DE2915456C2 - Drucktasteneinrichtung mit piezoelektrischem Wandler - Google Patents
Drucktasteneinrichtung mit piezoelektrischem WandlerInfo
- Publication number
- DE2915456C2 DE2915456C2 DE19792915456 DE2915456A DE2915456C2 DE 2915456 C2 DE2915456 C2 DE 2915456C2 DE 19792915456 DE19792915456 DE 19792915456 DE 2915456 A DE2915456 A DE 2915456A DE 2915456 C2 DE2915456 C2 DE 2915456C2
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- push button
- button device
- plastic film
- piezoelectric
- transducer
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03K—PULSE TECHNIQUE
- H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
- H03K17/94—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the way in which the control signals are generated
Landscapes
- Push-Button Switches (AREA)
Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Drucktasteneinrichtung mit mindestens einem mit Elektroden zur
Signalabnahme versehenen piezoelektrischen Wandler zur Ansteuerung eines nachgeschalteten Verstärkerelementes,
welcher Wandler eine an einem Trägerkörper befestigte piezoelektrische Kunststoff-Folie enthält, die
unter Einwirkung einer Druckkraft verformbar ist, und mit einem Bauteil zur Rückstellung der Kunststoff-Folie
in ihre Ausgangslage bei Aufhebung der Druckkraft.
Eine entsprechende Drucktasteneinrichtung ist aus der DE-OS 26 23 930 bekannt.
Eine weitere Drucktasteneinrichtung des Standes der Technik ist aus der DE-OS 28 05 332 bekannt, in der eine
domförmige gewölbte piezoelektrische Kunststoff-Folie mit auf beiden Flächen elektrisch leitenden
Elektroden verwendet ist. Beim Niederdrücken dieser bekannten Tasteneinrichtung wird der Dom eingedrückt,
wobei der elektrische Impuls erzeugt wird. Die
)5 Betätigungseinrichtung dieser Tasteneinrichtung liegt
z. B. auf der Spitze des Domes auf und der Dom ist selbst monostabil, daß er beim Aufhören des Druckes auf die
Taste von allein wieder in seine Ausgangsposition zurückkehrt. Diese Monostabilität stellt entsprechende
Anforderungen bezüglich einer gewissen Mindeststeifigkeit des Kunststoffmaterials und dessen Widerstandsfähigkeit
gegen Zerstörung im Dauergebrauch. Der DE-OS 28 05 332 ist im Hinblick auf die noch unten
näher zu erläuternde Erfindung nichts Wesentliches über Alterungseffekte im Zusammenhang mit dieser
bekannten Tasteneinrichtung zu entnehmen.
Mechanische Drucktasteneinrichtungen, wie beispielsweise Tastenwahlaggregate in Fernsprechanlagen,
sind im allgemeinen mit mechanischen Kontakten
w ausgestattet. Bei Verwendung solcher Kontakte im Dauerbetrieb ergeben sich die ihnen spezifischen,
bekannten Zuverlässigkeitsprobleme. Zusätzlich wird vielfach von Tasten mit diesen Kontakten eine
besondere Tastcharakteristik gefordert. Danach soll die
5r· Taste erst unter einer vorbestimmten Druckkraft einen
Schaltvorgang auslösen, d. h. sie soll einen Druckpunkt haben. Außerdem soll haptisch feststellbar sein, in
welchem Schaltzustand sich die Taste befindet, d. h. die Taste soll eine haptische Rückmeldung ermöglichen.
Ferner ist im allgemeinen auch eine gegenseitige Verriegelung von Tasten eines Tastensystems sowie
eine Kodierung vorzusehen.
Diese Schwierigkeiten und Forderungen bedingen verhältnismäßig aufwendige mechanische Konstrukti-
h"> onen. Man ist deshalb bemüht, die mechanischen
Bauteile solcher Drucktasteneinrichtungen zumindest teilweise durch äquivalente elektronische Bauteile zu
ersetzen. Hierzu ist insbesondere die Ausnutzung des
piezoelektrischen Effektes bekannt
Eine entsprechende, rein elektronische Drucktasteneinrichtung ist z. B. die sogenannte Piezotaste (»Funkschau«,
1977, Heft 22, Seiten 1045 bi.i 1047; DE-AS 23 14 420). Diese Taste enthält einen aktiven piezokeramischen
Druckwandler. Als Druckwandler dient ein dünnwandiger, in Dickenrichtung polarisierter Körper
aus einem piezokeramischen Werkstoff. Bei der Druckbetätigung der Taste wird die mechanische
Leistung von der Keramik teilweise in elektrische Energie umgesetzt und dabei ein Spannungsimpuls
erzeugt, der einem nachgeschalteten elektronischen Verstärker zugeführt wird. Die Herstellung dieser
Tasten ist jedoch verhältnismäßig aufwendig und dementsprechend kostenintensiv. Außerdem sind die is
verwendeten piezokeramischen Werkstoffe im allgemeinen sehr spröde und somit leicht brüchig. Es sind
deshalb nur Deformationen des Druckwandlers durch die Tastenbetätigung vorgesehen, die un'er 1 μηι liegen.
