DE3486059T2

DE3486059T2 - Mechanische tastatur mit folienschalterfeld.

Info

Publication number: DE3486059T2
Application number: DE8484305716T
Authority: DE
Inventors: Allan Ellson
Original assignee: Cherry Electrical Products Ltd
Current assignee: ZF Electronics UK Ltd
Priority date: 1984-03-29
Filing date: 1984-08-22
Publication date: 1993-08-26
Anticipated expiration: 2004-08-23
Also published as: EP0157035B1; ATE85155T1; EP0157035A2; DE3486059D1; EP0157035A3

Description

Die Erfindung betrifft eine mechanische tastenbediente Folienschalteranordnung zur Erzeugung binärer codierter elektrischer Signale, wobei die Tastenanordnung einen Dateneingang mit Hilfe von Drucktasten und Starteinrichtungen gemäß EP-A-0087 389 besitzt.
Herkömmliche elektrische Tastaturen, z. B. für eine elektronische Schreibmaschine oder für eine Dateneingabe-Station, weisen eine Reihe von diskreten "Tastenmodulen" auf, die in einer geeigneten Matrix angeordnet oftmals geeignet sind, die Forderungen gemäß dieser Patentanmeldung zu erfüllen. Jedes Tastenmodul besitzt dabei mindestens einen elektrischen Schaltteil und führt einen auswechselbaren Deckel, auf dem die geforderete Funktionsangabe für diese Taste verzeichnet ist. Die Betätigung einer Taste verändert die elektrischen Verhältnisse des betreffenden Kreises entweder direkt oder indirekt, wodurch ein wahrnehmbares Signal erzeugt wird. Solche Wechselsignale können durch Öffnen oder Schließen von elektrischen Kontakten, kapazitive Effekte oder magnetische Effekte erstellt werden. Die gewünschten Charakteristiken derartiger Tastaturen hängen von der Art der Bedienung ab, wobei Tastenbetätigungsdrücke zwischen 50 und 100 gms und maximale Hübe von etwa 4 mm für jede Taste vorliegen. Etwas Überhub bei der Tastenbetätigung ist eine Forderung im Sinne der Sicherung einer vorteilhaften Betätigung, hierfür sind grundsätzlich 1,5 mm vorgesehen, jedoch sollte dieser Effekt für den Bediener nicht wahrnehmbar sein, und die vorgenannten 4 mm Hub schließen diesen Überhub mit ein. Zum Beispiel ist ein Tastenmodul des genannten Typs, bei dem eine leitende Strecke erzeugt und unterbrochen wird, in der US-A-4.316.066 beschrieben.
Solcherart Tastenmodule sind gewöhnlichineine gestützte, durchbrochene Platte eingesetzt, die auch die Platine mit gedruckten Kreisen enthält, welche die elektronischen Komponenten tragen, die zum Verschlüsseln der Tastensignale und zur Weiterleitung dienen, sowie die Zwischenmodul-Leiter, in welche die Tastenmodule eingelötet sind. Berührungs- oder Leichtdruck-Tastaturen, die Membranschalteranordnungen enthalten und für Daten-Eingabe-Stationen verwendet werden, besitzen eine visuell gleichartige Anordnung gegenüber denen mit herkömmlichen Tastaturen, jedoch sind diese nicht für Hochgeschwindigkeitsbedienung geeignet, weil die Art der Betätigung, d. h. das Fehlen eines Tastenhubes usw. die mechanische Rückmeldung der erfolgten Information zu dem Bediener während der Betätigung verhindert oder reduziert. Solche Kurzweg-Bedienelemente können durch Zusatzmaßnahmen verbessert werden, z. B. durch Zwischenschalten eines Umschaltelements zwischen jede Taste und die damit im Zusammenhang stehenden Membran-Schaltkontakte, um so einen größeren Hub für die Taste zu erzeugen. Durch Zwischenschaltung eines zweiten elastischen Elements wird ein Teil des Überhubs eingebracht ohne größere Komplikation für die Struktur, aber nur auf Kosten der Vergrößerung der Betätigungskraft. Damit ist die Überhub-Charakteristik für den Bediener wahrnehmbar. Darüber hinaus kann es Schwierigkeiten durch die Anwendung von Tast-Rückmeldungen mit solchen Elementen geben, die mit normalen und üblichen Tastenbetätigungen im Zusammenhang stehen und die Betätigungskraft ist oftmals viel höher, als die Höchstkraft, die für die voranstehenden Systeme gilt.
Eine zugrundeliegende Aufgabe der Erfindung ist die Erstellung eines Betätigungsmechanismus, welcher zwischen einem herkömmlichen Tastenelement des Moduls einer Tastatur-Schalteranordnung und dem dazugehörigen Schaltelement in der Schalteranordnung zwischengeordnet ist, so daß sich die Betätigungscharakteristik einer normalen Vollhub-Taste, wie sie z. B. in der vorher genannten US-A-4.316.066 beschrieben ist, ergibt.
Es ist weiterhin Aufgabe der Erfindung, eine elektronische Tastatur mit diskreten mechanischen Drucktasten mit relativ niedrigen Kosten und mit einer geschlossenen Membran-Schalteranordnung zur Verhinderung des Eindringens eines Kontaminanten zu schaffen.
Eine bekannte Tastatur, die diese Forderung erfüllt, ist in der EP-A-0 087 369 beschrieben. Jedes "Tastmodul" besitzt, wie ein Schalterbetätigungsglied, eine Y-förmige Feder, wobei der senkrechte Arm davon ein freies Ende bildet, während die gabelförmigen Arme mit einem Basisteil fest verbunden sind, an welchem die Feder fest angeschlagen ist. Ein dazugehöriges unteres Vorderteil ist als Verbindung der Arme der Druckfeder ausgebildet und grenzt an die obere Membran des Membranpaneels an. Wenn das freie Ende der Feder durch die dazugehörige Taste niedergedrückt wird, drückt das untere Vorderteil auf die darunter befindliche Membrane und schließt die dazugehörigen Kontakte. Der Überhub der Taste veranlaßt die Feder, sich über einen Knoten zu biegen, der an dem unteren Vorderteil der Feder gebildet ist. Diese Federanordnung ist relativ kompliziert und die auseinandergehenden Schlitze, die angeordnet werden müssen, um die gabelförmigen Arme zu bilden, schwächen das Basisteil in einem Maße, daß das letztere durch ein starres Bodenglied zur Verbindung von jedem der Arme mit dem Basisteil gesichert werden muß. Dieses erfordert das Eindringen in die Membranpackung an jedem Befestigungspunkt und damit ist die hermetische Abdichtung in Frage gestellt.
