die infolge Wärmeausdehnung der Platte 92 sonst transversal auf den Körper einwirken könnten.

Infolge vorzugsweise etwas gelenkiger Halterung in den Schlitzen ist der Wandlerkörper mit seinen Stützkörpern gegen schräS einwirkende Druckkräfte, wie eine solche in Pig.1 mit 7 bezeichnet ist, unempfindlich, da Transversal-Komponenten der Kraft 7 selbst bei Nachgeben des Gehäuses 90 keine Biegung des Wandlerkörpers hervorrufen können.

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An dem Wandlerkörper bei dem Ausführungsbeispiel nach Pig.9 ist die auch in Pig.1 dargestellte, besonders bevorzugte Weiterbildung realisiert, nach der der in dem Gehäuse obere Teil (oberhalb h) des Wandlerkörpers 1 piezoelektrisch inaktiv ist. Dieser Teil ist auch pyroelektrisch inaktiv. Die Sas te nach Pig. 9 ist damit gegen einen Wärmefluß ττοη der oberen Platte 92 in den Körper 1.des Wandlers praktisch unempfindlich. Die Platte 92, auf die z.B. mit dem Pinger der Druck ausgeübt wird, braucht daher für Anwendungsfälle mit nur mäßigen Temperaturänderungen der Platte 92 nicht besonders wärmeisoliert zu sein, um Pyro-Spannungen am Körper 1 zu verhindern. In dem inaktiven oberen Teil wird die von dem relativ schmalen Halteklotz übertragene Druckkraft auf die ganze Länge 1 des aktiven Teils h verteilt.

Bei der Ausführungsform nach Pig.9 ist die Platte 92, auf die der Druck einwirkt, so wenig biegesteif, daß sie den wesentlichen Anteil der bestimmungsgemäßen Druckkraft auf den Körper 101 bzw. 1 überträgt. Die Seitenteile des Gehäuses 90 sind longitudinal relativ wenig nachgiebig.

Die Laschen 98, 99 dienen zur Befestigung der Taste.

MLt 224 und 225 sind Anschlußleitungen für die Elektroden und 25 auf dem Körper 1 und unter den Plättchen 64 und 164 bezeichnet.

Der in den Beispielen der Pig.6 und 9 einstückige Körper 1 mit piezoelektrisch wirksamem Teil h und einem nichtpiezoelektischen Teil H-h kann auch aus zwei Stücken h und H-h bestehen, die so aufeinanderstellen, als wären sie ein Stück wie in Pig.1. Durch die Plättchen 64 und 164 werden die zwei Stücke vorteilhafterweise in dieser Stellung zusammengehalten.

Pig.10 zeigt eine Ausführungsform, bei der die auf den Körper des Wandlers in der Taste bestimmungsgemäß einwirkende '

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Druckkraft 200 eine Richtung hat, die von der auf die Taste selbst von außen einwirkende bestimmungsgemäße Druckkraft 2 abweicht.

Als Körper ist ein Röhrchen 31» wie es in Mg.3 dargestellt ist, vorgesehen. Das im Schnitt dargestellte, vorzugsweise wärmeisolierende Gehäuse ist mit 100 bezeichnet. Mit 102 ist eine von der bestimmungsgemäßen Druckkraft 2 durchzubiegende Platte bezeichnet. Infolge der Durchbiegung der Platte 102 wirken auf die Enden des Röhrchens 31 Kraft und Gegenkraft 200.

Der Erfindung liegen die nachfolgend beschriebenen Überlegungen zugrunde. Mit Hilfe des piezoelektrischen Effekts ist es möglich, unter Verwendung einer permanent ausgerichtet polarisierten, d.h. piezoelektrischen, Keramik duidi Druckbelastung eine elektrische Spannung zu erzeugen, die zur Ansteuerung einer elektronischen Schaltung geeignet ist. Von dieser Schaltung ausgehend kann ein elektromagnetisches Schaltrelais betätigt werden. Wie bei den vorangehenden Entwicklungsversuchen festgestellt wurde, tritt aber bei piezoelektrischer Keramik wegen der starken Temperaturabhängigkeit der Polarisation ein starker Pyro-Effekt auf, der, wie bereits erwähnt, zu Spannungen führen kann, die ohne weiteres mit piezoelektrisch erzeugten Spannungen vergleichbar groß sein können. Zwar ist es denkbar, durch besonders aufwendige Wärmeisolation diesen Effekt wenigstens dahingehend zu beeinflussen, daß die der Pyro-Spannung zugrunde liegenden Ladungsverschiebungen so langsam erfolgen, daß sie vergleichsweise zu den piezoelektrisch infolge Druckeinwirkung erzeugten Ladungsverschiebungen klein sind.

