DE3543751C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Druckknopfschalter mit einem Schalthub von maximal 0,5 mm und mit einem insgesamt kuppelartig geformten, aus einem gummiartigen Elastomer bestehenden, elastomeren Druckknopf, der ein konisches Stützteil besitzt, das ein Bodenteil einstückig mit einem Kappenteil zu einer kuppelartigen Struktur verbindet.

Der erfindungsgemäße Druckknopfschalter besitzt insbesondere ein Schnapp- oder Klickverhältnis von mindestens 30%, um eine einwandfreie Rückmeldung des Schaltvorganges sicherzustellen, wobei der Fingerspitze der Bedienperson ein vertrauenserweckendes und angenehmes Betätigungsgefühl im Sinne einer positiven Rückmeldung vermittelt werden soll. Das Schnapp- oder Klickverhältnis ist definiert als (a-d)/a × 100 (%), wobei a der maximalen Druckbelastung entspricht, welcher der Druckknopfschalter beim Erreichen des Schalterumschnappunktes ausgesetzt ist, und d der Druckbelastung zum Niederhalten des Druckknopfschalters noch aufgebracht werden muß.

Seit einigen Jahren kommen derartige Druckknopfschalter vor allen Dingen als Tastschalter bei flachen Bedienkonsolen zum Einsatz, die für die unterschiedlichsten Steuerfunktionen eingesetzt werden, beispielsweise als Fernbedieneinheiten.

Mit Hinblick auf den üblicherweise sehr geringen Schalthub bei derartigen Konsolen-Tastschaltern ist es von entscheidender Bedeutung, daß der Schaltvorgang des Schalters durch das Herunterdrücken des Schalters mit einer Fingerspitze klar erkannt wird. Eine derartige Rückmeldung des Schaltvorgangs kann in verschiedenster Weise erfolgen, beispielsweise durch optische oder akustische Signale. Im praktischen Einsatz bevorzugt wird jedoch die zuverlässige Vermittlung eines Druckpunktes durch das Umschnappen des Schalters auf die Fingerspitze der Bedienperson über die Tastenfläche.

Es sind Druckknöpfe für Druckknopfschalter bekannt, die aus relativ starrem Material bestehen, um eine Verformung und ein Nachlassen der Spannkraft nach längerzeitiger Benutzung zu verhindern. Aus diesem Grund ist der Schalthub eines derartigen druckknopfumfassenden Schalters auch selten größer als 0,2 bis 0,5 mm. Derartige Druckknopfschalter aus Gummimaterial sind bei derartig kleinem Schalthub kaum dazu in der Lage, einen eindeutigen und zuverlässigen Druckpunkt oder ein entsprechendes Schnappgefühl an die Fingerspitze zu vermitteln.

Bei solchen Druckknopfschaltern mit zu flachem Druckpunkt ist es bekannt, eine Federplatte von nach oben gewölbter konkaver Form als bewegliches Kontaktteil über den festen Kontaktpunkten anzuordnen, mit denen er unter Herunterdrücken in Kontakt kommt. Diese Federplatte besteht aus Metall wie beispielsweise aus Neusilber, Phosphorbronze oder nichtrostendem Stahl und ist dazu in der Lage, einen ausreichend guten Druckpunkt mit einem Schnappverhältnis von immerhin 46,7% durch eine Richtungsumkehr der Krümmung zu vermitteln. Ein derartiger Druckknopfschalter ist jedoch aufgrund der Materialermüdung der Metallfederplatte nur mäßig zuverlässig und weist eine geringe Standzeit auf. Durch die Materialermüdung verliert die Federplatte zusehends die Fähigkeit, nach dem Umschnappen die ursprüngliche Form wieder einzunehmen. Außerdem verhindern Staubteilchen, die zwischen die festen Kontakte und die Federplatte eindringen, einen zuverlässigen elektrischen Kontakt zwischen diesen Teilen. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß dieser Druckknopfschalter nicht für die Massenproduktion geeignet ist, da bei jedem Druckknopfschalter das Federelement akkurat zwischen den Druckknopf und die Grundplatte eingesetzt werden muß, um die Zentrierung der angelegten Druckbelastung relativ zur Federplatte sicherzustellen, ganz abgesehen von dem Problem, daß dieser Druckknopfschalter aus einer größeren Anzahl von Einzelteilen zusammengesetzt werden muß.