Die Betätigung einer solchen Taste erfolgt somit praktisch ohne Auslöseweg, d. h., eine haptische
Rückmeldung eines Druckpunktes ist bei dieser Drucktasteneinrichtung nicht ohne weiteres möglich.
Die sich aus der Sprödigkeit von piezokeramischen Werkstoffen ergebenden Schwierigkeiten treten hei
Verwendung von piezoelektrischen Kunststoffolien nicht auf. Eine entsprechende Drucktasteneinrichtung
nach dem piezoelektrischen Wandlungsprinzip ist aus der DE-OS 26 23 930 bekannt. Sie enthält einen
Trägerkörper, der auf seiner Bedienseite eine der gewünschten Anzahl von Signalgebern entsprechende
Zahl flacher Mulden aufweist, über die eine piezoelektrische Kunststoffolie gespannt ist. Diese Kunststoffolie ist
auf der Bedienseite zweckmäßig von mindestens einer Schutzfolie aus einem Kunststoff überzogen. Insbesondere
kann diese Schutzfolie im Bereich der Berührungsstellen so gestaltet sein, daß bei Aufhebung der den
Schaltvorgang auslösenden Druckkraft die Rückstellung der Kunststoffolie in ihre Ausgangslage unterstützt
wird. Hierzu weist die Schutzfolie eine Schnappcharakteristik mit bistabilem Charakter ähnlich wie bei
einem Mikro-Switch auf.
Unter Druckeinwirkung auf die bekannte Drucktasteneinrichtung wird die piezoelektrische Kunststoffolie
gedehnt und erzeugt so ein elektrisches Spannungssignal,
das von an der Folie angebrachten Elektroden abgenommen und einer Verstärkereinrichtung zugeführt
wird. Bekanntlich verliert jedoch eine solche piezoelektrische Folie mit der Zeit an piezoelektrischer
Kopplung, so daß das von ihr bei Betätigung hervorgerufene Spannungssignal dann entsprechend
schwächer und somit immer störanfälliger wird.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, diese bekannte Drucktasteneinrichtung mit piezoelektrischer
Kunststoffolie dahingehend zu verbessern, daß das bei einer Druckausübung auf die Piezofolie
hervorgerufene Spannungssignal kaum von einer Ermüdung des Folienmaterials beeinflußt wird. Die mit
der Verwendung einer piezoelektrischen Kunststoffolie verbundenen Vorteile wie billige Fertigung und einfache go
Kombinationsmöglichkeiten mit elektronischen Bauelementen wie beispielsweise iniegrierten Schaltungen
sollen dabei erhalten bleiben.
Diese Aufgabe wird für eine Drucktasteneinrichtung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch
gelöst, daß das rückstellende Bauteil auf der der Bedienseite abgewandten Seite der piezoelektrischen
Kunststoffolie angeordnet ist und von ihm eine ständige, elastische, der Druckkraft entgegengesetzt gerichtete
Gegenkraft auf die piezoelektrische Kunststoffolie derart ausgeübt ist, daß die Kunststoffolie in ihrer
Ausgangslage vorgespannt ist.
Die Vorteile dieser Gestaltung der Drucktasteneinrichtung bestehen insbesondere darin, daß die piezoelektrische
Kunststoffolie auch dann noch von dem auf ihre Unterseite drückenden Bauteil vorgespannt bleibt,
wenn sie sich aufgrund einer Materialermüdung mit der Zeit geringfügig gedehnt haben sollte. Das von ihr bei
einer Betätigung erzeugte Spannungssignal ist somit praktisch unabhängig von Materialermüdungserscheinungen.
Vorteilhaft kann ein die Gegenkraft ausübendes Bauteil aus einem elastischen Material vorgesehen sein.
Beispielsweise besteht dieses Bauteil aus Schaumgummi oder ist eine Feder. Mit diesen Bauteilen kann auf
leichte Weise die gewünschte Vorspannung und Wölbung der piezoelektrischen Kunststoffolie hervorgerufen
werden.