Die vorliegende Erfindung betrifft eine tastenbediente Membranschalter- Anordnung, die mindestens ein Schaltelement umfaßt, bei der das Tastenbetätigungselementen einem Verschiebungssensor befestigt ist, der wiederum aus einer ersten Isoliermembrane, an die das Schaltbetätigungselement angrenzt, und einer zweiten Isoliermembrane besteht. Jede Membrane ist entsprechend auf einer Seite einer dritten Membrane mit freigelassenen räumlichen Stellen angeordnet, wobei die erste und zweite Membrane jede auf ihrer inneren Vorderfläche in bezug auf jeden Schalter ein sich gegenüberliegendes Paar von Kontakten auf einer gemeinsamen Achse trägt, wobei jeder Kontakt aus einer leitenden Schicht besteht, die auf der entsprechenden Membran aufgebracht ist.
Das Kontaktpaar ist in der Öffnung der dritten Membrane angeordnet und ist ein Teil eines normalerweise offenen Kreises, welcher dann geschlossen ist, wenn die erste Membrane in den Raum, der durch-die genannte Öffnung gebildet ist, gebogen wird und sich an die zweite Membrane anlegt und sich die leitenden Schichten dadurch berühren. Das Schalterbetätigungselement ist derart angeordnet, daß durch die zwischengeschaltete Feder ein Druck auf die erste Membrane entlang der gemeinsamen Achse der Kontakte ausgeübt wird, wobei die Feder elektrisch isoliert von den Kontakten ist. Die Feder ist als ein flacher Streifen ausgebildet, dessen eines Ende geführt ist und der auf seiner Länge einen Knick besitzt, so daß ein Hebel definiert ist mit einem Ende, das die Folie durchbiegt und einem anderen freien Ende, welches durch das Schaltglied bewegt wird, so daß der Hebel einen Stützkörper für die Oberfläche bildet und mit der ersten Folie entlang der gemeinsamen Achse der Kontakte zusammenarbeitet, wenn die Feder gebogen wird.
Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß der Knick der Feder von der Federführung entfernt angeordnet ist, so daß ein Langhebel vorliegt, der einen ersten und einen zweiten Langteil auf jeder Seite des Knickes besitzt und daß diese Teile ungleichmäßig lang sind. Der Knick fluchtet mit der gemeinsamen Achse der Kontakte, wobei sich das erste Langteil des Hebels von dem Führungsende bis zu dem Knick entlang einer ebenen Fläche erstreckt, welche im wesentlichen parallel zur Ebene der ersten Folie verläuft. Das zweite Langteil des Hebels, das sich von dem Knick zu dem freien Ende erstreckt, verläuft grundsätzlich in der gleichen Richtung wie das erste Teil und in einer Ebene unter einem Winkel zwischen der Ebene der ersten Folie des Verschiebungssensors und einer Ebene senkrecht zur ersten Folie. Der Knickin dem Hebel bildet ein Knie, das bei Betätigung in Richtung auf die erste Folie biegt, verschiebt diese Membran und bringt sie mit der zweiten Membran in Kontakt. Die Erfindung ist auch dadurch charakterisiert, daß der Verschiebungssensor, der aus der ersten, zweiten und dritten Folie besteht, eine abgeschlossene Packung bildet.
Das freie Ende des Hebels ist direkt unterhalb der betreffenden Taste angeordnet. Wenn die Taste gedrückt wird, dreht sich die Feder um das befestigte Ende, wobei das Knie die Folienoberfläche kontaktiert und wodurch die Betätigung des entsprechenden Schalters erfolgt. Der zusätzliche Tastenhub, d. h. der Überhub der Taste entsteht als Folge der Flexibilität des zweiten Teils der Feder in bezug auf den ersten Teile.
Solcherart Anordnung kann zur Erstellung verschiedenartiger Tastaturen entsprechend angepaßt sein.
In einer Ausführungsform der Erfindung ist eine Serie parallel ausgerichteter Zungen entlang einer gemeinsamen Achse angeordnet, wobei jede eine derart gesockelte Feder bildet oder wobei jede Feder aus einem mit Durchbrüchen versehenen Streifen herausstrukturiert ist und wobei hierfür ein elastisches Material verwendet wird. Dieser Streifen bildet selbst die Führung für die Federn und kann vorzugsweise durch Kleben auf die Folienoberfläche als ein Teil der Schalttastatur montiert sein.
In einer anderen Ausführungsform ist jede Feder ein separates Teil und jede wird durch das Gehäuse des Schalter-Betätigungsteiles geführt. In einer verbesserten Anordnung gemäß dieser Ausführung ist ein Befestigungskörper ständig durch Klebung auf der Folienoberfläche angebracht. Darüber hinaus ist das Folienpaket selbst gleichfalls an einem starren Sockel befestigt, welcher nur als Führung dient. Die Packung der Folien kann dichtend ausgebildet sein mit der Absicht, daß ein Eindringen eines äußeren Mediums in Hohlräume im Inneren der Packung verhindert wird.
Im folgenden soll die Erfindung an Ausführungsbeispielen mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben werden.
