DE3414909A1

DE3414909A1 - Tastschalter

Info

Publication number: DE3414909A1
Application number: DE19843414909
Authority: DE
Inventors: Reinhard 7538 Keltern Deeg
Original assignee: Standard Elektrik Lorenz AG
Current assignee: Alcatel Lucent Deutschland AG
Priority date: 1984-04-19
Filing date: 1984-04-19
Publication date: 1985-10-24
Also published as: EP0163874B1; DE3578482D1; US4918271A; EP0163874A2; EP0163874A3

Description

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Tastschalter

Die Erfindung geht aus von einem Tastschalter gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.

Bei TastschaItern der vorgenannten Art ist es üblich, den Tastenstößel in der Deckfläche des Tastschaltergehäuses relativ lang zu führen, wie es z.B. die DE-PS 33 02 793 zeigt. Dieses ist unter anderem notwendig, um eine spürbare Zunahme der Betätigungskraft zu vermeiden, die bei einer Betätigung des Tastenknopfes außerhalb der Mitte durch ein Verkanten des Stößels in der Führung auftritt. Die Bauhöhe eines derartigen Tastschalters ist dadurch relativ groß.

Gemäß den bestehenden ergonomisehen Regeln für alphanumerische Tastaturen von z.B. Bildschirm-Arbeitsplätzen, soll die mittlere Bauhöhe der Tastatur 30 mm nicht überschreiten. Diese Forderung ist mit Tastschaltern herkömmlicher Ausführung nicht zu erfüllen.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Tastschalter der genannten Art zu schaffen, der eine geringe Bauhöhe hat und Lei chtgängnig ist.

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Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. Die Unteransprüche zeigen vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung auf.

Die durch die Erfindung erzielten VorteiIe bestehen insbesondere darin, daß durch den zusätzlich zum Tastenstös- sel geführten Tastenknopf, die Länge der Stößelführung auf einen Bruchteil der bisherigen Länge reduziert werden kann und daß durch die nach innen gerichtete Führung des Tastenknopfes eine außermittige Betätigung der Taste eine nur geringe Zunahme der Betätigungskraft bewirkt.

Anhand von drei Ausführungsbeispielen wird die Erfindung in Verbindung mit den Zeichnungen nachfolgend näher erläutert. Es zeigt:

Figur 1 im Schnitt einen Tastschalter gemäß dem Stand der Technik in schematischer Darstellung.

Figur 2 im Schnitt eine erste Ausführung eines Tastschalters gemäß der Erfindung in schematischer Darstellung.

Figur 3 und 4 im Schnitt eine zweite Ausführung eines TastschaIters gemäß der Erfindung in schema-

tischer Darstellung.

Figur 5 im Schnitt einen Tastschalter mit breitem Tastenknopf gemäß dem Stand der Technik in schematischer Darstellung.

Figur 6 im Schnitt eine dritte Ausführung einesTastschalters gemäß der Erfindung mit breitem Tastenknopf in schematischer Darstellung.

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Figur 7 in perspektivischer Darstellung einen Ausschnitt aus einem Tastaturrahmen von Figur 3 mit zugehörigen Tastengliedern^schematisch).

Figur 1 zeigt in schematischer Darstellung eine herkömmliehe Ausführung eines Tastschalters im Schnitt. Das Tastschal tergehäuse 10 ist nach unten offen. Es ist durch eine Bodenplatte 11 verschlossen/ die Kontakte 11a hat. über der Bodenplatte 11 ist eine gummielastisehe Schaltnoppe 12 angeordnet/ die in der Mitte eine Kontaktpille 12a hat. Auf der Noppe 12 ruht ein Tastenstempel 15, der in einer Führung 13 im Gehäuse 10 vertikal verschiebbar ist. Durch ein erhabenes Teil 10a auf der Oberseite des Gehäuses 10 ist die Führung 13 des Stempels 15 verlängert. Auf dem Stempel 15 ist ein Tastenknopf 16 befestigt, der eine Betätigungsfläche 16a hat.