Soll die Drucktasteneinrichtung auch die gewünschte Tastcharakteristik mit Druckpunkt und haptischer
Rückmeldung aufweisen, so kann hierzu zweckmäßig ein Element mit einer Schnappcharakteristik, beispielsweise
eine Schnappfeder, vorgesehen sein. Gemäß einer Weiterbildung dieser Drucktasteneinrichtung ist es
besonders vorteilhaft, wenn die piezoelektrische Kunststoffolie mit dem Element mit Schnappcharakteristik so
flächig verbunden ist, daß ein Biegewandler mit bei fehlender Druckkraft zur Bedienseite hin konvexer
Wölbung gebildet ist. Das von der piezoelektrischen Kunststoffolie des Biegewandlers bei Betätigung der
Tasteneinrichtung dann hervorgerufene Spannungssignal läßt sich nämlich deutlich von Störsignalen
unterscheiden. Solche Störsignale ergeben sich beispielsweise aufgrund des sogenannten Pyroeffektes.
Neben der Ladungserzeugung durch Dehnung treten nämlich in der piezoelektrischen Folie durch Temperaturänderungen
sogenannte Pyroladungen auf. Sie lassen sich auf eine temperaturabhängige, reversible Änderung
der eingeprägten Polarisation der Folie zurückführen. Weitere Störsignale können auch durch Körperschall
verursacht werden, da bekanntlich in piezoelektrischen Werkstoffen auch unter Schalleinwirkung Ladungen
erzeugt werden. Enthält nun die Drucktasteneinrichtung nach der Erfindung einen Biegewandler, so wird bei
Betätigung während des Übergangs von der konvexen in die konkave Wölbung die piezoelektrische Kunststofffolie
kurzzeitig gestaucht. Diese Stauchung äußert sich in einem entsprechenden Zwischenimpuls einer
bestimmten Polarität. Im konkav gewölbten Zustand hat hingegen die an den Elektroden liegende Spannung
die entgegengesetzte Polarität, da die Folie dann gedehnt ist. Die so erzeugte Impulsform mit einem
Polaritätswechsel stellt vorteilhaft ein Signal dar, das sich mit Hilfe nachgeschalteter elektronischer Bauelemente
von den Störsignalen eindeutig unterscheiden läßt.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Drucktasleneinrichtung
nach der Erfindung sind in den übrigen Unteransprüchen gekennzeichnet.
Anhand der schematischen Zeichnung wird nachfolgend die Erfindung noch weiter erläutert. Dabei zeigen
die Fig. 1 und 2 zwei prinzipielle Ausführungsbeispiele einer Drucktasteneinrichtung gemäß der Erfindung. In
F i g. 3 ist in einem Diagramm die Spannungs- bzw. Ladungs-Weg-Abhängigkeit einer Drucktasteneinrichtung
gemäß Fig.2 wiedergegeben. Die Fig.4 bis 6
zeigen weitere Ausführungsbeispiele von Drucktasteneinrichtungen nach der Erfindung, während in F i g. 7 in
einem Diagramm der sich bei Betätigung der Drucktasteneinrichtung nach Fig. 6 ergebende .Spannungsverlauf
angedeutet ist r>
In F i g. 1 ist a , Querschnitt der prinzielle Aufbau eines Teils eines Drucktastensystems mit zwei Drucktasteneinrichtungen
nach der Erfindung veranschaulicht.
Dieser Aufbau enthält einen plattenförmigen Trägerkörper 2, der an Stellen, an denen die Drucktastenein- m
heiten vorgesehen sein sollen, jeweils mit einer nach der Bedienseite hin offenen Aussparung 3 versehen ist, die
sich im wesentlichen senkrecht zur oberen Flachseite 4 der Trägerplatte 2 erstreckt. Diese Aussparungen
dienen als Führungskanäie für Tastenstößei 5, die von r> der oberen Flachseite 4, d. h. von der Bedienseite her, in
den jeweiligen Führungskanal hineinragen. Der Querschnitt jedes Tastenstößels 5 ist dabei an den
entsprechenden Querschnitt des Führungskanals 3 angepaßt und kann beispielsweise kreisförmig oder
rechteckig sein. Jeder Führungskanal ist an seinem der Bedienseite 4 abgewandten Ende von einem piezoelektrischen
Kunststoffoiienteil 6 abgeschlossen. Hierzu ist an der der Bedienseite 4 abgewandten Flachseite 7 der
Trägerplatte 2 eine piezoelektrische Kunststoffolie 8 2> angeordnet, die im Bereich der Aussparungen 3 mit zwei
in der Figur nicht ausgeführten Elektroden zur Abnahme eines Spannungssignals bei Verformung der
Folie kontaktiert ist. Das Kunststoffolienteil 6 ist im unbetätigten Zustand nach der Bedienseite hin konvex )o
gewölbt und somit entsprechend vorgespannt. Diese Vorspannung wird dadurch erreicht, daß unterhalb der
Trägerplatte 2 und der Kunststoffolie 8 parallel eine Bodenplatte 9 befestigt ist. die mit nach der Bedienseite
4 hin offenen Vertiefungen 10 an den Stellen der Aussparungen 3 versehen ist. In diesen Vertiefungen 10
befindet sich jeweils ein Bauteil 11 aus einem elastischen Material, z. B. aus Schaumgummi, mit konvexer
Oberfläche. Mit Hilfe eines in der Figur nicht ausgeführten Spannringes ist die piezoelektrische
Kunststoffolie über die konvexe Oberfläche des Schaumgummiteils 11 gespannt, wobei das Schaumgummitei!