In den Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 eine Folienschalter-Tastatur, die eine Vielzahl von auf einer Folienschalterträgerplatte montierten Schaltmodulen besitzt und ein dazugehöriges elektronisches Signal-Codierteil
Fig. 2 einen Streifenrohling zur Herstellung eines Tastenmodul-Montagestreifens zur Montage des Tastenmoduls auf das Tastatur-Paneel nach Fig. 1, der eine Reihe von Betätigungsfedern besitzt
Fig. 3 eine weitere Phase der Herstellung, in der die Zwischenräume als längserstreckte Kanäle gebildet und die Federn aus dem Streifen herausstrukturiert und mit diesem fest verbunden sind, die Figur ist ein Längsschnitt entlang der Ebene B-B
Fig. 4 einen Querschnitt des Montagestreifens entlang der Ebene C-C
Fig. 5 einen Ausschnitt aus der Tastatur gemäß Fig. 1 unter Anwendung der Tastenmodul-Montagestreifen, die in den Fig. 2 bis 4 angegeben sind Fig. 6 einen vergrößerten Teilausschnitt der Tastatur nach Fig. 5, jedoch mit entfernten Tastenmodulen
Fig. 7a eine zweite Ausführungsform der Erfindung in Explosiv-Darstellung
Fig. 7b und 7c Merkmale der Schalterbetätigungselemente nach Fig. 7a
Fig. 8a und 8b einen vergrößerten und geschnittenen Teil der Anordnung in Fig. 7a und einen Schnitt durch die Wandung des Fußes des Schalter-Bedienungselementes entlang der Ebene D-D
Fig. 9a bis 9c eine zweite Form des Schalter-Bedienungselementes nach der zweiten Ausführungsform.
Wie aus den Zeichnungen zu ersehen, besitzen die Folien-Schalteranordnungen für die Tastatur, die in Fig. 1 erkennbar ist, eine erste und eine zweite Folie, von denen die obere flexibel ist und die beide auf jeweils einer Seite einer dritten Folie angeordnet sind. Die gegenüberliegenden Oberflächen der ersten und zweiten Folie tragen positionsmäßig übereinstimmend Kontaktflächen und die dritte Folie, welche als ein Zwischenraumteil fungiert, besitzt eine freigelassene Fläche, welche räumlich mit den Kontaktflächen auf der ersten und zweiten Folie übereinstimmt. Jeder Freiraum in dieser Folie definiert eine Schaltzelle, die ein Paar der gegenüberliegenden Kontakte aufnimmt. Der Druck auf die obere der ersten oder zweiten Folie bringt die zwei Kontakte der jeweiligen Schaltzelle in dem durch die Freilassung definierten Raum miteinander in Kontakt, so daß ein elektrischer Kreis gegeschlossen werden kann.
Die obere Folie ist normalerweise elastisch, so daß keine weiteren Vorkehrungen getroffen werden müssen, um die obere Folie nach jeder Betätigung einer Taste in ihre normale Planlage zurückzubringen. Die Bodenfolie kann starr sein, so daß das aus den drei Folien bestehende Schalterpaneel direkt in eine Sockelplatte montiert sein kann, die Bodenfolie enthält dabei alle notwendigen Befestigungspunkte.
In dem vorliegenden Fall sind alle Folien flexibel und miteinander durch Kleben verbunden. Die Bodenfolie ist durch Kleben auf eine steife Trägerplatte montiert.
In der ersten Ausbildungsform der Erfindung, von der die Schalter-Betätigungselemente beschrieben werden, sind die Schaltmodule dadurch gebildet, daß C-förmige Einschnitte in die Streifen eingebracht werden, so daß sich die Federn, die darin integriert sind, davon abheben.
In einer zweiten Ausführung, die ebenfalls beschrieben ist, existiert eine separate Feder für jeden Schaltmodul, die auf einen Schalter-Betätigungskörper montiert ist, wobei letztere durch Kleben direkt auf die Oberfläche des Folienschalter-Paneels aufgebracht ist.
Nach der ersten Ausführung ist ein Sockelteil 2, wie in Fig. 2 gezeigt, aus einem geeigneten Material, z. B. Plastik, elastischer Stahlfolie oder Beryllium-Kupfer-Folie gefertigt. Das Sockelteil besteht aus einem ausgedehnten Streifen und kann von beliebiger Länge sein, die von der Anzahl der Schaltermodule abhängt, die auf dem Streifen montiert werden sollen. Entlang einer Seite des Streifens ist eine Serie von regelmäßigen Einschnitten 3 und entlang jeder Seite des Streifens ist eine Reihe von rechtwinklig geformten Durchbrüchen 4 angeordnet; die Durchbrüche der einen Seite sind räumlich in Übereinstimmung mit den Durchbrüchen der anderen Seite, so daß in Längsrichtung eine Abfolge von regelmäßig eingeteilten Durchbrüchen alternierend zu den Einschnitten 3 vorliegt.
Entlang der Mittellinie 12 ist eine Reihe von U-förmigen Schlitzen 6 angeordnet, welche an jedem Schlitzende in einer Öffnung mit größerem Durchmesser 7 enden, so daß sich am Hals jedes U-förmigen Schlitzes eine mechanisch schwache Zone 8 ergibt. Die Schlitze korrespondieren in der Anzahl mit den Paaren der rechtwinkligen Durchbrüche 4. Zwei Reihen von Bohrungen 9, angebracht auf jeder Seite des U-förmigen Schlitzes ermöglichen, daß der Streifen auf einen Sockel genietet werden kann. Ein Schaltermodul-Montagestreifen wird durch Aufbiegen der Seiten Streifens entlang einer Faltlinie entsprechend den gestrichelt gezeichneten Linien 10 gebildet, so daß ein Kanal entsteht, wie er in den Fig. 3 und 4 erkennbar ist. Die Zungen, die durch die U-förmigen Schlitze definiert sind, werden entlang einer Knicklinie 11 in Richtung der Mittellinie 12 aus der Ebene des planen Streifens herausgebogen und hinein in die Mitte des Kanals, wie es in den Fig. 3 und 4 gezeigt ist. Damit entsteht eine Reihe von Federn 13.
Jede Feder ist fest am Boden des Kanals verankert und präzise geneigt, so daß sein freies Ende einen präzise vorbeschriebenen Abstand über der Bodenfläche einnimmt.