Weiterhin ist aus der US 39 32 722 A ein Drucktastenschalter aus einem elastischen Material bekannt, dessen domartige Schalterkappe ein Stützteil mit einem oberen und einem unteren Bereich umfaßt. Die Wandstärke dieser Arbeitsbereiche nimmt von oben her gesehen zunächst ab und anschließend daran weiter nach unten hin wieder zu. In einem zwischen diesen beiden Bereichen liegenden Zwischenbereich besitzt die Stützwand einen Knick. Der obere Bereich ist einwärts zum Schalterinneren hin gekrümmt. Bei Druckbeaufschlagung wird dieser gekrümmte Bereich einwärts nach unten gebogen. Wenn der Druck zunimmt, wird die Oberfläche des ebenfalls einwärts gebogenen Zwischenbereichs so lange vergrößert, bis sich die Krümmung der Oberfläche des Zwischenbereichs schlagartig umkehrt. Durch dieses Umklappen wird dem Bediener tastensensorisch vermittelt, daß der Schaltvorgang erfolgt ist.

Nachteilig an diesem Schalter mit seinem relativ komplizierten Bewegungsablauf ist, daß der Schalthub nicht beliebig verkleinert werden kann, da für die Biegeverformung des oberen bzw. des Zwischenbereichs der Stützwand ein gewisser Mindestweg erforderlich ist.

Des weiteren ist ein ebenfalls relativ kompliziert aufgebauter Drucktastenschalter aus der DE 33 40 575 A1 bekannt, der jedoch die gleichen Nachteile aufweist.

Angesichts dieses Standes der Technik besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, einen Druckknopfschalter zu schaffen, der für die Massenproduktion geeignet ist, als Rückmeldung für den getätigten Schaltvorgang einen positiven Druckpunkt vermittelt und darüber hinaus nur einen kurzen Schalthub aufweist.

Diese Aufgabe wird durch die Lehre des Anspruchs 1 gelöst.

Beim erfindungsgemäßen Druckknopfschalter ist der Druckknopf selbst einstückig und zwar aus einem ganz speziellen Elastomermaterial hergestellt. Dabei sind die Materialeigenschaften des Elastomers, also dessen Härte und dessen Rückprallelastizität so gewählt, daß die Vermittlung eines positiven Druckpunktes an die Fingerspitze einer Bedienperson auch nach längerem Einsatz dieses Druckknopfschalters zuverlässig gewährleistet ist. Wesentlich für diese Eigenschaft sowie für eine lange Haltbarkeit des Elastomer-Druckknopfschalters ist es, daß die angegebenen Mindestwerte für die Materialhärte sowie Rückprallelastizität eingehalten werden.

Dieser Druckknopfschalter läßt sich als Einzelstück im Verbund mit einer Vielzahl gleicher Schalter beispielsweise im Spritzgußverfahren unter hoher Präzision herstellen. Damit ist der erfindungsgemäße Druckknopfschalter aber auch uneingeschränkt zur Massenproduktion geeignet.

Die Erfindung soll nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert werden; in diesen zeigen:

Fig. 1 ein Diagramm, in dem die Druckbelastung in Abhängigkeit vom Schalthub für verschiedene Druckknopfschalter dargestellt ist,

Fig. 2 bis Fig. 6 verschiedene Ausführungsbeispiele für den erfindungsgemäßen Druckknopfschalter in Schnittdarstellung und

Fig. 7 und 8 Schnittdarstellungen eines herkömmlichen Druckknopfschalters mit eingesetzter Federplatte.

In Fig. 1 ist der Verlauf der Druckbelastung in Abhängigkeit vom Schalterhub für eine Reihe verschiedener Druckknopfschalter dargestellt. Aus den Teildiagrammen A bis H ist dabei für jeden Druckknopfschalter das Schnapp- oder Klickverhältnis in % gemäß der Formel (a-d)/a × 100 entnehmbar. Dabei entspricht a der Druckbelastung, welcher der jeweilige Druckknopf ausgesetzt werden muß, um dessen individuellen Umschnappunkt zu erreichen, und d ist die Druckbelastung, die nach Überschreiten des Umschnappunktes zum Niederhalten des Druckknopfschalters noch aufgebracht werden muß.

