DE3226350A1 - Tastenschalter - Google Patents

Description

• Tastenschalter
• Die Erfindung bezieht sich auf einen elektrischen Tastenschalter mit einem zwischen zwei Schaltstellungen durchschnappbaren Schaltstück und einem piezokeramischen Schaltelement, dessen elektrische Werte sich unter Krafteinwirkung ändern.
• Ein derartiger Tastenschalter ist z.B. durch die DE-OS 14 37 455 bekannt geworden. Danach ist das Schaltelement blockartig ausgebildet und wird beim Betätigen der Taste auf Druck beansprucht. Derartige Schalter geben Signale von relativ geringer Spitzenspannung ab,mit denen Operationsverstärker der Transistortechnik angesteuert werden. Die Operationsverstärker sind meist in den Tasten eingebaut und benötigen dann eine ständige Stromversorgung.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Schalter zu schaffen, dessen piezokeramisches Schaltelement relativ hohe Signalspannungen abgibt, ohne daß dazu ein hoher Betä.tigungsdruck aufgewandt werden muß.
• Diese Aufgabe wird durch die Erfindung gemäß Anspruch 1 gelöst. Durch das Verbiegen des Schaltstückes enstehen in diesem hohe Druck- und Zugspannungen, die hochgespannte Signale ermöglichen. Dadurch kann auf die Verwendung von Operationsverstärkern verzichtet werden.Es lassen sich Signale erzeugen, deren Spitzenspannungen über 40 V erreichen. Damit können Schaltelemente in CMOS-Technik unmittelbar angesteuert werden.
• Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Ansprüchen 2 bis 6 gekennzeichnet: Durch die Weiterbildung nach Anspruch 2 ist es möglich, unter Einwirkung einer Kraft eine große Durchbiegung des plättchenförmigen Schaltelementes zu erreichen. Dabei ist es gleichgültig, ob die Deformationsrichtung durch eine von außen wirkende Kraft oder durch eine innere Kraft, z. B. beim Zurückfedern entsteht. Die Abstützung des Schaltstückes an beiden Enden ermöglicht einen einfachen Aufbau des Tastenschalters.
• Durch die Weiterbildung nach Anspruch 3 wird erreicht, daß das Schaltelement infolge von Temperaturschwankungen nicht verbogen wird.
• Die Weiterbildung nach Anspruch 4 ermöglicht ein freies Durchschnappen des Schaltstückes. Beim Eindrücken des Betätigungsorganes drückt dieses zunächst auf das Schaltstück und auf das Gegenstück. Dieses wird weggedrückt, so daß das Schaltstück beim Übertreten der Mittelstellung frei durchschnappen kann. Dies bedeutet, daß dann der Vorgang von außen nicht mehr beeinflußt werden kann. Das Gegenstück ist mit einer Freimachung zum Durchtritt des Schaltstückes versehen, so daß dieses unmittelbar auf das piezokeramische Schaltelement aufschlagen kann.Durch die plötzliche Deformation des Schaltelementes werden sehr hohe Spannungsspitzen erzeugt. Das Gegenstück wirkt beim Loslassen des Betätigungsorganes als Rückstellfeder, die das Schaltstück mit dem Betätigungsorgan bis über die Mittellage zurückdrückt, worauf dieses in die Ausgangslage zurückschnappt. Die Knickspannung für das Schaltstück kann z.B. durch eine weitere in Längsrichtung auf das Schaltstück einwirkende Blattfeder aufgebracht werden.
• Es ist aber auch möglich, das Schaltstück in Längsrichtung in sich federnd auszubilden, so daß auf die zusätz- liche Blattfeder verzichtet werden kann.
• Die Weiterbildung nach Anspruch 5 ermöglicht einen sehr einfach aufgebauten Schalter, bei dem das Betätigungsorgan auf die Biegefeder einwirkt und diese im Knickbereich abflacht. Dadurch verringert sich die Biegesteifigkeit der Feder sprungartig auf einen sehr viel geringeren Wert. Es kommt dann zu einem plötzlichen starken Abfall der Betätigungskraft. Aufgrund der Trägheit des Bedienungssystems entsteht ein Schnappeffekt, der eine schnelle und starke Durchbiegung des piezokeramischen Schaltelementes ermöglicht.
• Die Federkonstante und das Druckmaximum des Schaltstükkes weisen je nach Einbaulage und Abstützung unterschiedlich Werte auf. Läßt man das Schaltstück an beiden Seitenkanten aufliegen, so ist es weicher als wenn es um seine Längsachse gewendet aufliegt. Außerdem ist es möglich, die Federn an Schneiden abzustützen, die an der konkaven Seite etwa in der Mitte des Federquerschnittes angreifen.
• Die Federsteifigkeit weist dann einen mittleren Wert auf.
• Dadurch kann die Taste den ergonomischen Bedingungen sowie den elektrischen Erfordernissen ohne Schwierigkeiten angepaßt werden.
