DE4124435A1 - Betaetigungsmechanismus fuer einen elektrischen schalter - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft im allgemeinen einen Schalterbetäti­ gungsmechanismus und insbesondere einen verbesserten Betä­ tigungsmechanismus für einen elektrischen Schalter, der eine spürbare und/oder hörbare Rückmeldung an einen Benutzer gibt. Die Erfindung kann auf Tastaturanordnungen angewendet werden, die mehrere Tastenschalter für elektronische Geräte umfassen, welche Signale verwenden, wie etwa Laptop-Personalcomputer, Schreibmaschinen, Taschenrechner, Telefone und dergleichen.

Allgemein sind aus dem Stand der Technik verschiedenste ma­ nuell betätigte Schaltvorrichtungen zum Ineingriffkommen mit elektrischen Kontakten bekannt, wodurch ein elektrischer Leitungspfad geschlossen wird.

Einige der bekannten Ausle­ gungen verwenden eine Säulendruckfeder in Verbindung mit einem Kippschalter. Beispielsweise ist in der US-Patentan­ meldung Nr. 41 18 611 vom 3. Oktober 1978 (Anmelder Richard H. Harris) ein schwenkbarer Schaltbetätiger gezeigt und er­ läutert, der eine Biegekompressionsfeder verwendet, um den Betätiger auf das Herabdrücken einer Taste hin zu bewegen, wobei der Betätiger das Schließen und Öffnen eines Schalters durch Verändern der Kapazität zwischen Kontakten bewirkt, mit denen der Betätiger zusammenarbeitet.

Ferner lehrt die US-PS 45 28 431 vom 9. Juli 1985 (Edwin T. Coleman III) eine Biegefeder, die sich zwischen einer Taste und einem schwenkbaren Kippbetätiger erstreckt, um ein Schließen des Kontaktschalters einer Membrankontaktschalter­ anordnung zu bewirken, wenn die Taste herabgedrückt wird. Ge­ nauer gesagt weist der schwenkbare Kippbetätiger eine erste Unterseite auf, die zwei beabstandete Abschnitte umfaßt, welche auf einer Oberseite der Membrankontaktschaltanordnung ruht, wenn der Betätiger in seiner Ruheposition ist. Wenn die Taste gedruckt wird, biegt sich die Feder in eine ausgewählte Richtung, um ein anfängliches Schwenken des Betätigers um eine vordere Kante eines jeden der beabstandeten Abschnitte zu bewirken. Daraus resultiert, daß eine kurvenförmige Un­ terseite des Betätigers um einen Schwenkpunkt auf der kur­ venförmigen Unterseite dreht, um den Kontaktschalter zu schließen. Wenn die Taste losgelassen wird, wird die Feder mit einer geringeren Geschwindigkeit wieder gerade als bei ihrer Kompression, so daß der Betätiger anfänglich weiter in derselben Richtung rotiert, in der er während des Herab­ drückens der Taste rotiert hat, und zwar vor einer Rotation in der Gegenrichtung, um den Betätiger in seine anfängliche Ruheposition zurückzubringen.

In dem US-Patent Nr. 44 79 040 vom 23. Oktober 1984 (Ronald S. Denley et al.) ist ein Schalter mit einer spürbaren Rück­ meldung offenbart, der ein Gehäuse, einen Satz elektrischer Kontakte, einen sich hin- und herbewegenden Kolben, einen Betätiger und einen Koppler aufweist. Eine erste Feder ist zwischen dem Kolben und dem Betätiger vorgesehen, um diese auseinander vorzuspannen. Der Koppler umfaßt einen Bloc­ kierdorn, der in einem ersten Abschnitt des Kolbenhubs mit dem Betätiger in Eingriff kommt, um eine Bewegung des Betä­ tigers zu unterbinden. Eine zweite Feder ist zwischen dem Koppler und dem Gehäuse angeordnet, um den Koppler in Auf­ wärtsrichtung vorzuspannen. Nach einem vorbestimmten Betrag der Kolbenbewegung trennt ein Auslösemechanismus den Koppler von dem Kolben, was in einem Abfall des Widerstands in bezug auf den Kolbenhub resultiert, so daß eine spürbare Rückmel­ dung an den Betätiger gegeben wird. Gleichzeitig kommt der Blockierdorn von dem Betätiger los, so daß die erste Feder den Betätiger dazu bringen kann, die Schaltkontakte zu schließen.