Die Einschnitte 3 definieren eine Serie von plan gegenüberliegenden Flanken 14 auf jeder Seite des Kanals mit einem Beweglichkeitsabstand, damit die entsprechenden Tastenmodule 15 in den Kanal eingesetzt werden können, wie das Fig. 5 zeigt. Einfach ausgedrückt bedeutet das, daß die Durchbrüche 4 so angeordnet sind, daß die Stifte oder Ansätze 16 aufnehmen können, die an den seitlichen Flächen der Schaltmodule 15 angebracht sind.
In der Tastatur wird ein solcher Kanal in paralleler Ausrichtung mit anderen montiert, so daß sich ein Tastatur-Layout ergibt, das durch die spezielle Anwendung vorgeschrieben ist, z. B. so wie in Fig. 1 angegeben. Ein Schalterelement ist in der vergrößerten Schnittdarstellung nach Fig. 6 angegeben.
Wie gezeigt in Fig. 6 enthält das Membranschalter-Paneel ein Paar von flexiblen Folien 18, bestehend aus Plastik-Material, welches getrennt ist durch die Trennfolie 19 aus Plastik-Material. Eine Anordnung von Durchbrüchen (Aussparungen) 20 (eine ist in der Zeichnung gezeigt) nimmt die metallischen, gegenüberliegenden Kontakte 21 auf, die ihrerseits mit gedruckten Schaltungskreisen zusammenarbeiten, die hier nicht gezeigt sind. Die metallischen Kontakte sind jeweils auf der inneren Oberfläche des Folienpaares 18 angeordnet.
Die untere und obere Oberfläche der Trennfolie 19 ist gleichmäßig mit einer Klebeschicht eines Acryl-Materials überzogen, so daß die Folien 18 und 19 zusammengebondet sind. Diese Anordnung bildet ein abgeschlossenes System, unzugänglich für Feuchtigkeit evtl. bei einem versehentlichen Verschütten von Flüssigkeiten.
Eine weitere Klebeschicht 22 verbindet die Folienschalter-Anordnung mit dem Untergehäuse 26, z. B. einer steifen Aluminiumplatte.
Die Kanalstreifen werden direkt auf der Schalterlfolie montiert, so daß die die Knicklinie 11 jeder Feder 13 die Mittellinie eines Paares von gegenüberliegenden Kontakten 21 senkrecht kreuzt bei der entsprechenden Anzahl von Schaltelementen und so daß die Bohrungen 7, die die zu vorgenannte Halszone 8 definieren, mit den betreffenden inneren Wänden 23 der Abstandsfolie übereinstimmen. Das betreffende Schaltermodul (in Fig. 6 nicht zu sehen) wird an dem jeweils geeigneten Durchbruch 4 in den Flanken des Kanals (wie sie links in Fig. 6 zu sehen ist) montiert, so daß eine Betätigungsachse direkt mit dem freien Ende der Feder 13 zusammenfällt.
Die Betätigungsachse des Schaltmoduls ist deshalb um die Länge des Armes des freien Endes der Feder von der dazugehörigen Schalterachse verschoben angeordnet.
Zur Festlegung der Kanalstreifen mit den Folien werden in geeigneten Abständen Nieten 24 (nur eine ist in Fig. 6 zu sehen) angebracht; es sind jedoch andere Formen der Zusammenfügung möglich, einschließlich einer geeigneten Klebung.
Die Funktion der geschwächten Zone 8 der Feder 13, definiert durch das Paar Bohrungen 7, ist, eine Linie erhöhter Flexibilität, ähnlich wie bei einem Scharnier, zu schaffen. Wenn die betreffende Taste gedrückt wird, federt die dazugehörige Feder im Bereich der geschwächten Zone 8; damit drückt das "Knie" 25 der Feder, das durch die Knicklinie 11 gebildet ist, das betreffende Paar von Kontakten, das unterhalb des Knies angeordnet ist zusammen und es wird ein Stromkreis geschlossen. Die Feder 13 arbeitet insofern aktiv als der Hebel der Feder eine mechanische Leistungserhöhung für den Schaltvorgang durch das Verhältnis der Hebelarme von etwa 4:1 einbringt. Wenn die Kontakte zusammengedrückt sind, ist eine weitere Bewegung des Knies unterbunden. Ein weiterer Druck auf die Feder ergibt einen Überhub, d. h. die Flexibilität der Feder über ihre Knicklinie ist derart, daß die Feder in ihrem gedrückten Zustand letztenendes die Lage einnimmt, wie sie durch die gestrichelten Linien in Fig. 6 dargestellt ist. Die obere Folie und der Kontakt 21 daran würden in dieser Situation natürlich nach unten gedrückt, jedoch zur Erhaltung der Übersichtlichkeit ist dieses Detail nicht in Fig. 6 gezeigt. Wenn die Taste die Feder freiläßt, kehrt der betreffende Teil des Folienschalters in seine Ausgangslage zurück.
Die Erhöhung des Druckes, notwendig zur Erzeugung des "Überhubs" der Feder und der Taste, ist leicht und nicht unangenehm für den Bediener.
In den Fig. 7a bis 7c bis 9a bis 9c ist eine zweite Ausführungsform der Erfindung dargestellt, bei der ein Gehäuse 101 jedes Schalterbetätigungselements des Tastenmoduls 100 mit einem Fußteil 102 versehen ist, das in bezug auf die Betätigungsachse des Elements asymmetrisch aufgebaut ist, damit ein angrenzendes Tastenmodul plaziert werden kann, wenn mehrere gleichartige Tastenmodule zu einem Ensemble vereinigt werden. Das Fußteil besitzt eine große ebene Basisfläche zur Erleichterung der Anbringung des betreffenden Tastenmoduls auf der oberen Folie des Folien-Schalterpaneels ausschließlich mit Klebemitteln. In einer länglichen Öffnung 103 im Fußteil 102 arbeitet die Feder 104. Die Feder 104 besitzt die gleiche Funktion wie die Federn 13 der vorher. beschriebenen ersten Ausführungsform. Jede Feder ist mit einem hochstehenden Befestigungsabschnitt 105, welcher in einen vertikalen Schlitz 106 in der Seitenwandung des Fußteils 102 des betreffenden Schaltbetätigungsteils festgelegt ist, und mit einem freien Arm 105 versehen, der einen ersten und einen zweiten Teil einschließt. Der erste Teil, angrenzend an den Befestigungsabschnitt, erstreckt sich grundsätzlich in der Ebene der Basis des Fußteils, und der zweite Teil erstreckt sich von einem Knie 107 an aufwärts, um mit dem unteren Ende eines Kolbens 108, der in dem Körper des Fußteils geführt ist, in Kontakt zu kommen.
