DE3939131C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Druckknopfschalter nach dem Ober­ begriff des Patentanspruches 1.

Er ist bestimmt zum Einsatz in den sog. persönlichen Rechnern, in Wortprozessoren u. dgl. und betrifft die Gattung der Druck­ knopfschalter, die einen Membranschalter zur Kontaktbildung enthalten als auch ein sog. Klickgefühl hervorrufen.

Derartige Schalter sind bereits aus der EP 01 36 488 B1 bekannt und werden nachfolgend anhand der Fig. 5(a) und 5(b) erläutert, wobei Fig. 5(a) die Ruhestellung (Tastenkopf nicht eingedrückt) und Fig. 5(b) den Zustand mit niedergedrücktem Tastenkopf zeigt.

Der Tastenkopf 1 wird gleitend in einem hohlen Gehäusehals 3 aufgenommen, der sich vom Rahmen 2 eines Paneels hinwegerstreckt. Der Rahmen 2 ist auf einem Träger (Substrat) 4 des Paneels montiert und hat eine Mehrzahl von als Stützbauteile dienenden Gehäusehälse 3, deren Anzahl der Anzahl von Tastenköpfe 1 entspricht.

Mit dem Tastenkopf 1 ist fest ein Schaft 5 verbunden, der sich abwärts erstreckt und gleitend in dem zylindrischen Gehäuse­ hals 3 aufgenommen ist. Der Schaft ist mit einem Paar von schürzenartigen Wandteilen 6 versehen, von denen eines ge­ zeigt ist und die sich gabelartig vom oberen Teil des Schaftes 5 erstrecken. An seiner äußeren Oberfläche ist der Schaft 5 mit Rippen versehen, während andererseits der Gehäusehals 3 an seiner Innenfläche mit Nuten versehen ist. Die Rippen des Schaftes 5 sind gleitend in den Nuten des Gehäusehalses 3 auf­ genommen, um die vertikale Bewegung des Tastenkopfes 1 in dem Gehäusehals 3 zu führen.

Unter dem Tastenkopf 1 befindet sich ein Kipphebel 8, wobei eine aus Wendeln ausgebildete Druckfeder 7 zwischen dem Tasten­ kopf 1 und dem Kipphebel 8 angeordnet ist. In einem Membran­ schalter 9, der auf dem Träger 4 ausgebildet ist, befindet sich ein Kontaktbereich 10. Der Kipphebel 8 dient dazu, den Membranschalter 9 zu schließen, wenn der Tastenkopf 1 niedergedrückt wird. Ein oberes Ende der Druckfeder 7 ist in Eingriff mit einem Montagesitz 11 auf der inneren Wandfläche des Schaftes 5. Der Montagesitz 11 ist leicht schräg ausgebildet, so daß die Druckfeder 7 in einer vorbestimmten Richtung auslenken kann (z. B. im Sinne der Fig. 5(a) nach rechts), wenn der Tastenkopf 1 niedergedrückt wird. Ein Auslenken der Druckfeder 7 in einer Richtung, die senkrecht zur Blattebene der Zeichnung verläuft, wird durch die Wandteile 6 des Schaftes 5 verhindert.

Im Normalfall ist der Kipphebel 8 gegen die obere Fläche 12 des Membranschalters 9 durch die Rückstellkraft der Druckfeder 7 angedrückt und durch die Rückstellkraft der Druckfeder 7 wird der Tastenkopf 1 nach oben gedrückt. Ein Paar von Anschlägen 13 (einer ist dargestellt) ist auf den äußeren Oberflächen der Wandteile 6 des Schaftes 5 am unteren Ende ausgebildet. Die Anschläge 13 greifen mit einem Paar von Schultern 14 (eine dar­ gestellt) zusammen, die auf der inneren Fläche des Gehäuse­ halses 3 ausgebildet sind. Somit wird eine nach aufwärts ge­ richtete Bewegung des Tastenkopfes 1 durch den Eingriff der Anschläge 13 an den Schultern 14 verhindert. Hierbei hat jeder der Anschläge 13 eine Schrägfläche, die mit einer Schrägfläche jeder der Schulter 14 zusammengreift, um den Tastenkopf 1 mit dem Gehäusehals 3 einfach zu montieren. Jedoch kommt nach der Montage eine obere Fläche jedes der Anschläge 13 zum Anschlag gegen eine untere Fläche jede der Schultern 14 so wird eine aufwärts gerichtete vertikale Bewegung des Tastenkopfes 1 verhindert.

