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Drucktastenei nhei t nach dem piezoelektrischen Wandlungsprinzip
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Drucktasteneinheit nach dem piezoelektrischen
Wandlungsprinzip.
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Mechanische Schalter werden heute in steigendem Maße durch elektronische
Schalter ersetzt. Diese elektronischen Schalter werden vielfach durch Tasten angesteuert.
Da es jedoch nicht sehr sinnvoll ist, diese Tasten wieder mit mechanischen Kontakten
auszurüsten, wird angestrebt, auch hier eine elektrische Lösung zu finden. Die Tasten
sollen nicht zu teuer sein und müssen sich vor allem gut zu Tastenfeldern integrieren
lassen.
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Für Fernsehempfänger werden dem augenblicklichen Stand der Technik
entsprechend sogenannte Sensortasten verwendet, die aus metallischen Elektroden
bestehen und bei denen der Obergangswiderstand beim Berühren durch den Finger das
Schal tkriteri um darstellt. Diese Tasten haben zu mancherlei Schwierigkeiten geführt.
Hat man sehr trockene Finger, so reicht der Leitwert häufig nicht zum Schalten aus,
es müssen dann erst die Finger angefeuchtet werden. Andererseits sind diese Tasten
schmutzempfindlich, das heißt die Elektroden werden durch Schmutz überbrückt und
sind dann ebenfalls funktionsunfähig.
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Es sind verschiedene Ausführungsformen von Sensortasten bekannt geworden,
die jedoch alle einen Mangel an Betriebssicherheit aus den obengenannten Gründen
aufweisen.
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Ein neuer Weg, der eine außerordentlich hohe Betriebssicherheit verspricht,
ist die sogenannte Piezotaste. Verwendet werden bisher Plättchen aus Piezokeramik,
die bei Druck oder Biegung einen Spannungsimpuls abgeben, der einem nachgeschalteten
elektronischen Schalter zugeführt wird. Um die Störanfälligkeit herabzusetzen,.soll
die Kapazität
des verwendeten Piezoelementes möglichst groß und
die abgegebene Spannung bei normalen Berührungsdrucken ebenfalls so hoch wie möglich
sein.
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Es werden heute Kapazitäten in der Größenordnung von einigen Nano-farad
erreicht und die abgegebenen Spannungen liegen in der Größenordnung um 1 Volt.
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Der Nachteil der bisherigen sogenannten Piezotasten liegt in ihrem
relativ hohen Preis. Sie kommen deshalb für Fernsehempfänger zum Beispiel kaum in
Frage.Außerdem werden relativ hohe Betätigungskräfte benötigt.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Drucktasteneinheit nach dem piezoelektrischen
Wandlungsprinzip zu schaffen, die sich außerordentlich billig herstellen läßt und
hervorragend geeignet ist, zu Tastenfeldern integriert zu werden; die Betriebssicherheit
soll wesentlich höher als bei den Sensortasten ausgebildet sein.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Drucktasteneinheit gelöst,
die gekennzeichnet ist durch die Verwendung einer piezoelektrischen Kunststoffolie
für den oder die Signalgeber. Eine besondere Ausführungsform der Drucktasteneinheit
ist dadurch gekennzeichnet, daß ein Grundkörper im Bereich der durch den oder die
Finger zu berührenden Betätigungsflächen eine der gewünschten Anzahl von Signalgebern
entsprechende Zahl flacher Mulden aufweist, über die die piezoelektrische Kunststoffolle
gespannt ist.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Beschreibung und einer Zeichnung
beispielsweise näher erläutert. Ein Grundkörper 1, der beispielsweise aus Kunststoff
besteht, weist flache Mulden 2 auf. Ober diesen Grundkörper ist eine piezoelektrische
Folie gespannt und im allgemeinen mit dem Grundkörper verklebt. Diese piezoelektrische
Folie besteht vorzugsweise aus Polyvinylidenfluorid (PVF2), das durch mechanische
Verstreckung und elektrische Polarisation piezoelektrische Eigenschaften erhalten
hat. Diese Folie trägt auf beiden Seiten die Metallisierungen 4 und 5, die im allgemeinen
durch Aufdampfen hergestellt werden. Diese Metallisierungen sind über die elektrischen
Anschlüsse 6 und 7 und
hier nicht weiter dargestellte Drähte mit
der elektrischen Schaltung verbunden.
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Ober der piezoelektrischen Folie liegt zweckmäßigerweise mindestens
noch eine Schutzfolie 8 aus einem beliebigen Kunststoff. Wegen der guten mechanischen
Eigenschaften von PVF2 wird diese Folie am besten auch aus diesem Material hergestellt.