Der Kolben 108 besitzt einen Fortsatz mit einem Querschnitt in Kreuzform; auf ihm ist die betreffende Tastenkappe in herkömmlicher Weise montiert.
Der Folienschalter, wie er in den Fig. 7a bis c gezeigt ist, läßt in der Explosivdarstellung erkennen, wie die Folien-Schaltplatte 111 einen Teil der Tastatur bildet, wobei der Teil mit drei Tastenmodulen und drei Schaltzellen versehen ist. Die Folien-Schaltplatte 111 enthält im wesentlichen eine obere Folie 112, eine untere Folie 113 und eine Abstandsfolie 114 zwischen beiden. Auf den vorderen Oberflächen der oberen und unteren Folie sind in gegenseitiger Ausrichtung die betreffenden Flächen der Metallkontakte 115 sowie die Leiter-Matrix, welche die Zeilen und Spalten in orthogonaler Ausrichtung in einer für Tastatur- Schaltkreise üblichen Weise miteinander verbindet, aufgebracht.
Diese Leiter sind gemeinsam (bei 116) auf eine Seite der Platte begrenzt und dienen zur Ansteuerung eines externen Schaltkreises, wie zum Beispiel in Fig. 1 gezeigt, zur Codierung der Signale, welche dann erzeugt werden, wenn der entsprechende Tastenschalter betätigt wird. Die Reihe von Durchbrüchen 117 in der Abstandsfolie 114, die in gegenseitiger Übereinstimmung mit den Kontakten 115 auf jeder der Membranen 112 und 113 angebracht ist, legt durch den Zwischenraum die entsprechenden Schaltzellen fest, innerhalb derer, wenn die betreffende Taste gedrückt wurde, sich die obere Folie unter der Wirkung der entsprechenden Feder 104 durchbiegen kann, so daß die zwei Metallkontakte mit einer mechanischen Kraftverstärkung von 4:1 zusammengedrückt werden und dadurch ein elektrischer Kreis geschlossen wird.
In erster Linie zur Montage sind dies Oberflächen der Abstandsfolie 114 mit einem Acryl-Klebematerial überzogen. Die drei flexiblen Folien werden dann zusammengepreßt, so daß diese gegen Eindringen von Feuchtigkeit geschützt wird.
Um Problemen aus dem Wege zu gehen, die durch die Kompression der in den Zellen während der Herstellung eingeschlossenen Luft verursacht werden, oder als Folge der atmosphärischen Wechseldrücke auftreten, sind die Reihen von Durchbrüchen in der Abstandsfolie mittels Schlitzen untereinander verbunden. Diese Schlitze können in pneumatische Ableitungen (nicht gezeigt) übergehen und dadurch an Lufteinlaß-Filter oder einen oder mehrere pneumatische Druckkompensatoren (nicht gezeigt) angeschlossen sein, mit Mitteln, die einen großen Wechsel in den Druckverhältnissen kompensieren, so zum Beispiel zum Einsatz in der Luftfahrt. Zwischen der oberen Folie 112 und dem Ensemble von Tastenmodulen 100 ist eine weihe durchbrochene Abstandsfolie 118 angeordnet, die eine Reihe von Öffnungen 119 in gegenseitiger Übereinstimmung mit den Schaltzellen und den dazugehörigen Tastenmodulen besitzt. Die Folie 118 wird ebenfalls auf beiden Seiten mit einem Klebematerial überzogen bevor die Montage erfolgt, so daß dieses ein fest anfügbares Teil zur Klebebefestigung der Tastenmodule auf das Folienschalter-Paneel 111 bildet. Die Durchbrüche 119 werden groß genug gemacht, um der gesamten beweglichen Länge der Feder angepaßt zu sein, und die Dicke der Folie ist so gewählt, um die spezielle freie Beweglichkeit der Feder vor der Kontaktierung zu ermöglichen. Zum Beispiel zählt hierzu eine Dicke der Folie von 5/1000 inch (etwa 0,125 mm).
Die Durchbrüche 119 können von irgendeiner günstigen Form sein, z. B. kreisrund, elyptisch, rechteckig usw. und müssen nicht durch Schlitze verbunden sein, wie sie vorgesehen sind zur Verbindung des Inneren des Gehäuses mit einer bestimmten Atmosphäre. Eine weiterhin vorgesehene, nicht durchbrochene Folie (nicht gezeigt), überzogen auf beiden Seiten mit Klebematerial, könnte zur Klebebefestigung des montierten Folienschalter-Paneels 111 auf eine starre Basisplatte 120 dienen.
Die präzise Anordnung des Schaltbetätigungsteiles 101 auf dem Folienschalter-Paneel 111 ist in dem herausgezogenen Detail der Fig. 8a angegeben.
Zur besseren Verständlichkeit dieser Illustration ist nur ein Teil eines Tastenmoduls und einer Schaltzelle gezeigt. Wie zu sehen ist, ist das Fußteil 102 des Schalterbetätigungskörpers derart angeordnet, daß es nur teilweise über die Kante des Durchbruchs 119 in der oberen Abstandsfolie 118 hinwegragt. In dieser Position fluchtet das "Knie" 107 (nicht gezeigt) der Feder 104 präzise mit der Betätigungsachse der zwei Kontakte 115 der jeweiligen Zelle. Auch ist in diesem Ausschnitt das Detail des Schlitzes 106 in der Seitenwandung des Fußteils 102 zu erkennen.