Bei der erfindungsgemäßen Taste wird zwar, wie aus einzelnen Ausführungsbeispielen noch hervorgeht, von dieser technischen Maßnahme zur Verringerung der Auswirkungen des Pyro-Effekts

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Gebrauch gemacht. Erfindungswesentlich "beruht die Temperaturunabhängigkeit der erfindungsgemäßen Taste auf konstruktiven Maßnahmen, nämlich der Bemessung und der Anordnung des so bemessenen Körpers des Wandlers in der Taste, daß die durch bestimmungsgemäße Druckkraft piezoelektrisch erzeugten Spannungen wesentlich über den Werten für Pyro-Spannungen liegai, die aufgrund in der Praxis während einer Zeitspanne eintretenden Temperaturänderungen des Körpers des Wandlers auftreten können, wobei die Zeitspanne die in der Praxis auftretende maximale Dauer für den wesentlichen Anstieg der Druckkraft ist.

Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Lehre wird bei der Taste nach der Erfindung ein erheblicher Sicherheitsabstand der durch die bestimmungsgemäße Druckkraft erzeugten piezoelektrischen Nutz-Spannung gegenüber der pyroelektrischen Spannung erreicht. Die Schwelle der das piezoelektrische Spannungssignal verarbeitenden, nachfolgenden elektronischen Schaltung kann somit einen erheblichen Abstand von der maximal möglichen Pyro-Spannung haben, ohne daß die erfindungsgemäße Taste zusammen mit der Schaltung bei vielleicht etwas geringerem Betätigungsdruck kein Signal anzeigen sollte.

Wesentliches Merkmal der erfindungsgemäßen Anordnung des Körpers des Wandlers ist, daß die auf den Körper bestimmungsgemäß einwirkende Druckkraft diesen Körper hochkant belastet* Das bedeutet, daß die quer zur Druckrichtung liegende Dickenabmessung des Körpers klein, mindestens dreimal, vorzugsweise mindestens zehnmal, kleiner als die in Richtung gemessene Höhe des Körpers ist. Der faktor 3 ergibt sich dabei aus dem Wert des Poisson-Moduls. Bei zehnfach größerer Höhe ist bereits ein sicherer Abstand für die Piezo-Spannung von der Pyro-Spannung erreicht. Wenigstens im Regelfall ergibt sich für die Dicke ein Wert von 0,5 mm. Mit zunehmender Dicke steigt die Pyro-Spannung an, ohne daß bei gleichbleibender Druckkraft sich die Piezo-Spannung ändert. Vorteilhaft ist es, den Kör-

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per wesentlich dünner als 0,5 mm zu machen, weil damit ein höherer Pyro-Abstand erreicht wird. Der Verringerung der Dicke stehen im wesentlichen technologische Schwierigkeiten entgegen.

Die Abmessung 1 ist, und zwar zusammen mit der Höhe h, wesentlich für die Flächengrößen der Elektroden und damit für die Größe des von der Taste bei Druckeinwirkung gelieferten Piezo-Stromes. Es ist Mindeststrom bei Druckeinwirkung zu erzeugen, damit der Eingangstransistor der nachfolgenden elektronischen Schaltung entsprechend ausgesteuert werden kann. Es ist zweckmäßig, den ¥ert 1 entsprechend der Formel

mit η zwischen 0,3 und 2 zu bemessen. Man erhält damit für Druckwerte, die mit dem Finger ausgeübt werden und etwa 1 Newton betragen, bei Schwellenspannungen um 1 Y Werte zwischen 3 und 20 mm. Bei derartigen Werten für 1 zusammen mit noch zu besprechenden für h. liefert die erfindungsgemäße Taste bei Fingerdruck mit einer Druckänderungsgeschwindigkeit von etwa 10 Newton/sec Piezo-Stromstärken, die völlig ausreichend sind, einen bipolaren Transistor anzusteuern. Mit anderen Worten, man erhält eine Taste mit einer niedrigen Impedanz, die zur direkten Ansteuerung von bipolaren Transistoren geeignet ist. Überraschenderweise ergibt sich mit 3 bis 20 mm für den Wert 1 eine Bemessung, die praktisch nicht größer als die Fingerbreite ist, so daß die vom Finger ausgeübte Kraft tatsächlich auf die gesamte Fläche (Fläche 3 in Fig.1 oder Fläche 33 in Fig.3) ausgeübt werden kann.

