DE2939441C2 - Piezotaste mit verbesserter Ausführung des Stützkörpers - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Piezotaste nach dem Oberbegriff des Patentanspruches I.

Aus dem deutschen Patent 23 14 420 ist die Piezotaste bekannt. Es ist eine mit bestimmungsgemäß gerichteter, vom Finger ausgeübter Druckkraft zu betätigende Tasi" mit einem mit Elektroden zur Signalabnahme versehenen piezoelektrischen Wandler zur Ansteuerung eines elektrischen Verstärkerelementes einer elektronischen Schaltung, wobei der Körper des Wandlers aus piezoelektrischem Material besteht und in einem Volumen h ■ I ■ d permaneni polarisiert isi, wobei seine Dicke d eine zur Richtung der Druckkraft senkrechte Richtung ist, /eine Abmessung senkrecht zur Dicke c/und zur Richtung der Druckkraft ist und h eine Abmessung parallel zur Richtung der Druckkraft ist, wobei der Körper senkrecht zur Richtung der Druckkraft annähernd konstante Querschr.ittsform aufweist, und wobei die Dicke rf klein gegenüber einer weiteren Abmessung /und h ist, wobei die Abmessung h größer als etwa das 10fache der Dicke der Abmessung d ist, und wobei der Körper in Richtung der Dicke d zwischen den Elektroden polarisiert ist, die gekennzeichnet ist dadurch, daß der Körper aus polarisierbarer Piezokeramik besteht, wobei die im Oberbegriff angegebene Bemessung der Polarisationsrichtung und der Richtung der Druckkraft dazu genutzt werden, daß das bei Piezokeramik bei Temperaturänderuni, auftretende Pyrosignal im Vergleich zum piezoelektrischen Nutzsignal vernachlässigbar klein wird, wobei der Körper des Wandlers zu einem Anteil (h ^ H) der in Richtung der Druckkraft liegenden Rechteckseite H polarisiert ist und aui den Rächen h · 1 mit den Elektroden versehen ist, und dadurch, daß der Körper in Richtung seiner Dicke mit einem seine Biegesteifigkeit erhöhenden ein- oder mehrteiligen, aus Kunststoff bestehenden, mit dem Körper des WandJers fest verbundenen Stützkörper versehen ist, wobei der oder die Stütztkörper in Richtung der in der Taste bestimmungsgemäß auf den Körper des Wandlers einwirkenden Druckkraft eine vergleichsweise zu dem Körper des Wandlers größere oder nicht wesentlich kleinere integrale druckelastische Nachgiebigkeit aufweist(en). Insbesondere besteht der Stützkörper des Wandlerkörpers aus einer Kunststoffmasse, die auf den Wandlerkörper aufgespritzt oder in einem Wirbelsinterverfahren aufgebracht ist Die Dicke des Wandlerkörpers ist vorzugsweise kleiner als 0,5 mm.

Für den Stützkörper des Wandlerkörpers der Piezotaste sind bereits eine Vielzahl von Ausführungsformen hergestellt und erprobt worden. Unter anderem ist z. B. der streifenförmige Wandlerkörper aus piezoelektrischer Keramik mit einem Kunststoff umzogen worden, und zwar insbesondere durch Tauchen in Phenolharz, Umspritzen oder in einem Wirbelsinterverfahren. Bei diesen Verfahren trat jedoch bisweilen der Nachteil auf, daß die fertigen, mit Kunststoff überzogenen Wandlerkörper in ihrer Längsrichtung eine merkbare Deformation erfahren haben, d. h. daß sich diese Wandlerkörper verzogen haben bzw. eine Durchbiegung erhielten. Eine andere Ausführungsform ist die Verwendung von vorgefertigten Teilen des Stützkörpers aus z. B. Makroion. Je zwei solche vorgefertigten Teile werden mit dazwischen befindlichem Wandlerkörper zu einem Sandwich zusammengesetzt und verklebt bzw. verschweißt Bei einer solchen Ausführungsform hat der Stützkörper eine derart große Steifigkeit in Längsrichtung, d.h. in Richtung der bestimmungsgemäß einwirkenden Druckkraft, daß eine Verringerung des piezoelektrischen Signals in Kauf zu nehmen ist, die dann durch entsprechende Auslegung der Elektronikschaltung zu kompensieren ist