In der Ruhestellung des Kipphebels 8, vgl. Fig. 5(a), werden die untere Fläche 16 der Basisstützfläche 15 des Kipphebels 8 und die untere Fläche 18 einer anderen Stützfläche 17 im Druckzustand mit der oberen Fläche 12 des Membranschalters 9 gehalten. Die unteren Flächen 16 und 18 sind vom Kontakt­ bereich 10 getrennt und üben sogar dann keine Kraft auf den Schalter­ kontakt 10 aus, wenn auf ihnen die Kraft der Druck­ feder 7 lastet. Im Ruhezustand ist ein schmaler Spalt zwischen der unteren Fläche 21 eines Vorsprunges 20 des Kipphebels 8 und der oberen Fläche 12 des Membranschalters 9 vorhanden.

Der Membranschalter 9 enthält eine obere Schicht 22, eine Zwi­ schenschicht 23 und eine untere Schicht 24. Die Zwischenschicht 23 hat eine Mehrzahl von kreisförmigen Öffnungen 29 (eine ist dar­ gestellt), um durch letztere hindurch eine Mehrzahl von Kon­ taktbereichen 10 jeweils zu bilden. Jeder der Kontaktbereiche 10 besteht aus einem oberen kreisförmigen Kontakt 26, ausgebildet auf der unteren Fläche 25, der oberen Schicht 22 und einem kreisförmigen Kontakt 28, ausgeformt auf der oberen Fläche 27, der unteren Schicht 24. Wird bei dieser Ausbildung die obere Schicht 22 durch den Kipphebel 8 niedergedrückt, so wird der obere kreisförmige Kontakt 26 in elektrische Kontaktberührung mit dem unteren kreisförmigen Kontakt 28 gebracht und somit der Membranschalter 9 geschlossen.

Wenn im Betrieb der Tastenkopf 1 aus der Ruhestellung niederge­ drückt wird, wird seine Druckkraft über die Druckfeder 7 auf den Kipphebel 8 übertragen und hier eine Kippbewegung im Gegen­ uhrzeigersinn um die Kippunkte 30 und 31 erzeugt. Dann, wenn die Druckkraft langsam vergrößert wird, werden die einzelnen Wendeln der Druckfeder 7 weiter zusammengedrückt und sie wer­ den im Sinne der Fig. 5(b) nach rechts gleichzeitig ausgelenkt. Die Folge ist, daß um die Kippunkte 30 und 31 eine Bewegung im Uhrzeigersinn als zur Seite infolge der Auslenkung der Druck­ feder 7 stattfindet. Wenn zuletzt die Bewegung im Uhrzeiger­ sinn diejenige im Gegenuhrzeigersinn übersteigt, wird der Kipp­ hebel 8 etwa schlagartig und im Uhrzeigersinn um die Kippunkte 30 und 31, wie in Fig. 5(b) dargestellt, gekippt. Hieraus er­ gibt sich, daß die untere Fläche 21 des Vorsprunges 20 des Kipphebels 8 in Druckberührung mit der oberen Fläche 12 des Membranschalters 9 am Kippunkt 32 gebracht wird, um den oberen kreisförmigen Kontakt 26 gegen den unteren Kontakt 28 zu pressen. Somit ist der Membranschalter 9 geschlossen. Zu diesem Zeitpunkt erzeugt die Auslenkung der Druckfeder 7 ein Klickgefühl.

