DE3721513A1 - Elastisches daempfungselement fuer tastaturen - Google Patents

Elastisches daempfungselement fuer tastaturen

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Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Tastaturen bzw. Tastenfelder (Keyboards) und dabei speziell auf ein neuartiges, verbessertes elastisches Dämpfungs- oder Pufferelement für die Verwendung bei Tastaturen.
Tastaturen sind bekannte Elemente und werden beispielsweise in Computern, Rechnern, elektrische Schreibmaschinen usw. verwendet. Wie weiterhin bekannt ist, wird das elastische Dämpfungselement (Pad) zwischen den Tasten und den Mikroschaltern oder anderen aktiven Elementen verwendet. Wenn eine entsprechende Taste gedrückt wird, hat das Dämpfungselement die Funktion, dem Benutzer ein gutes "Gefühl" zu geben, während gleichzeitig das Dämpfungselement aber auch die Funktion bzw. die Elastizität oder Federeigenschaft besitzt, um die betreffende Taste in ihre Ausgangsposition zurückzubewegen. Das Dämpfungselement dient weiterhin auch dazu, Staub, Wasser oder andere Verunreinigungen von dem operativen Teil der Tastatur fernzuhalten.
Die herkömmlichen Dämpfungselemente für Tastaturen sind aus Silikongummi hergestellt. Silikongummi besitzt zwar die vorgenannten angestrebten Eigenschaften, es wurde jedoch festgestellt, daß speziell bei einer Reihe von extremen Anwendungen bzw. bei Anwendungen unter extremen Bedingungen Silikongummi den Nachteil aufweist, daß er nicht über eine genügend lange Zeit ausreichend elastisch bzw. federnd ist, also nur eine nicht genügend lange "Flexibilitäts-Lebensdauer" aufweist. Diese Flexibilitäts-Lebensdauer ist die Anzahl der Zyklen, die das Dämpfungselement aus Gummi überstehen kann und dennoch seine Funktionen ordnungsgemäß ausführt.
Verschiedene Anstrengungen wurden unternommen, um Dämpfungselemente für Tastaturen aus Silikongummi zu ersetzen, und zwar insbesondere dort, wo eine hohe Flexibilitäts-Lebensdauer erforderlich ist. Ein Material, welches hier versuchsweise eingesetzt wurde ist EPDM. Während EPDM zwar eine exzellente Flexibilitäts-Lebensdauer besitzt, ist es generell nicht optimal für die Verwendung bei Dämpfungs- bzw. Pufferelementen für Tastaturen, und zwar wegen der geringen Elastizität bzw. wegen des geringen Federvermögens dieses Materials.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Dämpfungselement für Tastaturen aufzuzeigen, welches sämtliche für ein derartiges Dämpfungselement angestrebten Eigenschaften aufweist und insbesondere auch bei exzellentem Federungsvermögen eine hohe Flexibilitäts-Lebensdauer besitzt. Weiterhin liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Tastatur mit einem solchen Dämpfungselement sowie ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Dämpfungselementes aufzuzeigen. Zur Lösung dieser Aufgabe sind das Dämpfungselement, die Tastatur bzw. das Verfahren entsprechend dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1, 6 bzw. 10 ausgeführt.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß ein exzellentes Dämpfungselement für Tastaturen, welches alle Eigenschaften aufweist, die bei einem solchen Dämpfungselement angestrebt werden, und zwar einschließlich einer exzellenten Elastizität bzw. eines exzellenten Federungsvermögens sowie einer exzellenten Flexibilitäts-Lebensdauer, erhalten werden kann durch eine Mischung von EPDM und einem Copolymer von Propylen-Oxid und Allyl-Glycidyl-Ether, wie es von der Firma Hercules unter dem Handelsrahmen Parel vertrieben wird. Die Zugabe dieses Parel-Copolymers zu EPDM verbessert ganz wesentlich die Elastizität bzw. das Federungsvermögen des Dämpfungselementes, und zwar ohne daß die Flexibilitäts- Lebensdauer nachteilig beeinflußt wird. Das Verhältnis von EPDM zu dem Parel-Copolymer liegt zweckmäßigerweise zwischen 10 : 90 bis 90 : 10. Bevorzugt werden die Materialien in einem Verhältnis von 40 : 60 bis 60 : 40 verwendet, wobei die besten Ergebnisse mit einem Verhältnis der Materialien von im wesentlichen 50 : 50 erzielt werden.