in Betätigungsrichtung der Drucktasteneinrichtung so gestaucht ist. daß auf das piezoelektrische
Kunststoffolienteil der Taste eine ständige Kraft ausgeübt wird, welche einer auf die Drucktasteneinrichtung
auszuübenden Druckkraft entgegengerichtet ist. Auf diese Weise ergibt sich die konvexe Wölbung des
Kunststoffolienteils 6 nach der Bedienseite 4 hin. Diese einen Schaltvorgang auslösende Druckkraft und ihre
von dem Schaumg-jmrnitei! U ausgehende Gegenkraft
sind in der Figur jeweils durch einen Pfeil 12 bzw. 13 veranschaulicht.
Zur Betätigung der Drucktasteneinrichtung wird das zur Bedienseite 4 hin konvex gewölbte piezoelektrische
Kunststoffolienteil 6 mit Hilfe des Tastenstößels 5 gedruckt, wobei sich das Folienteil und das unter ihm
liegende Schaumgummiteil 11 soweit durchbiegen, daß sich eine nach der Bedienseite hin konkave Wölbung der
Oberflächen dieser Teile ergibt- Der Weg des das bo
Kunststoffolienteil 6 verformenden Stößels ist dabei auf ein vorbestimmtes Maß begrenzt, indem der Führungskanal
3 in seinem unteren Teil einen kleineren Durchmesser hat als in seinem oberen Teil und so einen
Anschlag 14 für den Tastenstößel 5 bildet. Der Durchmesser des Tastenstößels ist hierzu an die
Querschnittsform des Führungskanals 3 angepaßt Beim Nachlassen der Druckkraft 12 auf den Tastenstößel 5
wird das piezoelektrische Kunststoffolienteil 6 aufgrund des sich entspannenden Schaumgummiteils 11 wieder in
seine alte Lage zurückgedrängt. Bei Betätigung der Tasteneinrichtung entsteht an den auf dem Kunststoffteil
6 angebrachten Elektroden ein elektrischer Spannungsimpuls, der zum Ansteuern eines C-MOS-Schaltkreises
ausreicht.
Die vorgespannte piezoelektrische Folientasteneinrichtung zeichnet sich besonders dadurch aus, daß eine
Materialermüdung sich nicht nachteilig auf die piezoelektrischen Parameter auswirken kann. Ferner wirkt
die Vorspannung verstärkend auf die bidirektionale Reckung der piezoelektrischen Folie. Außerdem werden
Betätigungskraft verzehrende Auslösewege vermieden.
Die piezoelektrische Kunststoffolie kann beispielsweise aus Polyvenylidenfluorid (PVDF) bestehen, deren
piezoelektrische Eigenschaften durch einen mechanischen Streckungsvorgang und durch elektrische Polarisation
erzeugt worden sind. Die auf der Folie im Bereich der Drucktasteneinrichtungen angebrachten Elektroden
können beispielsweise metallische Schichten sein, die durch Aufdampfen hergestellt sind. An diese
Elektroden wird dann die in der Figur nicht dargestellte elektronische Schaltung angeschlossen. Die Trägerplatte
2 kann beispielsweise ein Spritzgußteil aus einem Kunststoff sein. Zur Material- und Gewichtsersparnis
lassen sich dabei Versteifungsrippen vorsehen.
Im Gegensatz zu der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform einer Drucktasteneinrichtung mit
indirekter Betätigung über einen Tastenstößel ist die Drucktasteneinrichtung nach F i g. 2 direkt zu betätigen.
In der Figur sind wiederum zwei solcher Drucktasteneinrichtungen eines Drucktastensystems schematisch
als Querschnitt dargestellt Dabei sind F i g. 1 entsprechende Bauteile mit den entsprechenden Bezugszeichen
versehen. Eine Bodenplatte 9 enthält an der für eine Drucktasteneinrichtung vorgesehenen Stelle eine Vertiefung
10, in der ein Schaumgummiteil 11 mit nach der Bedienseite 15 hin konvexer Oberfläche angeordnet ist.