Andere bekannte Auslegungen von Tastenschalterbetätigungen verwenden einen kuppelartigen Betätiger aus Silikongummi zum Öffnen und Schließen von Schaltkontakten, um eine elektrische Verbindung herzustellen. Eine von dem Anmelder vorgenommene Recherche betreffend den Gegenstand dieser Anmeldung brachte folgende weitere Patente zutage: US-Patente Nr. 40 02 871; 41 23 627; 42 45 138; 44 33 224; 44 05 845 und 45 28 428. Diese letztgenannten Patente werden jedoch als nur von allge­ meinem Interesse angesehen.

Die bekannten Schalterbetätigungsmechanismen haben einen sig­ nifikanten Nachteil insofern, als die Werkstoffe, welche bei der Herstellung der Biegefedern und der kuppelförmigen Gummi­ betätiger verwendet werden, inhärente Probleme mitbringen, und zwar im Hinblick auf Zuverlässigkeit und bei der Quali­ tätssicherung. Insbesondere bei der Massenproduktion ist es schwierig und teuer, diese Elemente in den erforderlichen Toleranzen zu halten, die für einen guten Schaltbetrieb er­ forderlich sind. Ferner ist herausgefunden worden, daß die bekannten Schalterbetätigungsmechanismen, welche eine Biege­ feder verwenden, Korrosionsprobleme in bestimmten Umgebungen haben, wodurch ihre Lebensdauer begrenzt ist. Darüber hinaus kranken diese bekannten Vorrichtungen an der Verwendung einer großen Anzahl Teile, woraus sich erhöhte Herstellungs- und Zusammensetzungskosten ergeben.

Es wäre demzufolge wünschenswert, einen verbesserten Betä­ tigungsmechansimus für elektrische Schalter anzugeben, der verläßlicher und akkurater im Betrieb ist und der ökono­ mischer hergestellt werden kann, ohne die Notwendigkeit hoher Toleranzen, wie sie nach dem Stand der Technik erfor­ derlich sind. Es ware ferner begrüßenswert, einen verbesser­ ten Betätigungsmechanismus fur elektrische Schalter anzuge­ ben, der aus einer relativ kleinen Anzahl Komponenten aufge­ baut und daher einfach herzustellen und schnell zusammenzu­ setzen ist.

Die Hauptaufgabe der Erfindung besteht darin, einen ver­ besserten Betätigungsmechanismus für elektrische Schalter anzugeben, der sämtliche der oben angesprochenen Nachteile der bekannten Geräte überwindet.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung liegt darin, einen ver­ besserten Betätigungsmechanismus für elektrische Schalter anzugeben, der aus einer relativ kleinen Anzahl Komponenten aufgebaut ist.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen ver­ besserten Betätigungsmechanismus für elektrische Schalter an­ zugeben, der eine hohe Zuverlässigkeit und eine verlängerte Standzeit hat, sowie ökonomisch herzustellen und zusammenzu­ setzen ist.

Ferner ist es Aufgabe der Erfindung, einen verbesserten Betäti­ gungsmechanismus für elektrische Schalter anzugeben, der einen Kolben mit einer ersten Nockenfläche, ein Betätigungs­ teil aus einem vertikalen Abschnitt und einem horizontalen Abschnitt, ein Gleitteil, das gleitend zwischen dem verti­ kalen Abschnitt und dem Kolben angeordnet ist, und eine zweite Nockenfläche umfaßt, die auf dem Gleitteil für kon­ taktierendes Ineingriffkommen mit der ersten Nockenfläche angeordnet ist.

Entsprechend diesen Zielen und Aufgaben steht die Erfindung in Zusammenhang mit einem Flachtastaturschalter mit spürbaren und/oder hörbaren Eigenschaften für die Verwendung in Kombi­ nation mit einem digital betreibbaren Membranschalterfeld, das umfaßt: ein Gehäuse oben auf einer Membranschalterstruk­ tur, mit einer oberen Öffnung darin, einen Kolben, der glei­ tend in dem Gehäuse angeordnet ist, einen Betätiger, der schwenkbar innerhalb des Gehäuses angebracht ist, und ein Fe­ derteil. Der Betätiger weist einen vertikalen Abschnitt und einen horizontalen Abschnitt auf. Ein Gleitteil ist gleitend auf dem vertikalen Abschnitt des Betätigungsteils angeordnet und liegt dem Kolben gegenuber. Obere und untere Anschläge auf dem vertikalen Abschnitt begrenzen die Hin- und Herbe­ wegung des Gleitteils. Das Federteil sitzt auf dem horizon­ talen Abschnitt des Betätigungsteils und drückt den Kolben nach außen in die Öffnung. Miteinander zusammenarbeitende Nockenflachen auf den Kolben bzw. dem Gleitteil stellen einen einfachen und effektiven Bewegungs- und Kraftübertra­ gungsmechanismus dar.

