DE3123438C2

DE3123438C2 - Schaltanordnung

Info

Publication number: DE3123438C2
Application number: DE19813123438
Authority: DE
Inventors: Horst 8011 Höhenkirchen Hoffmann
Original assignee: WILHELM RUF KG 8000 MUENCHEN DE
Current assignee: WILHELM RUF KG 8000 MUENCHEN DE
Priority date: 1981-06-12
Filing date: 1981-06-12
Publication date: 1985-02-07
Also published as: DE3123438A1; EP0068133B1; EP0068133A3; EP0068133A2

Abstract

Eine Schaltanordnung zum Schließen elektrischer Kontake besitzt als Schaltelement ein elektrisch leitendes, elastisch verformbares Kugelelement (3) aus Silikonkautschuk. Das Kugelelement kann beispielsweise zwischen zwei beabstandeten, zu überbrückenden Kontakten (4Δ, 4ΔΔ) angeordnet sein, es wird von einer Taste (5) zusammengedrückt, so daß es sich seitlich ausbreitet und dadurch die zu überbrückenden Kontakte (4Δ, 4ΔΔ) elektrisch miteinander verbindet. Verwendungsmöglichkeiten sind Einzeltaster sowie Tastenfelder. Bei der Verwendung der Kugelelemente in Tastenfeldern ist eine äußerst einfache Anbringung der als Kugelelemente ausgebildeten Schaltelemente möglich. Die Kugelelemente werden beispielsweise in Aufnahmekammern aufgenommen, welche in einer elastisch verformbaren Zwischenschicht zwischen Kontaktelementfolien ausgebildet sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltanordnung zum Schließen elektrischer Kontakte zwischen mindestens einer ersten Schaltkontaktfläche und mindestens einer zweiten Schaltkontaktfläche, mit einem elastisch verformbaren, wenigstens teilweise elektrisch leitenden Schaltelement mit kreisförmigem Querschnitt.

Solche Schaltanordnungen sind bereits bekannt (US-PS 40 34 177); dort ist in einem Gehäuse ein Stempel verschieblich gelagert, dessen in das Gehäuseinnere hineinragendes Ende mit einer Schraubenfeder zusammenwirkt, deren Achse senkrecht zur Achse des Stempels angeordnet ist. Die Feder ist unter der Wirkung des Stempels im Gehäuse verschieblich gelagert, und zwar von einer oberen Ruhestellung in eine untere Kontaktstellung, in der die Feder zwei gegenüberliegende Kontaktflächen überbrückt. Eine mit dem Stempel zusammenwirkende Rückstellfeder bewirkt, daß die Federanordnung wieder selbsttätig in ihre Ruhestellung zurückkehrt. Die bekannte Schaltanordnung ist relativ kompliziert im Aufbau und umständlich in der Montage.

Bei der Herstellung von Schaltanordnungen der genannten Art ist es wichtig, möglichst viele Verarbeitungsschritte automatisieren zu können, damit die Stückpreise pro Schaltanordnung niedrig gehalten werden können. Vielfach wurden als Schaltelemente in Schaltanordnungen metallische Kontaktfedern verwendet; diese lassen sich jedoch nur mit beträchtlichem Zeitaufwand montieren. Hinzu kommt daß diese metallischen Kontaktfedern nur eine begrenzte Lebensdauer

ίο haben; von einer Schaltanordnung wird jedoch erwartet, daß sic über lange Zeit zuverlässig arbeitet. Fällt beispielsweise in einem Tastenfeld eines Rechners oder dergleichen nur ein einziges Schaltelement aus, so ist das gesamte Gerät unbrauchbar. Es ist weiterhin be-

kannt, beispielsweise für Tastenfelder sogenannte Silikonkautschukmatten zu verwenden, die an bestimmten Stellen Schaltelemente aufweisen, welche bei Durchbiegung der Matte an einer bestimmten Stelle bestimmte Kontakte elektrisch miteinander verbinden.

Bekannt sind auch bereits Schaltanordnungen mit kugelförmigen, elektrisch leitfähigen Schaltelementen aus Stahl, wobei der gewünschte elektrische Kontakt dort durch Bewegen einer Schaltkontaktfläche zur Schaltkugel hin bewirkt wird (DE-PS 22 35 860).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltanordnung der eingangs genannten Gattung so weiterzubilden, daß sich sowohl ihre Herstellung als auch ihr Aufbau vereinfacht. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Schaltelement aus-

gebildet ist, welches im nicht deformierten Zustand mit höchstens den ersten oder den zweiten Schaltkontaktflüchen in elektrischen Kontakt kommen kann, und daß der elektrische Kontakt durch Deformation des Kugelelements herstellbar ist, wobei das deformierte Kugelelement sowohl mit der ersten als auch mit der zweiten Schaltkontaktfläche in elektrischen Kontakt kommt.