Für die Höhe ergibt sich aus den voranstehenden Bemessungsvorschlägen ein Wert von einigen Millimetern, und zwar insbesondere zwischen 5 und 25 m^a* Für einen Körper in einer Ausführungsform nach Fig.6 sind zur Ansteuerung eines Bipolar-Tran-

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sistors mit einer vorgegebenen Schwellenspannung von 0,6 V bei Fingerdruck mit 1 bis 2 Newton die folgenden Abmessungen bevorzugt: d 0,05 bis 0,1 mm, 15 bis 10 mm, h 5 bis 20 mm. S¹Ur die als Stützkörper vorgesehenen Plättchen 64 und 164 ist ein Copolymerisat aus Venylester-Yenylchlorid (Astralon), Polyacrylnitril (Plexiglas) oder Polystyrol mit einer Dicke von 0,3 bis 0,6 mm für jedes Plättchen gewählt w.orden. Gegenüber den genannten Werkstoffen hat die Keramik .etwa 20 mal so großen Elastizitätsmodul.

3?ür den Betrag der piezoelektrischen Konstante g,₁ kann ein

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Wert von 10 V-m/Newton zugrunde gelegt werden.

Bei einer Betätigung einer so bemessenen erfindungsgemäßen Taste wurde bei einem für Pingerdruck typischen KraftZuwachs von 1 Newton in der Betätigungszeit von 0,1 see eine piezo— elektrisch erzeugte Leistung von ca. 10 W bei einer Quellenkapazität von 15 ITano-]? erreicht. Die Deformation des Körpers des Wandlers ist bei einer wie angegebenen Bemessung bei einer Kraft von 1 Newton etwa 0,3 /Um groß. Eine wie erfindungsgemäße Taste hat den Torzug, ohne Ruhestrom zu arbeiten, der z.B. bei einer ebenfalls weglosen kapazitiven Taste erforderlich ist.

An sich wird durch die erfindungsgemäße Bemessung des Körpers des Wandlers, insbesondere durch dessen geringe Dicke bzw. Wandstärke in bezug zu den übrigen Abmessungen, vorzugsweise in bezug auf die Höhe d des polarisierten Teilvolumens, im Regelfall bereits ein ausreichend hoher Abstand zwischen der bei normalen Temperaturänderungen eintretender Pyro-Spannung und der durch bestimmungsgemäßen Druck erzeugten Nutz-Piezospannung erreicht. Dabei hat auch ein gegebenenfalls vorgesehener Stützkörper günstigen Einfluß, weil er eine gewisse Wärmeisolation des piezoelektrisch und damit auch pyroelektrisch wirksamen Körpers des Wandlers bewirkt. Solche wärmeisolierenden

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Stützkörper sind z.B. die Plättchen 64, 164, die Vergußmasse oder der Stützkörper 70.

Durch zwei weitere, im folgenden im einzelnen zu beschreibende Maßnahmen läßt sich eine weitere Vergrößerung des Pyro-Abstands, d.h. des Verhältnisses zwischen liutz-Piezospannung und unerwünschter Pyro-Spannung, erreichen.

In den Fig.1 und 2 ist mit H die Gesamthöhe des Körpers 1 des Wandlers bezeichnet. Der Wandler dieses Beispiels ist aber, wie bereits beschrieben, nur bis zur Höhe h polarisiert und damit nur bis zu dieser Höhe piezoelektrisch. Zwischen den Elektroden 24 und 25 kann bei Druckeinwirkung auf den Körper 1 eine piezoelektrisch erzeugte Spannung abgenommen werden. In dem Bereich (H-h) des Körpers 1, d.h. zwischen den Elektroden 124 und 125, entsteht dagegen infolge Fehlens einer ausgerichteten Polarisation des Materials des Körpers auch bei einer Druckeinwirkung keine piezoelektrische Spannung zwischen den Elektroden 124 und 125. Wegen dieses Fehlens einer ausgerichteten Polarisation entsteht dort aber auch keine pyroelektrische Spannung.

