DE2829891C2 - Drucktastenschalter - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Drucktastenschalter mit einem Umschnappglied aus einer gewölbt eingespannten Folie aus elastischem Material, die durch zwei zueinander parallele, nicht bis zum Rand reichende Schlitze in drei parallele durchgehende, an den Enden durch Querstege miteinander verbundene Streifen unterteilt ist, bei der der mittlere Streifen durch einen außerhalb des Wölbungsscheitels einwirkenden Tastenstößel zum Umschnappen gebracht werden kann, wodurch elektrische Schaltmittel auf der vom Tastenstößel abgewandten Seite der Folie betätigt werden.

Solche Drucktastenschalter sind bereits bekannt (DE-AS 15 90 221); sie werden u. a. bei Tastenfeldern für Telefonteilnehmerstationen verwendet

Der Umschnappeffekt, der bei Drucktastenschaltern

oftmals erwünscht ist stellt sicher, daß beim Niederdrücken der Taste an einem bestimmten Punkt des Tastenweges die Kraft die dazu erforderlich ist die Taste weiter niederzudrücken, plötzlich wesentlich vermindert ist, so daß sichergestellt ist, daß die Taste vollkommen eingedrückt wird. Es wird dadurch auch sichergestellt, daß bei diesem Durchdrücken das Risiko einer zu kurzen Verweilzeit beim betätigten Schalter vermieden wird. Während des Niederdrückens der Taste wird bereits im Anfang der Bewegung eine verhältnismäßig große Kraft benötigt, die gefolgt ist von einem rapiden Abfall auf ein Minimum, wonach ein weiteres Niederdrücken ein langsames Ansteigen der Betätigungskraft ergibt, um ein vollständiges Eindrükken der Taste zu erzielen. Der Schnappvorgang hat den Vorteil, daß er bei der Betätigung gut fühlbar ist, womit angezeigt wird, daß die Drucktaste richtig betätigt wurde.

Der bekannte Drucktastenschalter hat einen verhältnismäßig komplizierten Aufbau und seine Umschnappei- genschaften sind sehr von den elastischen Eigenschaften des verspannten bieches abhängig. Das Umschnappglied ist dort in der Weise verspannt, daß die beiden äußeren Streifen unterteilt und die Enden in Anschlußstücke mit gegeneinander versetzte Nuten eingespannt sind. Der eine Quersteg des Bleches ist in einem Kipplager gelagert, wodurch sich nicht nur eine weitere Komplizierung des Aufbaus ergibt, sondern die Umschnappwirkung durch die an den Lagerstellen zusätzlich auftretenden Reibungskräfte beeinflußt wird.

v> Solche Reibungskräfte treten auch an den Lagerstellen der Enden der äußeren Streifen in den Nuten des Anschlußstückes auf.

Aufgabe der Erfindung ist es, bei einem Drucktastenschalter der eingangs genannten Art den Aufbau

*5 wesentlich zu vereinfachen und die Umschnappeigenschaften konstanter zu machen. Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die beiden äußeren Streifen und die Querstege der ebenen Folie auf ihrer ganzen Läi/ge zwischen zwei, an den einander zugewandten Flächen mit einander entsprechenden Erhebungen und Vertiefungen versehenen Spannglieder eingespannt sind, so daß sich eine im wesentlichen sinusförmige Wölbung der Folie mit zwei äußeren Wellentälern und einem mittleren Wellenberg ergibt.

Dadurch ergibt sich der Vorteil, daß nur noch der mittlere Streifen beweglich bleibt und es nur auf die elastischen Eigenschaften des mittleren Streifens ankommt Bewegliche Lagerstellen, die eine Reibung verursachen, sind vorteilhafterweise hier nicht vorhan den. Auch sind die Seitenstreifen nicht unterteilt. Zur Hefstellung und Einspännung des Bleches müssen lediglich die Schlitze ausgestanzt werden und das Blech muß zwischen die Spannfeder eingelegt werden, worauf diese zusammengedrückt werden. Eine weitere Vereinfachung ergibt sich dadurch, daß das eine Spannglied gleichzeitig zur Führung des Tastenstößels verwendet werden kann.