Die Bezeichnung EPDM ist eine in der Industrie geläufige Bezeichnung, die sich auf ein Terpolymer eines Ethylen- Propylen-Dien-Monomers bezieht. Im Terpolymer ist das Dien in einem vergleichsweise geringen Anteil vorhanden. Verschiedene Diene sind allgemein im Handel erhältlich, beispielsweise 1,4 Hexadien; Ethyldien-Norbornen und Dicyclopentadiene. Von diesen wird bevorzugt das 1,4 Hexadien verwendet, wie es in dem von der Firma DuPont unter dem Handelsnamen Nordel 1470 vertriebenen EPDM Polymer enthalten ist.
Wie bei der normalen Gummibe- bzw. -verarbeitung enthält die Zusammensetzung Beschleuniger (accelerators), die typischerweise Schwefelverbindungen sind. Geeignete Beschleuniger schließen z. B. Zink-Dibutyldithiocarbamat, Tetramethylthiuram-Disulfide, 2-Mercaptobenzothiazol und ähnliche, bekannte Beschleuniger ein. Die Zusammensetzung kann ferner Antioxidantien, z. B. Nickel-Dibotyldithiocarbamate oder polymerisiertes 2,2,4-Trimethyl-1,2-Dihydroquinolin; Aktivatoren, z. B. ein Metalloxid wie Zink-Oxid oder Magnesium-Oxid; Härter bzw. Härtungsmittel, wie beispielsweise eine höhere Fettsäure wie Stearin-Säure bzw. Talk- oder Bassia-Säure; Schwefel sowie Ruß enthalten. Nachfolgend sind bevorzugte und typische Anteile an den einzelnen Bestandteilen wiedergegeben. Der Gesamtanteil an Gummi bzw. Gummiverbindung, d. h. die Kombination von EPDM und dem Parel Copolymer sind 100 Anteile. Die übrigen Bestandteile sind in Gewichtsanteilen pro 100 Anteilen der Gummiverbindung angegeben.
Zusätzlich zu den vorstehend angegebenen Bestandteilen kann die Zusammensetzung auch andere Bestandteile enthalten, beispielsweise kann ein zusätzliches Gummimaterial, wie Polyisopren oder Polybutadien verwendet werden. Falls ein zusätzliches Gummimaterial verwendet wird, wird bevorzugt, daß dieses nicht in einem Anteil vorhanden ist, welcher größer ist als 50 Gewichtsanteile des EPDM-Parel-Copolymer- Gehalts. Andere Bestandteile bzw. Zusätze, die üblicherweise in Gummizusammensetzungen bzw. -rezepturen verwendet werden, können ebenfalls verwendet werden, wie beispielsweise Aushärt-Verzögerer, Hilfsstoffe für die Be- oder Verarbeitung usw.
Bei der Herstellung des erfindungsgemäßen Dämpfungselementes werden die beiden Gummimaterialien, d. h. das EPDM und das Parel-Copolymer zunächst mechanisch gemischt, um diese zu homogenisieren. Hierbei ist es wesentlich, über eine ausreichende Zeitperiode bei erhöhter Temperatur zu mischen, um eine im wesentlichen vollständige Homogenisierung der beiden Materialien zu erhalten. Dies kann dann erreicht werden, wenn die beiden Materialien in einem sog. "Banbury-Mischer" bei einer Temperatur von 150-200°F (65,5-93,3°C) zwei Minuten gemischt werden. Nachdem die beiden Polymere vermischt sind, werden die anderen Bestandteile bzw. Zusätze dem Banbury- Mischer zugegeben, und zwar mit Ausnahme der Beschleuniger und des Schwefels. Die übrigen Bestandteile werden in Anlehnung an normale Gummiverarbeitungsverfahren bevorzugt nacheinander zugegeben, um ein gutes Mischen sicherzustellen. Die Zugabe der weiteren Materialien wird vorzugsweise bei einer Temperatur bis zu ungefähr 300°F (149°C) durchgeführt und erfolgt zweckmäßigerweise innerhalb einer Zeitperiode von fünf Minuten.
Nach der Beendigung des ersten Schrittes bzw. Abschnittes, d. h. nach dem Mischen aller Bestandteile mit Ausnahme der Beschleuniger und des Schwefels (falls vorhanden) wird das Material abgekühlt. Es wird dann erneut bevorzugt in einem Banbury-Mischer gemischt, und zwar etwa 2-3 Minuten lang bei einer Temperatur von bis zu ungefähr 200°F (93,3°C) bei Zugabe der Beschleuniger und des Schwefels. Das gemischte Material wird dann in eine Rohform gebracht, und zwar bevorzugt durch Extrusion. Das extrudierte Rohmaterial wird dann in die geeignete Form für die jeweilige Verwendung des Dämpfungselementes gebracht, und zwar bevorzugt durch Preß-Spritzverfahren, Spritzgußverfahren oder Formpressen. Das so erhaltene Formteil wird dann bevorzugt nach dem Formen nachgehärtet, und zwar zweckmäßigerweise bei einer Temperatur von ca. 225°F (107°C) über eine Zeit von ungefähr zwei Stunden.