Mit dieser Aufteilung des Körpers 1 in einen piezoelektrisch (und pyroelektrisch) wirksamen und einen piezoelektrisch (und pyroelektrisch) nicht wirksamen Anteil kann eine sehr gute Wärmeisolation des piezoelektrisch (und pyroelektrisch) wirksamen Teilvolumens h*l«d gegen Wärmezufluß von der Fläche 3 her bewirkt werden. Die Fläche 3 ist, wie aus der Fig.1 zu entnehmen, die obere Stirnfläche des nichtpolarisierten Anteils des Körpers 1.

Diese Aufteilung führt an sich zu einem Verlust an mechanischer Arbeit, die zur Betätigung der erfindungsgemäßen Taste notwendig ist. Der Verlust besteht darin, daß das nichtpiezoelektrisch wirksame Teilvolumen des Körpers 1 zwischen den Elektro-

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den 124 und 125 ebenfalls eine mechanische Deformation erfährt, die aber keine Piezo-Spannung liefert. Im Regelfall ist ein solcher Verlust an Arbeit unerheblich, da die damit notwendiger weise verbundene Erhöhung des notwendigen Weges der bestimmungs gemäßen Druckkraft uninteressant ist, weil der insgesamt auftretende Betätigungsweg ohnehin schon unmerklich klein ist.

Das Verhältnis der Höhe h-H wird vorzugsweise zwischen 0,8 und 0,6 gewählt. Bei dieser Bemessung liegt die Vergrößerung des ohnehin im Regelfall unmerkbar großen Betätigungsweges bei 20$ bis

Die für den Körper 1 voranstehend beschriebene besondere Weiterbildung ist auch für andere Pormen piezoelektrischer Wandlerkörper der erfindungsgemäßen Taste vorteilhaft. Insbesondere kann auch bei einem wie in Pig.3 dargestellten rohrförmigen Körper 31 bei einemwie in Pig.4 dargestellten Wellprofilkörper 41 eine wie beschriebene Aufteilung des Körpers 1 die Richtung der bestimmungsgemäß einwirkenden Druckkraft vorgesehen sein.

Eine andere technische Maßnahme zur Wärmeisolation einer wie erfindungsgemäßen Taste besteht in dem Einbau des Körpers des Wandlers der Taste in ein wärmeisolierendes Gehäuse. Diese Maßnahme kann auch zusätzlich zu den bereits beschriebenen Maßnahmen zur Wärmeisolation vorgesehen sein.

Insbesondere die Pig.5, 7> 9 und 10 zeigen derartige Einbauten mit wärmeisolierender Wirkung. Bei der Wärmeisolation, und das gilt auch für die Wärmeisolation durch die beschriebenen Stützkörper, kommt es insbesondere darauf an, daß der Körper des Wandlers gegen rasche Temperaturänderungen wärmeisoliert ist. Eine langsam erfolgende Temperaturänderung des Körpers führt nämlich bei einer wie erfindungsgemäßen Taste nur zu solchen Pyro-Spannungen, die ebenso langsam und damit wesentlich langsamer anwachsen als die piezoelektrische Ifutz-Spannung. Durch

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eine elektrische Ableitung mit Hochpaßwirkung, z.B. in Form eines zur Piezokeramik parallel geschalteten elektrischen Widerstands, läßt sich der Aufbau einer freien Ladung, die die Pyro-Spannung verursacht, zusätzlich unterdrücken.

Die Pig.11 bis 15 zeigen vorteilhafte Ausbildungen der Elektroden. Pig.11 zeigt einen piezoelektrischen Körper der Höhe h in Frontansicht und Pig.12 denselben Körper in Seitenansicht. Auf der einen Seite des Körpers 1 ist eine durchgehende Elektrode 1024 vorgesehen. Auf der gegenüberliegenden Seite des Körpers 1 ist die Elektrode 25 nach Pig.1 in zwei Einzelelektroden 1025 und 1026 aufgeteilt. Durch die Pfeile 1021 und 1022 ist die Polarisation des Materials des Körpers 1 unterhalb der Elektroden 1025 und 1026 angedeutet. Die Polarisation unter diesen Einzelelektroden ist zueinander entgegengesetzt gerichtet. Mit 1224 und 1225 sind Anschlußleitungen bezeichnet. Infolge der !entgegengesetzten Polarisation genügt es, die Elektroden auf einer Seite des Körpers 1 mit den angegebenen Anschlüssen zu kontaktieren. Die obere und die untere Hälfte des Körpers 1 sind über die Elektrode 1024 elektrisch hintereinandergeschaltet. Die Pig.13 zeigt eine der Ausführungsform nach den Pig.11 und 12 entsprechende Ausführungsform, bei der die in Pig. 11 und 12 gezeigten Einzelelektroden 1025 und 1026 als Elektroden 1125 und 1126 in Richtung der Höhe h nebeneinander angeordnet sind.

