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Gummihaube mit Tastenkappe
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Beschreibung Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Gummihaube
eines Drucktastenschalters oder, genauer, auf die Gummihaube eines Drucktastenschalters,
die auf ihrer Oberseite eine aufgeklebte Tastenkappe trägt, und ein Verfahren zur
Herstellung einer sochen Haube eines Drucktastenschalters.
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Gummihauben von Drucktastenschaltern, wie sie in einer Schalttastatur
verwendet werden, sind wohlbekannt und in einer Vielzahl von elektronischen Geräten
weit verbreitet.
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Eine solche Haube eines Drucktastenschalters wird in einem
Stück
aus Gummi geformt und setzt sich aus drei Anteilen zusammen: einem flachen Unterteil
(1), mit welchem die Haube auf eine Leiterplatte, die mindestens ein Paar fester
Kontakte auf der Oberseite aufweist, montiert wird; einem flachen Oberteil (2),
das sich über dem flachen Unterteil erhebt, einen beweglichen Kontakt aus z.B. elektrisch
leitfähigem Gummi trägt, der den festen Kontakten auf der Leiterplatte darunter
gegenübersteht, und einen geeigneten Abstand für die Schaltbewegung hält; und einem
Zwischenstück (3), welches das flache Unterteil und das flache Oberteil so verbindet,
daß es zusammen mit dem flachen Oberteil eine dachähnlich erhobene Anordnung bildet.
Wenn das flache Oberteil mit der Fingerspitze mittels einer Tastenkappe, die auf
seiner Oberfläche montiert ist, niedergedrückt wird, so wird das Zwischenstück verformt
und bringt den beweglichen Kontakt mit den festen Kontakten in Berührung, so daß
der dazwischenliegende Stromkreis durch die Berührung des beweglichen Kontaktes
geschlossen wird, während der Stromkreis durch das elastische Federungsvermögen
des Zwischenstücks geöffnet wird, wenn der Druck auf die Tastenkappe nachläßt.
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Bei der Haube eines Drucktastenschalters der oben beschriebenen Art
ist es manchmal aus Gründen der Bequemlichkeit bei der Montage der Geräte und der
Benutzung des Schalters erforderlich, daß die Haube und die Tastenkappe aus einem
Stück und nicht trennbar sind. Der einfachste Weg, der
oft angewendet
wird, diese Forderung zu erfüllen, ist, einen einteiligen Körper aus Haube und Tastenkappe
aus dem selben Gummimaterial zu formen und zu gestalten. Eine solche in die Tastenkappe
integrierte Haube ist jedoch nicht recht annehmbar, was sowohl die klebrige Berührung
beim Drücken der Tastenkappe mit der Fingerspitze als auch die unzulässige Oberflächenweichheit
betrifft, die die Gebrauchsfähigkeit des Schalters als unvermeidliche Folge der
Verwendung des selben Gummimaterials für die Tastenkappe, die gleichzeitig selbst
Haube ist, beeinträchtigen.
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Eine Lösung für das oben beschriebene Problem ist natürlich, eine
Tastenkappe aus einem geeigneteren Material, das z.B. eine größere Härte als der
Gummi für die Haube selbst aufweist, auf die Oberseite des flachen Oberteils zu
kleben. Eine solche, mit der Tastenkappe verbundene, Schalterhaube wird normalerweise
durch Pressen von unvulkanisiertem Gummi in einer Metallform hergestellt, die einen
Hohlraum aufweist, in den eine vorher getrennt gefertigte Tastenkappe, einem Stehbolzen
ähnlich, eingelegt wurde, so daß das Verkleben der Tastenkappe mit der Haube gleichzeitig
mit dem Formen und Vulkanisieren der Haube bewirkt wird. Die Oberfläche der vorgeformten
Tastenkappe, die mit dem Gummimaterial in Berührung kommt und mit diesem verklebt
werden soll, wird vorher vorzugsweise mit einer Grundierung behandelt, um die Verlässlichkeit
der Klebeverbindung zu verbessern. Eines dr
Probleme bei einer solchen
Vorgehensweise liegt in der genauen Positionierung der vorgeformten Tastenkappe
bezüglich der Gummi haube. So kann die Tastenkappe z.B. manchmal geneigt zum flachen
Oberteil der Haube aufgeklebt sein. Desweiteren fließt das nicht vulkanisierte Gummimaterial
bisweilen so, daß es nicht nur an den Seiten, sondern auch an der Oberfläche der
Tastenkappe haftet, so daß das Aussehen einer solchermaßen gefertigten, mit der
Tastenkappe verklebten Haub unannehmbar ist. So ist das oben beschriebene herkömmliche
Verfahren zur Herstellung einer Gummihaube eines Drucktastenschalters unbefriedigend,
was die sehr geringe Produktivität und die schlechte Qualität der Produkte betrifft.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG Deshalb ist es Gegenstand der vorliegenden
Erfindung, eine Gummihaube eines Drucktastenschalters, die eine aufgeklebte Tastenkappe
aufweist, aber frei von den oben beschriebenen Problemen und Nachteilen der herkömmlichen
Hauben ähnlichen Typs ist, zu liefern.
