DE3149222C2 - Tasterelement - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Tasterelement mit einem gesonderten, geschlossenen, becherförmigen Gehäuse (1), in dessen Boden (1a) die zu betätigende Kontaktanordnung (2) liegt. Das Gehäuse (1) wird nach oben membranförmig durch eine Betätigungsfläche (3e) mit einem diese umgebenden elastischen Kragen (3a) abgeschlossen. Der elastische Kragen (3a) dichtet die zu betätigende Kontaktanordnung (2a, 2b) gegenüber der Umgebung ab und erzeugt eine Rückstellkraft. Der Rand des elastischen Kragens (3a) weist eine umlaufende Dichtungslippe auf, die jedes Tasterelement gegen eine Frontplatte (4) oder gegen ein benachbartes Tasterelement abdichtet. Die Innenseite des Gehäuses (1) weist Führungsflächen (1c) auf, die ein zentrisches, mit der Betätigungsfläche (3e) verbundenes Basiselement (3c) umgeben.

Description

Z Tasterdemeni nach Awsjnnsda 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rarad des elastischen Kragens (3aJ eine umlaufende DkJitungsilippe (3b) aufweist, die jedes TastereSement gegen eine iFroniplatte (4) oder gegen ein benachbartes Tasterelement abdichtet

3.TastereIement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch M .gekennzeichnet-daß die Betätigungsfläche, der elastische Kragen (3a) und das Basiselement (3c;aus einem einteiligen Kunststoffelement bestehen.

4. Tasterelement nach einem der Ansprüche 1 bis

3, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungsflä- & ehe (3e) eine Ausnehmung {3d) mit umlaufenden ,Dichtungslippen zur Aufnahme einer Symboleinlage (4) und gegebenenfalls einer Abdeckscheibe (5) aufweist

5. Tasterelement nach einem der Ansprüche 1 bis

4, dadurch gekennzeichnet, daß an der Gehäuscinnenseite als Führungsflächen Führungsrippen (ic) angeordnet sind, und daß der Führungsteil ein fest mit dem Basiselement (3c) verbundener Führungsring (6) ist.

6. Tasterelement nach einem der Ansprüche 1 bis

5, dadurch gekennzeichnet, daß im Boden des Gehäuses (1) zwei in Abstand liegende Kontakte (2a, 2b) angeordnet sind und daß das Basiselement (3c) eine Kontaktplatte (7) trägt, die im gedrückten Zustand der Taste die beiden Kontakte überbrückt.

7. Tasterelement nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktplatte (7) ein auf das Basiselement (3c) aufvulkanisiertes Element aus leitendem Kunststoff ist.

8. Tasterelement nach einem der Ansprüche 1 bis

7, dadurch gekennzeichnet, daß der obere Rand des Gehäuses (i) einen ringförmigen Ansatz (ib) trägt, über den ein Teil des elastischen Kragens (3a) gestülpt ist.

9. Tasterelement nach einem der Ansprüche 1 bis

8, dadurch gekennzeichnet, daß der elastische Kragen (32^ so ausgeführt ist, daß das Tasterelement nach einem bestimmten Betätigungsweg eine Kra.'t-Weg-Kennlinie mit negativer Steigung aufweist. ⁶^ Die Erfindung !betrifft <em Tasierelemeni mil einer Betäügungsflache und einem die Beiäiigungsflädie umgebenden elastischen Kragen aus Kunststoff, der eine Rückstellkraft erzeugt und eine zu betätigende Kontaktanordnung gegenüber der L'mgetoimg abdiduei sowie mit FÄrungsfläcben zur Zentrierung cracs Betaiigungselements, wobei jedes TastereJemeni ein becherförmiges Gehäuse aufwäret, auf dessen Boden die zu .betätigende Kontaktanordnung liegt

So'ldhe Tasierelemente sind bereits bekannt ((DE-AS 23 09'045), wofeei dort das becherförmige Gehäuse aus einer Bodenplatte sowie einem Zylinder, der mit einer Membran abgeschlossen ist, besieht. Die Fühnwig eines iDruckelementes erfolgt dort außerhalbdesGehäuses

