DE2555137A1

DE2555137A1 - Tastendruckschalter

Info

Publication number: DE2555137A1
Application number: DE19752555137
Authority: DE
Inventors: Alan Carlyle Yoder
Original assignee: Bowmar Instrument Corp
Current assignee: Mercury Systems Inc
Priority date: 1974-12-09
Filing date: 1975-12-08
Publication date: 1976-06-16
Also published as: GB1486040A; JPS566087B2; DE2555137B2; DE2555137C3; JPS5188135A; CA1037533A; US3941964A

Description

PATENTANWÄLTE

D R.-I N G. H. FINCKE DIPL.-ING. H. BOHR DIPL.-ING. S. STAEGER

Patentanwalt· Dr. Finde· ■ Bohr · Staefler · S München 5 · MOIIentraß«

8 MÖNCHEN B, MOIIeritro0e 31 Fernruf: (089)·266060 Telegramme: Claims München Telex: 523903 claim d

8.Dezember 1975

Mopp« No. Λ Sitte in der Antwort angeben

Be Schreibung zum Patentgesuch

der Firma BOWMAR INSTRUMENT CORPORATION Fort Wayne, Indiana / U.S.A.

betreffend

•Tastendruckschalter"

Priorität: 9. Dezember 1974

Die Erfindung betrifft allgemein Binärschalter und insbesondere Tastendruck-Binärschalter.

Binärschalter werden zur Erzeugung vorgewählter binärkodierter Signale zur Verwendung in digital gesteuerten Geräten und Datenverarbeitungsgeräten verwendet. Die gebräuchlichste Art Binärschalter ist ein Drehschalter, der oft als digitaler Vorwählschalter gebaut wird. Solche

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Bankverbindung ■ Bayer. Vereintbank München, Konto 620404 · Pottscheckkonto: Mönchen 270 44-802

Binärschalter sind durch ihre Kompliziertheit und ihre verhältnismässig hohen Kosten gekennzeichnet. In der US-Patentschrift 3 796 84 3 ist ein Tastenfeldschalter beschrieben, bei dem ein Übermitte-Schnappwirkungs-Membranschalterelement und eine einseitig gedruckte Schaltung verwendet wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Tastendruckschalter zum Erzeugen binärkodierter Signale zu entwickeln. Eine Anzahl solcher Binärschalter kann zu einem Tastenfeld zusammengebaut werden, das einem Rechnertastenfeld oder einem Fernsprecher-Drucktastenfeld ähnlich ist, so daß die Wahl der gewünschten binärkodierten Signale dadurch erfolgen kann, daß die entsprechenden Druckknöpfe gedruckt werden.

Ein erfindungsgemäßer Tastendruckschalter zur Verwendung zum Erzeugen von binärkodierten Signalen besitzt eine Isolierplatte mit ebenen entgegengesetzten Flächen und ein Übermitte-Schnappwirkungs-Membranschalterelement, das zwischen einer ersten inaktiven Stellung und einer zweiten Übermitte-Betriebsstellung bei der Ausübung einer bestimmten Bedienkraft, beispielsweise durch einen Druckknopf, beweglich ist. Das Membranelement weist eine mittig angeordnete gemeinsame Kontaktfläche und eine Anzahl in radialem Abstand befindliche Schenkel auf, die sich von dieser nach aussen erstrecken. Zumindest einige der Schenkel liegen auf ersten Anschlußflächen auf der einen Seite der Isolierplatte auf und halten das Membranelement auf dieser in seiner ersten Stellung. Mit einem gemeinsamen Anschluß auf der einen Seite der Platte ist ein äusserer Leiter verbunden, wobei sich der gemeinsame Anschluß in überdeckung mit der gemeinsamen Kontaktfläche des Membranelements und in der ersten Stellung

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desselben in Abstand von diesem befindet. Die gemeinsame Kontaktfläche liegt gegen den gemeinsamen Anschluß in der zweiten Stellung des Membranelernents an. Bestimmte der Schenkel weisen Teile in Überdeckung mit und in Abstand von anderen Anschlußflächen auf der einen Seite der Platte in der ersten Stellung des Membranelements auf. Mit mindestens einer vorgewählten Anschlußfläche ist ein weiterer äusserer Leiter verbunden, wobei die Zahl der Anschlußflächen, mit denen äussere Leiter verbunden sind, das gewünschte binärkodierte Signal bei der Betätigung des Membranelements ergibt. Das Membranelement ist so bemessen und angeordnet, daß die Schenkelteile an ihren jeweiligen anderen Anschlußflächen in einer dritten Stellung des Elements zwischen der ersten und der zweiten Stellung und vor der Anlage der gemeinsamen Kontaktfläche an dem gemeinsamen Anschluß anliegen.