Dadurch werden vorteilhafterweise übliche Teile, wie Schraubenfeder, Rückstellfeder und Betätigungsarm durch ein einziges elastisch verformbares Kugelelemeni ersetzt, was den Aufbau der Schaltanordnung erheblich vereinfacht. Die Montage der beschriebenen Schaltanordnung gestaltet sich äußerst einfach, da die Orientierung des Schaltelements innerhalb der Schaltanordnung aufgrund seiner Kugelform vollkommen gleichgültig ist und das kugelförmige Schaltelement somit lediglich in die hierfür vorgesehene Öffnung hineingelegt zu werden braucht. Der Vorteil der einfachen Montage wirkt sich insbesondere auch im Falle von aus einer Vielzahl von Schaltern zusammengesetzten Tastenfeldern positiv aus, wobei eine Anzahl von Schaltkugeln lediglich so lange über das Tastenfeld geführt, beispielsweise gerüttelt zu werden braucht, bis sich im Bereich eines jeden Schalters eine Schaltkugel befindet.
Gemäß einer Ausgestaltung der beschriebenen Schaltanordnung ist vorgesehen, daß auf einem ebenen Substrat beabstandel voneinander Kontaktflächen angeordnet sind, zwischen denen das Kugelelement angeordnet ist. Das Substrat mit den Kontaktflächen läßt sich auf einfache Weise in großen Stückzahlen hcrstellcn. Wird das Kugelelement in zur Substratebene senkrechter Richtung einer Kraft ausgesetzt, so verformt es sich derart, daß es die beiden zu überbrückenden Kontakte elektrisch verbindet.

Im folgenden werden Auslühriingsbeispielcder Erfin-

t>5 dung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. la und b einen Ein/.cltastcr in Ruhestellung bzw. in betätigter Stellung, und

Fig. 2a und b eine Querschnittansicht einer Tasten-

3

stelle eines Tastenfeldes in Ruhestellung bzw. in betätig- des Isolierblocks 1 gebildet Es kann allerdings auch eine ter Stellung- kleine Mulde in dem Isolierblock t vorgesehen sein, und

Fig. 1 zeigt einen einfachen Taster. Er besteht aus zwar in der Mitte des lsolierblocks 1, um ein möglichst einem Isolierblock 1, der auf seiner Oberseite eine gleichzeitiges Berühren der Kugel 3 mit den Lötfahnen Schaltelementaufnahme 2 bildet Die Schaltelementauf- 5 4' und 4" zu gewährleisten.

nähme wird im einfachsten Fall dadurch gebildet, daß Entsprechend der oben angegebenen Modifikation

die Oberseite des lsolierblocks 1 eben ist Auf der karn bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig.2 eine Schaltelementaufnahme 2 ruht eint elektrisch leitende Mulde zwischen den Kontakten 14' und 14" vorgesehen Kugel 3 aus Silikonkautschuk. Der zur Aufnahme der sein, so daß die Kontakthalter 12' und 12" überflüssig Kugel 3 dienende Raum wird seitlich von zwei verlän- ig sind. Wichtig ist, daß die Kugel 13 im Ruhezustand keigerten Lötfahnen 4' und 4" begrenzt, vorne und hinten nen, oder allenfalls nur einen Kontakt !4' oder f4" bebezüglich der Kugel 3 kann der Isolierblock 1 mit Ansät- rührt

zen versehen sein, damit die Kugel an Ort und Stelle Bei allen beiden Ausführungsbsispielen ist die webleibt. Alternativ hierzu ist es lediglich notwendig, daß sentliche Bedingung, daß jeweils die Kugel nur einen der Abstand der Seitenkontakte 4' und 4" größer als 15 Kontakt berührt Dies ist selbst bei Vibration der An-Kugeldurchmesserist Ordnung erfüllt, wenn die Dimensionierung von Kon-

Oberhalb der Spitzen der Lötfahnen 4' und 4" ist eine taktabstand und Kugeldurchmesser so gewählt werden. Führung 6 vorgesehen, die einstückiger Bestandteil des daß im undeformierten Zustand der Kugel niemals beiGehäuses des Einzeltasters sein kann. Führung 6 nimmt de Kontakte berührt werden. Hierdurch sind Fehlschaleine Taste 5 auf, die auf der Kugel 3 ru^t Die Taste 5 20 tungen durch Vibration, wie sie z. B. bei Waschmaschiwird von der Führung 6 unverlierbar gehalten. Die Ku- nen mit Schleuderprogramm auftreten können, ausgegel 3 dient als Schaltelement und hat die Aufgabe, bei schlossen.

