DE29514655U1

DE29514655U1 - Elektrische Tastatur

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Publication number: DE29514655U1
Application number: DE29514655U
Authority: DE
Original assignee: SCHURTER GmbH
Current assignee: SCHURTER GmbH
Priority date: 1995-09-12
Filing date: 1995-09-12
Publication date: 1995-11-02
Anticipated expiration: 2005-09-13

Description

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Datum 11.9.1995

Elektrische Tastatur

Die Erfindung betrifft eine elektrische Tastatur mit einer insbesondere auf einer Trägerplatte angeordneten Leiterplatte, welche Schaltgegenkontakte einzelner Schaltpunkte der Tastatur definiert, mit einem dem jeweiligen Schaltpunkt zugeordneten, ein Betätigungselement aufweisenden Betätiger, mit einer zwischen dem Schaltgegenkontakt der Leiterplatte und dem Betätiger angeordneten, zürn Betätiger hin gewölbten sowie einen mittigen Schaltkontakt aufweisende Schnappscheibe sowie mit einem Nachlaufweg für den Betätiger bei zusätzlicher Krafteinwirkung nach erfolgter Kontaktgabe.

Eine derartige elektrische Tastatur dient dem Zwecke des Schutzes der Tastatur vor unsachgemäßer Betätigung (sogenannter Vandalenschutz). Derartige Tastaturen sind beispielsweise für Spielautomaten vorgesehen, da hier die Tastaturen erfahrungsgemäß einer großen Beanspruchung unterliegen.

Bekannte Schnappscheiben-Tastaturen sehen eine Leiterplatte vor, welche insbesondere auf einer Trägerplatte angeordnet ist und welche Schaltgegenkontakte einzelner Schaltpunkte der Tastatur definiert. Jedem einzelnen Schaltpunkt ist ein Betätiger zugeordnet, welcher unterseitig ein Betätigungselement aufweist, welches als Stößel ausgebildet sein kann. Zwischen dem Schaltgegenkontakt der Leiterplatte und dem zugehörigen Betätiger ist eine Schnappscheibe in Form eines sogenannten Knackfrosches für eine taktile Betätigung angeordnet. Diese Schnappscheibe ist zum Betätiger hin gewölbt und weist einen mittigen Schaltkontakt auf. Wenn die Schaltscheibe mittig mit einem flachen oder spitzen Stößel des

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Betätigers betätigt, d.h. nach unten gedrückt wird, schnappt die Schnappscheibe bei Überschreiten der Druckpunktkraft durch und eine Kuppe der Schnappscheibe prallt auf den Gegenkontakt der Leiterplatte. Dadurch ist die Kontaktgabe zwischen dem Schaltkontakt der Schnappscheibe und dem Schaltgegenkontakt der Leiterplatte erfolgt. Gleichzeitig besteht eine Wegbegrenzung durch die starre Unterlage, d.h. die Leiterplatte mit der darunter befindlichen Trägerplatte, nimmt die weiter zunehmende Kraft auf, so daß diese zusätzliche Krafteinwirkung über die Schnappscheibenkuppe auf die Unterlage übertragen wird. Ab diesem Moment bleibt die Schnappscheibe in der durchgefederten Verbiegung und die weiter ansteigende Kraft wird über den spitzen Stößel und das Material der Schnappscheibe auf den darunter befindlichen Gegenkontakt der Leiterplatte übertragen. Bei großen Kräften wird deshalb letztendlich der Gegenkontakt der Leiterplatte verformt oder gar bis zur Unbrauchbarkeit beschädigt.