Bei diesem bekannten Druckschalter wird der Kipphebel 8 zu einer Kippbewegung aufgrund der Druckkraft und der Auslenkung der wendelförmigen Druckfeder 7 veranlaßt, die zwischen Tasten­ kopf 1 und dem Kipphebel 8 vorhanden ist, während anderer­ seits der Membranschalter 9 durch Nieder­ drücken des Kipphebels 8 gegen den oberen kreisförmigen Kon­ takt 26 eingeschaltet wird. Somit wird im Zeitintervall zwischen dem Nieder­ drücken des Tastenkopfes und der elektrischen Kontaktbildung der Membranschalter 9 einem fluktuierenden Zustand, verur­ sacht durch ständige Kraftänderungen an der Druckfeder 7, ausgesetzt. Auch ist zu berücksichtigen, daß wenn der Tasten­ kopf 1 am Rand niedergedrückt wird, der Schaft 5 einer nicht unwesentlichen Neigung unterliegt, da noch ein kreisförmiges Spiel zwischen dem Gehäusehals 3 und dem Schaft 5 vor­ handen ist und eine Fluktuierung im Zeitintervall, während der Tastenkopf 1 niedergedrückt und die Druckfeder 7 ausge­ lenkt wird, verursacht (sog. Startzeit). Es kann auftreten, daß der Kipphebel 8 nicht gekippt wird, weil die niederdrückende Kraft entsprechend stark fluktuiert (zeitlich schwankt).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Druck­ knopfschalter der eingangs genannten Art konstante Startzeiten und somit ein gleichmäßiges Einschaltverhältnis am Schalter zu gewährleisten.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Patentan­ spruch angegebene Maßnahmen erreicht. Hierdurch wird die Dreh­ bewegung des Kipphebels dann begonnen, wenn ein Druckstift in Anschlag mit dem Kipphebel kommt und wobei die Auslegung der Druckfeder durch die Drehbewegung des Kipphebels herbei­ geführt wird. Hierbei kann vorteilhaft das Timing, also das zeitliche Verhältnis des Anschlags des Druckstiftes gegen den Kipphebel konstant gemacht werden, wenn ein vorgegebener Druckhub vom Tastenkopf erzeugt ist, so daß die Startzeit der Druckfeder zu einer vorbestimmten Drehposition des Kipphebels konstant wird. Man erreicht somit konstante Einschaltverhält­ nisse im Bauabschnitt des Membranschalters, der vom Kipphebel betätigt wird.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 einen vertikalen Schnitt eines Druckknopfschalters bei niedergedrücktem Tastenkopf.

Fig. 2 eine Fig. 1 ähnliche Ansicht, bei der der Tasten­ kopf niedergedrückt ist, derart, daß die Druckstifte am Kipp­ hebel zum Anschlag kommen.

Fig. 3 eine der Fig. 1 ähnliche Ansicht, mit dem Zustand des Druckknopfschalters, bei dem der Tastenkopf weiter nieder­ gedrückt ist, um den Kipphebel zu kippen.

Fig. 4 eine Explosionszeichnung, perspektivisch, eines Druckknopfschalters.