• Durch die Weiterbildung nach Anspruch 6 kann bei einem im Querschnitt quadratischen Tastengehäuse die Biegefeder in einfacher Weise um 90° versetzt eingebaut werden.
• Im folgenden wird die Erfindung anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.
• Es zeigen: Fig. 1 schematisiert eine perspektivische Darstellung eines Teils eines Tastenschalters, die Fig. 2 und 3 einen Längsschnitt durch den Tastenschalter nach Fig. 1 in zwei verschiedenenen Schaltstellungen Fig. 4 einen Teil eines anderen Tastenschalters in perspektivischer Darstellung.
• Nach den Fig. 1 bis 3 stützt sich ein als Blattfeder ausgebildetes Schaltstück 1 mit beiden Enden in Ausnehmungen der Seitenwände eines Schaltergehäuseteiles 2 ab.Das Schaltstück 1 ist im Mittelteil doppelt gekröpft ausgebildet, so daß es in Längsrichtung vorgespannt ist und sich entweder nach oben oder unten auswölbt. An dem Schaltstück 1 ist im mittleren Bereich ein stöBelartiges Betätigungselement 3 angesetzt, das in der Pfeilrichtung verschiebbar ist. Unterhalb des Schaltstückes 1 befindet sich ein ebenfalls als Blattfeder ausgebildetes Gegenstück 4, das ebenfalls in der Pfeilrichtung ausgelenkt werden kann. Das Betätigungsorgan 3 weist seitlich des Schaltstückes 1 dieses überragende Nasen 5 auf. Das Gegenstück 4 ist breiter als das Schaltstück 1. Beim Herabdrücken des Betätigungsorganes 3 aus der Stellung nach Fig. 1 und 2 wird zunächst das Schaltstück nach unten gebogen. Bevor es die Mittellage überschreitet, erreichen die Nasen 5 das Gegenstück 4 und drücken dieses nach unten weg. Nach Überschreiten der Mittellage schnappt das Schaltstück 1 frei durch und wölbt sich nach unten aus, ohne daß dieser Vorgang von außen her noch beeinflußt werden kann. Diese Stellung ist in Fig. 2 gezeigt. Beim Loslassen des Betätigungsorganes 3 drückt das Gegenstück 4 das Schaltstück 1 über seine Mittellage hinweg, so daß es entsprechend der Pfeilrichtung in die Ausgangslage zurückschnappt.
• Auf der dem Schaltstück 1 abgewandten Seite des Gegenstückes 4 ist ein plättchenförmiges piezokeramisches Schaltelement 6, 7 angeordnet. Dieses weist etwa die Breite des Schaltstückes 1 auf und erstreckt sich parallel zu diesem. Das Gegenstück 4 ist mit einer entsprechend breiten Freimachung versehen, die den Durchtritt des Schaltelementes 6, 7,bzw. des Schaltstückes 1 erlaubt. Unterhalb des Schalterementes 6, 7 ist im Bereich des Betätigungsorganes 3 ein Anschlag 8 vorgesehen. Beim Durchschnappen des Schaltstückes 1 trifft dieses zunächst auf das Schaltelement 6, 7 und biegt dieses schlagartig nach unten durch, bis es auf den Anschlag 8 trifft.
• Das Schaltelement besteht aus einem Piezokeramikplättchen 6, das beidseitig mit Silberbelägen beschichtet ist. Es ist ferner stoffschlüssig mit einem Metallplättchen 7 verbunden. Das Gegenstück 4 und das Schaltelement 6, 7 sind an beiden Enden im Schaltergehäuseteil 2 abgestützt. Das Betätigungsorgan 3 und das Schaltstück 1 wirken im mittleren Teil auf das Gegenstück 4 bzw.Schaltelement 6, 7 ein. Durch die Deformation des Piezokeramikplättchens beim Aufschlagen des Schaltstückes 1 entsteht zwischen den beiden Silberschichten eine hohe elektrim sche Spannung, die zum Ansteuern von elektronischen Schaltelementen ausgenutzt werden können.
• Fig. 4 zeigt ein Teilgehäuse 9 mit einem als Biegefeder ausgebildeten Schaltstück 10 sowie dem piezokeramischen Schaltelement 6, 7. Das GehäuSeteil 9 kann z.B. durch ein weiteres nicht dargestelltes deckelartiges Gehäuseteil lösbar verschlossen werden, das ein durch den dargestellten Pfeil angedeutetes stößelartiges Betätigungsorgan aufnimmt. Das längliche Schaltstück 2 ist im Querschnitt teilkreisförmig gewölbt. Drückt man das Betätigungsorgan gegen das Schaltstück 10 so wird dieses zunächst mit steil ansteigender Federkraft elastisch so weit verbogen, bis es sich im Knickbereich abflacht.In diesem Moment kommt es zu einem plötzlichen Kraftabfall, der einen Schnappeffekt bewirkt. Das Schaltstück 2 trifft dann auf das mit Abstand unterhalb angeordnete piezokeramische Schaltelement 6, 7, das mit beiden Enden im Teilgehäuse 9 abgestützt ist und nach unten ausgelenkt wird. Durch die schlagartige Deformation werden an diesem ebenfalls hohe Spannungsspitzen erzeugt. Das Teilgehäuse 1 weist zwei unterschiedlich geformte Auflagen 11, 12 auf, die der Abstützung des Schaltstückes 10 an beiden Enden dienen. Ferner weist das Teilgehäuse 9 unterschiedlich angeordnete Ausnehmungen 13 zur Auflage des Schaltelementes 6, 7 auf. Dadurch ist es möglich, das Schaltelement 6, 7 jeweils senkrecht zum Schaltstück 10 verlaufend anzuordnen.