Die Pig.14 zeigt eine Ausführungsform nach Pig.11 und 12 entsprechende Elektrodenanordnung für einen rohrförmigen Körper des Wandlers entsprechend Pig.3. Im Innern des Röhrchens 31 ist eine durchgehende Elektrode 1135 vorgesehen. Auf der Außenseite ist die Elektrode 34 nach Pig.3 in zwei ringförmig nebeneinanderliegende Einzelelektroden 1134 und 1234 aufgeteilt. Im Bereich der ringförmigen Elektrode 1134 ist das Material des Röhrchens 31 entgegengesetzt polarisiert zu dem Bereich unter der Elektrode 1234.

Pig. 15 zeigt eine Ausführungsform, bei der die Außenelektrode VPA 9/712/2028 409841/087 4 "¹⁹""

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34 nach Pig.3 in zwei Mantelhälften als Einzelelektroden mit den Bezeichnungen 1334 und-1434 aufgeteilt ist. Auf der rückwärtigen, nicht sichtbaren Seite des Röhrchens 31 sind diese beiden Einzelelektroden voneinander getrennt. Im Bereich der einen Einzelelektrode ist das Material des Röhrchens 31 entgegengesetzt gerichtet polarisiert zu dem Material im Bereich der anderen Einzelelektrode.

Auch bei den Ausführungsformen nach den Pig.13 bis 15 genügt es, Elektroden auf nur einer Seite des Körpers 1 bzw. 31 des Wandlers zu kontaktieren. Die jeweilige Gegenelektrode 1024, 1035 ist durchgehend über die Einzelelektroden der gegenüberliegenden Seite. Die Bereiche unter den Einzelelektroden sind somit über die Gegenelektrode elektrisch in Reihe geschaltet.

Nachfolgend wird eine besonders bevorzugte elektronische Schaltung für den Betrieb einer wie erfindungsgemäßen Taste anhand der Figuren 16 und 17 beschrieben.

Mit 201 ist der piezoelektrische Körper des Wandlers als Ersatzschaltbild bezeichnet. Bei bestimmungsgemäßer Einwirkung einer Druckkraft auf den Wandler entsteht an den Anschlußpunkten 203 und 205 eine piezoelektrische Spannung bzw. ist an den Anschlußpunkten ein piezoelektrischer Strom zu entnehmen. Mit 207 ist ein bipolarer Eingangstransistor bezeichnet. Pur den Pail eines npn-Transistors ist da.s Material des Wandlerkörpers 201 so polari-

bei be stimmungsgemäßer Drucke inwirkunjr siert, daß 203ypositives Potential gegenüber 205 hat. Mit" 209 ist ein elektrischer Widerstand zwischen Basis und Emitter des Transistors 207 bezeichnet. Dieser Widerstand dient dazu, langzeitig entstehende Aufladungen an den Elektroden 24, 25 des Körpers des Wandlers abzuleiten. Solche langzeitigen Aufladungen treten insbesondere durch Temperaturänderungen des Materials des Körpers des Wandlers infolge des bereits voranstehend erwähnten Pyro-Effektes auf. Der Widerstand 209 hat einen Widerstandswert in der Größenordnung von 10 Ohm.