Bei einem Betätigen der Taste in der Mitte der Fläche 16a ist bis auf geringe Reibungskräfte nur die Gegenkraft der Schaltnoppe 12 zu überwinden. Wie das Kraft-Weg-Diagramm zeigt, wächst die Gegenkraft über den Teilhub S.. auf den Maximalwert F_n an, um anschließend durch das Einbrechen der

Schaltnoppe 12 im Verlauf des restlichen Schalthubes S_u wie-

der abzunehmen. Der Schalthub endet durch die Anlage der Kontaktpille 12a auf den Kontakten 11a.

Es läßt sich nicht vermeiden, daß Tasten außermittig betätigt werden, vor allem wenn sie im Verbund einer Tastatur angeordnet sind. Auch bei einer am Rand der Fläche 16a einwirkenden Betätigungskraft F_, wie es Figur 1 zeigt, soll der Betätigungsdruck nicht spürbar anwachsen.

Wirkt bei dem Tastschalter gemäß Figur 1 eine Betätigungskraft F_ß am äußeren Rand der Fläche 16a auf den Tasten-

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knopf 16 ein, so ist das aus dem Stößel 15 und dem Tastenknopf 16 bestehende TastengLied einem Kippmoment ausgesetzt, wodurch der Stößel 15 auf der einen Seite am oberen Rand und auf der unteren Seite am unteren Rand der Führung 13 anliegt. Zum Zeitpunkt der größten Gegenkraft F_n der Noppe 12 treten an den Anlagepunkten Stützkräfte F₅₁ und F_₂ auf, deren Anstellwinkel im wesentlichen durch eine angenommene Materialpaarung bestimmt wird. Aus Gründen der besseren Vergleichsmöglichkeit wird bei allen nachfolgend beschriebenen Beispielen von den gleichen Voraussetzungen ausgegangen. Der Wirkrichtungsschnittpunkt der Stützkraft F-,. mit der Betätigungskraft F₀ und der Wirkrichtungsschnittpunkt der Stützkraft F _ mit der Noppenkraft F.. ist durch die sogenannte Cullmannsche Gerade C verbunden. Die Winkel-Lage dieser Geraden ist ein direktes Maß für die Zunahme der Betätigungskraft F_n, wobei die Kraft F₀ um so größer

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ist, je flacher die Gerade C verläuft.

Aus dem Krafteck zu Figur 1 errechnet sich der Zuwachs der Betätigungskraft F_fi gegenüber der Noppenkraft F_n zu 0,15N, was nahezu 40% Kraftzuwachs bei einer einseitigen Betätigung bedeutet.

Figur 2 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines Tastschalters im Schnitt, bei dem zusätzlich zum Tastenstößel 25 auch der Tastenknopf 26 geführt wird. Die schematische Darstellung zeigt einen Tastschalter mit einem beispielsweise runden Tastschaltergehäuse 20, das nach unten offen ist. Es ist durch eine Bodenplatte 21 verschlossen, die Kontakte 21a hat. Auf der Bodenplatte stützt sich eine gummielastische Schaltnoppe 22 ab, die in der Mitte eine Kontaktpille 22a hat. Auf der Noppe 22 ruht ein Tastenstößel 25, der in einer Führung 23 im Gehäuse 20 vertikal beweg-

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Lieh ist. Die Führung 23 ist auf die Materialdicke des Gehäuses 20 begrenzt. Der Stempel 25 ist am oberen Ende mit einem Tastenknopf 26 verbunden, der glockenförmig über das zylindrische Gehäuse 20 greift. Er hat oben eine Betätigungsfläche 26a. Die Innenwandung des Tastenknopfes 26 ver läuft in einem geringen Abstand parallel zum zylindrischen Gehäuse 20 und reicht soweit herunter, daß sein unterer Rand bei betätigtem Tastenschalter die Bodenplatte 21 nicht berührt. Der Tastenknopf hat am unteren Rand an der Innenseite mindestens vier über Kreuz angeordnete Gleitnocken 28, die bis auf ein geringes Spiel gleich dem Abstand zwischen dem Gehäuse 20 und dem Tastenknopf 26 sind. Statt einer Anzahl Gleitnocken 28 kann auch ein Gleitring (nicht dargestellt) vorgesehen werden.