Im folgenden wird ein Ausfiihrungsbeispiel der

Erfindung anhand der Figuren näher erläutert.

Fig. I zeigt eine Seitenansicht der Spannglieder mit dem dazwischen angeordneten elastischen Material.

F i g. 2 zeigt eine Explosionsdarstellung eines Schalters der beschriebenen Art ohne den Tastenstößel.

Fig.3 zeigt schematisch verschiedene Lagen des Tastenstößels während der Betätigung eines Schalters der beschriebenen Art

F i g. 4 zeigt eine Explosionsdarstellung eines Tastenfeldes mit Schaltern der beschriebenen Art.

F i g. 5 zeigt eine Seitenansicht des Kontaktmechanismus bei dem Tastenfeld nach F i g. 4.

Zur Herstellung des Streifens, der das bewegliche Element des Schalters bildet, werden zwei parallele Schlitze 1 und 2, wie in Fig.2 dargestellt, in ein Blech oder eine Folie 3 aus elastischem Material eingeschnitten und das Material wird dadurch gebogen, daß es zwischen die beiden Spannglieder 4 und 5 nach den F i g. 1 oder 2 eingeklemmt wird. Wie aus den Figuren entnommen werden kann, sind die beiden Klemmflächen der Spannglieder im wesentlichen sinusförmig gewölbt, so daß das Blech 3 eine Form annimmt, wie sie in F i g. 2 dargestellt ist

Die beiden Schlitze 1 und 2 definieren den Streifen 6, dessen beide Enden zwischen den Spanngliedern 4 und 5 eingeklemmt sind, die oberhalb und unterhalb dieses Streifens Ausnehmungen besitzen. Der Streifen kann sich daher unabhängig von den seitlichen Teilen des Bleches bewegen.

Zur Betätigung des Schalters wird der Streifen 6 Jo durch einen Tastenstößel 7 gebogen, dessen Schaft außerhalb des Scheitels der Wölbung des Streifens 6 einwirkt, vorzugsweise in einem Drittel der Distanz zwischen den beiden Vertiefungen der Wölbung.

In Fig.3 sind drei verschiedene Zustände bei der Betätigung der Vorrichtung dargestellt. In Fig.3a ist die Ausgangsposition dargestellt, bei der der Tastenstößel 7 oberhalb des Streifens 6 angeordnet ist, während eine Grundplatte 8 unterhalb des Streifens 6 angeordnet ist, die bei «:inem Telefonapparat beispielsweise eine gedruckte Schaltung trägt Wenn der Tastenstößel, wie in F i g. 3b dargestellt ist, niedergedrückt wird, verformt sich der Streifen und erzeugt eine schnell ansteigende Rückstellkraft auf den Tastenstößel. Beim Niederdrükken wird dann ein Punkt erreicht, bei dem die nach oben gerichtete Wölbung des Materials des Streifens plötzlich nach unten umschnappt, wobei die auf den Tastenstößel einwirkende Rückkstellkraft plötzlich abfällt. Die Wölbung ist nun gegen die Grundplatte 8 hin gerichtet und eine weiter·? Bewegung des Tastenstößels so verform! den Rest des Streifens mit langsam ansteigender RücksHlkraft so weit, bis er an der Grundplatte anliegt. Während der restlichen Bewegung des Tastenstößels bleibt der Streifen weiter in Kontakt mit der Grundplatte, wodurch sich die gewünschte Steuerwirkung ergibt

Beim Aufhören des Druckes auf den Tastenstößel kehrt der Streifen 6 in seine Ausgangsposition zurück und schiebt damit den Tastenstößel auch wieder in seine Ausgangsposition. Die Rückwärtsbewegung kann durch eine Feder unterstützt werden, beispielsweise eine Schraubenfeder, die auf dem Schaft des Tastenstößels 7 angeordnet ist und mit zwei festen Anschlägen zusammenwirkt

Bei der oben beschriebenen Anordnung sind die Schlitze 1 und 2 parallel zueinander. Diese Schlitze können jedoch auch eine rindere Form und Lage haben. So kann durch geeignete Formgebung der Schlitze erreicht werden, daß der Schaltvorgang bei einem bestimmten Punkt beginnt und in bestimmter Weise verläuft. Dies kann durch einige einfache Versuche ermittelt werden.