Anhand des Teildiagrammes A der Fig. 1 und Fig. 7 soll nun zunächst ein Druckknopfschalter vom Federplatten-Typ beschrieben werden. Dieser Druckknopfschalter besteht aus einer Abdeckplatte 21, die innenseitig einen Druckknopf 22 trägt und auf einer gedruckten Schaltplatte 23 befestigt ist, die ein Paar fester Schaltkontakte 24 aufweist. Außerdem umfaßt dieser Schalter eine mit Richtung auf den Druckknopf 22 konkav gewölbte Membran oder Platte 25, die zwischen dem Druckknopf 22 und der gedruckten Schaltkarte 23 federnd eingespannt und durch ein Halteteil 26 gehaltert ist. Sobald die Abdeckplatte 21 gemäß Fig. 8 im Bereich des Druckknopfes 22 minimal so weit nach unten gedrückt wird, daß der Druckknopf 22 gerade eben aus seiner Ruhestellung gebracht ist, wird die Krümmung der Federplatte 25 unter Schnappwirkung umgesteuert, und zwar derart, daß sich sogar bei geringem Schalthub ein beträchtliches Schnappverhältnis ergibt. Druckknopfschalter dieses Typs weisen jedoch, wie eingangs näher ausgeführt, eine Reihe von Nachteilen auf, die sich vor allen Dingen aus der Formbeständigkeit der Federplatte 25 ergeben.

In Fig. 2 ist ein erstes Ausführungsbeispiel eines Druckknopfes eines erfindungsgemäßen Druckknopfschalters dargestellt, der ohne Federplatte arbeitet. Der Druckknopf 1 ist direkt auf einer gedruckten Schaltkarte 8 mit einem Paar fester Kontaktpunkte 7 befestigt und besteht einstückig aus einem Bodenteil 5, das in Kontakt steht mit der Karte 8, aus einem Kappenteil 2, das innenliegend einen beweglichen Kontakt oder Kontaktpunkt 3 trägt und aus einem relativ dünnwandigen Stützteil 4, das das Bodenteil 5 und das Kappenteil 2 unter Ausbildung einer insgesamt kuppelartigen oder domartigen Struktur miteinander verbindet. Üblicherweise ist eine Vielzahl derartiger den Druckknopf 1 bildender Strukturen miteinander verbunden und mit einer Abdeckplatte oder Abdeckschicht 6 verbunden, welche die Schalt- oder Druckstellungen anzeigt. Für die korrekte, erfindungsgemäß beabsichtigte Funktion dieses Druckknopfschalters ist es von wesentlicher Bedeutung, daß der Druckknopf 1 aus einem gummiartigen Elastomer besteht, das eine ganz bestimmte Shore-D-Härte in Kombination mit einem definierten Wert für die Rückprallelastizität aufweist.

Sobald das obere Teil oder das Kappenteil 2 des Druckknopfes 1 entweder direkt oder über die Verkleidung 6, wie in Fig. 3 gezeigt, heruntergedrückt wird, wird das Stützteil oder Rückstellteil 4 durch Einknicken oder Einbeulen verformt, um den beweglichen Kontakt 3 in Kontakt mit den darunter angeordneten festen Kontakten 7 zu bringen, wodurch die beiden Festkontakte 7 elektrisch miteinander verbunden sind. Zur Vermittlung eines eindeutigen und vertrauenserweckenden Druckpunktes entsprechend dem Schalterumschnappen an die Fingerspitze der Bedienperson ist es von entscheidender Bedeutung, daß das Einknicken des Stützteils 4 so plötzlich wie möglich stattfindet und das eingeknickte Stützteil 4 eine ausreichende Rückprall- oder Rückstellelastizität aufweist kraft seiner elastischen Materialeigenschaften. Diese Bedingungen sind nur dann erfüllt, wenn das gummiartige Elastomermaterial, aus welchem der Druckknopf 1 geformt ist, eine Härte von mindestens 35, vorzugsweise 35 bis 60 Shore D aufweist, sowie eine Rückprallelastizität oder Stoßelastizität von mindestens 40%.

