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Drucktastenschalter
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Die Erfindung geht aus von einem Drucktastenschalter der im Oberbegriff
des Patentanspruchs 1 angegebenen Art.
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Bei einem bekannten Drucktastenschalter (DE-OS 23 60 167) ist die
Schnappfeder als eine zwischen zwei Stützlagern gelegene gewölbte Blattfeder ausgebildet,
durch die zur Herstellung einer Kontaktverbindung zwischen festen Kontaktstiften
ein Schaltelement betätigbar ist. Um der Schnappfeder eine Vorspannung zu geben,
ist der Abstand der Stützlager geringer als die ungespannte Blattfeder länge. Bei
den Stützlagern handelt es sich um in das Gehäuse eingearbeitete Schneidenlager,
die auf hohe Kräfte beansprucht werden und daher, insbesondere bei Gehäusen bzw.
Schneidenlagern aus Kunststoff, einem hohen Abrieb unterworfen sind, der die Federcharakteristik
verändert und die Betätigungszahl des Drucktastenschalters herabsetzt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Drucktastenschalter
mit einer Drucktaste, einer Schnappfeder und einem Schaltelement der im Oberbegriff
des Patentanspruchs 1 angegebenen Art dadurch zu verbessern, daß zwischen festen
Widerlagern eingespannte Schnappfedern sowie ungewollte Schaltvorgänge während der
Ein- und Ausschaltphase sicher vermieden werden und daß die Zuverlässigkeit der
Kontaktgabe durch einfachste Herstellung des Schaltelementes erhöht wird.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale
des Patentanspruchs 1 gelöst. Durch die kreuzweise übereinanderliegende Anordnung
der Schnappfeder und des Schaltelementes
mit ihren Öffnungen ist
der Federweg der Schnappfeder größer als der Schaltweg des Schaltelementes ausgelegt,
wodurch das Schließen und Öffnen der Kontakte stets mit einer systembedingten, gleichbleibend
hohen Geschwindigkeit erfolgt und eine schleichende Kontaktgabe weder beim Öffnen
noch beim Schließen entstehen kann.
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Da außerdem die Kontaktgabe in der Mitte des Schaltelementes erfolgt,
findet auch praktisch keine Relativbewegung zwischen dem Schaltelement und dem festen
Kontaktstift und somit kein Abrieb an den Kontaktstellen statt, so daß sich der
erfindungsgemäße Drucktastenschalter für eine Oberflächenveredelung der Kontaktbereiche
besonders eignet.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen
angegeben. Dabei dienen die Maßnahmen der Patentansprüche 3 und 4 dazu, daß das
Schaltelement bei seiner Herstellung nicht vorverformt wird, wodurch eine hohe Schaltsicherheit
und Lebensdauer des erfindungsgemäßen Drucktastenschalters erzielbar ist.
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Durch die Maßnahme des Patentanspruchs 5, mehrere Kontaktstellen als
redundante Kontaktanordnung auszubilden, wird die Sicherheit bei der Kontaktgabe
noch weiter erhöht.
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Nachstehend werden zwei in der Zeichnung dargestellte Ausführungsbei
spiele der Erfindung beschrieben. Es zeigt Figur 1 ein erstes Ausführungsbeispiel
eines Drucktastenschalters nach der Erfindung in schaubildlicher, auseinandergezogener
Darstellung, Figur 2 die normale Stellung des Drucktastenschalters im Schnitt, Figur
3 die Arbeitsstellung des Drucktastenschalters im Schnitt,
Figur
4 ein zweites Ausführungsbeispiel eines Drucktastenschalters nach der Erfindung
mit einem einseitig eingespannten Schaltelement im Schnitt und Figur 5 eine graphische
Darstellung über den Kräfteverlauf beim Auslenkvorgang der Schnappfeder des erfindungsgemäßen
Drucktastenschalters.
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In den Figuren 1 bis 3 ist ein Schaltergehäuse 1 dargestellt, in dessem
Boden zwei feste Kontaktstifte 2 angeordnet sind. In dem Schaltergehäuse 1 ruht
eine Schnappfeder 3, die eine langgestreckte, um ihre Längsachse nach unten gebogene
Platte aus Federmaterial ist. Das Schaltergehäuse 1 ist mit zwei Ausschnitten 4
versehen. durch welche die Schnappfeder 3, die nur mit ihren beiden Querseiten in
den Ausschnitten 4 lose aufliegt, positioniert ist. Die Schnappfeder 3 weist in
ihrer Mitte eine Öffnung 5 auf, die sich in der normalen Stellung der Schnappfeder
3 oberhalb der festen Kontaktstifte 2 befindet.
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Ein Schaltelement 6, das als etne längliche. ebene, gestanzte Kontaktbrücke
aus Federmaterial ausgebildet ist, ist auf der Schnappfeder 3 derart lose angeordnet,
daß sich die Achsen der Schnappfeder 3 und des Schaltelementes 6 rechtwinklig kreuzen.