In der DE-AS 28 38 673 ist noch eine weitere Ausführungsform, und zwar für einen Anteil oder Zusatz des Stützkörpers, beschrieben. Es handelt sich dabei um eine solche Versteifung aus Metall für den Kunststoffkörper, die anisotrope Wirkung hat. Dieser metallene Zusatz ist so ausgebildet, daß den zur bestimmungsgemäßen Druckkraft quer gerichteten Kräften im Wändlefkörper ein ganz erheblicher Widerstand entgegengesetzt wird, wohingegen die Steifigkeit dieses Zusatzes in Richtung der bestimmungsgemäßen Druckkraft praktisch beliebig gering ist. Dieser Zusatz dient somit einer weiteren Funktion, die über die eigentliche Funktion des Stützkörpers hinausgeht.

F.s ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, für den

Stützkörper einer Piezotaste nach dem Patent 23 14 420 eine solche Ausführungsform zu finden, die Nachteile bekannter Ausführungsformen vermeidet, insbesondere kein Verziehen des Wandlerkörpers und auch keinen nennenswerten Signalverlust bewirkt Die Beschaffung und/oder Verwendung eines solchen neuen Stützkörpers darf jedoch nicht mit größerem technologischen Aufwand verbunden sein.

Diese Aufgabe wird für eine Piezotaste nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 mit den Merkmalen in des Kennzeichens des Anspruches 1 gelöst Weitere Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.

Die Erfindung geht von der Überlegung aus, daß für den Stützkörper ein solches Kunststoffmaterial verwendet werden muß, das eine derart große innere Steifigkeit hat, daß durch das Aushärten des Kunststoffmaterials bedingte Formveränderungsprozesse wie Schrumpfen im Ergebnis nicht mehr auftreten.

Weitere Erläuterungen der Erfindung gehen aus der nachfolgenden, anhand der Figuren gegebenen Beschreibung von Ausführungsbeispielen hervor.

F i g. 1 zeigt eine perspektivische Darstellung einer Piezotaste nach der vorliegenden Erfindung.

F i g. 2 zeigt eine auseinandergezogene Darstellung zu einem Verfahren für gleichzeitige Herstellung einer Vielzahl von Tastenelementen.

Mit 1 ist der Wandlerkörper aus piezoelektrischer Keramik bezeichnet Auf seinen beiden einander gegenüberliegenden großen Oberflächen, von denen in so der F i g. 1 die eine Oberfläche Wx/ vorn liegt, befinden sich jeweils eine oder mehrere Elektroden in Form einer Oberflächen-Metallisierung 24, 25 aus z. B. Einbrennsilber. Von diesen Metallisierungen sind hier nur die mit dicken Linien ausgezogenen Schnittkanten zu sehen. Auf diesen Oberflächen des Wandlerkörpers 1, d. h. auf den Metallisierungsschichten 24, 2S₁ befinden sich die Stützkörper 64, die ganzflächig fest mit dem Wandlerkörper verbunden sind.

Gemäß dsr Erfindung sind diese Stützkörper 64 Elemente aus je einem Stück einer mit Duroplast durchsetzten, d. h. gebundenen. Glasfaserbahn. Die Glasfaserbahn kann entweder eine aus Glasfasern gewebte Stoffbahn oder auch ein sogenanntes Wirrvlies sein, das eine Art Filz ist, in dem die Glasfasern wirr durcheinander liegen. Solche gewetren Glasfaserbahnen und Wirrvliese sind im Handel erhältlich und werden z. B. auch für Dachpappen verarbeitet

Bei einer Ausführungsform der Erfindung mit einem Glasfaser-Wirrvlies ist dieses mit dem Duroplast, das so noch nicht ausgehärtet ist, getränkt. Bei der Ausführungsform mit Glasfaserbphn kann diese ebenfalls mit diesem Kleber getränkt sein. Eine Ausführungsform der Erfindung ist die, bei der eine im Handel erhältliche Glasfaserbahn verwendet ist Diese Glasfasergewebebahn, ist bereits mit einem Duroplast-Kleber im sogenannten ß-Zustand getränkt, wobei dieser S-Zustand einen zwar alle Komponenten des Kunststoffes bereits enthaltenden, aber noch nicht ausgehärteten Zustand kennzeichnet Die endgültige Aushärtung der Kunststoff-Tränkung wird in einer Temperaturanwendung durchgeführt.