An der der Bedienseite 15 zugewandten oberen Flachseite der Bodenplatte ist über das Schaumgummiteil
11 mit Hilfe eines Spannringes 16 ein piezoelektrisches Kunststoffolienteil 17 befestigt, das nach der
Bedienseite hin mit einer Schutzfolie 18 abgedeckt ist. Aufgrund der von dem Schaumgummiteil 11 ausgeübten
Gegenkraft 13 ist das Kunststoffolienteil 17 mit seiner Schutzfolie 18 nach der Bedienseite 15 hin ebenfalls
konvex gewölbt Zur Betätigung dieser so gebildeten Drucktasteneinrichtung kann dann eine den Schaltvorgang
auslösende Dnickkraft 12 beispielsweise mit einem
Finger 19 direkt ausgeübt werden.
In Fig.3 ist als Ausführungsbeispiel die mit einer
Drucktasteneinrichtung gemäß Fig.2 zu erhaltende
Spannung i/in Abhängigkeit von den Betätigungsweg χ
als Diagramm veranschaulicht Ferner sind dem Diagramm die dabei erzeugten Ladungen Q zu
entnehmen. Auf der Ordinate sind die Spannung in Volt bzw. die Ladungen in Nanocoulomb und auf der
Abszisse der Betätigungsweg in Millimetern eingetragen. Aufgrund der Vorspannung der Piezofolie der
Drucktasteneinrichtung nach der Erfindung ändert sich der in dem Diagramm angegebene Kurvenverlauf nur
unwesentlich, während bei fehlender Vorspannung der Kurvenverlauf mit zunehmender Materialermüdung
immer flacher wird. Ein solcher Kurvenverlauf für die Spannung einer nicht vorgespannten Kunststoffolie, die
nach einer längeren Betätigungszeit eine Materialermü-
dung zeigt, ist in dem Diagramm als gestrichelte Linie U' angedeutet.
Falls eine Betäligungscharakteristik mit Druckpunkt und haptischer Rückmeldung erwünscht ist, kann dies
durch Verwendung einer Schnappfeder erreicht werden. In den Fig.4 bis 6 sind entsprechende Ausführungsbeispiele
von Drucktasteneinrichtungen nach der Erfindung schematisch im Querschnitt veranschaulicht.
Gemäß F i g. 4 ist ein topfförmiges, zur Bedienseite 4 hin offenes Bodenelement 20 vorgesehen, das von einem
Schaumstoffteil 11 mit konvexer Oberfläche ausgefüllt ist. Über die Oberfläche des Schaumstoffteil ist ein
piezoelektrisches Kunststoffolienteil 21 mit in der Figur nicht dargestellten Elektroden gespannt, indem es mit
Hilfe einer Spannverschraubung 22 am oberen Rand des Bodenelementes 20 befestigt ist. An diesem oberen
Rand stützt sich eine im unbetätigten Zustand nach der Bedienseite 4 hin konvex gewölbte Schnappfeder 23 ab.
Diese Schnappfeder ist in ihrer Mitte an einem zentrischen unteren Endstück 24 mit verhältnismäßig
kleinen Querschnitt einer Drucktaste 25 befestigt. Zur Betätigung der Drucktasteneinrichtung muß auf die zur
Bedienseite 4 hin konvex gewölbte Schnappfeder eine vorbestimmte, durch einen Pfeil 26 angedeutete
Druckkraft ausgeübt werden, damit die Schnappfeder eine konkave Wölbung annimmt. Beim Umschnappen
wird dabei das piezoelektrische Kunststoffolienteil 21 entsprechend verformt und so an ihr das gewünschte
Spannungssignal erzeugt.