Zur seitlichen Führung des Schaltelementes 6 ist die Wandung des Schaltergehäuses
1 mit zwei Ausschnitten 7 versehen. Das Schaltelement 6 weist in seiner Mitte ebenfalls
eine längliche Öffnung 8 auf, die sich mit der Offnung 5 der Schnappfeder 3 kreuzt.
Beidseitig der Öffnung 8 des Schaltelementes 6 befinden sich auf dessen Unterseite
die Kontaktbereiche 9, die jeweils mit einem festen Kontaktstift 2 in leitende Berührung
bringbar sind.
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Oberhalb der Schnappfeder 3 und des Schaltelementes 6 ist in dem Schaltergehäuse
1 ein Druckstück 10 verschiebbar angeordnet.
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Zwischen dem Druckstück 10 und einer auf dem Schaltergehäuse 1 gleitbaren
Drucktaste 11 ist eine Speicherfeder 12 vorgesehen.
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Das Druckstück 10 weist auf seiner Unterseite zwei Drucknocken 13
und zwei Spannocken 14 auf. Die Drucknocken 13 erstrecken sich oberhalb der Öffnung
8 des Schaltelementes 6 und sind durch diese Öffnung 8 hindurch mit der Schnappfeder
3 zu ihrer Betätigung in Eingriff bringbar, wie die Pfeile 15 in Figur 1 verdeutlichen.
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Die Spannocken 14 befinden sich an den beiden Enden des Druckstückes
10 und spannen das sich in der normalen Stellung (Figur 2) auf der Schnappfeder
3 und in der Arbeitsstellung (Figur 3) auf den festen Kontaktstiften 2 abstützende
Schaltelement 6 an deren Enden 16.
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Zur Erlangung eines geringen Kontaktübergangswiderstandes können die
Kontaktbereiche 9 des Schaltelementes 6 z. B. durch eine streifenförmig aufgebrachte
Bandgalvanisierung mit einem gut leitenden Material oberflAchenveredelt, z. B. vernickelt
oder vergoldet, sein.
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Die Wirkungsweise des beschriebenen Drucktastenschalters nach den
Figuren 1 bis 3 ist folgende: In der normalen Stellung des Drucktastenschalters
(Figur 2) ruht das Schaltelement 6 auf der in den Ausschnitten 4 des Schaltergehäuses
1 liegenden Schnappfeder 3. Die Spannocken 14 üben auf die Enden 16 des Schaltelementes
6 eine Vorspannung aus. Durch Einleiten einer äußeren Kraft Über die Drucktaste
11 wird die Speicherfeder 12 zusammengedrückt. Dabei stützt sich die Speicherfeder
12 über das Druckstück 10 mit seinen Drucknocken 13 auf der Schnappfeder 3 ab. Eine
weitere Erhöhung der eingeleiteten und in der Speicherfeder 12 gespeicherten Kraft
bewirkt ein plötzliches Umschnappen der Schnappfeder 3 nach unten in eine Arbeitsstellung
(Figur 3). Dabei wird die Schnappfeder 3 so weit
nach unten bewegt,
daß die festen Kontaktstifte 2 durch die Öffnung 5 der Schnappfeder 3 ragen. Das
lose auf der Schnappfeder 3 liegende und durch die Spannocken 14 des Druckstückes
10 vorgespannte Schaltelement 6 folgt der plötzlichen Bewegung der Schnappfeder
3 aber nur so weit, bis sich die Kontaktbereiche 9 des Schaltelementes 6 auf den
festen Kontaktstiften 2 abstützen und mit diesen in leitende Berührung gebracht
sind. Die Spannnocken 14 haben dabei das Schaltelement 6 an seinen Enden 16 zur
Erzielung des Kontaktdruckes noch weiter gespannt. In dieser Arbeitsstellung wirkt
das Schaltelement 6 als Kontaktbrücke zwischen den festen Kontaktstiften 2 und stellt
zwischen diesen eine Kontaktverbindung her.
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In dem Kraft-Weg-Diagramm gemäß Figur 5 ist die angelegte Kraft F
als Funktion des Weges S bei dem Auslenkvorgang der Schnappfeder 3 veranschaulicht.
Die Kraft und der Weg steigen anfänglich in fast linearer Beziehung, wobei die Funktion
einen maximalen Scheitelwert an einem Punkt 17 erreicht. Von hier aus weist die
Kurve einen Bereich negativer Steigung auf, in welchem die Auslenkung mit abnehmender
Kraft ansteigt. Schließlich wird ein Minimalpunkt 18 erreicht, in welchem sich die
Beziehung umkehrt und die Auslenkung wiederum in Abhängigkeit von einer steigenden
Kraft zunimmt. Es wird also eine bestimmte maximale Kraft in der Speicherfeder 12
selbst gespeichert, um eine plötzliche Auslenkung der Schnappfeder 3 längs der negativen
Steigung der Kurve von dem Punkt 17 zu dem Punkt i8 zu bewirken, bei dem durch eine
minimale Kraft eine maximale Auslenkung erzielt wird.