Es können jedoch auch noch weitere Folien übereinandergestapelt werden, die dekorativen
Zwecken und/ oder dem Anbringen von Bezeichnungen dienen. Eine metallisierte Folie
kann auch zur Abschirmung der Drucktasteneinheit angeordnet werden.
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Werden in dem Grundkörper neben/und/oder hintereinander mehrere Mulden
angeordnet und mit den entsprechenden Folien überzogen, so ergibt sich in sehr einfacher
Weise eine Drucktasteneinheit mit einer der Muldenanzahl entsprechenden Zahl von
Signal gebern. Wird im Bereich der mit einer Zahl oder mit einem Symbol gekennzeichneten
Berührungsfläche die Folien mit dem Finger berührt, so werden dieselben elastisch
gedehnt und es wird ein Spannungsimpuls an den Anschlüssen 6 und 7 erzeugt.Dieser
Spannungsimpuls wird dem elektronischen Schalter, der im allgemeinen als integrierte
Schaltung aufgebaut ist, zugeführt. Die Zuführung kann über normale abgeschirmte
Leitungen erfolgen, da die Kapazität des Signal gebers groß genug ist. In der Zeichnung
ist mit der Bezugszahl 9 eine kleine Bohrung zum Druckausgleich und mit 10 noch
eine Beleuchtungsquelle die beispielsweise eine Glühlampe oder eine Lumineszenzdiode
sein kann, gezeichnet, durch die die einzelnen Signalgeber der Drucktasteneinheit
im Bereich der Berührungsflächen beleuchtet werden können. Einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung entsprechend können auch der Grundkörper, die piezoelektrische Kunststoffolie
sowie die Schutzfolien transparent ausgeführt werden.
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Weitere zweckmäßige Ausbildungsformen sind in den Unteransprüchen
beschrieben.
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Die metallischen Beläge der Piezofolie brauchen nicht in der beispielsweise
gekennzeichneten Form an den Anschlußstellen 6 und 7 kontaktiert werden. Insbesondere
bei Tastenfeldern mit vielen Signalgebern können
die Metallisierungen
Teile einer gedruckten Schaltung darstellen und in entsprechender Weise hergestellt
werden. Die Anschlüsse liegen dann zweckmäßigerweise am Rande dieses Tastenfeldes.
Anstatt die Piezofolie mit den nötigen Leiterzügen zu versehen kann natürlich auch
eine zusätzliche gedruckte Schaltung zwischen dem Grundkörper 1 und der Piezofolie
3 vorgesehen werden, die gegebenenfalls auch wieder eine Folie sein kann. Weiterhin
kann zwischen die Folien in die gedruckte Schaltung auch ohne weiteres eine Anzahl
von integrierten Schaltungen gebaut werden. Ein besonderer Vorteil der Drucktasteneinheit
nach der Erfindung ist die einfache Herstellungsart. Wird der Grundkörper ebenfalls
zeine streifenförmige Folie mit eingeprägten Mulden dargestellt, besteht das Herstellungsverfahren
im wesentlichen aus dem Stapeln von Grundkörperfolie - Piezofolie -ein oder mehreretSchutzfolien,die
beispielsweise von Rollenspeicherkablaufen können und durch ein geeignetes Klebe-
oder Versiegelungsverfahren fortlaufend zusammengefügt werden.
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Um eine gleichmäßige Verteilung des Fingerdrucks auf die Piezofolie
im Bereich der Berührungsfläche zu erreichen, kann auf einer Schutzfolie oder zwischen
zwei Schutzfolien auch ein knopfartiges Bauteil angeordnet werden. Dieses Bauteil
wird vorzugsweise linsenförmige Gestalt haben und kann im Herstellungsverfahren
beim Stapeln der Folien einfach zwischen dieselben eingelagert werden. Durch eine
geeignete Prägung einer Schutzfolie im Bereich der Berührungsfläche kann auch in
bekannter Weise eine Rückstellkraft erzeugt werden, die eine Schnappcharakteristik
mit bistabilem Charakter ähnlich einem micro-switch ergibt.
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Durch die überraschend einfache und daher preiswerte Herstellung von
Drucktasteneinheiten nach der Erfindung als "Meterware" empfiehlt sich ein Einsatz
besonders für Femsehempfänger, für Elektronenrechner, Telefonapparate, Schreibmaschinen
oder auch Lichtschalter. Diese Beispiele stellen jedoch keine Begrenzung des Einsatzbereiches
dar.