Angenommen, der in Fig. 2 dargestellte Druckknopf 1 besteht aus einem Elastomer mit einer Härte von 40 Shore D und einer Rückprallelastizität von 62%, so ergibt sich ein Wert für das Schnapp- oder Klickverhältnis für den Schaltvorgang von 72,4% gemäß Teildiagramm H von Fig. 1. Im Teildiagramm C von Fig. 1 sind die Verhältnisse angegeben, die sich ergeben, wenn der Druckknopf 1 aus einem Silicongummi hergestellt ist, mit einer Härte von 60 Shore A entsprechend einer Härte von 20 bis 25 Shore D und einer Rückprallelastizität von etwa 60%. Obwohl sich dabei ein Schnappverhältnis von immerhin 60% errechnet, ist der maßgebende, absolute Umschnappwert aufgrund des niedrigen Maximalwertes der Druckbelastung in Folge der geringen Hälfte des Gummis gering, so daß das an die Fingerspitze der Bedienperson vermittelte Umschnappgefühl bzw. der Druckpunkt nicht immer ausreichend eindeutig und zuverlässig ist. Wenn die Wanddicke des Stützteils 4 bei einem derartigen aus Silicongummi bestehenden Druckknopf 1 zur Erhöhung des absoluten Maximalwertes der Druckbelastung erhöht wird, sinkt das Schnappverhältnis, wie sich aus Teildiagramm D von Fig. 1 berechnen läßt, nahezu auf den Wert 0 aufgrund der herabgesetzten oder verminderten Plötzlichkeit der Einknickverformung des Stützteils 4, so daß der Fingerspitze der Bedienperson keinerlei Druckpunkt oder keinerlei Umschnappgefühl mehr vermittelt wird.

Wenn der Druckknopf 1 von Fig. 2 entsprechend Teildiagramm E von Fig. 1 aus einem Elastomer aufgebaut ist, mit einer Härte von 35 Shore D und einer Rückprallelastizität von 39%, errechnet sich ein Umschnappverhältnis von 20,8%, wodurch der Fingerspitze der Bedienperson zwar in einem gewissen Maß ein Druckpunkt übermittelt wird. Dieser ist jedoch nicht ganz zufriedenstellend bezüglich Eindeutigkeit und Zuverlässigkeit.

Alternativ zu dem typischen Aufbau des Druckknopfschalters von Fig. 2, bei dem eine Abdeckfolie 6 sämtliche Druckknöpfe der Tastenschaltanordnung überdeckt, kann gemäß Fig. 4 jede Schaltereinheit mit einem Tastenabdeckteil 9 aus relativ starrem Material abgedeckt sein, das auf das flache Kappenteil 2 des Druckknopfes 1 aufgesetzt ist. Bei einer weiteren Ausführungsform gemäß Fig. 5 ist es vorgesehen, das Kappenteil und das Tastenteil integral aus demselben gummiartigen Elastomer herzustellen, und zwar in Form eines einteiligen Tastenteils 10. Diese Integration des Tastenteils in den Druckknopf wird durch die große Härte des gewählten gummiartigen Elastomermaterials möglich.

In Fig. 6 ist eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Druckknopfes dargestellt, das im Gegensatz zu den Ausführungsbeispielen der Fig. 2 bis 5 keinen beweglichen Kontakt auf der Innenfläche des Kappenteils 2 trägt. Statt dessen ist eine flexible Membran 11 aus isolierendem Material, beispielsweise ein Polyesterfilm zwischen der gedruckten Schaltkarte 8 mit den festen Kontakten 7 und dem Druckknopf 1 angeordnet, und zwar mittels eines Abstandshalters 12, der zwischen der gedruckten Schaltkarte 8 und der flexiblen Membran 11 angeordnet ist, die den beweglichen Kontakt 3 innenseitig, den festen Kontakten 7 gegenüberliegend, trägt. Dieser bewegliche Kontakt 3 kann in an sich beliebiger Weise, beispielsweise durch ein Druckverfahren unter Zuhilfenahme einer elektrisch leitenden Tinte auf der flexiblen Membran 11 angebracht sein.