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Der Weg S1 zwischen den Punkten 17 und 18 definiert demnach den selbsttätigen
Bewegungsbereich der Schnappfeder 3. Der Weg S2 zwischen den Punkten 19 und 20,
die zwischen den Punkten 17 und 18 längs der negativen Steigung der Kurve liegen,
definiert den Bereich der Kontaktgabe und KontaktOffnung des Schaltelementes 6.
Durch die erfindtingsgemäße Anordnung des Drucktastenschalters
ist
der Federweg der Schnappfeder 3 größer als der Schaltweg des Schaltelementes 6 ausgelegt.
Dies bewirkt, daß das Schließen und Offnen der Kontakte stets mit einer systembedingten,
gleichbleibenden Geschwindigkeit erfolgt und eine schleichende Kontaktgabe weder
beim Öffnen noch beim Schließen erfolgen kann. Bei ZurUcknahme der auf die Drucktaste
11 ausgeübten Kraft kehrt die elastische Schnappfeder 3 plötzlich in ihre obere
normale Stellung zurück. Dabei wird das Schaltelement 6 schlagartig von den festen
Kontaktstiften 2 abgerissen und zusammen mit der Speicherfeder 12 und der Drucktaste
11 in die normale Stellung zurückgeführt.
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In Figur 4 ist ein Drucktastenschalter gezeigt, bei dem das Schaltelement
2t eine längliche, ebene Platte aus Federmaterial ist, deren rechtes Ende 22 an
einem festen Kontaktstift 23 eingespannt und ständig mit diesem leitend verbunden
ist und deren mittlerer Bereich - wie bei dem zuerst beschriebenen Ausführungsbeispiel
-eine Öffnung aufweist, auf der Schnappfeder 3 lose angeordnet ist sowie einem festen
Kontaktstift 24 gegenüberliegt und mit diesem in leitende Berührung bringbar ist.
Oberhalb des Schaltelementes 21 ist ein Druckstück 25 angeordnet, das mit zwei Drucknocken
26 für die Schnappfeder 3, aber nur mit einem Spannocken 27 versehen ist, welcher
das Schaltelement 21 an seinem freien Ende 28 auf Vorspannung hält. Die Wirkungsweise
entspricht der zuvor beschriebenen Ausführungsform. Durch Niederdrücken der Drucktaste
11 wird die Speicherfeder 12 gespannt, bis die Schnappfeder 3 durch Einwirken der
Drucknocken 26 plötzlich nach unten umschnappt und der Kontaktstift 24 durch die
mittlere Öffnung der Schnappfeder 3 ragt. Das durch den Spannocken 27 gespannte
Schaltelement 21 wird daher mit dem Kontaktstift 24 in leitende Berührung gebracht
und stützt sich auf diesem mit einer bestimmten Kraft, die zugleich Kontaktkraft
ist, ab, In dieser Arbeitsstellung ist somit eine Kontaktverbindung zwischen den
Kontaktstiften 23 und 24 hergestellt.
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Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist der feste Kontaktstift
24 mit zwei Kontaktstellen für zwei Kontaktbereiche des Schaltelementes 21 als redundante
Kontaktanordnung versehen.
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Dadurch wird die Sicherheit bei der Kontaktgabe noch weiter erruht.
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Statt der beschriebenen Oberflächenveredelung der Kontaktbereiche
kann das Schaltelement 6 bzw. 21 wenigstens im Kontaktbereich mit einer anderen
leitfähigen Schicht, z. B. einem elektrisch leitenden Elastomer, beschichtet, z.
B. aufgeklebt oder aufgepreßt, sein. Auch kann zwischen dem Schaltelement 6 bzw.
21 und der Schnappfeder 3 eine elektrisch leitende Folie angeordnet sein, durch
die in der Arbeitsstellung die elektrische Kontaktverbindung zwischen den Kontaktstiften
2 bzw. dem Kontaktstift 24 und dem Schaltelement 21 herstellbar ist, Alle vorstehend
beschriebenen Drucktastenschalter zeichnen sich durch extrem kleine Prellzeiten
in beiden Schaltrichtungen (Öffnen und Schließen) und absolut sichere Signalgabe
auch unter Extrembedingungen aus und sind darüber hinaus mit einer taktilen Rückkopplung,
die dem Benutzer die Betätigung einer Drucktaste rückmeldet, ausgestattet. Da ferner
weitere Toleranzen bei der Fertigung des Drucktastenschalters erlaubt und die Schaltelemente
als ebene, nicht vorverformte Teile ausgebildet sind, wird eine besonders wirtschaftliche
Herstellung und eine lange Lebensdauer des erfindungsgemäßen Drucktastenschalters
erreicht.