Diese voranstehend erwähnten Duroplaste in der Glasfaserbahn sind auch dazu geeignet die Glasfaserbahn an dem Wandlerkörper I fest haftend, ganzflächig A3 anzukleben. Es kann aber auch die getränkte Glasfaserbahn, in bereits ausgehärtetem Zustand verwendet werden und mit zusätzlichem Kleber an den Wandlerkörper 1 angeklebt werden.

Die Dicke eines einzelnen Stützkörpers mit kunststoffgetränkter Glasfaserbahn, Glasfaser-Wirrvlit-s, Glasfaser-Gewebebahn, beträgt etwa 0,1 bis 0,3 mm, bei z, B. einer Dicke des Wandlerkörpers 1 von 0,15 mm.

Auch bei gemäß der vorliegenden Erfindung verwendeten Stützkorpern läßt sich das aus der DE-AS 24 45 805 bekannte Verfahren der gleichzeitigen Herstellung einer Vielzahl von Piezotasten-Elementen wenigstens dem Prinzip nach anwenden. Man geht dabei von zwei vergleichsweise zur Größe der einzelnen Tastenelemente größeren Stücken der Glasfaserbahn aus, zwischen die eine entsprechend große Keramikfolie für die einzelnen Wandlerkörper gelegt wird. Die beiden Glasfaserbahnen und die dazwischenliegende Keramik werden mit ausreichendem Druck aufeinandergedrückt und es erfolgt das Aushärten. Die notwendigen Elektroden-Zuführungen, z. B. Drähte, werden zuvor mit in den Sandwich eingelegt Daraufhin erfolgt dann die Zerteilung in die einzelnen Tastenelemente.

F i g. 2 zeigt zwei Stücke kunslstoffgeii änkter Glasfaser 64' für die Stützkörper 64 und eine Keramikfolie Γ für die Wandlerkörper 1. Mit gestrichelten Linien sind die Stellen gekennzeichnet an denen schließlich die Zerteiluiig und Randbeschneidung der aufeinanderliegend miteinander zusammengeklebten Bahnen 64' und Folie 1' vorgenommen wird. Die Blechstreifen 11 sind zuvor eingefügt Lediglich die unteren Ränder müssen wegen der Blechstreifen 11 bereits vorher gerade beschnitten und zueinander ausgerichtet sein

Bei der vorliegenden Erfindung eignet sich die Anwendung der Maßnahmen nach der deutschen Patentanmeldung P 29 39 440.9 (VPA 79 P 7181) desselben Anmeldungstages desselben Anmelders wie zur vorliegenden Anmeldung. Es handelt sich dabei um die Anbringung eines metallenen Standfußes an dem Tastenelement wie dies die F i g. 1 in gestrichelter Darstellung zeigt Dieser metallene Standfuß wird von einem Metallstreifen 1 1 gebildet, von dem ein Anteil am unteren Ende des einzelnen Tastenelementes aus der Kunststoff-Umhüllung der Stützkörper herausragt Dieser den Standfuß bildende Anteil des Blechstreifens ist insbesondere ein Umbug 113, dessen freies Ende 13 wieder nach oben in das Tasteneleirent unter die Glasfaserbahn des vorderen Stützkörpers 64 hereinragt. Die Kombination der erfindungsgemäß verwendeten kunststoffgetränkten Glasfaserbahnen der Stützkörper 64 einerseits und des Metallstreifens 11 für den Standfuß andererseits miteinander ist deshalb besonders vorteilhaft, weil für das Anbringen des Metallstreifens an dem Wandlerkörper 1 aus Piezokeramik der bereits in dsr Glasfaserbahn enthaltene Kunststoff als Klebstoff mit v.TWcncet wird. Es empfiehlt sich zu berücksichtigen, daß dieser in der Glasfaserbahn enthaltene Kunststoff-Klebstoff wenigstens bei der Verarbeitungstümperatur eine solche Viskosität hat, daß ein Anteil dieses Klebstoffes vom Rand 112 des Blechstreifens 11 her um ein geringes MaO zwischen den Metallstreifen U und die Keramik des Wandlerkörpers 1 hereinzieht, so daß einerseits der Metallstreifen 11 ebenfalls am Wandlerkörper 1 fest angeklebt ist und andererseits der Metallstreifen 11 auch noch einen guten elektrischen Kontakt zu den Metallisierungen 24 bzw. 25 der Oberfläche des Wanilerkörpers 1 hat.