Dieser Schlitz ist mit drei inneren Oberflächenrippen versehen, welche im Bereich einer zentralen Fläche enden und welche nach unten allmählich auslaufen und damit zur Festlegung des Befestigungsendes 105 der Feder 104 geeignet sind, wobei diese um eine vertikale Achse gekrümmt wird. Dies ist im einzelnen in Fig. 8b zu sehen, welche einen Querschnitt durch den Schlitz 106 entlang der Ebene D-D zeigt. Die zwei Rippen 121 sind entlang der Betätigungsachsenseite schräg auslaufend, so daß das Befestigungsende der Feder leicht in den Schlitz eingesetzt werden kann. Wenn das Befestigungsende in den Schlitz hochgeschoben wird, bringen die Kammerrippen 121 dieses mit Druck in eine gebogene Form. Da die Feder aus einem elastischen Material besteht, erzeugt das Befestigungsende eine Friktionskraft auf die Rippen 121, 122, welche diese in ihrer Position im Schlitz hält. Die dritte Rippe 122 läuft im wesentlichen an der Basis des Schlitzes aus und verhindert damit eine Elastizität des Befestigungsteils, wenn der Arm der Feder während der normalen Funktion gedrückt wird.
Bei Betätigung des betreffenden Tastenmoduls wird das freie Ende des Federarmes von dem Kolben 108 berührt und gedrückt, die Feder, ausgehend von dem rechtwinkligen Teil an der Basis, biegt sich über das Knie 107 und kommt mit der oberen Folie 112 durch die Öffnung 119 hindurch in Berührung und drückt diese in die Öffnung 117 und wird festgesetzt bei dem Zusammenkommen der Kontakte 115. Der Überhub der Feder tritt danach auf und diese Flexibilität ergibt sich hinter dem Knie innerhalb des zweiten Teils des Federarmes.
In der vollständig gedruckten Lage der Feder wird deren freies Ende vollständig in dem Durchbruch 119 aufgenommen.
Eines der Merkmale bei der Montage der Feder nach der zweiten Ausführungsform ist, daß ein Bestreben der Feder aus dem Schlitz im Fußteil herauszutreten (was wegen der Krümmung des Befestigungsendes unwahrscheinlich ist) vermieden werden kann, wenn die Taste vollständig gedrückt ist und die Feder um das Knie 107 während des Überhubs versucht, den ersten Teil des Federarmes nach oben zu drehen, so daß das Befestigungsende mit einer Kraft vollständig in den Schlitz gedrückt wird, wenn es vorher nicht entsprechend plaziert war. Auf diese Weise ist eine permanente Fixierung der Feder innerhalb des Gehäuses des Schalterbetätigungsteils ziemlich unwichtig, was eine große Vereinfachung der Montage und eine Verringerung der Anzahl der Teile ergibt, wobei sich letzteres auf vier Teile, nämlich den Körper 101, die Feder 104, den Kolben 108 und die Tastenkappe 110 beschränkt.
Die Fig. 9a bis 9c illustrieren eine alternative Form des Tastenmoduls, wie es in der zweiten Ausführung eingesetzt werden kann. Diese ist hauptsächlich gedacht zur Erzeugung von speziellen Funktionen in Tastaturen, die für Wort-Prozessoren und ähnliches benötigt werden.
Eine Tastatur kann danach beide Arten von Modulen oder Adaptionen mit einigen dieser Eigenschaften beinhalten. Die Tastenmodule nach den Figuren 9a bis 9c besitzen die gleichen Hauptfunktionsteile, wie die in den Fig. 7a bis 7c dargestellten Tastenmodule und arbeiten in exakt der gleichen Weise. Diese Hauptbestandteile haben deshalb auch die gleichen Bezugszeichen in beiden Zeichnungssätzen.
Das Tastenmodul nach Fig. 9 ist mit zwei sich horizontal erstreckenden Öffnungen 121' und 122' und zwei sich-vertikal erstreckenden Öffnungen 123, 124 in einem gesonderten oberen Oberflächenteil auf dem Körper 101 versehen.
Diese Öffnungen sind vorgesehen, um eine Lichtemitterdiode 125 aufzunehmen und eine Auswahl und Lokalisation zu ermöglichen; die Ortung ist zur Auffindung der zu einem bestimmten Modul gehörigen Taste gedacht. Im Betrieb wird die Diode selbstverständlich mit Energie gespeist, so daß sie eine Beleuchtung unterhalb der Tastenkappe liefert, wenn die betreffende Taste gedrückt wird. Eine Vielzahl von Schlitzen und Durchbrüchen durch den Fußteil des Tastenkörpers, welche mit den vorhergenannten Ausparungen in Verbindung stehen sind vorgesehen, um die Anschlußdrähte 126 der Dioden durch das Fußteil des Moduls und auch durch das Folienschalter-Paneel zu führen und die Verbindung mit den Schaltstellen am elektronischen Codierkreisteil herzustellen.
Der Körper 101 besitzt in seinem oberen Teil ebenfalls einen Durchgang 127 durch die entsprechende Seitenwandung, welche den unteren) Teil des Kolbens 108 (in der Zeichnung nicht zu sehen) aufnimmt. Letztere besitzt einen Durchbruch an ihrer Seite, welcher mit der genannten Öffnung 127 fluchtet und die geeignet ist, das gekröpfte Ende eines vorgesehenen doppelt gekröpften Paßbügels 128 aufzunehmen, wobei letzterer, wenn er eingepaßt ist, eine zentrale Führung und Halterung innerhalb einer dreiseitigen Halteführung 129 erhält, die in der Aussteifung 130 an der Seite des Körpers ausgebildet ist und die eine gleichartige Führung bei der Anbringung gleichartiger benachbarter Tastenmodule ermöglicht. Eine gleichartige durchbrochene Aussteifung 131 ist an dem gleichen Körper längsseitig der ersten Aussteifung auf der anderen Seite des Durchbruchs 127, wie gezeigt ist, vorgesehen, um den doppeltgekröpften Bügel von dieser Seite aufzunehmen.
Die Funktion des Bügels ist, eine mechanische Verkettung herbeizuführen, welche eine Tastenverschiebung von einem Tastenmodul zu einem anderen Tastenmodul, das sich in der gleichen Reihe befindet, überträgt. Solche Vorkehrung ist z. B. erforderlich, wenn vorgesehen ist, für zwei räumlich benachbarte Schaltbetätigungselemente einen räumlichen Bügel zu tragen oder wenn eine verlängerte Tastenkappe zur Bedienung von zwei benachbarten Tastenmodulen vorgesehen ist.