Will man dies vermeiden, muß man die überschüssige Kraft nicht über die spitze Stößelmitte, sondern über den Stößelrand übertragen, d.h. wegmäßig gesehen sehr kurz nachdem die Stößelspitze bzw. die Schnappscheibenkuppe auf den Schaltgegenkontakt der Leiterplatte gedrückt hat, muß der Stößelrand auf der Unterlage aufsetzen. Dabei besteht aber folgendes Problem: Setzt der Stößelrand wegen negativer Toleranzen im Aufbau zu spät auf, wird die Kraft auf den mittig befindlichen Gegenkontakt zu groß, so daß eine Beschädigung des Kontaktmaterials und ein frühzeitiger Ausfall des Schaltpunktes eintritt. Setzt der Stößeirand wegen positiver Toleranzen zu früh auf, wird keine Kontaktgabe erreicht, was gleichbedeutend mit einem Funktionsausfall ist, der die Ausschußrate ansteigen läßt.

Um dieses Problem lösen zu können, benötigt man einen Nachlaufweg nach erfolgter Kontaktgabe, d.h. einen zusätzlichen Weg, bevor der Stößelrand auf der Unterlage aufsetzt. Eine bekannte Realisierung besteht darin, daß man den Stößel teilweise (beispielsweise den spitzen Teil) aus kompressiblem Material herstellt und die Schnappscheibe mit dem Betätigungselement des Betätigers in der Mitte betätigt. Dadurch wird nach einem entsprechenden Vorlaufweg die Druckpunktkraft erreicht und nach Zurücklegen eines bestimmten Weges die Kontaktgabe zum Gegenkontakt der Leiterplatte hergestellt. Die weiter zunehmende Kraft komprimiert dann weiter das kompressible Material, was den Nachlaufweg erzeugt. Ab einem bestimmten Kompressionsgrad setzt dann der Stößelrand auf und leitet die weitere Kraft auf die Trägerplatte. Nachteilig bei dieser Technik ist der entstehende Vorlaufweg mit der entsprechenden Wegverlängerung bis zur Kontaktgabe, der Aufwand, den Betätiger mit einem zusätzlichen kompressiblen Element auszurüsten, sowie schließlich die begrenzte Lebensdauer eines solchen kompressiblen Materials.

Davon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte elektrische Tastatur mit einem verbesserten Vandalenschutz bei hoher Funktionssicherheit zu schaffen.

Als technische Lösung wird mit der Erfindung vorgeschlagen, daß das Betätigungselement des Betätigers außerhalb der Mitte der Schnappscheibe mit radialem Abstand von dem Schaitkontakt an der Schnappscheibe angreift und daß einem äußeren Umfangsbereich des Betätigers ein auf der Leiterplatte angeordneter Sockel als Anschlag für den Betätiger nach Durchlaufen des Nachlaufweges zugeordnet ist.