Dies und andere Aspekte der Erfindung werden nachfolgend an Beispielen näher erläutert:
Beispiel 1
In diesem Beispiel bestand die Zusammensetzung aus den folgenden Bestandteilen, wobei alle Bestandteile als Gewichtsanteile bezogen auf den Gesamtgummigehalt angegeben sind:
BestandteilePro
100 Teile Gummi
EPDM50 Parel-Copolymer50 Nickel-Dibutyldithiocarbamate0,5 Polymerisiertes 2,2,4-Tri-
methyl-1,2-Dihydroquinolin0,5 Stearin-Säure1 Zink-Oxid15 Zinkdibutyldithiocarbamat1 Tetramethylthiuram-Disulfide0,25 2-Mercaptobenzothiazol1 Schwefel (Spider sulfur)1,5 Ruß5
Das EPDM sowie das Parel-Copolymer wurden zwei Minuten lang in einem Banbury-Mischer gemischt und die Temperatur wurde während des Mischens auf ungefähr 200°F (93,3°C) erhöht. Die Antioxidantien, die Stearin-Säure, das Zinkoxid und der Ruß wurden nacheinander zugegeben und der Mischvorgang wurde für weitere fünf Minuten fortgesetzt, wobei die Temperatur auf ungefähr 300°F (149°C) anstieg. Das Material wurde dann anschließend erneut in den Banbury-Mischer gegeben und zwei Minuten bei einer Temperatur unterhalb von ungefähr 200°F (93,3°C) gemischt. Während dieses Mischvorgangs wurden die Beschleuniger (Zink-Dibutyldithiocarbamat, Tetramethylthiuram-Disulfid und 2-Mercaptobenzothiazol) und der Schwefel (Spider-Sulfur) zugegeben. Nach dem Entfernen aus dem Banbury-Mischer wurde die Mischung in eine geeignete Rohform bzw. in ein geeignetes Rohprodukt extrudiert und diese Rohform wurde dann in ein Dämpfungselement für Tastaturen geformt, und zwar durch ein Preßspritzverfahren. Das Tastatur-Dämpfungselement wurde zwei Minuten bei einer Temperatur von 350-360°F (177-182°C) gehärtet. Das Dämpfungselement wurde zwei Stunden bei einer Temperatur von 225°F (107°C) nachgehärtet.
Das hergestellte Dämpfungselement hatte die folgenden physikalischen Eigenschaften:
EigenschaftWert
Spezifisches Gewicht1,07 Härte, Shore A50 Zerreißfestigkeitoberhalb 400 p.s.i. Dehnungoberhalb 350% Elastizitätsmodul bei 100%oberhalb 150
Das Dämpfungselement wurde im Bezug auf Änderungen in einer Spitzen-Tasteinrichtung (Peak Tactile) zwischen Kompression und Entspannung gemessen, um die Hysterese des Gummis zu bestimmen. Der entsprechende Wert wird in Δ Gramm ausgedrückt und ist ein Maß der Elastizität des Materials. Ein Material welches vollständig elastisch federnd ist hat einen Wert von Δ 0 Gramm. Das Dämpfungselement dieses Beispieles hatte einen Wert von Δ 8 Gramm. Außerdem wurde festgestellt, daß das Dämpfungselement eine exzellente Flexibilitäts- Lebensdauer besitzt.
Beispiel 2
Für einen Vergleich wurde ein Tastatur-Dämpfungselement in der gleichen Weise wie im Beispiel 1 hergestellt, allerdings mit der Ausnahme, daß in diesem Fall die Gummikomponente ausschließlich EPDM war und kein Parel-Copolymer verwendet wurde. Während dieses Produkt ebenfalls eine exzellente Flexibilitäts-Lebensdauer aufwies, wurde festgestellt, daß die Elastizität bzw. das Federungsvermögen dieses Produktes Δ 19 Gramm betrug, d. h. wesentlich schlechter war als das Federungsvermögen des Dämpfungselementes nach Beispiel 1.
Beispiel 3
Das Beispiel 1 wurde wiederholt, und zwar unter Verwendung von 10 Anteilen EPDM und 90 Anteilen an Parel-Copolymer. Es wurden akzeptable Ergebnisse erzielt.
Beispiel 4
Das Beispiel 1 wurde wiederholt, und zwar unter Verwendung von 19 Anteilen EPDM und 10 Anteilen an Parel-Copolymer. Es wurden akzeptable Ergebnisse erzielt.
Beispiel 5
Beispiel 1 wurde wiederholt unter Verwendung von 40 Teilen EPDM und 60 Teilen an Parel-Copolymer. Es wurden Ergebnisse erzielt, die mit denen nach dem Beispiel 1 vergleichbar sind.