Die beschriebenen Schalter haben einen gewissen Grad von Hysterese bei ihrer Schaltbewegung, wie dies aus F i g. 3 und ebenfalls aus F i g. 5 ersichtlich ist, auf welche später Bezug genommen wird.

In Fi g. 4 ist in Explosionsdarstellung schematisch ein Tastenfeld für Telefonapparate dargestellt, bei dem Schalter der beschriebenen Art verwendet werden. Hierbei ist die Anordnung umgekehrt, wie bei den vorhergehenden Figuren, wobei bei 10 ein typischer Tastenstößel für ein solches Tastenfeld dargestellt ist. Dieser Tastenstößel hat eine Betätigungskante, wie aus der Figur ersichtlich ist, welche mit dem gewölbten Teil des Streifens zusammenwirkt Die Tasten werden in einem rechteckigen Loch des Grundteiles 11 gehalten, das mit einem Spannteil 12 als Spannglied wirkt. Für jede Reihe von Tasten bilden diese Spannglieder eine Sinuswelle oder eine andere geebnete Form. Die Betätigungsstreifen für die Schalter s.nd aus einem einzigen Blech oder einer Folie 13 gebildet, welche aus einem dünnen elastischen Material bestehen, dessen Eigenschaften so gewählt sind, daß der geeignete Umsch.iappeffekt erzielt wird.

Schließlich ist noch eine Grundplatte 14 vorgesehen, weiche als gedruckte Schaltungsplatte ausgebildet ist und Kontakte sowie die zugehörigen Anschlußstreifen trägt Diese Grundplatte kann auch noch weitere Schaltungselemente tragen. Die Grundplatte und die anderen Teile werden aufeinandergeschichtet, wobei durch die Löcher 15 geeignete Verbindungsstifte 16 gesteckt werden.

In Fig.5 ist ein Kentaktmechanismus in drei verschiedenen Zuständen dargestellt, und zwar in Fig.5a im Ausgangszustand, in Fig.5b zur Hälfte betätigt und in Fig.5c ganz betätigt. Die Betätigungskraft wirkt bei 20 auf den gewölbten Streifen ein, der aus einem flexiblen Träger bestehen kann, der Kentakte in Form einer gedruckten Schaltung hat, welche mit Kontakten auf der Grundplatte 21 zusammenarbeiten.

Bei den oben beschriebenen Ausführungsformen ist die Ausbildung der Spannglieder sinusförmig, jedoch können die klemmenden Oberflächen auch andere Formen haben, solange das umgebende Material des Bleches durch das Einspannen relativ zum mittleren Teil verkürzt ist. Die sinusförmige Ausbildung ist jedoch besonders für die Herstellung geeignet.

Der Winkel, in der eine Blattfeder bildende Streifen die Spannglieder in einer nach innen gerichteten Richtung verläßt, wie dies aus Fig.5 erkennbar ist, ist wichtig, da hiervon der Rückstellmechanismus abhängt V.'enn die Feder aus den Spanngliedern ohne Winkel bezüglich der Grundplatte herausragt, so bestehe die Gefahr, daß die Blattfeder bistabil ist, so daß sie nach der Betätigung in der umgeschnappten Position verbleibt. In diesem Falle ist eine zusätzliche Rückstellfeder, wie dies oben erwähnt wurde, bei normaler Anwendung, wie beispielsweise in Telefonteilnehmerstationen, erforderlich.

Der Winkel der Feder am anderen Ende, ir* F i g. 5 auf der linken Seite, ist weniger kritisch und dort soll die Feder normalerweise in neutraler Lage eingespannt sein. Die richtigei. Einspannwinkel können durch wenige einfache Versuche festgestellt werden. Durch richtige Wahl der Einspannwinkel erübrigt sich die Verwendung einer Rückstellfeder.