Dadurch ist auf technisch einfache Weise eine Begrenzung der Kontaktkraft bei der Kontaktgäbe einer Schnappscheiben-Tastatur zum Zwecke des Schutzes der Tastatur vor unsachgemäßer Betätigung (sogenannter Vandalenschutz) geschaffen. Die erfindungsgemäße Tastatur erfordert keinen zusätzlichen Vorlaufweg (wie bei dem bekannten kompressiblen Stößel), und die empfindliche Prägezone der Schnappscheibe am Rand des Schaltkontaktes, insbesondere am Dellenrand wird nicht belastet. Außerdem wird kein weiteres Zusatzmaterial wie beim kompressibien spitzen Stößel benötigt. Grundlegender Ausgangspunkt der erfindungsgemäßen Tastatur ist, daß die Schnappscheibe nicht in der Mitte, d.h. im Bereich des Schaltkontaktelements, sondern vielmehr in deutlichem Abstand von der empfindlichen Prägezone insbesondere auf einer kreisförmigen Linie um das Schaltkontaktelement herum mittels des Betätigers betätigt wird. Dies bedeutet aber auch, daß die Schnappscheibe nicht in ihrem höchsten Punkt betätigt wird, sondern tiefer, beispielsweise ca. 0,2 mm tiefer. Die Betätigungskraft verbiegt zunächst die Prägefläche, bis dann diese durchschnappt und dadurch der Schaltkontakt auf den Gegenkontakt der Leiterplatte auftrifft. Nach der Kontaktierung ist die Schaltscheibe in einer bestimmten Verbiegungsposition. Bei weiter ansteigender Kraft auf den Betätiger biegt sich die Schnappscheibe noch den restlichen Nachlaufweg durch, bis das Betätigungselement auf der festen Unterlage der Leiterplatte aufstößt, innerhalb dieses Nachlaufweges nach der Kontaktierung setzt dann die Weg/Kraft-Begrenzung durch den Außenrand des Betätigers auf dem Sockel der Trägerplatte ein, durch die jede weitere höhere Kraft von der Schnappscheibe sowie den Gegenkontakten der Leiterplatte ferngehalten wird. Dies bedeutet, daß alle übermäßigen Krafteinwirkungen nur auf die gehäusefeste Unterlage wirken. Sämtliche überschüssigen Kräfte, welche ansonsten die Schaltkontakte bzw. die Schaltgegenkontakte zerstören oder zumindest beschädigen würden, werden somit letztendlich vom Gehäuse aufgenommen. Durch dieses Prinzip läßt sich also eine Tastatur realisieren, die sehr gut gegen "Kraft-Vandalismus" geschützt ist. Die übermäßigen Krafteinwirkungen, sei es per Druck oder Schlag (mit einem Hammer), können höchstens zu einer optisch sichtbaren Beschädigung der vorzugsweise

aus Aluminium bestehenden Frontplatte oder der ebenfalls vorzugsweise aus Aluminium bestehenden Betätiger in Form von kleinen Eindellungen oder Kratzern führen. Die normale Funktion der Tastatur mit taktiiem Kraft-Weg-Verhalten sowie die elektrische Kontaktierung bleibt auch nach vielmaliger Krafteinwirkung auf die Tastatur unbeschadet erhalten. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Tastatur besteht darin, daß die Tastatur ohne zusätzliche Bauteile und besondere Materialien auskommt. Es bedarf lediglich einer anderen Ausformung des Betätigers. Da der Betätiger nur aus einem einzigen Material besteht, ist auch eine kostengünstige Herstellung möglich (beispielsweise Drehen aus Rundmaterial bei rundem Betätiger, Alu-Druckguß bei rechteckigem Betätiger). Außerdem ist vom Vorteil, daß die übliche Form von Schnappscheiben verwendet werden kann.

Eine Weiterbildung der erfindungsgemäßen elektrischen Tastatur schlägt vor, daß das Betätigungselement oder mehrere einzelne Betätigungselemente des Betätigers auf einer Kreislinie um den mittigen Schaltkontakt der Schnappscheibe liegt (liegen). Dadurch erfolgt eine gleichmäßige Krafteinwirkung auf die Schnappscheibe mit symmetrischen Verhältnissen.

In einer bevorzugten Alternativen hierzu ist das Betätigungselement des Betätigers durch einen ringförmig umlaufenden Betätigungswuist gebildet. Ein derartiger Betätigungswulst ist technisch einfach bei dem Betätiger herstellbar. Weiterhin hat der Betätigungswulst den Vorteil, daß damit die Schnappscheibe sehr gleichmäßig und symmetrisch mit der Druckkraft beaufschlagt wird, wobei darüber hinaus die große Auflagefläche den Vorteil hat, daß der Druck bei einer bestimmten Kraft relativ gering ist.

Eine weitere Weiterbildung schlägt vor, daß das Betätigungselement des Betätigers durch mindestens drei Betätigungsnocken gebildet ist. Diese sind - wie zuvor ausgeführt - vorzugsweise auf einer Kreislinie um die Mitte der Schnappscheibe herum angeordnet.