Bei äBB !bekannten Tasterelementen ist zumeist fer sämtliche Taster eines TasterWdes eimte Malle mn, elastischem !Kunststoff vorgesehen, in der für jedem Taster ißine Erhebung als ©etättgungsekiroeiw aiasgeükMimt ist. Die öherffiättoe dieser Br'bebiittg sidüi die Setatiguiigsiflacliye iür deji Taster dar. Jede ßetätigiings- Bädfoe äst sonnil von eäaitein .elastischem Kragen aus dem "Material der dastBefaen Kunststoff matte lumgeten, der r beim EindTßcken des Bieiängimgsekscmemts dnc Rück- i siePkrafl erzeugt. Jed^ Beiätäguiiigsdleniient ragt durch eine Bohrung einer Fronipüatte, in der das Betätigungselement zenlrisch geführt wird. Im Betätigungselement befindet sich ein Stößel der an seiner Unterseile eine Schicht aus aufvulkanisiertem elektrisch leitendem Kunststoff aufweist Die Matte aus elastischem Kunststoff ist auf eine Leiterplatte dicht aufgebracht. Auf dieser Leiterplatte liegt jedem Kontaktstößel ein Kontaktpaar gegenüber, das bei Betätigung der Taste überbrückt wird. Durch die Matte sind alle Kontakte gegenüber der Umgebung abgedichtet Außerdem wird dort das Tasterfeld stets aus einer einteiligen Kunststoffmatte sowie einer einteiligen Frontplatte hergestellt. Damit ist eine Variation des Tasterfeldes durch den Anwender nicht möglich. Bei Ausfall eines einzelnen Kontakts muß stets das gesamte Tasterfeld ausgewechselt werden, so daß die Reparatur kostspielig wird. Bei dem bekannten Tasterelement sind zwar die Kontakte gut abgedichtet, jedoch nicht der Raum zwischen Frontplatte und Leiterplatte. In diesem Zwischenraum kann beispielsweise bei Einsatz in Fertigungsbetrieben Schmutz eindringen. Dies ist insbesondere dann störend, wenn es sich dabei um quellfähigen Schmutz, wie z. B. Sägestaub handelt. Wegen dieser Verschmutzungsgefahr des Zwischenraums können in der Frontplatte zwischen den einzelnen Tastern keine Anzeigeelemente angeordnet werden. Dies würde auch deshalb auf Schwierigkeiten stoßen, weil zum Anschluß dieser Elemente die Kunststoffmatte durchstoßen werden müßte und somit deren Dichtheit nicht mehr sichergestellt wäre.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Tasterelement der eingangs genannten Art so aufzubauen, daß unter ausreichendem Schutz der Führungsflächen gegen Umwelteinflüsse ein Tasterfeld aus einzelnen Tastern beliebig kombinierbar und jedes Tasterelement einzeln auswechselbar ist. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß Boden und Mantel des Gehäuses als eine starre, für jedes Tasterelement gesonderte Einheit ausgebildet sind, daß der für jedes · Tasterelement gesondert vorhandene elastische Kragen ■ membranartig in der Ebene der Gehäuseoberkante liegt und mit dem Rand des Gehäuses dicht vorhanden ist und daß als Führungsflächen die Innenwandung des Gehäuses und die Kontur eines mit der Betätigungsflä-

ehe verbundenen Basiselements vorgesehen sind.

Dadurch läßt sich vorteilhafterweise ein Tasterfeld rrodular aufbauen, d. b. aus den einzelnen Tasieretementen beliebig kombinieren, wobei jedes Tasterelement beispielsweise zu Reparaturzwecken einzeln ausgelauscht werden kann. Da die Kontaktanordnung in einem geschlossenen Gehäuse liegt, das mit dem elastischen Kragen gut abgedichtet ist. ist diese zuverlässig gegen Feuchtigkeit und Verschmutzung geschützt.

Zweckmäßig ist es auch, wenn der Rand des elastischen Kragens eine umlaufende Dichtungslippe aufweist, die jedes Tasterelement gegen eine Frontplatte oder ein benachbartes Tasterelement abdichtet. Damit ist zusätzlich auch der Raum unter der η Frontplatte durch die Dichtungslippen des elastischen Kragens gegenüber der Umgebung abgedichtet. In die Fronlplatte eingebaute Zusalzelemente, z. B. Anzeige- ^eleme.ite, bind daher ebenfalls gegen Verschmutzung geschützt. Ebenso ist eine die Tasterelementr aufneh-"mende Leiterplatte geschützt, die daher auf der .Tasterseite noch eine Bestückung aufweisen kann. Zum •unmittelbaren Aneinanderfügen der Tasterelemente ist es zweckmäßig, wenn diese rechteckig ausgebildet sind. _n Vorteilhafterweise bestehen die Betätigungsfläche, der elastische Kragen und das Basiselement aus einem einteiligen Kunststoffelement. Damit wird die Fertigung des Tasterelements besonders kostengünstig. Vorteile ergeben sich auch dadurch, daß die Betätigungsfläche eine Ausnehmung mit umlaufender Dichtungslippe zur Aufnahme einer Symboleinlage und gegebenenfalls einer Abdeckscheibe aufweist. Dabei wird die Symboleinlage abgedichtet und somit vor Verschmutzung geschützt.