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Vorteilhaftervreise ist ein RC-Glied aus dem Widerstand 211 und der Kapazität 213 vorgesehen. Dieses RC-Glied dient dazu, die erfindungsgemäße Taste besonders erschütterungsunempfindlich zu machen. Durch sehr große Erschütterungen des Körpers des Wandlers könnten der Erschütterung entsprechend sehr hochfrequente piezoelektrisch entstehende Spannungsimpulse auftreten. Diese Impulse sind wesentlich hochfrequenter als die durch die bestimmungsgemäße Druckkraft bewirkten piezoelektrischen ÜTutz-Spannungsimpulse. Widerstandswert und Kapazitätswert des RC-Gliedes 211, 213 sind so bemessen, daß die Hutz-Spannungsimpulse nicht oder nur unwesentlich abgeleitet werden und die Störimpulse praktisch kurzgeschlossen werden. Als Frequenzwerte für die Mutz-Spannungsimpulse können Werte um 10 Hz und für die Störimpulse Werte von 1 KHz und höher zugrunde gelegt werden.

Zweckmäßig ist es, der Eingangsstufe mit dem Transistor 7 eine weitere Transistorstufe mit einem Transistor 217 nachzuschalten. Man kann damit erreichen, daß mit der erfindungsgemäßen Taste am Ausgang mit den Anschlüssen 219 und 221 ein von der Taste gesteuerter Schaltstrom in der Größenordnung von 10 Ampere erzielt wird. Mit einer solchen Stromstärke lassen sich z.B. Relais als Verbraucher 231 ohne weiteres betreiben.

Mit der dargestellten zweistufigen Schaltung kann der sehr hochohmige Widerstand 209 durch einen gestrichelt eingetragenen Widerstand 233 mit um mehrere Größenordnungen kleinerem Widerstandswert ersetzt werden. Der Herabsetzungsfaktor ist gleich dem Paktor der Stromverstärkung des Transistors 207. Damit bei einer solchen Schaltung mit einem Widerstand 233 anstelle von 209 keine (pyro-)elektrische Auflade-Spannung entgegengesetzter Polarität an den Anschlußpunkten 203, 205 auftreten kann, ist eine Diode 235 zwischen Basis und Emitter des Eingangstransistors 207 angeschlossen.

Wie bereits oben angedeutet, läßt sich der Anteil H-h des Kör-VPA 9/712/2028 409841/0874 -21-

pers 1 des Wandlers, d.h. der nichtpiezoelektrisch wirksame Anteil im Bereich zwischen den Elektroden 124- und 125, vorzüglich für die Kapazität 213 verwenden. Pig.16 zeigt eine entsprechende Ausführungsform für die Schaltung nach Pig.11. Bereits erwähnte Einzelheiten haben in Pig.17 mit anderen Figuren übereinstimmende Bezugszeichen. Mit 324- und 325 sind die elektrischen Anschlüsse für die Elektroden 124 und 125 bezeichnet.

Entsprechend den Merkmalen der erfindungsgemäßen Taste, und zwar insbesondere entsprechend der Wahl der Ausrichtung der Polarisation senkrecht zur bestimmungsgemäß einwirkenden Druck-, kraft, wird bei der erfindungsgemäßen Taste der sogenannte piezoelektrische Quer-Effekt ausgenutzt. Es wird damit auch eine günstige impedanzmäßige Anpassung des piezoelektrischen Körpers des Wandlers der Taste an die elektronische Transistorschaltung der Taste erreicht.

Vorzugsweise ist die elektronische Schaltung der Taste in das Gehäuse der Taste, z.B. in das Gehäuse 90, mit eingebaut.

27 Patentansprüche
17 Piguren

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Claims

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P at entanspr ü c he

/1 ν Mit bestimmungsgemäß gerichteter und bemessener Druckkraft zu betätigende Taste mit einem piezoelektrischen Wandler zur Ansteuerung eines elektrischen Verstärkerelementes einer elektronischen Schaltung, wobei der Körper des Wandlers aus ausgerichtet permanent polarisiertem, piezoelektrischem Material besteht, und mit darauf befindlichen Elektroden zum Abnehmen einer elektrischen Spannung und eines elektrischen Stromes rersehen ist, daß der Körper in jeder Ebene senkrecht zur Richtung, mit der die Druckkraft in der Taste auf den Körper einwirkt, annähernd konstanten Querschnitt aufweist und eine Abmessung d (Dicke) hat, die klein gegenüber einer weiteren Abmessung des Körpers ist, und daß der Körper in Richtung der Abmessung d polarisiert ist und die Elektroden sich auf im Abstand d einander gegenüberstehenden Flächen des Körpers befinden, dadurch gekennzeichnet , daß der Körper (1, 31» 41) in der Taste derart angeordnet ist, daß seine Abmessung d im wesentlichen senkrecht zu der Richtung (2) ausgerichtet ist, in der die bestimmungsgemäße Druckkraft in der Taste auf den Körper einwirkt, daß der Körper in einem Volumen d*h·! polarisiert ist, daß eine zur Dicke im wesentlichen senkrechte Abmessung 1 (Länge, Umfang), die senkrecht zu der Richtung (2) ist, in der die Druckkraft in der Taste auf den Körper einwirkt, mehrfach größer als die Abmessung d bemessen ist, wobei h eine Abmessung am Körper ist, die zu den Abmessungen d und 1 senkrecht ist und die größer als etwa das 10-fache der Abmessung d ist.
2. Taste nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abmessung 1 zwischen 5 und 20 mm beträgt.
3. Taste nach Anspruch 1, dadurch ge kenn ζ e i chne t, daß die Abmessung 1 gemäß der Gleichung 1 = H'IS-xij -K/U be-