Eine weitere bevorzugte Weiterbildung schlägt vor, daß die Schnappscheibe eine mittige, den Schaltkontakt definierende Schaltdelle aufweist. Diese ins Innere der gewölbten Schnappscheibe gerichtete Schaltdelle schafft einen genügend großen Nachlaufweg und verhindert, daß durch Maßtoleranzeinwirkungen die Weg/Kraft-Begrenzung durch das Aufsetzen des Betätigerrandes auf dem Sockel der Trägerplatte zu früh erfolgt und so die Kontaktierung der Schaltdelle auf dem Schaltgegenkontakt der Leiterplatte nicht erreicht wird.

Eine weitere Weiterbildung schlägt vor, daß das Betätigungselement des Betätigers radial außerhalb des Bereiches des Schaltgegenkontaktes der Leiterplatte sowie des Schaltkontaktes der Schnappscheibe liegt. Dadurch ist gewährleistet, daß durch das Betätigen des

Betätigers das Betätigungselement, insbesondere der Betätigungswulst weder die Schaltdelle mit der empfindlichen Prägung noch den Schaltgegenkontakt der Leiterplatte beschädigt.

Schließlich wird in einer Weiterbildung vorgeschlagen, daß zwischen dem Betätiger und der Schnappscheibe eine Dichtungsfolie angeordnet ist. Diese verhindert das Eindringen von Feuchtigkeit in die elektrische Tastatur.

Ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen elektrischen Tastatur wird nachfolgend anhand der Zeichnung beschrieben. In dieser zeigt:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Ausschnitt der elektrischen Ta

statur;

Fig. 2 einen vergrößerten Detailausschnitt der Tastatur in Fig. 1 nach

Niederdrücken und damit erfolgter Kontaktgabe des Betätigers;

Fig. 3 eine Diagrammzeichnung betreffend die Kraft/Weg-Charakteri

stik des Tastpunktes der Tastatur.

In Fig. 1 ist ein Ausschnitt aus einer elektrischen Tastatur im Bereich einer Schaltstelle dargestellt. Die Tastatur weist zunächst eine Trägerplatte 1 auf, welche beispielsweise aus Aluminium hergestellt sein kann. Auf dieser Trägerplatte 1 befindet sich eine Leiterplatte 2 mit einem Schaltgegenkontakt 3 im Bereich des entsprechenden Schaltpunktes. Die Leiterplatte 2 ist dabei mittels eines Klebefilms 4 auf der Trägerplatte 1 befestigt. Auf der Leiterplatte 2 wiederum um die Schaltstelle herum ist ebenfalls mittels eines Klebefilms 4 ein Sockel 5 in Form einer Arretierfolie befestigt. Auf dem Sockel 5 (ebenfalls mit einem Kiebefilm 4) befindet sich eine Distanzplatte 6 und darauf schließlich (ebenfalls mit einem Klebefilm 4) eine Frontplatte 7, welche aus Metall besteht und welche die Distanzplatte 6 nach innen hin radial überragt.

Auf dem Schaltgegenkontakt 3 der Leiterplatte 2 befindet sich eine korrespondierende Schnappscheibe 8 in Form eines sogenannten Knackfrosches. Diese Schnappscheibe 8 ist nach oben hin gewölbt und weist mittig einen Schaltkontakt 9 in Form einer Schaltdelle 10 auf. Diese Schaltdelle 10 weist eine entgegengesetzte Krümmung wie die Krümmung der Schnappscheibe 8 auf. Oberhalb der Schnappscheibe 8 befindet sich ein Betätiger 11 aus Metall. Dieser Betätiger 11 weist zum einen einen umlaufenden Umfangsrand 12 auf, wel-

eher unterhalb der Frontplatte 7 liegt, wobei die Schnappscheibe 8 den Betätiger 11 mit seinem Umfangsrand 12 gegenüber der Unterseite der Frontplatte 7 in Anlage drückt. Zum anderen weist der Betätiger 11 unterseitig ein Betätigungselement 13 in Form eines ringförmig umlaufenden Betätigungswulstes 14 auf. Schließlich ist zwischen der Schnappscheibe 8 und dem Betätiger 11 noch eine Dichtungsfolie 15 angeordnet.

Die Tastatur funktioniert wie folgt:

Die Grundstellung der Tastatur ist in Fig. 1 dargestellt. Da die Schnappscheibe 8 nicht in der Mitte, d.h. in der Schaitdelie 10, sondern im deutlichen Abstand von der empfindlichen Prägezone auf einer kreisförmigen Linie um die Schaltdelle 10 herum mittels des ringförmigen Betätigungswulstes 14 betätigt wird, bedeutet dies, daß die Schnappscheibe nicht an ihrem höchsten Punkt, sondern ca. 0,2 mm tiefer betätigt wird. Für den Betätigungsvorgang drückt der Benutzer den Betätiger 11 nach unten. Die Betätigungskraft verbiegt dabei zunächst die Prägefläche, bis diese dann durchschnappt und dadurch die Schaltdelle auf den Schaltgegenkontakt 3 der Leiterplatte 2 auftrifft. Nach dieser Kontaktierung der Schaltdelle 10 der Schnappscheibe 8 auf den Schaltgegenkontakt 3 befindet sich die Schnappscheibe 8 in einer bestimmten Verbiegungsposition, welche in Fig. 2 durch die durchgehende Linie dargestellt ist. Bei weiter ansteigender Kraft auf den Betätiger 11 biegt sich die Schnappscheibe 8 weiter den Weg S_n durch, bis er schließlich auf der festen Unterlage der Leiterplatte 2 aufstößt. Dies ist in Fig. 2 durch die gestrichelte Linie angedeutet. Außerdem ist in Fig. 3 die Kraft/Weg-Charakteristik des Tastpunktes dargestellt, wobei zunächst nach einer bestimmten Wegstrecke S_K der Kontaktpunkt erreicht äst, dem sich dann die Nachlaufstrecke S_n anschließt. Innerhalb dieses Nachiaufweges S_n setzt dann die Weg/Kraft-Begrenzung durch den äußeren Umfangsrand 12 des Betätigers 11 auf dem Sockel 5 in Form der Arretierfolie ein, durch die jede weitere höhere Kraft von mehr als 8,5 N von der Schnappscheibe 8 und den Schaltgegenkontakten 3 der Leiterplatte 2 ferngehalten wird. Dies bedeutet, daß der Überstand des Betätigungswulstes 14 bezüglich der Unterseite des Umfangsrandes 12 des Betätigers 11 kleiner oder gleich der Höhe des Sockels 5 ist, so daß die Kraft größer 9,5 N vollständig von dem Sockel 5 aufgenommen wird und nicht über den Betätigungswuist 14 von der Leiterplatte 2. Dies bedeutet also, daß alle übermäßigen Krafteinwirkungen nur auf die Unterlage Sockel 5/Trägerplatte 1 sowie auf die Auflage der Tastatur (beispielsweise das Gehäuse) wirken.

Durch dieses Prinzip ist somit eine Schnappscheiben-Tastatur realisiert, die sehr gut gegen "Kraft-Vandalismus" geschützt ist. Die übermäßigen Krafteinwirkungen, sei es per Druck oder Schlag (beispielsweise mit einem Hammer), können höchstens zu einer optisch sieht-