Wirkt bei diesem Tastschalter eine Betätigungskraft F_ gets

maß Figur 2 am äußeren Rand der Betätigungsfläche 26a auf den Tastenknopf 26, so stützt sich der Tastenstempel 25 rechts in der Führung 23 ab. Gleichzeitig stützt sich der Tastenknopf 26 mit einer oder mehreren Gleitnocken 28 am glatten Tastschaltergehäuse 20 ab.

Nach dem Teilhub S_v hat die Gegenkraft der Noppe 22 ihren höchsten Wert F_n erreicht, wie das Kraft-Weg-Diagramm zeigt. Zu diesem Zeitpunkt treten die in Figur 2 eingezeichneten Stütztkräfte F_g<. und F__ an den gezeigten Stellen auf. Durch die Schnittpunkte mit den Wirkrichtungslinien der Kräfte F_ bzw. F_n ist auch hier eine Cullmannsche Gerade C gelegt. Diese verläuft im Vergleich zur Geraden C der Figur 1 wesentlich steiler. Wie die graphische Berechnung im nebenstehenden Krafteck zeigt, ist der Zuwachs der Be tatigungskraft F_ß gegenüber der Noppenkraft F_n nur 0,1N und damit nur etwa halb so groß wie bei dem Tastschalter der Figur 1.

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Figur 3 und 4 zeigen ein zweites Ausführungsbeispiel eines Tastschalter im Schnitt, bei dem zusätzlich zum Tastenstößel 35 ebenfalls ein Tastenknopf 36 geführt ist. Die schematische Darstellung zeigt einen Tastschalter mit einem quadratischen Tastschaltergehäuse 30 (Figur 4) und ei nem quadratischen Tastenknopf 36 mit Betätigungsfläche 36a. Figur 4 zeigt den Schnitt IH-III₇ in dem die Figur 3 dai— gestellt ist. Das Tastschaltergehäuse 30 ist nach unten offen. Es ist durch eine· Bodenplatte 31 verschlossen/ die Kontakte 31a hat. Auf der Bodenplatte 31 stützt sich eine gummielastische Schaltnoppe 32 ab, die über die Bodenplatte 31 fest mit dem Gehäuse 30 verbunden ist. Oberhalb der Kontakte 31a hat die Schaltnoppe 32 im Abstand des Schalthubes S,, in der Mitte eine Kontaktpille 32a. Auf der Noppe 32 ruht der Tastenstößel 35, der in einem erhabenen Teil 30a auf der Oberseite des Tastschaltergehäuses 30 vertikal geführt ist. Die Führung 33 ist auf einen schmalen oberen Bereich des Teiles 30a beschränkt.

Auf dem Stößel 35 ist der quadratische Tastenknopf 36 befestigt, der über Eck und parallel zum Stößel 35 mindestens zwei biegesteife Stäbe 37 mit winkelförmigem Querschnitt hat (Figur 4). Die Stäbe 37 schließen über Eck bündig mit der Außenkontur des Tastenknopfes 36 ab. In der Oberseite des Tastschaltergehäuses 30 befinden sich Durchführungen 34 in der Querschnittsform der Stäbe 37, durch die die Stäbe 37 in den Tastschalterhohlraum ragen.. Wie Figur 4 erkennen läßt, sind in den freien Ecken des Tastschaltergehäuses 30 parallel zu den Stirnflächen der Stäbe 37 pro Stab 37 zwei Führungsstege 39 angeordnet, die gemäß Figur 3 in einem gewissen Abstand parallel zu den Stäben 37 stehen.