Der Druckknopf des erfindungsgemäßen Druckknopfschalters kann beispielsweise durch Formpressen oder Spritzgießen unter Verwendung eines Elastomermaterials hergestellt sein, welches die benötigte Shore-D-Härte sowie die benötigte Rückprallelastizität aufweist. Alternativ dazu kann das Elastomermaterial zunächst in eine platten- oder tafelartige Vorform überführt werden, welche ihrerseits durch Vakuumformen oder Druckformen in die gewünschte Gestalt des Druckknopfes überführt wird. Prinzipiell läßt sich jede Art von Elastomermaterial verwenden, vorausgesetzt, die geforderten Werte für Shore-D-Härte und Stoßelastizität werden eingehalten. Beispiele für geeignetes Elastomermaterial sind Polyamid-Polyester- Copolymerkautschuk, Polyurethane, Polyolefine, Styrol- Butadien-Copolymerkautschuk sowie Fluorkohlenstoff-Elastomere.

Im Nachfolgenden soll der Druckknopf des erfindungsgemäßen Druckknopfschalters anhand eines Beispiels noch näher erläutert werden.

Beispiel

Mehrere Druckknöpfe E, F, G und H für Druckknopfschalter in der Ausführungsform gemäß Fig. 2 wurden unter der Verwendung verschiedener Elastomerausgangsmaterialien hergestellt mit einer Härte von 35 bis 46 Shore D und einer Rückprallelastizität von 44 bis 62%, einschließlich einem thermoplastischen Polyamid-Polyester-Copolymerkautschuk und einem thermoplastischen Polyurethanelastomer. Als Druckknopfabmessungen wurde ein Durchmesser von 6 mm für das flache Kappenteil gewählt, 0,5 mm Gesamtschalthub, 0,08 mm Wanddicke und ein Anstiegswinkel von 60° für das Stützteil relativ zum Bodenteil. Für jeden dieser Druckknöpfe wurde die Druckbelastung als Funktion des Schalterhubes ermittelt. Die Ergebnisse sind in den Teildiagrammen E, F, G und H von Fig. 1 dargestellt.

Zu Vergleichszwecken wurden weitere Druckknöpfe C und D gleicher Form und Abmessungen hergestellt, jedoch mit einer anderen Wanddicke des Stützteils. Als Wanddicke wurde 0,08 mm bzw. 0,2 mm gewählt unter Benutzung von Silicongummi mit einer Härte von 20 Shore D und einer Rückprallelastizität von 65%. Die Eigenschaften dieser beiden Vergleichsdruckknöpfe sind in den Teildiagrammen C und D von Fig. 1 dargestellt. Weiterhin wurde aus Vergleichsgründen ein Druckknopfschalter B vom Federplattentyp gemäß Fig. 7 hergestellt, unter Verwendung von Neusilber als Plattenmaterial. In Fig. 1 sind die Meßergebnisse für den Druckknopfschalter B im Teildiagramm B dargestellt. Die Parameter der Druckknopfschalter B bis H sind in der nachfolgenden Tabelle 1 aufgeführt.

Tabelle 1

Claims (2)

1. Druckknopfschalter mit einem Schalthub von maximal 0,5 mm und mit einem insgesamt kuppelartig geformten, aus einem gummiartigen Elastomer bestehenden, elastomeren Druckknopf (1), der ein konisches Stützteil (4) besitzt, das ein Bodenteil (5) einstückig mit einem Kappenteil (2) zu einer kuppelartigen Struktur verbindet, dadurch gekennzeichnet, daß das Elastomer eine Härte von mindestens 35 Shore D sowie eine Rückprallelastizität von mindestens 40% aufweist und daß das Stützteil (4) eine Wanddicke von 0,08 mm und einen Anstiegswinkel von 60° relativ zum Bodenteil (5) besitzt.

2. Druckknopfschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hälfte des gummiartigen Elastomers 35 bis 60 Shore D beträgt.