Betätigung der Taste 5 die Lötfahnen 4' und 4" elek-

trisch miteinander zu verbinden. Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

F i g. 1 (b) zeigt den Zustand, in dem auf die Taste 5 25

beispielsweise durch Fingerdruck eine Kraft Fausgeübt wird. Die elastisch verformbare Kugel 3 wird durch den Tastendruck elastisch verformt, so daß sie sich seitlich ausweitet und mit Teilen ihres Außenumfangs die Lötfahnen an zwei Kontaktstellen k\ und Jt₂ berührt.

Durch die Elastizitätseigenschaften der Kugel 3 ist gewährleistet, daß die Taste 5 wieder in ihre Ausgangsstellung (vgl. F i g. 1 a) zurückkehrt, ohne daß hierzu eine spezielle Feder erforderlich ist

Anhand des oben geschilderten Ausführungsbeispiels ersieht man, daß der Kontaktdruck an den Kontaktstellen k\ und At2 um so größer ist, desto stärker die Kraft F ist, mit der die Taste nach unten bewegt wird. Mit großem Tastendruck F wird also auch der an den Kontaktstellen herrschende elektrische Widerstand gering.

F i g. 2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der beschriebenen Schaltanordnung und zwar ist hier eine Kontaktstelle, d. h. eine Schaltanordnung von mehreren Schaltanordnungen eines Tastenfeldes dargestellt

Auf einem Substrat 11 sind Kontaktlager 12' und 12" mit darauf befindlichen Kontakten 14' bzw. 14" ausgebildet, welche normalerweise integriert als Leilerplattenstruktur ausgebildet sind. In Fig.2a erkennt man, das die Kontaktlager und die Kontakte derart an den Durchmesser der Kugel 13 angepaßt sind, daß die Kugel im Ruhezustand zwischen den Kontaktlagcrn 12' und 12" ruht, ohne daß sie die Kontakte 14' und 14" berührt. Alternativ hierzu ist die Dimensionierung so zu wählen, daß 14' und 14" nicht gleichzeitig ohne Druckanwendung kontaktiert werden.

Wird von oben auf die Kugel 13 eine Kraft Fausgeübt, so verformt sich die Kugel derart, daß sie beide Kontakte 14' und 14" berührt und die Kontakte somit elektrisch miteinander verbindet (vgl. Fig.2b). Auch hier wird wieder deutlich, daß der Kontaktwiderstand umso geringer wird, desto größer die von oben auf die Kugel 13 einwirkende Kraft Fist

Die Kugeln in sämtlichen Ausführungsbeispielen bestehen aus elektrisch leitendem Silikonkautschuk. Dieses Material weist gute Elastizitätseigenschaften auf, ist relativ billig und einfach zu verarbeiten.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. I wird die Schaltelementaufnahme durch die ebene Oberfläche 2

Claims

Patentansprüche:

1. Schaltanordnung zum Schließen elektrischer Kontakte zwischen mindestens einer ersten Schal tkcntaktfläche und mindestens einer zweiten Schaltkontaktfläche, mit einem elastisch verformbaren, wenigstens teilweise elektrisch leitenden Schaltelement mit kreisförmigem Querschnitt, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltelement als Kugelelement (3, 13) ausgebildet ist, welches im nicht-deformierten Zustand mit höchstens den ersten oder den zweiten Schaltkontaktflächen (4' bzw. 4", 14' bzw. 14") in elektrischen Kontakt kommen kann, und daß der elektrische Kontakt durch Deformation des Kugelelements herstellbar ist, wobei das deformierte Kugelelement sowohl mit der ersten als auch mit der zweiten Schaltkontaktfläche in elektrischen Kontakt kommt

2. Schaltanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kugelelement (3) in einem Schaltelementaufnahmeraum (1, 2) zwischen zwei Schaltkontaktflächen (4', 4") die zumindest teilweise die Seitenwände des Schaltelementaufnahmeraumes bilden, angeordnet ist, wobei der gegenseitige Abstand der Schaltkontaktflächen größer ist als der Durchmesser des Kugelelements (3).

3. Schaltanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein parallel zu den Schaltkontaktflächen (4', 4") betätigbares Betätigungselement (5) zum Deformieren des Kugelelements (3) vorgesehen ist.

4. Schaltanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf einem ebenen Substrat (11) beabstandet voneinander Kontaktflächen (14', 14") angeordnet sind, zwischen denen das Kugelelement (13) angeordnet ist.

5. Schaltanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Kugelelement (3, 13) aus Silikonkautschuk besteht.

6. Schaltanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Kugelelement (3,13) als elektrisch leitender Vollkörper ausgebildet ist.