Den Fig. 1-4 ist zu entnehmen, daß der Druckknopfschalter ein Gehäuse 40 mit einem Innenraum 41 aufweist, in dem verti­ kal bewegbar ein Tastenkopf 42 gelagert ist, wobei am Tasten­ kopf fest ein Schaft 43 als sich abwärts erstreckendes Gleit­ teil vorhanden und im Innenraum 41 aufgenommen ist. Der Schaft 43 kann in seinem unteren Teil mit einer Aufnahmeöff­ nung zur Aufnahme des oberen Teiles einer als Wendelfeder aus­ gebildeten Druckfeder 45 versehen sein. Das obere Ende der Druckfeder 45 greift mit einem kleinen Vorsprung 46 an der inneren Stirnseite des Schaftes 43 in einer Öffnung zusammen. Wie Fig. 4 zu entnehmen ist, ist ein Kippglied 47 vorhanden und an seinen gegenüberliegenden Seiten mit einem Paar von schaftähnlichen Drehstücken 48 versehen, die drehbar gelagert sind und in vertikaler Ansicht etwa die Form eines Trapezes haben. Ferner enthält das Kippglied 47 erste und zweite Teil­ stücke 49 und 50, die sich senkrecht zur Dachachse der Drehstücke 48 erstrecken. Das erste Teilstück 49 ist an einer Stelle, die sich im wesentlichen in der Mitte befindet, so ge­ bogen, daß es ein aufwärts gerichtetes schräges Teil und ein horizontales Teil bildet. Das schräge Teil ist an seiner unteren Fläche mit einem Vorsprung 51 versehen, um gegen eine obere Elektrode 56 zu drücken, während der horizontale Teil an seiner oberen Fläche mit einem weiteren Vorsprung 52 versehen ist, der mit dem unteren Ende der Druckfeder 45 zusammengreift. Der Vorsprung 52 befindet sich in einer Stellung, die zur Dachachse der Drehstücke 48 versetzt ist. Ein zweites Teilstück 50 erstreckt sich vertikal aufwärts von dem seit­ lichen Rand des horizontalen Teiles des ersten Teilstückes 49 und ist üblicherweise so angeordnet, daß es gegen eine der gegenüberliegenden Seitenwände 41a des Innenraumes 41 in An­ schlag kommt, wenn der Schalter in der Ruhestellung ist, d. h. der Tastenkopf nicht niedergedrückt ist. Hierbei wird ein Kippen des Kippgliedes 47 im Uhrzeigersinn aus der Ruhestellung verhindert. Die Drehstücke 48 des Kippgliedes 47 werden in einem Paar von Ausnehmungen 53 aufgenommen, die an den gegenüberliegenden Seitenwänden 41b des Innenraumes 41 ausgeformt sind, während der horizontale Teil des ersten Teil­ stückes 49 bei der Querstellung seines zentralen Teiles sich auf einem Stützvorsprung 54 befindet, wobei der Stützvorsprung sich von der Seitenwand 41a am unteren Ende der letzteren nach einwärts erstreckt.

Der Schaft 43 des Tastenkopfes 42 ist mit einem Paar von Druckstiften 55 versehen, die sich abwärts erstrecken und deren untere Enden geeignet ausgeformt sind, damit sie in An­ schlag mit dem freien Ende des ersten Teilstückes 49 des Kipp­ gliedes 47 kommen. Jeder der Druckstifte 55 hat eine solche Länge, daß wenn der Tastenkopf 42 sich in der nicht niederge­ drückten Stellung, wie in Fig. 1 gezeigt, befindet, die unteren Enden der Druckstifte 55 von dem freien Ende des ersten Teilstückes 49 beabstandet sind; wird aber der Tastenkopf 42 soweit niedergedrückt, daß das Auslenken der Druckfeder 45 noch nicht, wie in Fig. 2 gezeigt, begonnen hatte, dann kommen die unteren Ende der Druckstifte 55 in Anschlag gegen das freie Ende des ersten Teilstückes 49. Ferner, wenn der Tasten­ kopf 42 weiter niedergedrückt und nunmehr eine Auslenkung der Druckfeder 45, vgl. Fig. 3, verursacht ist, trennen sich die unteren Enden der Druckstifte 55 von dem freien Ende des ersten Teilstückes 49 wieder, so daß sie nicht die obere Elektrode 56 er­ reichen können.

Der Abschnitt des Membranschalters innerhalb des Druckknopf­ schalters besteht aus der oberen Elektrode 56 unterhalb einer oberen elastischen Membrane, aus einer unteren Elektrode 57, die sich auf einer unteren elastischen Membrane befindet, aus einem Abstandglied zwischen der unteren Membrane und der oberen Membrane, mit Ausnahme des Bereiches, wo sich obere und untere Elektroden 56 bzw. 57 befinden. Der Membranschalter wird von einer Basisplatte 59 gehalten. Wie Fig. 4 zu entneh­ men, ist ein Paar von elastischen Anschlägen 60 auf den gegen­ überliegenden äußeren Seitenflächen des Schaftes 43 ausgeformt und sie befinden sich in gleitendem Eingriff mit einem Paar von vertikalen Schlitzen 61, die sich an den gegenüberliegen­ den Seitenwänden 41b des Gehäuses 40 befinden, derart, daß eine Trennung des Schaftes 43 vom Gehäuse 40 während der ver­ tikalen Bahn stark eingeschränkt ist.