Mit 111 ist eine Anschlußfahne des Metallstreifens 11 bezeichnet. Eine entsprechende Anschlußfahne 121 ist Anteil eines (in der Fieur nicht sichtbaren) auf der

Rückseite des Wandlerkörpcrs 1 angeklebten weiteren Metallstreifens.

Für die Herstellung eines eleklrisch abgeschirmten Tastenelementes eignet sich die vorliegende Erfindung dadurch in besonderer Weise, weil die zur Abschirmung auf den Stützkörpern 64 anzubringende Metallfolie, z. B. Aluminium-Haushaltsfolie, im Herstellungsprozeß solange der Kunststoff noch nicht ausgehärtet ist mit angeklebt werden kann. In Fig. I sind solche Folien 264 (als verdickte Linien gezeigt) auf beiden äußeren Oberflächen der Stützkörper 64 vorhanden.

Die Verwendung eines Duroplast gewährleistet, daß bei insbesondere lang andauernder (an sich nicht vorgesehener) Druckeinwirkung in der Taste auftretende S-heikräfte krinen störenden Einfluß z. B. im Sinne eines Verschieben bewirken. Als Duroplast im Sinne der Frfindung sind somit auch solche Kunststoff-Kleber zu verstehen, die ein hier ausreichendes Standvermögen für diese Scherkräfte haben.

Hierzu I Blatt Zeichnungen

Claims (6)

1. Patentansprüche;

   29 39 44t

   U Piezotaste nach Patent 23 14 420 mit einem streifenförmigen Wandlerkörper aus piezoelektrischer Keramik und einem oder mehreren darauf ' angebrachten Stützkörpern aus Duroplast-Kunststoffmaterial, gekennzeichnet dadurch, daß die einzelnen Stützkörper (64) aus einer mit dem Kunststoffmaterial getränkten Glasfaserbahn bestehen, wobei das Kunststoffmateriai ausgehärtet ist ι ο und eine ganzflächige feste Klebverbindung mit dem Wandlerkörper (1) vorliegt
2. 2. Piezotaste nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Glasfaserbahn im Stützkörper (64) ein Wirrvlies ist
3. 3. Piezotaste nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Glasfaserbahn im Stützkörper (64) eine Glasgewebebahn ist
4. 4. Piezotaste nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet dadurch, daß auf die äußeren Oberflächen der Stützkörper (64) Metallfolie (264) aufgeklebt ist
5. 5. Verfahren zur Herstellung einer Piezotaste nach einem der Ansprüche I bis 4, gekennzeichnet dadurch, daß eine Glasfaserbahn verwendet wird, die mit dem Kunststoffmaterial in noch nicht ausgehärtetem S-Zustand getränkt ist, daß die Glasfaserbahnen der Stützkörper (64) mit dem dazwischenliegenden Wandlerkörper (1) nach Art eines Sandwich aufeinandergelegt und -gedrückt werden und daß unter Temperaturanwendung die Aushärtung vorgenommen wird.
6. 6. Verfahren zur gleichzeitigen Herstellung einer Vielzahl von Piezotasteft nach einem der Ansprüche 1 bis 4 oder Verfahren ; ach Anspruch 4, J5 gekennzeichnet dadurch, daß zwei vergleichsweise zur Abmessung des Wandlerkörpers einer Piezotaste größere kunststoffgetränkte Glasfaserbahnen (64') mit dazwischenliegender entsprechend größerer Folie (Γ) aus Keramikmaterial des Wandlerkör- ίο pers zu einem Sandwich aufeinander gelegt, aufeinandergedrückt und ausgehärtet werden und danach die Zerteilung des Sandwich in die einzelnen Tasten erfolgt, wobei entsprechend dieser Zerteilung verteilt zuvor an der Folie Elektroden-Zuleitun- +5 gen angebracht werden.