Jeder Stab 37 hat am Ende an den Stirnseiten je eine Gleitnocke 38, mit denen sie mit einem geringen Spiel an den Füh-

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derholt zu werden braucht. Der einzige Unterschied besteht darin, daß die Stäbe 67 nicht bündig mit der Außenkontur des Tastenknopfes 66 angeordnet sind, sondern etwas nach innen gesetzt sind. Die Stäbe 67 sind an der Innenseite des Tastenknopfes 66 im Eckbereich der Betätigungsfläche 66a angeordnet. Entsprechend sind in der Oberseite des Tastschaltergehäuses 60 die Durchführungen für die Stäbe 67 angeordnet. Die in der Zeichnung sichtbaren Führungsstege 69 sind Kammerwände, die den eigentlichen Schalterbereich von den Führungsbereichen trennen, so daß durch die Durchführungen 64 eindringender Schmutz oder Feuchtigkeit vom Schalterbereich ferngehalten werden. Bei der Ausführung gemäß Figur 3 ist dieses ebenfalls möglich, wenn die Führungsstege 39 zu einem geschlossenen Geviert verlängert werden.

Wirkt bei einem gemäß Figur 6 ausgebildeten Tastschalter

eine Betätigungskraft F₀ am äußeren Rand der Fläche 66a auf den Tastenknopf 66 ein, so stützt der Tastenstempel 65 sich rechts in der Führung 63 ab. Gleichzeitig stützt sich der Tastenknopf 66 über einen oder mehrere Stäbe 67 mit den endseitigen Gleitnocken 3S an den zugehörigen Führungsstegen 69 ab.

Nach dem Teilhub S.., an dem die Gegenkraft der Schaltnoppe 62 ihre höchste Gegenkraft F_n erreicht hat, wie es das Kraft-Zeit-Diagramm zeigt, treten die in Figur 6 eingezeichneten Stützkräfte F₅₁ und F-- an den angezeigten Stellen auf. Die CuIImannsche-Gerade C, die,wie vorbeschrieben,durch die beiden Kraftlinienschnittpunkte gelegt ist, verläuft im Vergleich zur Geraden C der Figur 5 wesentlich steiler. Wie die graphische Berechnung im zugehörigen Krafteck zeigt, liegt der Zuwachs der Betätigungskraft F_B mit 0,29N bei et-

wa 15% des Wertes der Ausführung von Figur 5. Diese Gegen-

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überstellung zeigt augenfäLLig die Wirkung der Führung des Tastenknopfes zusätzlich zum Tastenstößel.

Wie eingangs erwähnt, besteht die Forderung nach flachen Tastschaltern vornehmlich in Verbindung mit alpha-numerisehen Tastaturen. Während früher Tastaturen grundsätzlich aus einzelnen Schaltelementen zusammengestellt wurden, ist man in neuerer Zeit dazu übergegangen/einen für alle Tastschalter gemeinsamen Tastaturrahmen statt einzelner Tastschaltergehäuse vorzusehen. Die Unterseite derartiger Tastaturrahmen sind durch kreuzweise angeordnete Stege in viele Fächer unterteilt, die jeweils die Kontakteinrichtung eines Schalters aufnehmen.

Figur 7 zeigt in Perspektivdarstellung einen Ausschnitt eines derartigen Tastaturrahmens 70 in der Draufsicht, der in schematischer Darstellung die äußerlich sichtbaren Führungseinrichtungen für die oberhalb abgebildeten Tastenglieder 75/76 hat. Diese Tastenglieder 75/76 entsprechen der zu Figur 3 beschriebenen Ausführung. Sie bestehen aus einem Tastenstößel 75, der mit einem Tastenknopf 76 ein Teil ist.