Wie erwähnt, ist es Aufgabe der Erfindung, einen verbesserten Binärschalter zu entwickeln.

Ferner gehört es zur Aufgabe der Erfindung, einen Drucktastenschalter zur Verwendung zum Erzeugen binärkodierter Signale anzugeben. Im folgenden sind Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert und zwar zeigen:

Fig. 1 eine Draufsicht, welche eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Tastendruckschalters zeigt;

Fig. 2 eine Ansicht im Schnitt nach der Linie 2-2 in Fig. 1;

Fig. 3 eine schematische Ansicht, welche verschiedene Verbindungen zeigt, um binärkodierte Signale mit dem erfindungsgemäßen Schalter zu erhalten;

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Fig. 4 ein Binärkode, der durch die verschiedenen Permutationen des erfindungsgemäßen Schalters erhalten werden kann;

Fig. 5 eine Draufsicht, welche die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung zeigt;

Fig. 6 eine Ansicht im Schnitt nach der Linie 6-6 in Fig. 5;

Fig. 7 eine Teilansicht in Draufsicht einer Abänderungsform der Ausführungsform nach Fig. 5;

Fig. 8 eine Teilansicht in Draufsicht, welche eine weitere Abänderungsform der Ausführungsform nach Fig. 5 zeigt, und

Fig. 9 eine Teilansicht im Schnitt nach der Linie 9-9 in Fig. 8.

Der in Fig. 1 und 2 dargestellte erfindungsgemäße Binärschalter ist allgemein mit 10 bezeichnet und besitzt ein Übermitte-Schnappwirkungs-"ölkännchen"-Membranschalterelement 12 mit einer mittigen Kontakteintiefung 14. Das Membranelement 12 ist mit vier sich nach aussen erstreckenden Schenkeln 16 ausgebildet, die in gleichen radialen Abständen vorgesehen sind.

Ferner ist eine Isolierplatte 18 vorgesehen, die entgegengesetzte ebene Flächen 20 und 22 aufweist. Die äusseren Enden 24 der Schenkel 16 liegen auf Anschlußflächen 26 auf der Oberseite 20 der Platte 18 auf und halten das Membranelement 12 in einer ersten inaktiven Stellung, in welcher

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•δ.

die mittige Eintiefung 14 sich von der gemeinsamen Anschlußfläche 28 auf der Seite 20 der Platte 18 in Abstand befindet , wie in Fig. 2 gezeigt. Eine isolierende Halterung 25 bedeckt die Fläche 20 der Platte 18 und die Anschlußflächen sowie die Leiter auf dieser und weist einen Ausschnitt 27 auf, der zur Aufnahme des Schal te re leinen ts 12 dient. Eine dünne Isolierplatte 29 bedeckt die Halterung25 und das Schalterelement 12, wie mit näheren Einzelheiten in der vorgenannten US-Patentschrift 3 796 843 gezeigt und beschrieben.

Ferner ist ein Schild 30 mit einer öffnung 32 zur Aufnahme und Halterung eines Tastknopfes 34 vorgesehen. Der Tastknopf34 dient zur Ausübung einer nach unten gerichteten Kraft auf das Membranelement 12, wie nachfolgend beschrieben wird.

Drei in gleichen radialen Abständen befindliche verhältnismässig kurze Schenkel oder Füße 36 erstrecken sich von dem Membranelement 12 nach aussen und befinden sich in überdeckung mit Anschlueflächen 38 auf der Seite 2O der Platte 18. Die Füße 36 befinden sich in der ersten Stellung des Membrane leinen t s 12 von den Anschluß flächen 38 in Abstand, wie in Fig. 2 gezeigt.

Bei der Ausübung einer bestimmten Kraft auf den Tastknopf 34, wie durch den Pfeil 40 angegeben, wird das Membranelement 12 in eine zweite Betriebsstellung bewegt, in welcher sich die mittige Kontakteintiefung 14 in Auflage auf einer gemeinsamen Anschlußfläche 28 befindet und die Füße 36 auf den Anschlußflächen 38 aufliegen. Erfindungsgemäß sind das Membrane leinen t 12 und die Schenkel 16 so bemessen und angeordnet, daß das Membranelement 12 durch eine dritte Zwischenstellung hindurchtritt, in welcher die Füße 36 auf den Anschlußflächen 38 aufruhen, bevor die mittige Kontakt-

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eintiefung 14 auf der gemeinsamen Anschlußfläche 28 zur Auflage kommt.