Die erforderliche Vorspannung mit konvexer Wölbung eines piezoelektrischen Kunststoffolienteils 27
einer direkt zu betätigenden Drucktasteneinrichtung wird gemäß Gem Ausführungsbeispiel nach F i g. 5 über
einen Stößel 28 erreicht. Dieser Stößel, der beispielsweise aus Metall oder Kunststoff besteht, ist auf der der
Bedienseite 4 der Drucktasteneinrichtung abgewandten Seite des piezoelektrischen Kunststoffolienteils 27 in
einem mit einer Bodenplatte 29 verbundenen, topfförmigen Führungsteil 30 gehaltert. Durch eine am Boden
dieses Führungsteils angeordnete, im unbetätigten Zustand der Drucktasteneinrichtung konvex gewölbte
Schnappfeder 31 wird der Stößel mit konvexer Oberfläche von unten gegen die piezoelektrische
Kunststoffolie 27 gedruckt, so daß diese ebenfalls konvex gewölbt und entsprechend vorgespannt ist. Ein
Abstandsring 32 am Stößel 28 verhindert dabei, daß die piezoelektrische Folie nicht beliebig weit nach oben
durch die in einer Trägerplatte 33 vorgesehene Betätigungsöffnung 34 für die Drucktasteneinrichtung
hindurchgedriickt wird. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel kann die Drucktasteneinrichtung entweder mit
Hilfe eines in der Figur nicht därgcsicliicn TasicnsiöBcl
wie beispielsweise gemäß dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 1 oder auch direkt betätigt werden, wie es
beispielsweise gemäß dem Ausführungsbeispiel nach Fig.2 angedeutet ist Hierzu kann die Kunststoffolie
zumindest im Bereich der Betätigungsöffnungen mit einer Schutzfolie 42 nach der Betätigungsseite hin
abgedeckt sein.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die piezoelektrische Kunststoffolie einer Drucktasteneinrichtung nach
der Erfindung einen Teil eines piezoelektrischen Biegewandlers bildet Ein entsprechendes Ausführungsbeispiel ist in F i g. 6 angedeutet Dieser Biegewandler
besteht aus einer zur Bedienseite 4 hin konvex gewölbten Schnappfeder 35, an deren Oberseite eine
Piezofolie 36 zumindest zeitweise flächig befestigt, beispielsweise verklebt ist. Dieser aus den Teilen 35 und
36 konvex gewölbte Biegewandler ist am oberen Rand eines topfförmigen, mit einer Bodenplatte 37 verbundenen
Bauteils 38 befestigt. Auf seine Unterseite wird eine ständige, einer betätigenden, durch einen Pfeil 39
angedeuteten Druckkraft entgegenwirkende Gegenkraft ausgeübt. Diese durch einen Pfeil 40 angedeutete
Gegenkraft wird beispielsweise durch eine zylindrische Schraubenfeder 41 bewirkt. Bei dieser Ai'sführungsform
einer Drucktasteneinrichtung wird vorteilhaft ein Kleber verwendet, der nie ganz verfestigt und auf
längere Zeit gesehen ein gewisses Kriechverhalten zeigt. Es läßt sich so erreichen, daß die piezoelektrische
Kunststoffolie zwar auf längere Zeit gesehen vorgespannt bleibt, beim kurzen Umschnappen jedoch mit der
Schnappfeder flächig verbunden ist und so das Spannungssignal eines Biegewandlers abgibt.
Der bei dem Umschnappvorgang an den Elektroden des Biegewandlers nach Fig.6 erhaltene Spannungsverlauf ist in F i g. 7 dargestellt. Im Diagramm der Figur
sind auf der Ordinate die Spannung U und auf der Abszisse die Betätigungszeit /in willkürlichen Einheiten
aufgetragen. Dabei sind drei verschiedene, mit 1 bzw. Il bzw. III bezeichnete Betätigungsphasen unterschieden,
die durch zur Ordinate parallele Linien abgegrenzt sind. Im Bereich I während der Ausgangsstellung der noch
unbetätigten Drucktasteneinrichtung wird an den Elektroden ihrer Piezofolie kein Spannungssignal
erzeugt. Erst während einer verhältnismäßig kurzen Zwischenphase, in der auf den Biegewandler eine
Druckkraft ausgeübt wird, nimmt dieser eine ebene Gestalt ein. Hierbei wird seine Piezofolie kurzzeitig
gestaucht, und es entsteht der im Bereich II wiedergegebene kurze negative Zwischenimpuls. Im umgeschnappten
Zustand ist dann die im Bereich Hl einge2eichnete Spannung positiv. Dabei wurde, was keine Einschränkung
bedeutet, angenommen, daß sich die Streckung der Piezofolie des Biegewandlers in einer positiven
Spannung äußert. Diese in Fig. 7 gezeigte, bei Betätigung der Drucktasteneinrichtung von ihrem
Biegewandler erzeugte Impulsform ermöglicht bei ihrer Auswertung eine hohe Störsicherheit und unterscheidet
sich vorteilhaft von allen durch Pyroeffekt und Körperschall erzeugten Störungssignalen.
Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform der Drucktasteneinrichtung mit Biegewandler besteht darin,
parallel zu den Elektroden des Biegewandlers eine Diode zu legen. Dadurch wird der negative Zwischenimpuls
im Bereich Il stark unterdrückt und die anschließend positive Spannung im Bereich III entsprechend
überhöht. Dieser Spannungsverlauf mit Diode ist im Diagramm der F i g. 7 punktiert eingezeichnet. Die in
der Zwischenphase 1! erzeugte negative maximale
Spannung, die bei Verwendung handelsüblicher Siliziumdioden
beispielsweise 0,5 V beträgt, ist dabei immer noch ausreichend, um eine Impulsform hoher Störsicherheit
zu gewährleisten.
Mit Hilfe der in Fig.6 dargestellten speziellen Biegewandlerkonstruktion läßt sich eine rein elektronische
Tastatur aufbauen, die konstruktionsbedingt eine ungewöhnlich hohe Betriebs- und Störsicherheit aufweist,
die die gewünschte Tastcharakteristik besitzt und die sich billig fertigen und auf einfache Weise mit
elektronischen Bauelementen wie integrierten Schaltungen kombinieren läßt. Aufgrund dieser Eigenschaften
sind solche Drucktastenemrichtungen nach der Erfindung insbesondere für Tastenwahlaggrcgate in
Fernsprechern und für viele andere entsprechende Anwendungsfälle, wie beispielsweise in Rechnern,
9 10
Rundfunkgeräten und Schreibmaschinentastaturen be- stensystems und der erforderlichen elektronischen
sonders geeignet. Schaltung als Leiterbahnen beispielsweise direkt auf die
Ferner können bei den in den F i g. 1, 2 und 4 bis 6 piezoelektrischen Kunststoffolien, z. B. durch Aufdamp-
dargestellten Drucktasteneinrichtungen die Verbin- fen, aufgebracht werden,
dungsleitungen zwischen mehreren Tasten eines Ta- ■■
Hierzu 3 Blatt Zeichnungen
Claims (14)
1. Drucktasteneinrichtung mit mindestens einem mit Elektroden zur Signalabnahme versehenen
piezoelektrischen Wandler zur Ansteuerung eines nachgeschalteten Verstärkerelementes, welcher
Wandler eine an einem Trägerkörper befestigte piezoelektrische Kunststoffolie enthält, die unter
Einwirkung einer Druckkraft verformbar ist, und mit einem Bauteil zur Rückstellung der Kunststoffolie in
ihre Ausgangslage bei Aufhebung der Druckkraft, dadurch gekennzeichnet, daß das rückstellende
Bauteil (11) auf der der Bedienseite (4) abgewandten Seite der piezoelektrischen
Kunststofffolie (6) angeordnet ist und von ihm eine ständige, elastische, der Druckkraft (12) entgegengesetzt
gerichtete Gegenkraft (13) auf die piezoelektrische Kunststoffolie (6) derart ausgeübt ist, daß die
Kunststoffolie (6) in ihrer Ausgangslage vorgespannt ist
2. Drucktasteneinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein die Gegenkraft (13)
ausübendes Bauteil (11) aus einem elastischen Material vorgesehen ist.
3. Drucktasteneinrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch ein Bauteil (11) aus Schaumgummi.
4. Drucktasteneinrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die piezoelektrische
Kunststoffolie (17) mittels einer Spannvorrichtung (16) über die zur Bedienseite (15) hin konvex
gewölbte Oberfläche eines die Gegenkraft (13) ausübenden Bauteils (11) gespannt ist (F i g. 2).
5. Drucktasteneinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Bauteil eine Feder
(41)ist(Fig.6).
6. Drucktasteneinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch ein Element
(23,31.35) mit einer Schnappcharakteristik.
7. Drucktasteneinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Element (35) mit
Schnappcharakteristik Teil des die Gegenkraft ausübenden Bauteils ist (F i g. 6).
8. Drucktasteneinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die piezoelektrische
Kunststoffolie (36) mit dem Element (35) mit Schnappcharakteristik so flächig verbunden ist, daß
ein Biegewandler mit bei fehlender Druckkraft (39) zur Bedienseite (4) hin konvexer Wölbung gebildet
ist.
9. Drucktasteneinrichtung nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch eine Klebeverbindung zwischen
der piezoelektrischen Kunststoffolie (36) und dem Element (35) mit Schnappcharakteristik mittels
eines nicht vollständig sich verfestigenden und Kriechverhalten zeigenden Klebers.
10. Drucktasteneinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der
Trägerkörper (2) plattenförmig gestaltet ist und mehrere Aussparungen (3) enthält, an oder in denen
jeweils mindestens ein piezoelektrischer Wandler (6) angeordnet ist.
11. Drucktasteneinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, gekennzeichnet durch einen
Tastenstößel (5) zur Ausübung der Druckkraft (12) auf den Wandler (6).