Beispiel

In vorgefertigten Mustern der zweiten Ausführungsform der tastenbetätigten Folienschalter, so wie sie hier beschrieben wurden, die mehr als 500.000 Tastendrücke erfolgreich absolvierten, waren die wichtigsten Dimensionierungen:
Tastenteilung 19 mm (in beiden Richtungen)
Tastenhub 4 mm
Membranhub 0,2 mm
Betätigungskraft 40-80 gms
Federmaterial rostfreier Stahl
Federdicke 0,125 mm
Schaltabstand etwa 2,0 mm

Claims

1. Tastenbediente Folienschalteranordnung mit mindestens einem Schalter, der ein von einer Taste bedientes Schaltglied (15, 100) aufweist montiert auf einem Verschiebesensor, bestehend aus einer ersten Isolierfolie (18, 112) angrenzend an das Schaltglied und einer zweiten Isolierfolie (18, 113), wobei jede der Folien vorzugsweise auf jeder Seite einer dritten Folie (19, 114) angeordnet ist, die Öffnungen enthält, wobei die erste und zweite Folie jede über ihre innere vordere Oberfläche in bezug auf das Schalten über vorzugsweise ein Paar Kontakte (115), die auf einer gemeinsamen Achse liegen, miteinander in Beziehung stehen, wobei jeder Kontakt aus einer leitenden Schicht besteht, die auf der betreffenden Folie abgeschieden ist, und wobei das Kontaktpaar in der Öffnung (117) in der dritten Folie (19, 114) angeordnet und angeschlossen ist an den Teil des normalerweise offenen Kreises, welcher geschlossen ist, wenn die erste Folie (18, 112) in den Raum, der durch die Öffnung (117) gebildet ist, gebogen wird, so daß sie die zweite Folie (18, 113) berührt, wobei sich die leitenden Schichten berühren und wobei das Schaltglied (15, 100) so angeordnet ist, daß wenn es betätigt wird, ein Druck auf die erste Folie entlang der gemeinsamen Achsen der Kontakte durch Zwischenschalten einer Feder (13, 104) ausgeübt wird, elektrisch isoliert von den Kontakten, gebildet als ein flacher Streifen, geführt von einem Ende und versehen mit einem Knick (11, 107) entlang seiner Länge, so daß ein Hebel definiert ist mit einem Ende vom Knickpunkt, das die Folie biegt und ein anderes freies Ende, welches durch das Schaltglied (15, 100) bewegt wird, so daß der Hebel einen Stützkörper für die Oberfläche bildet und mit der ersten Folie (18, 112) entlang der gemeinsamen Achsen der Kontakte, wenn die Feder gebogen ist, zusammenarbeitet, dadurch gekennzeichnet, daß der Knick (11, 107) der Feder von der Federführung entfernt angeordnet ist, so daß ein Länghebel vorliegt, der einen ersten und einen zweiten Langteil auf jeder Seite des Knickes besitzt und so daß eine Ungleichmäßigkeit in bezug auf die Teile definiert ist, wobei der Knick mit den gemeinsamen Achsen der Kontakte (115) fluchtet und das erste Langteil des Hebels, das sich von dem Führungsende der Feder bis zu dem Knick (11, 107) entlang einer ebenen Fläche erstreckt, welche im wesentlichen parallel zur Ebene der ersten Folie (112) verläuft und das zweite Langteil des Hebels, das sich von dem Knick zu dem freien Ende des Hebels erstreckt grundsätzlich in der gleichen Richtung wie das erste Teil und in einer Ebene unter einem Winkel zu der Ebene der ersten Folie verläuft, daß der Knick (11, 107) im Hebel, der ein Knie bildet, sich biegt in Richtung der ersten Folie und bei Betätigung des Schaltgliedes (15, 100) gegen die angrenzende erste Folie drückt, diese verschiebt und einen Kontakt ergibt mit der zweiten Folie (113) und daß der Verschiebungssensor, der die erste, zweite und dritte Folie enthält, eine abgeschlossene Packung bildet.