Ein gemeinsamer äusserer Leiter 42 auf der Fläche 20 der Platte 18 ist mit der gemeinsamen Anschlußfläche 28 verbunden. Um einen gewünschten BinärSignalausgang zu erhalten, sind die äusseren Leiter mit ausgewählten der übrigen Anschlußflächen verbunden, beispielsweise der Leiter 44 mit der Anschlußfläche 26 und der Leiter 46 mit der Anschlußfläche 38, was ein binärkodiertes Signal ergibt, das der Zahl 3 entspricht, wie in Fig. 4 gezeigt.

Aus Fig. 3 und 4 ergibt sich, daß der gemeinsame äussere Leiter 42 bei jeder Schaltergestaltung mit der gemeinsamen Anschlußfläche 28 verbunden ist. Die Verbindung äusserer Leiter mit den übrigen Anschlußflächen 26, 38 hängt von dem bei der Betätigung des Schalterelements zu erhaltenden binärkodierten Signal ab. So kann, wie in Fig. 4 gezeigt und bei einem 8421 Binärkode der äussere Leiter 46 mit der Anschlußfläche 38 verbunden sein und der äussere Leiter 44 mit der Anschlußfläche 26, um ein binärkodiertes Signal zu erhalten, das der Ziffer 3 entspricht. In gleicher Weise kann der äussere Leiter 48 mit der Anschlußfläche 38 "vier" verbunden werden und der äussere Leiter 50 kann mit der Anschlußfläche 38 "acht" entsprechend der in Fig. 4 gegebenen Tabelle, um beispielsweise binärkodierte Signale zu erhalten, die den Ziffern 0-16 entsprechen, verbunden werden.

Wie ersichtlich, befinden sich die Enden 24 der Schenkel 16 in Kontakt mit Anschlußflächen 26 auf der Schaltungsplatte 18 in der ersten bzw. Ruhe- oder gelösten Stellung des Schalters. Wenn durch den Tastknopf 34 eine Last auf die mittige Eintiefung 14 ausgeübt wird, biegen sich die Schenkel 16 und das Membranelement 12 durch und nimmt die

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Kraft an der Eintiefung auf ein Maximum zu, worauf sie abzunehmen beginnt. Hierbei schnappt das Membranelement bzw. die Wölbung um und kommen die Füße 36 und die mittige Eintiefung 14 in Kontakt mit ihren Anschlußflächen 28, 38 auf der Schaltungsplatte 18. Wenn die Last weggenommen wird, nimmt die Kraft an der mittigen Eintiefung 14 so weit ab, daß das Membranelement bzw. die Wölbung 14 zurückschnappt und die mittige Eintiefung 14 sowie die Füße 36 verlieren ihren Kontakt mit der Schaltungsplatte 18. Wie erwähnt, ist es wichtig, daß die mittige Kontakteintiefung 14 zuletzt Kontakt erhält, während die Füße 36 vorher Kontakt erhalten und die mittige Kontakteintiefung 14 beim Aufhören der Druckbelastung zuerst den Kontakt verliert.

In Fig. 5 und 6, in welchen gleiche Elemente mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet sind und ähnliche Elemente Bezugsziffern haben, die mit einem Strich versehen sind, ist die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung gezeigt, die allgemein mit 51 bezeichnet ist. Bei dieser Ausführungsform besitzt das Übermitte-Schnappwirkungs-"Ölkännchen"-MembranSchalterelement 12' vier in gleichen Abständen voneinander angeordnete, sich nach aussen erstreckende angeformte Schenkel 16' und in seiner Mitte eine Kontakteintiefung 14. Die äusseren Enden 24* der Schenkel 16' liegen auf Anschlußflächen 26 an der Oberseite 20 der Isolierplatte 18 auf und halten das Membranelement 12' in seiner ersten inaktiven Stellung,* in welcher sich die mittige Eintiefung 14 von der gemeinsamen Anschlußfläche 28 auf der Seite 20 der Platte 18 in Abstand befindet, wie in Fig. 6 gezeigt.

Eine isolierende Halterung 25' bedeckt die Fläche 20 der Platte 18 und die Anschlußflächen sowie die Leiter auf dieser und weist einen Ausschnitt 27* auf, der das Schalterele-

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ment 12' aufnimmt. Eine dünne Isolierplatte 29 bedeckt die Halterung 25' und das Schalterelement 12*.