baren Beschädigung der Frontplatte 7 oder der Betätiger 11 in Form von kleinen Eindellungen oder Kratzern führen. Die normale Funktion der Tastatur mit taktilem Kraft-Weg-Verhalten und die elektrische Kontaktierung bleibt auch nach vielmaliger Krafteinwirkung auf die Tastatur unbeschadet erhalten. Der Nachlaufweg S_n verhindert, daß durch Maßtoieranzeinwirkungen die Weg/Kraft-Begrenzung durch das Aufsetzen des Umfangsrandes 12 des Betätigers 11 auf dem Sockel 5 zu früh erfolgt und so die Kontaktierung der Schaltdelle 10 der Schnappscheibe 8 auf dem Schaltgegenkontakt 3 der Leiterplatte 2 nicht erreicht wird. Die Tastatur kommt dabei ohne zusätzliche Bauteile und besondere Materialien aus. Statt der bisher spitzen Kuppe im Zentrum des Betätigers 11 ist ein Betätigungswulst 14 vorgesehen. Da der Betätiger 11 nur aus einem Material besteht, ist auch eine kostengünstige Herstellung möglich. Beispielsweise kann bei einem runden Betätiger 11 dieser aus Rundmaterial gedreht werden. Bei einem rechteckigen Betätiger 11 ist ein Aluminium-Druckguß möglich. Schließlich ist von Vorteil, daß die übliche Form von Schnappscheiben 8 verwendet werden kann.

Bezugszeichenliste

1	Trägerplatte
2	Leiterplatte
3	Schaitgegenkontakt
4	Klebefilm
5	Sockel
6	Distanzplatte
7	Frontplatte
8	Schnappscheibe
9	Schaltkontakt
10	Schaltdelle
11	Betätiger
12	Umfangsrand
13	Betätigu ng seiement
14	Betätigungswulst
15	Dichtungsfolie
Sk	Kontaktgabe
S_n	Nachlaulweg

Claims

Ansprüche

1. Elektrische Tastatur

mit einer insbesondere auf einer Trägerplatte (1) angeordneten Leiterplatte (2), welche Schaltgegenkontakte (3) einzelner Schaitpunkte der Tastatur definiert,
mit einem dem jeweiligen Schaitpunkt zugeordneten, ein Betätigungselement (13) aufweisenden Betätiger (11),

mit einer zwischen dem Schaltgegenkontakt (3) der Leiterplatte (2) und dem Betätiger (11) angeordneten, zum Betätiger (11) hin gewölbte sowie einen mittigen Schaltkontakt (9) aufweisende Schnappscheibe (8)

sowie mit einem Nachlaufweg (S_n) für den Betätiger (11) bei zusätzlicher Krafteinwirkung nach erfolgter Kontaktgabe,
dadurch gekennzeichnet,

daß das Betätigungselement (13) des Betätigers (11) außerhalb der Mitte der Schnappscheibe (8) mit radialem Abstand von dem Schaitkontakt (9) an der Schnappscheibe (8) angreift und

daß einem äußeren Umfangsbereich des Betätigers (11) ein auf der Leiterplatte (2) angeordneter Sockel (5) als Anschlag für den Betätiger (11) nach Durchlaufen des Nachlaufweges (S_n) zugeordnet ist.

2. Tastatur nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,

daß das Betätigungselement (13) oder mehrere einzelne Betätigungselemente (13) des Betätigers (11) auf einer Kreislinie um den mittigen Schaltkontakt (9) der Schnappscheibe (8) liegt (liegen). ^K

3. Tastatur nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,

daß das Betätigungselement (13) des Betätigers (11) durch einen ringförmig umlaufenden Betätigungswulst (14) gebildet ist.

4. Tastatur nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,

daß das Betätigungselement (13) des Betätigers (11) durch mindestens drei Betätigungsnocken gebildet ist.

5. Tastatur nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,

daß die Schnappscheibe (8) eine mittige, den Schaltkontakt (9) definierende Schaltdelle (10) aufweist.

6. Tastatur nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,

daß das Betätigungselement (13) des Betätigers (11) radial außerhalb des Bereiches des Schaltgegenkontaktes (3) der Leiterplatte (2) sowie des Schaitkontaktes (9) der Schnappscheibe (8) liegt.

7. Tastatur nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,

daß zwischen dem Betätiger (11) und der Schnappscheibe (8) eine Dichtungsfolie (15) angeordnet ist.