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Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung
solch einer verbesserten Gummihaube eines Drucktastenschalters, die eine Tastenkappe
auf der Oberseite des flachen Oberteils der Haube aufgeklebt hat, aufzuzeigen.
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So umfaßt die eine Tastenkappe aufweisende Gummihaube eines Drucktastenschalters
ein Gummibauteil aus einem Stück, das sich aus einem flachen Unterteil, das auf
eine Leiterplatte gesetzt werden kann, die mindestens ein Paar fester Kontakte enthält,
einem flachen Oberteil, das sich über dem flachen Unterteil erhebt und einen beweglichen
Kontakt aus elektrisch leitfähigem Gummi an der Unterseite besitzt, der den festen
Kontakten auf der Leiterplatte gegenüberliegt, und einem Zwischenstück, welches
das flache Unterteil und das flache Oberteil so verbindet, daß es zusammen mit dem
flachen Oberteil eine dachähnliche Anordnung bildet, zusammensetzt, und eine Tastenkappe
aus festem Material, das eine größere Härte besitzt als das Material des integrierten
Bauteils aus flachem Unterteil, flachem Oberteil und Zwischenstück. Diese Tastenkappe
ist an ihrer Unterseite, in der sie eine Vertiefung besitzt, die durch einen Vorsprung
auf der Oberseite des flachen Oberteils ausgefüllt ist, mit der Oberseite des flachen
Oberteils verklebt, wobei die Klebefläche, an der die Oberseite des flachen Oberteils
und die Unterseite der Tastenkappe verklebt sind, höher liegt als das obere Ende
des Zwischenstücks.
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Das Verfahren der Erfindung umfaßt dementsprechend folgende Schritte:
Einlegen einer Tastenkappe, die aus festem Material vorgefertigt wurde und eine
Vertiefung auf einer Seite aufweist, in die Matrize einer Metallform in einer Anordnung,
so
daß die Seite der Tastenkappe mit der Vertiefung nicht mit einer Seite der Metallform
in Berührung kommt, wobei die Tiefe des erwähnten Hohlraums der Matrize der Metallform
größer als die Höhe der eingelegten Tastenkappe sein muß; Einbringen von unvulkanisiertem
Gummimaterial zwischen Matrize und Patrize der Metallform; Schließen der Metallform,
um das Formen und Vulkanisieren des Gummis zu bewirken, so daß das Gummimaterial
die Vertiefung der Tastenkappe ausfüllt, indem es auf dem flachen Oberteil der Haube
einen Vorsprung bildet und gleichzeitig durch Vulkanisieren verklebt.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN Die FIGUREN 1 bis 3 stellen jede
einen Querschnitt durch die Längsachse der erfundenen Gummihaube eines Drucktastenschalters
mit Tastenkappe dar, wobei die in FIGUR 2 dargestellte Ausführung weniger empfehlenswert
ist.
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FIGUR 4 stellt einen Querschnitt durch die Längsachse einer erfundenen
Gummihaube eines Drucktastenschalters während des Formens in einer Metallform dar.
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FIGUR 5 stellt einen Querschnitt durch die Längsachse einer herkömmlichen
Gummihaube eines Drucktastenschalters während des Formens in einer Metallform dar.
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GENAUE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGEN Im folgenden werden
die erfundene Gummi haube eines Drucktastenschalters mit Tastenkappe und das Verfahren
zur Herstellung derselben genau und mit Bezug zur begleitenden Zeichnung beschrieben.