An der Gehäuseinnenseite sind zweckmäßigerweise als Führungsflächen Führungsrippen angeordnet, und der Führungsteil ist ein fest mit dem Basiselement verbundener Führungsring. Der Führungsring besteht aus einem härteten Kunststoff als das Basiselement. Diese Anordnung gewährleistet eine sichere, weitgehend abnutzungsfreie Führung des Tasters. In einer besonders einfachen Ausführungsform für die Kontaktanordnung sind im Boden des Gehäuses zwei in Abstand liegende Kontakte angeordnet und das Basiselement trägt eine K.ontaktplatte.die im gedrückten Zustand der Taste die beiden Kontakte überbrückt. Zur Erzielung einer weitgehend prellfreien Kontaktierung ist die Kontaktplatte ein auf das Basiselement aufvulkanisiertes Element aus leitendem Kunststoff.

Wenn der obere Rand des Gehäuses einen ringförmi- 3« gen Ansatz trägt, über den ein Teil des elastischen Kragens gestülpt ist, wird eine gute Abdichtung zwischen dem elastischen Kragen und dem Gehäuse erreicht.

Eine sensorische Rückmeldung bei der Betätigung durch einen Druckpunkt wird erzielt, wenn der elastische Kragen so ausgeführt ist, daß das Tasterelement nach einem bestimmten Betätigungsweg eine Kraft-Weg-Kennlinie mit negativer Steigung aufweist.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der F i g. I und 2 näher erläutert.

F i g. 1 zeigt einen Querschnitt durch ein Tasterfeld, in dem zwei Tasterelemente eingebaut sind, Fig.2 zeigt eine Draufsicht auf ein einzelnes Tasterelement in Schnittdarstellung. Jedes Tasterelement besteht aus &5 einem becherförmigen, im Ausführungsbeispiel quadratischen Gehäuse 1, das an seinem oberen Rand einen ringförmigen Ansatz Xb aufweist. Ddas Gehäuse 1 wird zweckmäßigerweise aus K-imtMoff¹ hergestellt Über den Rand Ib des Gehäuses 1 ist ein Teil eines elastischen Kragens 3.7 gestülpt. Der etastfedie Kragen greift von unten in eine Nut Ie des ringförmigen Ansatzes, so daß eine sichere Befestigung und Abdichtung des elastischen Kragens 3a gegeben isL Der elastische Kragen 3a umgibt ringförmig ein Basiselercient 3c utm± ist zusammen mit diesem als einteiliges tCunststoiretement 3 ausgebildet. Mit diesem Kunststoffelement 3 wird das Gehäuse 1 dicht abgeschlossen. Auf der Oberseite des Basiselements 3c liegt eine Symboteinlage 4 auf. die wiederum von einer Abdeckscheibe 5 abgedeckt ist. Zur Befestigung und Abdichtung der Symboleinlage 4 und der Abdeckscheibe 5 ist an der Verbindungssteife von Kragen 3a und Basiselement 3c eine umlaufende V-förmige Nut vorhanden. Die Kanten der Abdeckscheibe 5 sind an die Form dieser Nut angepaßt, so daß die Symboleinlage 4 abgedichtet zwischen Basiselement 3c und Abdeckscheibe 5 liegt. Die Symboleinlage 4 ist damit zuverlässig gegen Verschmutzung geschützt.

Auf der Unterseite des Basiselements 3c ist eine Schicht 7 aus leitendem Kunststoff, beispielsweise einem leitenden Elastomer als Konlaktplatie aufvulkanisiert Der Kontaktplatte 7 liegen zwei Kontakte 2a, 2b gegenüber, die im Boden des becherförmigen Gehäuses 1 angeordnet sind.