• Es ist möglich. das Schaltstück 10 in der dargestellten Lage auf seiner konvexen Seite an den Auflagen 11 abzustützen. Dies ergibt ein hohes Druckmaximum bei großer Federkonstante. Das Schaltstück 10 kann aber auch um seine Längsachse gewendet in den Auflagen 11 abgestützt werden, was ein geringes Druckmaximum bei niedriger Federkonstante ergibt. Stützt man die beiden Enden des Schaltstückes 10 auf der konkaven Seite an den schneidenförmigen Auflagen 12 ab, so ergibt sich ein mittleres Druckmaximum. Durch diese verschiedenen Einbaumöglichkeiten ist es möglich, den Tastenschalter ohne konstruktive Änderungen so zusammenzusetzen, daß er den elektrischen und ergonomischen Bedingungen angepaßt werden kann.
• 6 Patentansprüche 4 Figuren Leerseite

Claims (6)

1. Patentansprüche Elektrischer Tastenschalter mit einem zwischen zwei Schaltstellungen durchschnappbaren Schaltstück, das durch Tastendruck zwischen zwei Funktionsstellungen verschiebbar ist und mittelbar oder unmittelbar beim Schalten eine mechanische Kraftwirkung auf ein piezokeramisches Schaltelement ausübt, dessen elektrische Werte sich mit der ausgeübten Kraft ändern, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das piezokeramische Schaltelement (6, 7) plättchenförmig ausgebildet und unter der Krafteinwirkung verbiegbar ist.
2. 2. Tastenschalter nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das Schaltelement (6, 7) länglich ausgebildet, an beiden Enden abgestützt und in der Mitte durch das Schaltstück (1, 10) auslenkbar ist.
3. 3. Tastenschalter nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das Schaltelement (6, 7) aus einem Piezokeramikplättchen (7) mit beidseitig aufgebrachten kontaktierbaren Silberbelägen sowie einem Metallplättchen (6) mit annähernd gleichem Längungsausdehnungskoeffizient wie das Piezokeramikplättchen (7) besteht, das mit dem Metallplättchen (6) elektrisch und stoffschlüssig verbunden ist.
4. 4. Tastenschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das Schaltstück (1) als unter Knickspannung stehende Blattfeder ausgebildet ist, das ein Betätigungsorgan (3) unmittelbar auf das Schaltstück (1) einwirkt, daß ein Gegenstück (4) in Form einer anderen Blattfeder vorgesehen ist, an dem Schaltstück (1) in einer der Schaltstellungen anliegt und das im Tastenschalter federnd nachgiebig gelagert ist, daß das Betätigungsorgan (3) und/oder das Gegenstück (4) einander zugewandte Nasen (5) aufweisen, daß in der Ausgangsstellung des Tastenschalters der Abstand zwischen dem Schaltstück (1) und dem Gegenstück (4) größer ist als zwischen den Berührungsflächen des Betätigungsorganes (3) und des Gegenstückes (4) und daß auf dem Schaltstück (1) abgewandten Seite des Gegenstückes (4) im geringen Abstand zu diesem das piezokeramische Schaltelement (6, 7) angeordnet ist.
5. 5. Tastenschalter nach einem der Tastenschalter 1 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das Schaltstück (10) als teilkreisförmig gewölbte Biegefeder ausgebildet ist, die durch das Betätigungsorgan so weit verbiegbar ist, daß sie sich im Knickbereich abflacht, daß das Schaltstück (10) an beiden Enden im Tastengehäuse (9) abgestützt ist und das Betätigungsorgan in der Mitte ansetzt, und daß der Tastenschalter mindestens zwei lösbar miteinander verbundene Teilgegehäuse (9) und unterschiedlich geformte Aufnahmen (11, 12) zur Abstützung des Schaltstückes (10) in unterschiedlich wählbaren Einbaulagen aufweist.
6. 6. Tastenschalter nach Anspruch 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß eines der Aufnahmenpaare (11) als quaderförmige Ausnehmungen in den Seitenwänden des Teilgehäuses (9) ausgebildet ist und daß ein anderes, dazu senkrecht angeordnetes Aufnahmenpaar (12) mit schneidenförmigen Erhebungen (14) zur Auflage des Schaltstückes (10) versehen ist.