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FIGUR 1 zeigt den Querschnitt einer typischen Gummihaube 1 der Erfindung,
die auf einer Leiterplatte 2 montiert ist, welche ein Paar fester Kontakte 4 aufweist.
Die Haube 1 ist in einem Stück aus Gummi geformt und besteht aus dem flachen Unterteil
la, mit welchem die Haube 1 auf der Leiterplatte 2 befestigt ist, und dem flachen
Oberteil lb, das sich über dem flachen Unterteil la erhebt und mit diesem durch
das Zwischenstück lc so verbunden ist, daß das flache Oberteil lb und das Zwischenstück
lc zusammen eine dachähnliche Anordnung bilden. Der mittlere Abschnitt des flachen
Oberteils lb springt nach unten vor und ist auf der Unterseite des Vorsprungs mit
einem beweglichen Kontakt 3 versehen, der z.B. aus elektrisch leitfähigem Gummi
besteht und dem Paar fester Kontakte 4 auf der Leiterplatte 2 gegenübersteht.
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Eine Tastenkappe 5 aus einem Material größerer Härte oder Festigkeit
als der Gummi, der die Haube 1 bildet, wie Hartgummi oder fester Kunststoff, der
z.B. eine Härte von
mindestens 80 auf der JlS-Skala aufweist, wird
auf das flache Oberteil lb der Haube 1, die aus einem elastisch federnden Gummi
mit einer Härte von z.B. 30 bis 60 auf der JlS-Skala besteht, gesetzt und mit diesem
verklebt. Wie in FIGUR 1 gezeigt, ist die Grenzfläche zwischen dem flachen Oberteil
lb der Haube 1 und der Unterseite der Tastenkappe 5 nicht eben. Das bedeutet, die
Unterseite der Tastenkappe 5 ist mit einer Vertiefung 5a versehen, während die Oberseite
des flachen Oberteils 1b mit einem Vorsprung ld versehen ist, der die Vertiefung
5a in der Tastenkappe 5 ausfüllt. In diesem Fall ist es von Bedeutung, daß die Grenzfläche
zwischen der Unterseite der Tastenkappe 5 und der Oberseite des flachen Oberteils
lb höher liegt als das obere Ende des Zwischenstücks lc. Die Bedeutung einer solchen
Forderung wird bei der später gegebenen Beschreibung des Verfahrens der Herstellung
der Haube 1, verbunden mit einer Tastenkappe 5, klar werden.
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FIGUR 5 zeigt den Querschnitt einer herkömmlichen Gummihaube 1 zusammen
mit einer vorgeformten Tastenkappe 5 während des Formens in einer Metallform 6,7.
Beim Formprozeß wird zuerst die Tastenkappe 5 in den Hohlraum 6a der Matrize 6 der
Metallform gelegt und danach unvulkanisiertes Gummimaterial in Form z.B. einer Platte
zwischen die Matrize 6 und Patrize 7 der Metallform eingebracht, gefolgt vom Schließen
der Metallform unter Druck (dargestellt durch die nach
oben gerichteten
Pfeile) und Aufheizen, so daß das Gummimaterial zu einer Gummihaube 1, bestehend
aus flachem Unterteil la, flachem Oberteil lb und Zwischenstück lc, geformt und
vulkanisiert wird. In diesem Fall ist die Seite der Tastenkappe 5, die mit der Haube
1 an derem flachen Oberteil lb in Berührung ist, eben, so daß der Formdruck manchmal
eine leichte Verschiebung der Tastenkappe 5 in horizontaler Richtung innerhalb des
Hohlraums 6a der Matrize 6 entsprechend der Freiheit des Fließens des Gummimaterials
entlang der Oberfläche der Tastenkappe 5 bewirkt, was sich in einer möglicherweise
geneigten Stellung zwischen der Tastenkappe 5 und dem flachen Oberteil lb der Haube
1 äußert.
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Auf der anderen Seite zeigt FIGUR 4 einen Querschnitt der erfundenen
Gummihaube 1, ebenfalls während des Formens in einer Metallform 6,7. In diesem Fall
jedoch weist die vorgeformte Tastenkappe 5 eine Vertiefung 5a auf und die Tastenkappe
5 wird in den Hohlraum 6a der Matrize 6 in einer solchen Lage eingelegt, daß die
Seite mit der Vertiefung 5a nicht mit der Innenseite der Matrize 6 in Berührung
kommt.