Die Schaltmittel können verschiedene Können haben. Wenn beispielsweise die folie aus metallischem Material besteht, so kann sie als der eine Kontakt eines Schalters dienen, während der andere ein Teil der gedruckten Schaltung auf der Grundplatte ist. Zwei Kontakte können erhalten werden, wenn der Streifen teilweise durch einen Schlitz aufgetrennt ist. wie die', in F i g. 4 dargestellt ist, so daß sich zwei Kontakt/.oneii mit einem gewissen Grad von Unabhängigkeit voneinander ergeben. Die Folie kann aber auch aus geeignetem Kunststoffmaterial bestehen, auf dem elektrisch leitenden Streifen oder Flächen angebracht sind. Hierbei kann jedes Paar von Schleifkontakten von dem anderen isoliert sein, wenn sie in F-'orm eines Tastenfeldes angeordnet sind.

Es können auch verschiedene Kolien dazu verwendet werden, eine Änderung der elektrischen Kapazität /.u erzielen, wenn sich der Streifen der festen Grundplatte nähert, welche wieder aus einer gedruckten Schaltungsplatte bestehen kann.

Es können auch elektrische Impulse dadurch erzeugt werden, daß die Folie aus einem piezoelektrischen Material besteht, das beim Umschnappen einen Spannungsimpuls erzeugt.

Schließlich kann die Anordnung auch dazu verwendet werden, allein den Umschnappeffekt zu erzeugen, wobei die Schaltmittel vollkommen getrennt angeordnet sind.

Die betätigten Schaltmittel bestehen zwar üblicher weise aus elektrischen Kontakten, jedoch muß dies nicht stets der Fall sein. Der Begriff »elektrische Schaltmittel« soll auch andere Mittel umfassen, mit denen direkt oder indirekt ein zugehöriger elektrischer Schaltkreis gesteuert werden kann. Eine mögliche Anordnung ohne Verwendung von elektromechanischen Mitteln ist ein elektrooptischer Koppler, dessen Lichtstrahl durch die Bewegung des Streifens unterbrochen oder dessen Unterbrechung durch die Bewegung des gebogenen Streifens aufgehoben wird, indem beispielsweise an dem Streifen eine abgebogene Fahne vorgesehen ist, mittels der entweder der Lichtstrahl unterbrochen oder freigegeben wird.

Es soll im folgenden die Hysteresewirkung und ihre Beziehung zur Wirkungsweise des beschriebenen Drucktastenschalters betrachtet werden.

Es gibt zwei verschiedene getrennte Aspekte bei jedem Umschnappvorgang des Schalters. Der erste Aspekt ist die Umschnappwirkung selbst, welche bei der Betätigung des Schalters fühlbar wird. Doch dies kann nicht allein sicherstellen, daß der Schaltvorgang in vollem Malie abläuft, weil dadurch nur ein Schnappfedereffekt ohne Hysterese eintritt, während keine Rückstellkraft mehr vorhanden ist. Es wird also eine

'■> Hysteresewirkung benötigt, die sicherstellt, daß dann, wenn der Kontakt geschlossen ist, und der Tastenstößel entfernt wird, nach einer gewissen Rückwärtsbewegung der Kontakt wieder öffnet.

Eine perfekte Wirkungsweise ist möglich durch

in Einführen eines Hystereseeffektes beim Umschnappen. so daß die Kraft-Weg-Kennlinie bei der Betätigung anders vorlauft als bei der Rückführung des Tastcnstö-UeIs. Auf diese Weise kann die Betätigungskurve der Linie mit der Rückstellkraft Null zwischen dun beiden

π Endpunkten des Weges überkreuzen und die Rückkehr kurve kann verschiedene Formen annehmen, solange sie oberhalb der Linie für die Rückstellkraft Null bleibt Die kombination der Hysteresewirkiing mit dom

fühlbaren Umschnappen des Tastenstößels gibt ι ine

.'(> ausgezeichnete ökonomische Schaltwirkung.