Beispiel 6
Beispiel 1 wurde wiederholt, und zwar unter Verwendung von 60 Teilen EPDM und 40 Teilen an Parel-Copolymer. Die Ergebnisse waren vergleichbar mit den Ergebnissen, die beim Beispiel 1 erzielt wurden.
Es versteht sich, daß Änderungen sowie Abwandlungen möglich sind, ohne daß dadurch der die Erfindung tragende Gedanke verlassen wird.

Claims (11)

1. Elastisches Dämpfungselement, dadurch gekennzeichnet, daß das Dämpfungselement 10-90 Teile EPDM und 90-10 Teile eines Copolymers von Propylen-Oxid und Allyl-Glycidyl- Ether aufweist.
2. Dämpfungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das EPDM sowie das Copolymer des Propylenoxids und des Allyl-Glycidyl-Ethers in einem Verhältnis von 40 : 60 bis 60 : 40 vorliegen.
3. Dämpfungselement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Dämpfungselement bzw. dessen Material einen oder mehrere Beschleuniger (Accelerators) enthält.
4. Dämpfungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Dämpfungselement bzw. dessen Material Schwefel enthält.
5. Dämpfungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Dämpfungselement bzw. dessen Material einen oder mehrere Zusätze aus der Gruppe bestehend aus Ruß, Antioxidantien, Härtemittel und Aktivatoren enthält.
6. Tastatur mit durch Tasten betätigbaren Elementen sowie mit einem zwischen den Tasten und diesen Elementen angeordneten elastischen Dämpfungselement, dadurch gekennzeichnet, daß das elastische Dämpfungselement 10-90 Teile EPDM und 90-10 Teile eines Copolymers von Propylen-Oxid und Allyl-Glycidyl-Ether aufweist.
7. Tastatur nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das elastische Dämpfungselement die folgenden Bestandteile jeweils in Gewichtsanteilen bezogen auf 100 Anteile derjenigen Mischung enthält, die von dem EPDM und dem Copolymer des Propylen-Oxids und Allyl-Glycidyl-Ethers gebildet ist: BestandteileAnteile pro 100EPDM10-90 Copolymer von Propylen-Oxid
und Allyl-Glycidyl-Ether10-90 Antioxidantien1-3 Härtemittel0,75-1,5 Aktivator3-25 Beschleuniger2-5 Schwefel0-3 Ruß0-20
8. Tastatur nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das elastische Dämpfungselement die folgenden Bestandteile in Gewichtsanteilen bezogen auf 100 Anteile der Mischung enthält, die von dem EPDM und dem Copolymer des Propylen-Oxids und Allyl-Glycidyl-Ether gebildet ist: BestandteileAnteile pro 100EPDM40-60 Copolymer von Propylen-Oxid
und Allyl-Glycidyl-Ether40-60 Antioxidantien1 Härtungsmittel1 Aktivator10-20 Beschleuniger2-3 Schwefel1-2 Ruß5-15
9. Tastatur nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das elastische Dämpfungselement die folgenden Bestandteile in Gewichtsanteilen bezogen auf 100 Anteile der Mischung enthält, die von dem EPDM und dem Copolymer von Propylen-Oxid und Allyl-Glycidyl-Ether gebildet ist: BestandteileAnteile pro 100EPDM50 Copolymer von Propylen-Oxid
und Allyl-Glycidyl-Ether50 Nickel-Dibutyldithiocarbamat0,5 Polymerisiertes 2,2,4-Trimethyl-
1,2-Dihydroquinolin0,5 Stearinsäure1 Zink-Oxid15 Zink-Dibutyldithiocarbamat1 Tetramethylthiuramdisulfide0,25 2-Mercaptobenzothiazol1 Schwefel (Spider Sulfur)1 Ruß5
10. Verfahren zum Herstellen eines elastischen Produktes, insbesondere eines Dämpfungselementes, dadurch gekennzeichnet, daß EPDM und ein Copolymer von Propylen-Oxid und Allyl-Glycidyl-Ether so lange gemischt werden, bis die Mischung im wesentlichen homogenisiert ist, und daß der Mischung erst im Anschluß daran weitere Bestandteile, wie Beschleuniger, Antioxidantien, Aktivatoren und Härtungsmittel zugegeben werden.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das EPDM und das Copolymer von Propylen-Oxid und Allyl- Glycidyl-Ether vorzugsweise in einem Banbury-Mischer bei einer Temperatur von wenigstens ungefähr 150-200°F (65,5-93,3°C) während einer Zeit von wenigstens ungefähr fünf Minuten vermischt werden, bevor die anderen Zusätze zugegeben werden.
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