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messen ist, wobei in der Gleichung K der Wert der auf die Fläche Vd des Körpers in der Taste einwirkenden vorgesehenen Druckkraft ist, g^ die piezoelektrische Spannungskonstante des Materials des Körpers ist, und U der vorgegebene Wert der elektrischen Ansprechspannung der nachfolgenden elektronischen Schaltung und 0,3 ■< η-^ 2 ist.
4. Taste nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abmessung d kleiner als 0,5 mm ist.
5. Taste nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Abmessung d 0,05 bis 0,15 mm beträgt.
6. Taste nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet , daß die Elektroden die Flächen h*l des Körpers bedecken.
7. Taste nach einem der Ansprüche 1 bis 6,-dadurch g e k e η η-zeichnet , daß der Körper (31, 41) des Wandlers eine Profilform aufweist, die den Körper gegen Druckkräfte, die in der Taste auf den Körper einwirken, Biegesteifigkeit verleiht.
8. Taste nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet , daß der Körper (31) des Wandlers rohrförmig ist (Fig.3).
9. Taste nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet , daß dem Körper (1) des W_andlers ein Stützkörper (64, 164; 70; 83, 85) zugeordnet ist, wobei der Stützkörper eine Form hat und dem Körper des Wandlers so zugeordnet ist, daß Stützkörper und Wandler zusammengenommen gegenüber der in der Taste auf den Körper des Wandlers bestimmungsgemäß einwirkenden Druckkraft biegesteif sind, und daß der Stützkörper in der Richtung der in der Taste

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bestimmungsgemäß auf den Körper des Wandlers einwirkenden Druckkraft (2) eine vergleichsweise zu dem Körper des Wandlers größere oder nicht wesentlich kleinere integrale druckelastische Nachgiebigkeit aufweist.
10.Taste nach Anspruch 9? dadurch gekennzeichnet, daß der Stützkörper in Richtung parallel zur bestimimingsgemäßen Druckkraft eine X-Profilform hat (Pig.?).
11.Taste nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet , daß als Stützkörper ein Plättchen (64, 164) vorgesehen'ist, das mit seinen Abmessungen (H oder h und l) im wesentlichen mit den entsprechenden Abmessungen des Körpers des Wandlers übereinstimmt, daß der Körper des Wandlers und das Plättchen sandwichartig (schichtartig) zueinander angeordnet sind und daß die Dickenabmessung des Plättchens abgestimmt auf das ausgewählte Material so bemessen ist, daß die druckelastische Nachgiebigkeit einerseits und die Biegesteifigkeit andererseits vorliegen (2?ig.6).
12.Taste nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß dem Körper des Wandlers auf seinen beiden größten Seitenflächen (H-I) je ein Plättchen (64, 164) zugeordnet ist.
13.Taste nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das eine oder die beiden Plättchen mit dem Körper des Wandlers flächenmäßig verbunden, insbesondere verklebt, sind.
H.Taste nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet , daß der Stützkörper aus Kunststoffmasse besteht.
15.Taste nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper des Wandlers von einem Material mit wärmeisolierenden Eigenschaften umgeben