Bei dieser Ausführungsform ist das Schalterelement 12' mit Kontakteintiefungen 52 an den Übergangsstellen der Schenkel 16' des Schalterelements ausgebildet, welche Kontakteintiefungen 52 sich mit Anschlußkissen 38' auf der Seite 20 der Platte 18 und in der ersten Stellung des Membranelements 12', wie sich am besten aus Fig. 6 ergibt, von diesen in Abstand befinden.

Bei der Ausübung einer bestimmten Kraft auf den Tastknopf 34 (Fig. 1) wird das Membranelement 12' in eine zweite Betriebsstellung bewegt, in welcher die mittige Kontakteintiefung 14 an der gemeinsamen Anschlußfläche 28 anliegt und die Kontakteintiefung 52 an den Anschlußflächen 38' anliegen. Wie ersichtlich, kommen bei dieser Ausführungsform die Kontakteintiefungen 52 an den Anschlußflächen 38 zur Anlage, bevor die mittige Kontakteintiefung 14 mit der gemeinsamen Anschlußfläche 28 Kontakt erhält.

Wie im Falle der vorher beschriebenen Ausführungsform ist der gemeinsame äussere Anschluß 42" auf der Fläche 20 der Platte 18 mit der gemeinsamen Anschlußfläche 28 verbunden und sind, um den gewünschten Binärsignalausgang zu erhalten, die äussere Leiter mit vorgewählten der übrigen Anschlußflächen verbunden, beispielsweise ist der Leiter 44 mit der Anschlußfläche 26 verbunden und der Leiter mit der Anschlußfläche 38.

Wie im Falle der in der vorgenannten US-Patentschrift 3 796 843 beschriebenen Ausführung ist das Schalterelement 12 , 12' so ausgebildet, daß es möglich ist, andere Leiter, beispielsweise einen Leiter 54/ auf der Oberseite 20 der Platte 18 unter das Schalterelement 12, 12· zu

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•J.

bringen.

Wie sich aus Fig. 7 ergibt, in welcher gleiche Elemente mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet sind und ähnliche Elemente mit den gleichen Bezugsziffern jedoch mit einem Doppelstrich versehen sind, kann das Membranschalterelement 12" mit nur drei Schenkel 16" ausgebildet sein, wie in Fig. 7 gezeigt, oder mehr als vier Schenkel 16" haben.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 8 und 9, in welchen gleiche Elemente ebenfalls mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet sind und ähnliche Elemente die gleichen Bezugsziffern haben, jedoch mit drei Strichen versehen sind, kann das Membranschalterelement 12"' nur zwei Schenkel 16' haben, wobei die verbliebene Anlage an einer Anschlußfläche 26 durch eine Kontakteintiefung 54' am ümfangsrand des Elements 12"' erhalten wird. Auf diese Weise kann die in Fig. 7 gezeigte Dreischenkelausführungsform mit einem fehlenden Schenkel vorgesehen werden und die in Fig. 5 gezeigte Vierschenkelausführungsform kann mit zwei fehlenden Schenkeln vorgesehen werden. Natürlich kann bei der in Fig. 7 dargestellten Dreischenkelaus führungsform in gleicher Weise auch nur ein Schenkel 16* vorgesehen werden.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 1 und 2, bei welcher die Enden 24 der Schenkel 16 als ständig in Anlage an Anschlußflächen 26 gezeigt und beschrieben sind, ist es je nach der Federsteifigkeit der Schenkel 16 und der relativen Höhenabmessungen der Enden 24, der Füße 36 und der mittigen Kontakteintiefung 14 möglich, eine Vorrichtung zu erhalten, bei welcher sich die Enden 24 abheben und sich von ihren Anschlußflächen 26 in Abstand befinden, wenn das

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Schalterelement 12 in seine zweite Betriebsstellung bewegt wird. Durch eine solche Ausbildung werden der Vorrichtung die Eigenschaften eines normalerweise geschlos senen Schalters oder Umschalters verliehen.

Die Erfindung ist natürlich nicht auf die dargestellten und beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern kann innerhalb ihres Rahmens verschiedene Abänderungen
erfahren.