Das Basiselement 3c ist konzentriscn von einem Führungsring 6 umgeben, der beispielsweise auf das Basiselement 3c aufgepreßt und mit diesen formschlüssig verbunen ist. Dieser Führungsring 6 besteht aus einem härteren Kunststoff als das Basiselement 3c. Er ist von vier Führungsrippen Ic umgeben, die an der Innenseite des becherförmigen Gehäuses 1 angeformt sind und besonders deutlich in F ί g. 2 zu sehen sind.

Wenn das beschriebene Tasterelement gedruckt wird, so gibt der Kragen 3a elastisch nach und der Führungsring 6 gleitet entlang den Führungsrippen Ic, so daß ein Kippen des Basiselements 3c ausgeschlossen wird. Durch die Betätigung des Tasterelements werden die beiden Kontakte 2a und 2b durch die Kontaktplatte 7 üDerbrückt. so daß eine elektrische Verbindung hergestellt wird. Da die Kontaktplatte 7 aus verhältnismäßig weichem Kunststoff besteht, wird eine prellarme Kontaktgabe erreicht. Durch die elastische Verformung des Kragens 3a wird eine Rückstellkraft erzeugt, die das Tasterelement nach Verschwinden der Betätigungskraft in die Ausgangslage zurückbringt. Der elastische Kragen 3a hat also eine Doppelfunktion. Er dichtet nämlich einmal das Gehäuse 1 mit der darin enthaltenen Kontaktanordnung ab und liefert zum zweiten die Rückstellkraft für das Tasterelcment.

In vielen Fällen wird es zweckmäßig sein, durch eine Betätigungscharakteristik mit Druckpunkt eine sensorische Rückmeldung zu erzielen. Dies kann man auf einfache Weise erreichen, wenn man wie in Fi g. 1 den Kragen 3a pyramidenförmig nach innen erhöht anordnet und mit einer Vorspannung versieht. In diesem Fall nimmt die Rückstellkraft des elastischen Kragens 3a nach einem bestimmten Betätigungsweg, nämlich bei Erreichen des Druckpunkts, ab. Dadurch wird eine gute sensorische Rückmeldung für die Betätigung erreicht. Alte^rnativ könnte man zur sensorischen Rückmeldung einen harten Kontaktanschlag vorsehen. Da die weiche Kontaktplalte 7 bei Aufliegen auf den Kontakten 2a und 2b sehr nachgiebig ist, önnte man in diesem Fall den Führungsring 6 so weit zum Boden des Gehäuses 1 hin verlängern, daß er am Boden des Gehäuses 1 einen harten Anschlag gibt, wenn die Kontaktgabe erreicht ist.

Ein Tasterelement der beschriebenen Art wird zweckmäßigerweise direkt auf einer Leiterplatte 6 montiert Die Kontaktstifte 2a und 2b rager) nachcnten aus dem Gehäuse 1 heraus und wenden durch Bohrungen in der Leiterplatte 6 geführt und mit dieser verlötet. Urn eine genaue Fixierung jedes Tasterelements auf der Leiterplatte 6 zu erleichtern, sind an der Unterseite des Gehäuses 1 Zentrierzapfen id aus Kunststoff angeformt. Dieser Kunststoff muß gegen die Temperatur des flüssigen Lötzinns beständig sein. Die Zentrierzapfen id werden durch entsprechende Bohrungen der Leiterplatte 6 geführt und weisen Rippen 1/ auf, mit denen ein Festklemmen des Tasterelements auf der Leiterplatte erreicht wird. Dadurch kann auf eine zusätzliche Fixierung während des Lötvorgangs verzichtet werden. Durch eine Bohrungia der Leiterplatte 6 kann das Tasterelement zur Demontage imit einem Stift herausgedrückt werden, nachdem die Lötverbindungen flüssig gemacht wurden. Um zu verhindern, daß durch die Bobrungen der Leiterplatte Lötzinn auf die Oberseite der Leiterplatte dringt, weist das Gehäuse 1 zwei ringförmige Dichtungskanten \g bzw. \h auf, mit denen das Gehäuse 1 auf der Leiterplatte 6 auifliegL Die dargestellte Befestigung ist für die automatische Bestückung gut geeignet und so stabil, daß sich gesonderte Montagehilfsmrttel erübrigen. Bei im Hände! erhältlichen Tastern waren vielfach gesonderte Montageplatten zur Abstützung der Tasterelernente erforderlich.