2. Tastenbediente Folienschalteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Feder (13) einen Teil eines kanalartigen Bauteils bildet, das seitliche umgebogene Ränder (14) und eine miteinander verbindende versteifte Platte als Mittel, auf dem die Teile oberhalb der ersten Folie montiert sind, besitzt, daß die Feder (13) durch einen U-förmigen Ausschnitt (6) in der Verbindungsplatte gebildet ist und der zweite Teil der Feder aus der Ebene der Verbindungsplatte entlang einer Linie (11) herausgeprägt ist, wobei die Arme der U-förmigen Ausschnitte zu einer Position aufgebogen sind, daß ein Zwischenabstand zwischen den beiden Enden der Feder entsteht.

3. Tastenbediente Folienschalteranordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltglied (15) auf dem kanalartigen Bauteil durch Ansätze (16) geführt ist, welche in korrespondierende Durchbrüche (4) in den umgebogenen Rändern (14) des kanalartigen Bauteils eingreifen.

4. Tastenbediente Folienschalteranordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vielzahl von Schaltgliedern (15) mit einer Vielzahl von Federn (13) auf der Verbindungsplatte des kanalartigen Bauteils koaxial zu dessen Längsachse gebildet sind, wobei jede Feder zu einem der Schaltglieder zugehörig ist.

5. Tastenbediente Folienschalteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltglieder (100) einen Kolben (109) und ein Gehäuse (101) enthalten, in dem die Kolben gleiten, daß das Gehäuse eine vorzugsweise ebene Grundplatte besitzt, welche einen asymmetrischen Fuß (102) einschließt, daß die Feder (104) an ihrem Führungsende am äußeren Ende des Fußes befestigt ist und daß die Grundplatte durch adhäsive Mittel auf der Seite der ersten Folie (112) oder an der durchbrochenen Membrane (111) gehalten ist, wobei letztere zwischen Schaltglied und der ersten Folie zwischengeschaltet ist.

6. Tastenbediente Folienschalteranordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das äußere Ende des Fußes (102) einen vertikalen Schlitz (106) besitzt, welcher an dessen Unterseite endet, daß die Feder (104) ein Anschlag-(Befestigungs-)Armteil (105) besitzt, mit welchem sie geführt und befestigt ist, vorzugsweise unter einem rechten Winkel zu dem ersten Abschnitt des auskragenden Teils der Feder, wobei der Anschlagarmteil in den Schlitz eingeführt ist und die Wände des Schlitzes zum Halten der Feder im Gehäuse durch die Wirkung einer Passung mit Übermaß zwischen dem Befestigungsarmteil und den Wänden des Schlitzes dienen.

7. Tastenbediente Folienschalteranordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlitz mit Rippen (121, 122) an seinen inneren Wänden versehen ist, wobei das Befestigungsarmteil (105) der Feder (104) bei seinem Einsetzen in den Schlitz um eine vertikale Achse gebogen ist.

8. Tastenbediente Folienschalteranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder (13, 104) so dimensioniert ist, daß bei Betätigung des Schalters eine mechanische Ausdehnung der Feder von ungefähr 4:1 erzielt wird.

9. Tastenbediente Folienschalteranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und die zweite Folie (112, 113) durch eine adhäsiv überzogene durchbrochene Abstandsschicht (114) getrennt sind, welche eine festgelegte Dicke hat und die dritte Folie bildet, wodurch die im Normalfall gewünschte Trennung der Kontakte der Kontaktpaare sichergestellt ist, daß eine ganze Reihe von Öffnungen (117) in der Abstandsschicht vorhanden sind, wobei jede von ihnen mit dem betreffenden Kontaktpaar (115) sowie mit dem betreffenden Schaltglied (100) korrespondiert und daß die erste und zweite Folie mit der Abstandsschicht durch einen adhäsiven Überzeug verbunden sind, so daß sich eine dichte Packung ergibt.

10. Tastenbediente Folienschalteranordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen (117) durch Schlitze in der Abstandsschicht verbunden sind, so daß der Durchgang eines Mediums zwischen den Öffnungen möglich wäre.

11. Tastenbediente Folienschalteranordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlitze mit pneumatischen Betätigungsorganen zusammenarbeiten, wodurch Luft zu den Räumen, die durch die Reihe von Öffnungen in der Abstandsschicht definiert werden, hingeführt oder abgesaugt werden kann.

12. Tastenbediente Folienschalteranordnung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß diese in einem Tastenbrett angeordnet ist.