Der Druckknopfschalter arbeitet folgendermaßen:
Befindet sich der Tastenkopf 42 in Ruhestellung, vgl. Fig. 1, und ist die Druckfeder 45 in einer vorkomprimierten Stellung zwischen dem kleinen Ansatz 46 des Tastenkopfes 42 und dem Vorsprung 52 des Kippgliedes 47, wird das Kippglied 47 in einem solchen Zustand gehalten, daß die Bodenflächen der trapezförmigen Drehstücke 48 in enger Kontaktberührung mit den unteren Endflächen der Ausnehmungen 53 durch die kleine Rückstellkraft der vorkomprimierten Druckfeder 45 gehalten werden. Dementsprechend ist der Vorsprung 51 des Kippgliedes 47 von der oberen Elektrode 56 beabstandet und somit ist diese Elektrode 56 von der unteren Elektrode 57 getrennt. Mit ande­ ren Worten, der Membranschalter ist geöffnet (nicht leitend).

Wird aus der in Fig. 1 gezeigten Ruhestellung der Tastenkopf 42 niedergedrückt, wird die Druckfeder 45 weiter zusammengedrückt und gleichzeitig werden die Druckstifte 55 nach abwärts bewegt, so daß sie mit dem freien Ende des ersten Teilstückes 49 des Kippgliedes 47, wie in Fig. 2 gezeigt, in Anschlag kommen. Folglich beginnt das Kippglied 47 im Gegenuhrzeigersinn um die Drehachse der Drehstücke 48 zu kippen. Zu diesem Zeitpunkt gibt es noch keine Auslenkung an der Druckfeder 45.

Wird der Tastenkopf 42 weiter niedergedrückt, wird das freie Ende des Teilstückes 49 dem Druck der unteren Enden der Druck­ stifte 55 ausgesetzt, und das Kippglied 47 wird weiter im Gegenuhrzeigersinn kippen. In gleicher Zeit wurde die Druck­ feder 45 weiter komprimiert und gleichzeitig seitlich im wesentlichen im Mittelteil ausgebogen (nach links im Sinne der Fig. 3).

Wird der Tastenkopf 42 weiter niedergedrückt und wenn die seitliche Ausbiegung die Gegenkraft der Druckfeder 45 an den gegenüberliegenden Enden übersteigt, wird die volle Auslenkung der Druckfeder 45 erreicht, vgl. Fig. 3, und hierbei ein Klickgefühl erzeugt. Zu diesem Zeitpunkt trennt sich das freie Ende des ersten Teilstückes 49 von den unteren Enden der Druckstifte 55 und das Kippglied 47 wird weiter im Gegenuhrzeigersinn um die Drehachse der Drehstücke 48 kippen, bis der Vorsprung 51 des ersten Teilstückes 49 einen Druck auf die obere Elektrode 56 ausübt, um letztere in Kontaktberührung mit der unteren Elektrode 57 zu bringen, vgl. Fig. 3. In dem Schaltzustand gemäß Fig. 3 ist ein hinreichender und bestimmter Spalt zwischen den unteren Enden der Druckstifte 55 und der oberen Elektrode 56 eingehalten, derart, daß wenn der Tasten­ kopf 42 weiter aus dieser Stellung niedergedrückt wird, die unteren Enden der Druckstifte 55 nicht mehr die obere Elektrode 56 erreichen. Dadurch wird vorteilhaft sichergestellt, daß eine übermäßige Belastung des Membranschalters durch die Druck­ stifte 55 verhindert ist.