12. Drucktasteneinrichtung nach einem der
Ansprüche 1 bis 11, gekennzeichnet durch einen Wandler mit an der Bedienseite (15) angeordneter
piezoelektrischer Kunststoffolie (17), die von einer Schutzschicht (18) abgedeckt ist (F i g. 2).
13. Drucktasteneinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der
Wandler (6) an der der Bedienseite (15) zugewandten Oberfläche des Trägerkörpers (9) angeordnet ist
14. Drucktasteneinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, gekennzeichnet durch mindestens
eine Diode parallel zu den Elektroden des Wandlers.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19792915456 DE2915456C2 (de) | 1979-04-17 | 1979-04-17 | Drucktasteneinrichtung mit piezoelektrischem Wandler |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19792915456 DE2915456C2 (de) | 1979-04-17 | 1979-04-17 | Drucktasteneinrichtung mit piezoelektrischem Wandler |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE2915456B1 DE2915456B1 (de) | 1980-08-14 |
DE2915456C2 true DE2915456C2 (de) | 1981-05-14 |
Family
ID=6068504
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19792915456 Expired DE2915456C2 (de) | 1979-04-17 | 1979-04-17 | Drucktasteneinrichtung mit piezoelektrischem Wandler |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE2915456C2 (de) |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CA1249046A (en) * | 1982-09-13 | 1989-01-17 | James R. Ligman | Solid state keyboard |
DE102008046531A1 (de) * | 2008-09-10 | 2010-03-18 | Lisa Dräxlmaier GmbH | Bedienelement für eine elektrische Einrichtung in einem Kraftfahrzeug |
DE102014220807A1 (de) * | 2014-10-14 | 2016-02-25 | Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. | System zur Durchführung eines psychomotorischen Vigilanztests |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE2314420A1 (de) * | 1973-03-22 | 1974-10-10 | Siemens Ag | Piezoelektrische taste |
DE2623930A1 (de) * | 1976-05-28 | 1977-12-15 | Sennheiser Electronic | Drucktasteneinheit nach dem piezoelektrischen wandlungsprinzip |
DE2805332A1 (de) * | 1977-02-17 | 1978-08-31 | Int Standard Electric Corp | Drucktastenschalter |
-
1979
- 1979-04-17 DE DE19792915456 patent/DE2915456C2/de not_active Expired
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE2314420A1 (de) * | 1973-03-22 | 1974-10-10 | Siemens Ag | Piezoelektrische taste |
DE2623930A1 (de) * | 1976-05-28 | 1977-12-15 | Sennheiser Electronic | Drucktasteneinheit nach dem piezoelektrischen wandlungsprinzip |
DE2805332A1 (de) * | 1977-02-17 | 1978-08-31 | Int Standard Electric Corp | Drucktastenschalter |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE2915456B1 (de) | 1980-08-14 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE2347722C3 (de) | Druckknopfschalter | |
DE3543751C2 (de) | ||
DE3032557C2 (de) | Gummielastisches Tastkontaktelement | |
EP0451676A2 (de) | Eingabetastatur für ein elektronisches Gerät der Unterhaltungselektronik | |
DD248676A5 (de) | Folientastatur | |
DE2229406C3 (de) | Kapazitive Schalttaste als elektrischer Signalgeber | |
DE19853438A1 (de) | Multidirektionale Tastschalteranordnung | |
EP0036570A2 (de) | Tastatur | |
DE2362204A1 (de) | Mechanisch-elektrischer wandler | |
EP3078046B1 (de) | Tastatur mit mehreren stabilisierten plattenförmigen tasten | |
EP0107012B1 (de) | Detektormatte | |
DE2915456C2 (de) | Drucktasteneinrichtung mit piezoelektrischem Wandler | |
DE69016569T2 (de) | Langhubtastschalter mit verstärktem Benutzer-Feedback. | |
DE2902357C2 (de) | Mehrere Tastschalter aufweisendes Tastenfeld | |
DE4312771A1 (de) | Zweistufentaster | |
DE3041470A1 (de) | Taste | |
DE2805332C3 (de) | Drucktastenschalter | |
DE2915410C2 (de) | Drucktasteneinrichtung mit piezoelektrischem Wandler | |
DE2730659C2 (de) | Tastschalter | |
DE2230784C3 (de) | Druckbetätigbare elektrische Schalteranordnung | |
DE2718289A1 (de) | Piezokeramischer schalter mit geringer einbautiefe | |
EP1391905B1 (de) | Flachtastatur | |
DE3337122C2 (de) | ||
EP1215696B1 (de) | Tastaturanordnung für eine elektrische Vorrichtung | |
DE2615382C3 (de) | Piezoelektrische Taste |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |