DE3008088A1

DE3008088A1 - Elektrischer tastenschalter

Info

Publication number: DE3008088A1
Application number: DE19803008088
Authority: DE
Inventors: Raymond Barnoski
Original assignee: Illinois Tool Works Inc
Current assignee: Illinois Tool Works Inc
Priority date: 1979-03-05
Filing date: 1980-03-03
Publication date: 1980-09-18
Also published as: AU5608880A; FR2451132A1; AU537913B2; DE3008088C2; IT8020332A0; BR8001279A; AR220820A1; MX147397A; IT1130267B; JPS55130019A; GB2047035B; CA1126834A; GB2047035A; FR2451132B1; US4227163A

Description

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ILLINOIS TOOL WORKS INC.

Elektrischer Tastenschalter

Tastenschalter für elektrische Tastaturen können entweder aus einem Typ mit mechanischen Kontakten oder aus einem kontaktlosen, analogen Typ bestehen, bei dem ein Magnet den Betätigungszustand des Schalters durch Bestimmung des Sättxgungszustandes eines geschlossenen Magnetkerns steuert, der Schreibeleitungen und Leseleitungen aufweist.

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Der mechanische Typ eines solchen Tastenschalters besitzt den Vorteil, daß er relativ billig ist, und bei manchen Anwendungen macht es dieser Faktor wünschenswert, solch einen mechanischen Tastenschalter zu benutzen. Mechanische Tastenschalter haben jedoch eine Anzahl von Nachteilen, die sie unerwünscht machen für Anwendungen, bei denen hohe Verläßlichkeit gefordert wird, und es werden dann die zusätzlichen Kosten für einen analogen Schalter geduldet. Diese Nachteile umfassen das Kontaktprellen, die Möglichkeit von entstehenden Lichtbogen, kurze Lebenszeiten aufgrund Zerfressens und Korrosion und mögliche Deformation der Kontaktglieder.

Analoge Schalter, wie ein magnetisch sättigbarer Kern, bieten eine stark vergrößerte Verläßlichkeit,jedoch zu höheren Kosten. Zusätzlich verlangen diese Schalter grundsätzlich eine Art von Stromkreismodifikation, um die Hysterese oder eine verringerte Empfindlichkeit des Lesekreises zu liefern, nachdem ein Tastenschalter betätigt worden ist, um elektrisches Geräusch daran zu hindern, falsche Ausgangssignale zu produzieren. Bei Anwendungen, bei denen eine hohe Verläßlichkeit notwendig ist, liefern Analogschalter jedoch das Optimum an Verläßlichkeit und Lebensdauer.

Es würde für die Hersteller von Tastaturen wünschenswert sein, die Tastaturen mit beiden Typen von Tastenschaltern je nach ihren Kundenwünschen herstellen zu können. Dieses hat jedoch bislang die Herstellung und Lagerung von zwei getrennten Typen von Tastenschaltern mit den entsprechenden zusätzlichen Kosten und Komplikationen erforderlich gemacht.

Die vorliegende Erfindung hat sich zur Aufgabe gemacht.

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einen einfachen elektrischen Tastenschalter zu schaffen, der entweder als ein analoger, magnetischer Typ eines kontaktlosen Tastenschalters oder als mechanischer Typ eines Tastenschalters mit nur geringfügigen Modifikationen zur Umwandlung des einen Typs in den anderen zu schaffen, was aufgrund der verbesserten Konstruktion des Tastenschalters möglich sein soll. Zusätzlich sollen für spezielle Anwendungen beide Typen von Tastenschaltern gleichzeitig in einem einzigen Tastenschalter verwirklicht sein, wenn dies verlangt wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Tastenschalter gelöst, wie er in den Ansprüchen und der anschließenden Beschreibung näher erläutert wird.

Der erfindungsgemäße Tastenschalter ist so ausgelegt, daß er flache Schreib- und Leseleitungen aufnehmen kann, wobei diese Leiter mit automatischen Maschinen in den Schalter eingesetzt werden können. Der Magnetkern wird auf einem Bein einer U-förmigen Schreibleitung und auf einem Bein einer U-förmigen Leseleitung positioniert, und der Kern mit den beiden Verbindungsleitungen wird dann in einen Halteschacht eingesetzt, der auf der Basis des Tastenschalters vom oberen Ende des Schalters aus eingesetzt wird. Der Halteschacht ist durch eine Wandausbildung ausgebildet, die zwei sich vertikal erstreckende Wände umfassen, die sich nach oben von der horizontalen Fläche auf der Basis des Tastenschalters aus erstrecken. Jede der Haltewände besitzt eine Nut in si di und die horizontale Fläche v/eist einen Schlitz in sich auf, der unterhalb der Nuten und der Wände verläuft, so daß die Schreibleitung und die Leseleitung durch die horizontale Fläche in den hochstehenden Wänden positioniert werden können, wenn der Magnetkern in den Halteschacht eingesetzt

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wird. Der Magnetkern und die Schreibe- und Leseleitungen werden in der Basis des Tastenschalters lediglich durch Dichtigkeit der Lagerung zwischen den Schreibleitungen und den Auffangsteilen der Basis gehalten. Somit kann ein defekter Magnetkern leicht durch einfaches Nachobendrücken der Leitungen entfernt werden, so daß die Leitungen und der Kern von dem Tastenschalter entfernt werden, ohne dabei irgendwelche weiteren Teile der Vorrichtungen auseinanderzubauen. Diese verbesserte Konstruktion erlaubt einen schnellen Austausch von defekten Magnetkernen, während gleichzeitig durch Beschränkung der analogen Schaltelemente auf das Äußere des Kolbens und auf die Seite der Basis des Tastenschalters das Innere des Tastenschalters benutzt werden kann, um die mechanischen Schaltkomponenten darin zu halten.

In den Zeichnungen zeigt:

Fig. 1 eine explodierte, perspektivische

Darstellung eines erfindungsgemäßen Tastenschalters, der als ein magnetischer, analoger, kontaktloser Typ eines Tastenschalters verwendet wird Und einen Magnetkern benutzt,

Fig. 2 eine Draufsicht auf die Basis des

Tastenschalters gem. Fig. 1, jedoch mit im Vergleich zu Fig. 1 verdoppelter Größe und

Fig. 3 eine explodierte, perspektivische Darstellung des erfindungsgemäßen Tastenschalters, wenn er als mechanischer Typ eines Tastenschalters verwendet wird.

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Der erfindungsgemäße Tastenschalter ist in seiner analogen Version in Fig. 1 gezeigt und in seiner mechanischen Version in Fig. 3. Fig. 2 zeigt eine Draufsicht auf die Basis des Tastenschalters, der aus einem elektrisch isolierenden Kunststoffmaterial ausgebildet ist. Die Basis 10 des Tastenschalters ist mit einer integralen, hohlen, grundsätzlich rechtwinkligen Führungskammer 12 ausgeformt, die sich von der Basis aus nach oben erstreckt und einen Schlitz 14 in der Seite 16 der Kammer aufweist. Eine Spiralfeder ist in die Führungskammer 12 so eingesetzt, daß sie mit ihrem unteren Ende 20 einen Vorsprung 21 aufnimmt, der sich von der Bodenfläche 23 der Basis aus nach oben erstreckt. Das obere Ende 22 ist in einen hohlen, grundsätzlich rechteckigen Kolben 24 eingesetzt, um diesen nach oben zu drücken, so daß er in seine Anfangsposition zurückkehrt, wenn er heruntergedrückt worden ist und der Druck auf den Kolben aufhört.

Der Kolben 24 besitzt zwei Verriegelungsfüße 26 auf entgegengesetzten Seiten 28 und 30 des Kolbens, um diesen in der Führungskammer 12 zu halten. Wenn die Verriegelungsfüße 26 nach innen gepreßt werden, wird der Kolben in die Führungskammer eingesetzt und der Einwärtsdruck auf die Füße unterlassen, so daß sie nach außen springen und Flächen 31 im Inneren der Führungskammer ergreifen, so daß der Kolben nicht unbeabsichtigt aus der Führungskammer herausbewegt werden kann. Zwei längliche, grundsätzlich rechteckförmige Nuten 32 und 34 auf gegenüberliegenden Innenflächen der Führungskammer 12 sind derart vorgesehen, daß ein Werkzeug in die Führungskammer eingeführt werden kann, das die Verriegelungsfüße 26 nach innen drückt, wenn der Kolben entfernt werden soll.

Ein Tastenkopf 36 ist vorgesehen, der die Identifizierungs-

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zeichen für eine besondere Taste trägt und der über das obere Ende des Kolbens schnappt. Die Basis 10 des Tastenschalters weist zwei Federarme 38 auf entgegengesetzten Seiten der Basis auf. Die Federarme haben einen Vorsprung 40, der eine Verriegelung des Tastenschalters in einer Öffnung in einer gedruckten Schaltkarte oder einem anderen geeigneten Träger gestattet.

Der Kolben 24 des Tastenschalters ist anpaßbar, um einen analogen Typ eines kontaktlosen Schalters zu schaffen, in dem ein kleiner Magnet 42 in einen Behälter 44 eingesetzt wird, der auf der Seite 46 des Kolbens getragen wird und durch einen federnden Verriegelungsfuß 47 an seinem Platz gehalten wird. Die Seite 46 des Kolbens liegt der Seite 16 der Führungskammer gegenüber, so daß beim Auf- und Abwärtsbewegen des Kolbens der Magnet 42 und der Behälter 44 entsprechend in dem Schlitz 14 auf- und abwärtsbewegt werden. Durch das Tragen des Magneten auf der Seite 46 des Kolbens und durch die hohle Ausbildung des Kolbens ist der Tastenschalter auch anpaßbar für einen alternativen oder gleichzeitigen Gebrauch als mechanischer Schalter.

Die mechanischen Kontakte 48 und 50 sind normalerweise geschlossen und sind aus zwei länglichen, leitfähigen Gliedern gebildet, die C-förmige Kontaktteile 52 und 54 an ihren oberen Enden aufweisen. Jeder der Kontaktteile 42 und 54 besteht vorzugsweise aus einer Vielzahl von individuellen Kontaktfingern, um so eine hohe Kontaktverläßlichkeit zu erhalten. Die unteren Enden 56 und 58 der Kontakte 48 und 50 sind in ihrer Größe verringert und erstrecken sich durch die Schlitze 60 und 62 in dem hochstehenden Vorsprung 21. Die Kontakte besitzen auch nach außen vorstehende Flügel 63, die in entsprechende horizontale Nuten 65 in dem

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Vorsprung 21 hineinpassen, um die Kontakte 48 und 50 an ihren richtigen Stellen innerhalb des Schalters zu halten.

Der Kolben ist hohl, so daß die Kontaktteile 52 und 54 der mechanischen Kontakte sich nach oben in den unteren Innenteil des Kolbens erstrecken. Ein Trennstab 78 zum Trennen der normalerweise geschlossenen Kontakte 48 und 50 beim Herunterdrücken des Kolbens ist integral in der Höhlung des Kolbens ausgeformt, vorzugsweise in einer Position, die vertikal von dem Boden des Kolbens entfernt ist, so daß ein Tastenschalter mit niedrigem Profil geschaffen wird, der von vielen Benutzern von Tastenschaltern gewünscht wird.

Der in Fig. 1 dargestellte analoge Typ des Tastenschalters benutzt einen geschlossenen Kern, und zwar vorzugsweise einen toroidförmigen , magnetisch sättigbaren Magnetkern 70. Bei diesem Typ des Schalters ist der Magnet 42 gegenüber dem Kern 70 angeordnet, wenn der Kolben nicht heruntergedrückt ist. Eine U-förmige, flache Schreibleitung 72 und eine U-förmige, flache Leseleitung 74 sind um den Kern gewunden, so daß die Leseleitung ein elektromagnetisches Signal aufnehmen kann, wenn ein Stromimpuls durch die Schreibleitung zugeführt wird, falls der Magnetkern 70 nicht magnetisch gesättigt ist. Wenn der Kolben sich in seiner nicht heruntergedrückten Position befindet, ist der Magnetkern 70 magnetisch gesättigt und es erzeugen somit Stromimpulse auf der Schreibleitung keine Ausgangssignale auf der Leseleitung. Wenn jedoch der Kolben heruntergedrückt wird, bewegt sich der Magnet von dem Magnetkern weg und gestattet so, daß der Magnetkern aus seiner Sättigung herauskommt, so daß Signale in der Schreibleitung nun auf die Leseleitung übertragen werden.

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Obgleich U-förmige Schreib- und Leseleitungen schon bei solchen Typen von Tastenschaltern benutzt worden sind, bestanden sie grundsätzlich aus runden Drähten und solche vorherigen Schreib- und Leseleitungen zeigten sich nicht geeignet für eine automatische Fertigung, bei der eine große Anzahl solcher Leitungen nur durch Ausstanzen aus einer einzigen Schicht aus leitendem Metall geformt werden konnten. Solche ausgestanzten Leiter sorgen für Komponenten mit geringen Kosten, die für eine automatische Handhabung geeignet sind. Die Schreib- und Leseleitungen, die auf diese Weise geformt sind, besitzen jede zwei parallele, gerade Beine, wie die Beine 76, 78, 80 und 82 und zwischen den Beinen liegende Abschnitte, wie die Verbindungsabschnitte 84 und 86, die überhalb des Magnetkerns 70 angeordnet sind, wenn der Kern positioniert ist, so daß dessen Achse 88 in vertikaler Richtung ausgerichtet ist, wie aus Fig. 1 ersichtlich ist.

Der erfindungsgemäße Tastenschalter ist so ausgelegt, daß die Einsetzung der flachen Schreib- und Leseleitungen und des Kerns in die endgültige Position in dem zusammengesetzten Tastenschalter erleichtert wird. Der Kern 70 wird in einem Halteschacht 90 gehalten, der von zwei hochstehenden Wänden 92 und 94 gebildet wird, die sich vertikal von der horizontalen Fläche 96 auf der Basis 10 aus erstrecken. Wenn der Kern 70 in dem Halteschacht 90 gehalten wird, ruht der Boden oder der unterste Teil des Kerns auf einer horizontalen Fläche und der obere Teil des Kerns ist unbedeckt, und die Achse 88 des Kerns ist dann vertikal ausgerichtet. Die Wände 92 und 94 weisen Nute 98 und 100 auf, die jeweils in ihnen so ausgebildet sind, daß die äußeren Beine 76 und der Schreibleitung und der Leseleitung jeweils durch diese Nuten hindurchführen, wenn der Kern und die Leseleitungen

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in den Schalter eingesetzt sind. Ein länglicher Schlitz 102 durchläuft, wie in Fig. 2 ersichtlich ist, die Fläche 9 7 und erstreckt sich unterhalb der Nuten 98 und 100, so daß alle Beine 76, 78, 80 und 82 der Schreibleitung und der Leseleitung den Schlitz 102 durchqueren können. Die Wände 92 und 94 sind voneinander getrennt und bilden eine Öffnung 104 gegenüber der Seite 46 des Kolbens, so daß das Spiel zwischen dem Kern und dem Magneten reduziert wird. Eine andere Öffnung 106 ist auf der entgegengesetzten Seite der Wände vorgesehen, um eine visuelle Inspektion zuzulassen, um zu sehen, ob der Schalter einen Kern trägt.

Beim Zusammensetzen kann der Magnetkern 70 zuerst vom Boden der Schreibleitung und der Leseleitung aus eingesetzt werden in eine Position, wie sie in Fig. 1 gezeigt ist. Die Schreibleitung und die Leseleitung und der Kern können dann als Einheit nach unten gedrückt werden, so daß die Beine 76, 78, 80 und 82 durch die entsprechenden Aufnahmedurchbrüche 108, 110, 112 und 114 hindurchführen, die im Inneren der Basis durch die äußeren Wände 116 und 118 der Basis und die drei länglichen, grundsätzlich parallelen, elektrisch isolierenden Trennelemente 120, 122 und 124 geschaffen werden.

Die beschriebenen Halte- und Zusammensetzteile für den Kern 70 und die Schreibleitung 72 und die Leseleitung 74 erlauben ein einfaches Einsetzen dieser Elemente in den Tastenschalter. Die für die Leitungen vorgesehenen Durchbrüche sind so dimensioniert, daß sie dicht an die Schreibleitung und die Leseleitung angepaßt sind. Die Leitungen können jedoch zusätzlich gebogen sein, wie durch die gestrichelten Linien 130 an den Beinen 76 und 82 dargestellt ist, wenn der Sitz noch fester sein soll. In einem solchen Fall können die Schalter mit dem Oberen nach unten gekehrt werden, ohne daß

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der Kern und die Schreibleitungen herausfallen, diese können jedoch noch leicht durch Druck auf die unteren Enden der Leitungen entfernt werden.

Die Anordnung des Kerns und der Schreibleitung können somit sehr leicht entfernt werden ohne Auseinanderbau irgendeines anderen Teils des Tastenschalters, falls ein Entfernen eines defekten Kerns notwendig sein sollte- Dieses leichte Entfernen von defekten Anzeigeelementen gibt dem erfindungsgemäßen Tastenschalter einen entscheidenden Vorteil gegenüber bislang bekannten Typen von analogen, kontaktlosen Schaltern.