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ist, das der gerichteten Druckkraft vergleichsweise zum Körper des Wandlers keinen wesentlichen Widerstand entgegensetzt.
16. Taste nach einem der Ansprüche 1 Ms 15, dadurch gekennzeichnet , daß sich der Körper (1, 31, 41) des Wandlers in einem Gehäuse "befindet (50, 70), das aus einer Unterlageplatte (4, 74, 84) und einer Platte (52, 72, 82) als Deckel und aus senkrecht dazu angeordneten Wänden "besteht, wobei die Wände insgesamt vergleichsweise zum Körper des Wandlers der bestimmungsgemäß gerichteten Druckkraft keinen wesentlichen Widerstand entgegensetzen.
17. Taste nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet , daß der Körper (1) des Wandlers in einem Gehäuse (90) angeordnet ist, dessen Seitenteile und Unterlageplatte (94) als Boden gegenüber der bestimmungsgemäßen Druckkraft vergleichsweise zum Körper (1) des Wandlers wenig nachgiebig ist, und daß die Platte (92), auf die die bestimmungsgemäße Druckkraft auszuüben ist, wenig biegesteif ist.
18. Taste nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß ein Übertragungsglied (96) zur Übertragung der Druckkraft (2) auf den Körper (1) des Wandlers vorgesehen ist, das so geringe Abmessungen aufweist, daß die Kraft auf einen kleinen Bereich der Stirnfläche (3) des Körpers (1) des Wandlers übertragen wird und der Körper nur in diesem Bereich in dem Übertragungsglied eingespannt ist.
19. Taste nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet , daß an dem Gehäuse (90) zur Befestigung des Gehäuses bestimmte Laschen (98, 99) in der Hahe der Platte (92), auf die die bestimmungsgemäße Druckkraft auszuüben ist, angeordnet sind.

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20. Taste nach einem der Ansprüche 1 bis 19» dadurch gekennzeichnet, daß der Körper (1) des Wandlers" in seiner Höhenabmessung (H) in einen piezoelektrisch wirksamen Anteil h und einen piezoelektrisch nichtwirksamen Anteil H-h aufgeteilt ist.
21. Taste nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß der piezoelektrisch wirksame Anteil (h) und der piezoelektrisch nichtwirksame Anteil (H-h) des Körpers des Wandlers einstückig miteinander verbunden sind.
22. Taste nach Anspruch 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet , daß der piezoelektrisch nichtwirksame Anteil (H-h) des Körpers des Wandlers der Betätigungsseite der Taste zugewandt ist (Fig.9).
23. Taste nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet , daß die eine der Elektroden auf dem Körper des Wandlers in zwei, im wesentlichen flächengleiche, voneinander elektrisch isolierte Einzelelektroden (1025, 1026; 1125, 1126; 1134, 1234; 1334, 1434) aufgeteilt ist, und daß das Material des Körpers des Wandlers im Bereich der einen Einzelelektrode entgegengesetzter Polarisationsrichtung des Material im Bereich der anderen Einzelelektrode polarisiert ist.
24. Taste nach einem der Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet , daß mechanische Mittel zur richtungsmäßigen oder betragsmäßigen Umsetzung der bestimmungsgemäß gerichteten Druckkraft (2) in die auf den Körper des Wandlers einwirkende bestimmungsgemäße Druckkraft (200) vorgesehen sind (Fig.10).
25. Taste nach einem der Ansprüche 1 bis 24, dadurch gekennzeichnet , daß bezüglich der elektrischen

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Wirkung zwischen der Taste und dem nachfolgenden elektrischen Verstärkerelenient (207) ein RC-Glied (211, 213) mit Tiefpaßwirkung vorgesehen ist, wobei der Widerstand (211) und die Kapazität (213) so gewählt sind, daß piezoelektrische Spannungsimpulse mit Frequenzen höher als 100Hz kurzgeschlossen werden.

26« Taste nach einem der Ansprüche 1 "bis 2-5, dadurch gekennzeichnet , daß zwischen Taste und dem nachfolgenden Verstärkerelement ein RC-Glied mit Hochpaßwirkung vorgesehen ist, dessen Kapazität und Widerstandswert so bemessen sind, daß am Ausgang der Taste auftretende Spannungsimpulse mit Frequenzen von 10 Hz und höher praktisch nicht abgeleitet werden.

27· Verfahren zur Herstellung einer Taste nach einem der Ansprüche 9 bis 14 s dadurch gekennzeichnet , daß der eine oder die mehreren Stützkörper (64, 164; 70) durch Umspritzen des Körpers des Wandlers mit der Kunststoffmasse des Stützkörpers hergestellt und auf dem Körper des Wandlers angebracht wird (werden).

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