Die Oberseite des Tasterelements ragt durch eine Ausnehmung einer -Frontplatte 4, die jedoch keine Stützfunktion für das Tasterelement aufweist. Um das Tastereiemeni auch gegenüber der Frontplatte 4 abzudichten, d. h. um eine Abdichtung des Raums zwischen Frontplatte 4 und Leiterplatte 6 zu erreichen, weist der elastische Kragen zwei umlaufende Dichtungslippen 3b mit einer dazwischenliegenden Nut auf. Die beiden Dichtiingslippen 36 liegen an der Kante der

Ausnehmung in der Fronlp'kittc 4 dicht an, Damit wird eine doppelte Abdichtung zur Frontplatte 4 erzielt.

Tasterelemente der beschriebenen Art, die eine selbständige Einheil bilden, können beliebig zu Tasterfeldern kombinier.! werden. Dabei bleibt die Dichtheit des Zwischenraums zwischen Frontplatte 4 und Leiterplatte 6 erhalten, da die Dichtungslippen 3b zweier benachbarter Tasterelemente jeweils aneinanderstoßen. iDa die Dichlungslippen 3Z) alle auf derselben Höhe liegen, ergibt sich ein optisch ansprechendes Erscheinungsbilddes Tasterfeldes.

Da, wie beschrieben, der Raum zwischen Frontplatte 4 und Leiterplatte 6 abgedichtet ist, kann dieser zur Aufnahme von zusätzlichen Bauelementen benutzt werden.Dabei kommen insbesondere Anzeigeelemente, z. B. eine in Fig. 1 dargestellte Leuchtdiode 7 in Frage. Die Anschlüsse der Leuchtdiode 7 liegen geschützt im abgedichteten Bereich zwischen Frontplatte 4 und Leite rplal.le'6.

Zusammenfassend ist also festzustellen, daß mit dem beschriebenen Tasterelement ein einfacher modularer Aufbau von Tasterfeldern mit Auswechselbarkeit einzelner Tasterelemente gegeben ist Das Taslerelement äst für den rauhen Betrieb beispielsweise in Fertigungsanlagen gut geeigneL Es ist mechanisch sehr stabil, da alle beanspruchten Teile aus elastischem, d. h. nachgiebigen Kunststoff bestehen. Das Tasterelement selbst entspricht hohen Dichügkeitsanforderungen, wobei die Schutzart IP 66 nach DJN 40050 ohne weiteres erreicht wird.

Zusätzlich ist auch der Raum zwischen Frontplatte 4 und Leiterplatte 6 gut abgedichtet Die Dichtigkeitsanforderungen sind hier aber geringer, da in diesem Raum keine Kontakte bzw. mechanische Führungen liegen, in diesem Raum wird die Schutzart IP 56 erreicht Die Symboleinlage 4 ist gut gegen Verschmutzung geschützt, da sie mit der Abdeckscheibe 5 ebenfalls abgedichtet eingebaut ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentansprüche:

   Π. Tasterelemem rait einer BetiUigucigsPlaabe and jsinem die Bet&tigungsflache umgebenden clasti-■Bdhen Kinagen aus ICunststoff.der eine !Rückstellkraft »eraeugt und eine zu betätigende K'Ontaktanondniaiiig !gegenüber der !Umgebung abdichtet sowie mil ipühraiingäflachen iiur Zentrierung eines Betätigungselement«, wobei jjßiiles Tasterelemen* ein bedber.fx»r- iu iroiges {(iuhäuse acifweisl, auf dessen !Boden die zu !betätigende !Kontalkitanordnung liegii, dadurch (gielkiemmZfidcihmieit., daß Boden '(iji!) und Mantel des GeMunes ((ty als eine starre, für jedes T,zstefiä\amem gesonderte Einheit ausgebildet sind, > daß der lEtir jedes Tastenelemenl gesandert wsrteuniriLsrae dtastisdbe Kragen '(3a* merabranartiig üan der Ebeme der GeteHseöbenltante lliegi imä amto denn Rand des Geteases {Vj) «ffiriht weribaudeia ist tow! daß als FafcjMtgsMcheB die toemMssBciiMg des GsMai- ^o -»es Ϊ1) mund 'die Kontur dues ei t 'der BelMguimgsfIa^r_cfoePeJ)veAD]iMieiiBeiia Basisetearaean]ts(3irjl vorgesehen