Die Vorteile des beschriebenen Drucktastenschalters lassen sich wie folgt zusammenfassen:

1. Umschnappwirkung durch eine einzige Folie, die ursprünglich flach ist und die gewölbt wird durch

ιί Einspannen zwischen zwei geeignet geformte

Platten.

2. Wenn eine Reihe von Schaltern der beschriebenen Art verwendet wird, verläuft die Umschnappwirkung von allen Schaltern unabhängig voneinander.

)<> wobei nur wenige Teile verwendet werden und der

Aufbau der Teile sehr einfach ist.

3. Die elastische Folie ist flach und benötigt keinen Arbeitsgang zur Verformung.

4. Die Folie wird in der erforderlichen Form durch '■> zwei Spannglieder gehalten, die aus Kunststoffteilen bestehen können. Dadurch wird eine beständigere und genauere Verspannung erzielt als durch eine dauernde Verformung der Folie selbst.

5. Das Umschnappen der Wölbung in der Folie ⁴" erfolgt sehr schnell, so daß es ideal für die Verwendung in einem Schalter ist. da eine langsame Bewegung unmöglich ist.

6. Der zeitliche Verlauf des Schaltvorganges und des Umschnappvorganges sind durch die äußere Form

ⁱ⁼> fesi vorgegeben und sind ideal, da der Schaltvorgang zusammenfällt mit dem Minimum der Kraft-Weg-Kurve.

Hierzu 3 Blatt Zeichnuncen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Druckuistenschalter mit einem Umschnappglied aus einer gewölbt eingespannten Folie aus elastischem Material, die durch zwei zueinander parallele, nicht bis zum Rand reichende Schlitze in drei parallele durchgehende, an den Enden durch Querstege miteinander verbundene Streifen unterteilt ist, bei der der mittlere Streifen durch einen außerhalb des Wölbungsscheitels einwirkenden Tastenstößel zum Umschnappen gebracht werden kann, wodurch elektrische Schaltmittel auf der vom Tastenstößel abgewandten Seite der Folie betätigt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden äußeren Streifen und die Querstege der ebenen Folie (3) auf ihrer ganzen Länge zwischen zwei, an den einander zugewandten Flächen mit einander entsprechenden Erhebungen und Vertiefungen versehenen Spannglieder (4, 5) eingespnnnt sind, so daß sich eine im wesentlichen sinusförmige Wölbung dci- Folie (3) mit zwei äußeren Wellentälern und einem mittleren Wellenberg ergibt

2. Drucktastenschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Ausnehmung in einem Spannglied (4) zur Führung des Tastenstößeli (7) dient.

3. Drucktastenschalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzielung einer moiiostabilen Schnappwirkung die Querstege derart in die Spannglieder (4, 5) eingespannt sind, daß der mittlere Streifen (6) mindestens an dem näher am Tastenstößel \7) liegenden Ende einen zum Tastenstößel (7) hin gerichteUn Wiri.el mit der Haupterstreckungsebene der Spannglieder (4,5) bildet

4. Drucktastenschalter nach inem der Ansprüche I bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß unterhalb des mittleren Streifens (6) zwei Festkontakte so angeordnet sind, daß sie durch den iimgeschnappten Streifen überbrückt werden.

5. Tastenfeld mit mehreren in Reihen und Spalten angeordneten Drucktastenschaltern nach einem der Ansprüche I bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine einzige mit je zwei Schlitzen pro Schalter unterteilte Folie (13) vorgesehen ist, die zwischen zwei, allen Schaltern gemeinsamen Spanngliedern (11, 12) so verspannt ist, daß lediglich die zwischen jeweils zwei Schlitzen angeordneten mittleren Streifen beweglich sind und daß die Tastenstößel (10) in Ausnehmungen des einen Spanngliedes (11) verschiebbar gelagert sind.

6. Tastenfeld nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das nicht die Tastenstößei (10) führende Spannglied (12) mit seiner ebenen Seite auf einer Grundplatte (14) angeordnet ist, die Festkontakte in Form einer gedruckten Schaltung trägt und daß die Spannglieder (12, 13) mit der Grundplatte (14) durch Verbindungsmittel (16) zusammengehalten sind.