Die Tastenknöpfe haben über Eck angeordnete Stäbe 77 mit winkelförmigen Querschnitt, die bündig mit der Außenkontur des Tastenknopfes 76 abschließen. An ihren Enden sind an der Innenseite Gleitnocken 78 angeordnet. Der Tastaturrahmen 70 hat aus der Oberseite herausstehende Teile 70a mit Führungen 73 für die Stößel 75. Entsprechend den Profilstäben 77 der Tastenknöpfe 76 hat der Tastatur rahmen 70 Durchführungen 74 in der Querschnittsform der Stäbe 77. Unterhalb der Durchführungen 74 sind im Verbund mit den Fächerwandungen die Führungen der Stäbe 77 angeordnet.

7 Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentansprüche

Tastschalter mit einem Gehäuse, einem Tastenstößel, der Tn der Oberseite des TastschaItergehäuses geführt ist und mit einem, mit dem Stößel verbundenen Tastenknopf, dadurch gekennzeichnet, daß der Tastenknopf (26, 36, 66) parallel zum Stößel (25, 35, 65) geführt ist.
2. Tastschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Tastenknopf (26) nach unten offen ist und über das TastschaItergehäuse (20) greift, daß das Tastschaltergehäuse (20) mindestens an zwei gegenüberliegenden Seiten parallel zur Stößelführung (23) verlaufende glatte Außenflächen hat und daß diese Flächen zur Führung des Tastenknopfes (26) dienen.
3. Tastschalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenseite des Tastenknopfes (26) einen Abstand zu den Außenflächen des Gehäuses (20) hat und daß der Tastenknopf (26) am unteren Rand inwendig Gleitnocken (28) hat.
4. Tastschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Tastenknopf (36, 66) mindestens an zwei gegenübel— liegenden Seiten parallel zum Stößel (35, 65) biegesteife Stäbe (37, 67) hat, daß die Oberseite des TastschaIterge-

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häuses (30, 60) Durchführungen (34, 64) für die Stäbe (37, 67) hat und daß unterhalb der Durchführungen (34, 64) im Tastschaltergehäuse (30, 60) Führungsstege (39, 39) für die Stäbe (37, 67) vorgesehen sind.
5. Tastschalter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Stäbe (37, 67) einen Abstand zu den Führungsstegen (39, 69) haben und daß die Stäbe (37, 67) am unteren Ende Gleitnocken (38, 68) haben, die in Richtung auf die Führungsstege (39, 69) angeordnet sind.
6. Tastschalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Führung (23, 33, 63) des Tastenstößels (25, 35, 65) in der Gehäuseoberseite und der Führung (Gleitnocken 28, 39, 69) des Tastenknopfes (26, 36, 66) -ein'vertikaler -Abstand besteht.
7. Tastschalter nach Anspruch 4 mit einem quadratischen oder rechteckigen Tastenknopf, dadurch gekennzeichnet, daß die Stäbe (39, 69) im Bereich der Ecken des Tastenknopfes (36, 66) angeordnet sind.
8. Tastschalter nach Anspruch 5 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Stäbe (37) in den Ecken des Tastenknopfes (36) angeordnet sind und bündig mit der Außenkontur des Tastenknopfes (36) abschließen, daß die Stäbe (37) einen winkelförmigen Querschnitt haben und daß die Gleitnocken (38) an den Stirnflächen des Winkelprofils angeordnet sind.
9. Tastschalter nach Anspruch 1, 4, 5, 6, 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein Tastaturrahmen (70) vorgesehen ist, der Führungen (73) für mehrere Tastenstößel (75)

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hat/ daß die Tastenknöpfe (76) an mindestens zwei gegenüberliegenden Seiten Stäbe (77) haben, daß der Tastaturrahmen (70) entsprechend angeordnete Durchführungen (74) für die Stäbe (77) hat und daß die Stege zur Führung der Stäbe (77) an der Unterseite des Tastaturrahmens (70) angeordnet sind.
10. Tastschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Tastenstößel (25, 35, 65, 75) und der Tastenknopf (26, 36, 66, 76) ein Teil sind.