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Claims

Patentansprüche

1. ι Elektrischer Tastenschalter, gekennzeichnet durch eine Basis (10) mit einer sich vertikal erstreckenden Führungskammer (12) und einer horizontalen Fläche und mit einem ohne die Führungskammer (12) auf- und abwärtsbeweglichen Kolben (24) und einer Spiralfeder (18), die innerhalb der Führungskammer angeordnet ist und den Kolben (24) in seine nicht heruntergedrückte Position bewegt, wobei ein Permanentmagnet (42) extern an einer Seite (46) des Kolbens (24) angeordnet und mit diesem aufwärts- und abwärtsbeweglich ist und ein geschlossener, sättigbarer Magnetkern (70) vorgesehen ist, der von einer U-förmigen Schreibleitung (72) mit zwei im wesentlichen geraden, parallelen Beinen (76,78) dergestalt umfaßt wird, daß das eine Bein (78) in dem geschlossenen Kreis des Magnetkerns (70) liegt und beide Beine durch einen Verbindungsabschnitt (84) überhalb des Magnetkerns miteinander verbunden sind, und eine ü-förmige Leseleitung (74) den Magnetkern (70) mit zwei im wesentlichen geraden, parallelen Beinen (80,82) dergestalt umgibt, daß eines der Beine (80) innerhalb des geschlossenen Kreises des Magnetkerns liegt und parallel zu dem anderen der Schreibleitung (72) verläuft und daß die beiden Beine (80,82) der Leseleitung (74) überhalb des Magnetkerns (70) durch einen Verbindungsabschnitt (86) verbunden sind, wobei der Permanentmagnet (42) im nicht heruntergedrückten Zustand des Kolbens (24) benachbart zu dem Magnetkern (70) liegt und dieser dort im wesentlichen magnetisch gesättigt ist und der Permanent-

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magnet (42) beim Herunterdrücken des Kolbens (24) sich von dem Magnetkern (70) wegbewegt und dieser dadurch aus der magnetischen Sättigung herauskommt, wobei bei der Bewegung sich auch eine Mehrzahl von elektrisch isolierenden, länglichen, parallelen Trennelementen (120,122,124) dergestalt auswirken, die integral an der Basis ausgebildet sind und unter der horizontalen Fläche (96) im Inneren der Basis in der Nähe der Seite der Basis angeordnet sind, an der der Permanentmagnet (42) liegt, daß die Trennelemente (120,122,124) in Verbindung mit der Basis (10) vier längliche, getrennte Durchbrüche (108,110,112,114) und zwei sich vertikal von der horizontalen Fläche (96) nach oben erstreckende Wände (92,94) bilden, die dergestalt ausgebildet sind, daß sie einen Halteschacht (90) für den Magnetkern bilden, so daß der Boden des Magnetkerns auf der horizontalen Fläche (96) ruht, das Obere des Magnetkerns unbedeckt ist und die Achse (88) des Magnetkerns vertikal ausgerichtet ist, wobei die Wände (92,94) jede eine Nut (98,100) in sich besitzen, deren eine die Durchführung der Schreibleitung (72) und deren andere die Durchführung der Leseleitung (74) gestattet, und wobei sich in der horizontalen Fläche ein Schlitz (102) erstreckt, der eine Durchführung sowohl der Schreibleitung (72) als auch der Leseleitung (74) gestattet, und jedes der Beine (76,78,80,82) der Schreibleitung und der Leseleitung durch einen der durch die Trennelemente (120,122,124) geschaffenen Durchbrüche (108,110,112,114) dergestalt durchläuft, daß die unteren Enden der Beine sich aus dem Boden der Basis (10) an unterschiedlichen, elektrisch isolierten Orten herauserstrecken.

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2. Tastenschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schreibleitung (72) und die Leseleitung (74) im wesentlichen flach und ausgestanzt sind.

3. Tastenschalter nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen integralen Vorsprung (21), der sich vertikal von einer zweiten Fläche der Basis (10) aus in dessen Inneres erstreckt und zwei durch ihn hindurchlaufende elektrisch isolierte Schlitze (60,62) besitzt, wobei zwei normalerweise geschlossene, längliche Kontakte (48,50) sich mit ihren Enden durch die Schlitze (60,62) hindurch aus dem Boden der Basis (10) an unterschiedlichen, elektrisch isolierten Orten herauserstrecken und ein Betätigungsstab (68) innen in dem hohlen Teil des Kolbens (24) angeordnet ist, der dergestalt konstruiert und positioniert ist, daß er zwischen die Kontakte (48,50) paßt und diese öffnet, wenn der Kolben (24) heruntergedrückt wird.

4. Tastenschalter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schreibleitung (72) und die Leseleitung (74) im wesentlichen flach und ausgestanzt sind.

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