Wenn die vom Tastenkopf 42 ausgeübte Kraft, deren zugehöriger Zustand in Fig. 3 dargestellt ist, nunmehr entlastet wird, wird die Druckfeder 45 unter Einwirkung ihrer eigenen Feder­ kraft aus der ausgelenkten Stellung nahezu in die geradlinige Stellung überführt, hierbei wird der Tastenkopf 42 hochgedrückt und gleichzeitig das Kippglied 47 im Uhrzeigersinn um die Drehachse der Drehstücke 48 gekippt. Mit anderen Worten, der Tastenkopf 42 wird gelüftet, bis die elastischen Anschläge 60 des Schaftes 43 in Eingriff mit den oberen Enden der Schlitze 61 des Gehäuses 40 gebracht sind. Gleichzeitig wird das Kippglied 47 im Uhrzeigersinn so lange gedreht, bis das zweite Teilstück 50 des Kippgliedes in Anschlag an der Seiten­ wand 41a des Gehäuses 40 gebracht ist. Dementsprechend wird der Vorsprung 51 des Kippgliedes 47 von der oberen Elektrode 56 getrennt und die obere elastische Membran an der oberen Elektrode 56 wird in die Anfangsposition durch ihre eigene elastische Kraft rückgeführt und hierdurch der normale, offene Schaltzustand des Membranschalterabschnittes hergestellt.

Aus vorstehendem ist erkennbar, daß das von dem Tastenkopf 42 betätigte Kippglied 47 durch die Druckstifte 55 des Schaftes 43 gekippt wird. Deshalb kann die Zeit zwischen Niederdrücken des Tastenkopfes und dem Kippen des Kipp­ gliedes 47 konstant gemacht werden und die zeitlichen Ein­ schaltverhältnisse an der Druckfeder 45 können konstant bzw. beherrschbar gehalten werden. Hieraus ergibt sich, daß das Einschaltverhältnis am Membranschalter ebenfalls konstant und zeitlich beherrschbar gemacht ist.

Wenn ferner der Membranschalter eingeschaltet wird, verbleibt ein Spalt zwischen den unteren Enden der Druckstifte 55 und der oberen Elektrode 56. Deshalb ist vorteilhaft, daß sogar dann, wenn der Tastenkopf 42, nachdem der Membranschalter eingeschaltet wurde, übermäßig weit niedergedrückt wird, doch eine übermäßige Belastung des Membranschalters durch die Druckstifte 55 verhindert wird.

Da ferner die Auslenkung der Druckfeder 45 kraftschlüssig da­ durch vonstatten geht, daß das freie Ende des ersten Teil­ stückes 49 des Kippgliedes 47 durch die Druckstifte 55 und durch das Kippen des Kippgliedes 47 erfolgt, so werden die Einschaltverhältnisse des Membranschalters nicht dadurch be­ einflußt, daß die Federkräfte der Druckfeder 45 in einzelnen Schaltzuständen unterschiedlich sind.

Claims (5)

1. Druckknopfschalter, bei welchem durch ein im Schaltergehäuse (40) gleitend gelagertes Stellglied (43) ein unter ihm angeordneter Kontaktbereich (56, 57) über ein Kippglied (47) ein- und ausschaltbar ist und dabei eine zwischen dem Stellglied und dem Kippglied kraftschlüssig angeordnete Feder (45) seitlich schlagartig auslenkbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Kippglied (47) am Schaltergehäuse (40) schwenkbar gelagert und mit mindestens einem seitlich abstehenden länglichen Teilstück (49) versehen ist derart, daß ein Ende des Teilstücks sich in die Verstellbahn mindestens eines vom Stellglied (43) vertikal abstehenden Druckstiftes (55) erstreckt, wobei der Druckstift in einer vorbestimmten Hubhöhenstellung des Stellgliedes am Teilstück (49) in Anschlag kommt.

2. Druckknopfschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kippglied (47) zwei beabstandete Drehstücke (48) aufweist, die in Ausnehmungen (53) an der Innenwand des Schaltergehäuses gelagert sind und deren Drehachse zum unteren Abstützpunkt der Feder (45) am Kippglied versetzt ist.

3. Druckkopfschalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Paar von Druckstiften (55) vorhanden ist, die parallel zur Richtung der Achse der Drehstücke (48) beabstandet sind.

4. Druckkopfschalter nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kontaktbereich als Membranschalter ausgebildet ist.

5. Druckkopfschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder (45) eine Wendeln aufweisende Druckfeder ist.