Patentansprüche:
- 10 -

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Claims

A 334

Patentansprüche

Tastendruckschalter zum Erzeugen binärkodierter Signale, gekennzeichnet durch eine Isolierplatte mit ebenen entgegengesetzten Flächen und ein Übermitte-Schnappwirkungs-Membranschalterelement, das zwischen einer ersten inaktiven Stellung und einer zweiten Übermitte-Betriebsstellung bei der Ausübung einer bestimmten Betätigungskraft beweglich ist, welches Element eine mittig angeordnete gemeinsame Kontaktfläche aufweist und welches Element mit mehreren radial voneinander in Abstand befindlichen Kontaktelementen versehen ist, die an seinem Umfang ausgebildet sind, wobei zumindest einige der Kontaktelemente gegen erste Anschlußflächen auf der einen Seite der Isolierplatte anliegen und normalerweise das Element in der erwähnten ersten Stellung halten, einen gemeinsamen Anschluß auf der erwähnten einen Seite der Isolierplatte, mit dem ein äusserer Leiter verbunden ist, v/elcher gemeinsame Anschluß sich in Überdeckung mit der gemeinsamen Kontaktfläche und in Abstand von dieser in der erwähnten ersten Stellung befindet, zumindest eines der Kontaktelemente einen Teil aufweist, der sich in Uberdeckung mit und in Abstand von einer anderen Anschlußfläche auf der erwähnten einen Seite der Isolierplatte in der ersten Stellung des Elements befindet, mit zumindest einer vorgewählten Anschlußfläche ein weiterer äusserer Lei-

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Μ-

ter verbunden ist, welches Schalterelement so bemessen und angeordnet ist, daß der erwähnte Kontaktelementteil gegen die erwähnte andere Anschlußfläche in einer dritten Stellung des Elements zwischen der ersten und der zweiten Stellung und vor der Anlage der gemeinsamen Kontaktfläche an dem gemeinsamen Anschluß anliegt.

2. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eines der Kontaktelemente ein Schenkel ist, der sich vom Umfang des Schalterelements nach aussen erstreckt und mit einem äusseren Ende an einer ersten Anschlußfläche anliegt.

3. Schalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erwähnte Teil an dem Schenkel vom äusseren Ende desselben nach innen geformt ist.

4. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktelemente Schenkel sind, die sich vom Umfang des Schalterelements nach aussen erstrecken.

Schalter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere andere Anschlußflächen vorgesehen sind und eine erste sowie eine zweite Gruppe von Schenkeln, wobei alle von der ersten Gruppe an den ersten Anschlußflächen anliegen und das Schalterelement gegen diese abstützen, und alle Elemente der zweiten Gruppe mit den erwähnten Teilen ausgebildet sind und sich

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in überdeckung mit den erwähnten anderen Anschlußflächen befinden.

6. Schalter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schenkel der ersten Gruppe länger als diejenigen
der zweiten Gruppe sind.

Schalter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die äusseren Enden der ersten Gruppe von Schenkeln
an den erwähnten ersten Anschlußflächen anliegen und
die äusseren Enden der zweiten Gruppe von Schenkeln
die erwähnten Teile aufweisen und sich jeweils in Überdeckung mit den erwähnten anderen AnSchlußflächen befinden .

8. Schalter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die erwähnte erste Gruppe durch vier Schenkel gebildet wird und die zweite Gruppe durch drei Schenkel.

Schalter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die gemeinsame Kontaktfläche sich von der gemeinsamen Anschlußfläche trennt, wenn die erwähnte Kraft vor
dem Trennen der erwähnten Teile der zweiten Schenkelgruppe von den erwähnten anderen Anschlußflächen aufhört.

10. Schalter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß alle Schenkel äussere Enden haben, welche gegen die

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ersten Anschlußflächen anliegen, und alle Schenkel, die mit den erwähnten Teilen ausgebildet sind, von den äusseren Enden nach innen anliegen.

11. Schalter nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die an den Schenkeln ausgeformten Teile den Übergangsstellen der Schenkel zum Schalterelement benachbart sind.

12. Schalter nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Schalterelement eine weitere Kontaktfläche aufweist, die an seinem Umfang ausgebildet ist und sich von den Schenkeln im Abstand befindet, welche weitere Kontaktfläche gegen eine Anschlußfläche
auf der erwähnten einen Seite der Isolierplatte anliegt und das Schalterelement auf dieser in der
erwähnten ersten Stellung hält.

Für: BOT-MAR INSTRUMENT CORPORATION

PATENTANWÄLTE

OH-tHO. H. FINCKE, 01PL.-ING. H. SOHft DlPL-ING. S. STAEGER

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