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Wenn unvulkanisiertes Gummimaterial zwischen die Matrize 6 und die
Patrize 7 der Metallform gebracht wird und die Metallform unter Druck (dargestellt
durch die nach oben gerichteten Pfeile) geschloßen wird, um das Gummimaterial zu
formen, wird zuerst die Vertiefung 5a der Tastenkappe 5 mit Gummi gefüllt, so daß
ein Widerstand gegen die horizontale
Verschiebung der Tastenkappe
5 innerhalb des Hohlraums 6a der Matrize 6+in Folge der Druckkonzentration in dem
Abschnitt, in dem sich der Vorsprung 1d auf dem flachen Oberteil lb der Haube 1
nach Beendigung des Formvorgangs gebildet hat, entsteht.
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Ein weiterer Unterschied zwischen FIGUR 4 und 5 läßt sich bezüglich
der relativen Abmessungen der vorgefertigten Tastenkappe 5 und des Hohlraums 6a
der Matrize 6 feststellen. In FIGUR 5 der früheren Technik des Formens ist die Tiefe
des Hohlraums 6a kleiner als die Höhe der Tastenkappe 5, so daß unvulkanisierter
fließfähiger Gummi in den nach unten weit geöffneten Spalt zwischen der Tastenkappe
5 und dem Hohlraum 6a der Matrize 6 gedrückt werden kann, wie es durch die kleinen
Pfeile in FIGUR 5 dargestellt wird, da ein solcher Spalt oder solches Freimaß zwischen
dem Hohlraum 6a der Metallform und der vorgefertigten Tastenkappe 5 aus Gründen
der unterschiedlichen Wärmeausdehnung während des Formens unabdingbar ist. Im Gegensatz
dazu ist die Tiefe des Hohlraums 6a in der Matrize 6 in FIGUR 4 größer als die Höhe
der Tastenkappe 5, so daß der Spalt zwischen ihnen nach unten zu nicht weit geöffnet
ist und folglich das Gummimaterial nur wenig in den Spalt gedrückt wird. Der Unterschied
zwischen der Tiefe des Hohlraums 6a der Matrize 6 der Metallform und der Höhe der
vorgefertigten Tastenkappe 5 muß nicht sehr groß sein, sollte aber 0,1 mm nicht
unterschreiten.
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Der Durchmesser und die Tiefe der Vertiefung 5a, die auf einer Seite
der vorgefertigten Tastenkappe 5 vorgesehen ist, sind nicht besonders bedeutsam,
obwohl die Vertiefung 5a groß genug sein sollte, um die oben beschriebenen Vorteile
der Erfindung sicherzustellen, und sie sollten unter Betracht der verschiedenen
Einflußgrößen wie Härte oder Festigkeit des Materials, aus dem die Tastenkappe 5
besteht, festgelegt werden. Es soll jedoch bemerkt werden, daß eine übermäßig große
Vertiefung 5a nicht wünschenswert ist, da ein solch großer Durchmesser der Vertiefung
5a eine zu geringe Stärke der Aussenwand, die die Vertiefung 5a umgibt, zur Folge
hat, so daß die Außenwand der Vertiefung 5a im Verlauf des gemeinsamen Formprozesses
mit der Gummihaube 1, wie in FIGUR 2 im Querschnitt gezeigt, deformiert werden kann,
besonders wenn die Härte oder Festigkeit des Materials relativ gering sind.
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Ebenso sollte die Tiefe der Vertiefung 5a nicht zu groß sein, da
sonst die Dicke der oberen Wand einer vorgefertigten Tastenkappe 5, die eine so
übermäßig tiefe Vertiefung 5a aufweist, zu gering und diese damit verformbar wird,
so daß die Bedienbarkeit für die Fingerspitze, die auf die Oberseite der Tastenkappe
5 drückt, beeinflußt werden kann. Dieser Punkt hängt natürlich von der Härte und
anderen Eigenschaften des Materials, aus dem die Tastenkappe 5 geformt ist, ab und
sowohl Durchmesser als auch die Tiefe der Vertiefung 5a können sehr groß sein, wie
in FIGUR 3 im Querschnitt durch die
Längsachse gezeigt, wenn das
Material, aus dem die Tastenkappe 5 besteht, eine genügend große Härte aufweist.