Im folgenden ist die Erfindung anhand bevorzugter Ausfüh­ rungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeich­ nung mit weiteren Einzelheiten näher erläutert, wobei ein­ ander entsprechende Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind. Es zeigen:

Fig. 1 eine Vertikalschnittansicht eines Be­ tätigungsmechanismus für elektrische Schalter nach der Erfindung;

Fig. 2(a), 2(b), 2(c), 2(d) eine Betriebssequenz des Schalterbetä­ tigungsmechanismus nach Fig. 1;

Fig. 3 ein Kennfeld der Tastenkraft und der Versetzungsstrecke des Schalterbetä­ tigungsmechanismus nach den Fig. 2(a) bis 2(d);

Fig. 4 das Kennfeld der Tastenkraft und der Versetzungsstrecke nach einem zweiten Ausführungsbeispiel des erfindungs­ gemäßen Schalterbetätigungsmechanis­ mus;

Fig. 5(a), 5(b) und 5(c) eine Draufsicht, eine Seitenansicht, bzw. eine Ansicht von unten eines al­ ternativen Ausführungsbeispiels des Betätigungsteils für die Verwendung in dem vorliegenden Schalterbetäti­ gungsmechanismus;

Fig. 6 eine Querschnittansicht gleich der­ jenigen nach Fig. 1, jedoch von einer alternativen Ausführungsform des Kolbens;

Fig. 7 eine Seitenschnittansicht gleich der nach Fig. 5(b), wobei jedoch das Be­ tätigungsteil aus einem leitenden Werkstoff ist und direkt in Verbindung mit elektrischen Kontakten verwendet wird; und

Fig. 8 eine vertikale Schnittansicht einer Computertastatur mit dem Schalterbe­ tätigungsmechanismus nach der Erfin­ dung.

Im folgenden ist detailliert auf die verschiedenen Ansichten der Zeichnungen eingegangen. Fig. 1 zeigt einen Betätigungs­ mechanismus für elektrische Schalter, der allgemein mit der Bezugszahl 10 bezeichnet ist. Er ist nach dem erfindungs­ gemäßen Prinzip ausgelegt und weist im Betrieb die erwünschte spürbare und hörbare Erfaßbarkeit auf. Der Mechanismus 10 umfaßt eine Tastenkappe 12 mit einem einstückig ausgebildeten Kolben 14, ein aufrechtstehendes röhrenförmiges Gehäuse 18, einen L-förmigen schwenkbaren Betätiger 18, ein Gleitteil 20 und eine Schraubenfeder 22. Der Schalterbetätigungsmechanis­ mus 10 ist insbesondere anwendbar bei einer Tastatur von Lap­ top-PCs und anderen datenverarbeitenden Geräten, um bestim­ mte Zeichen auf der Tastatur auszuwählen sind. Bei Drücken der Tastenkappe 12 des Schalterbetätigungsmechanismus 10 bewirkt der L-förmige Betätiger 18 eine Aktivierung einer Schaltstrukturanordnung 24, um eine elektrische Verbindung herzustellen, wie dies weiter unten erschöpfend erläutert ist.

Die Tastenkappe 12, das Gehause 16, der Betätiger 18 und das Gleitteil 20 sind vorzugsweise alle aus Kunststoff, was öko­ nomisch mittels eines herkömmlichen und einfachen Spritzguß­ verfahrens herzustellen ist. Im Gegensatz zu dem Stand der Technik verwendet dieser Betätigungsmechanismus 10 die Schraubenfeder 22 anstelle der Kompression einer Biegedruck­ feder. Da die Schraubenfeder sich nicht kritisch biegen muß, um eine Rotationsbewegung des Betätigers 18 hervorzurufen, kann sie okonomischer hergestellt werden, weil kein hoher Grad an Toleranz bei der Herstellung erforderlich ist. Es sei darauf hingewiesen, daß das Gehäuse 16 auf der oberen Membran der Schalterstrukturanordnung 24 nach jedem bekannten Ver­ fahren angebracht sein kann.

Die Tastenkappe 12 umfaßt einen flachen Kopfkronenabschnitt 26 und einen sich nach unten erstreckenden Mantel 28. Im we­ sentlichen in dem Mittelbereich der Unterseite des Kopfkro­ nenabschnitts 26 ist damit einstückig der sich nach unten erstreckende vertikale Kolben 14 ausgebildet. Das Gehäuse 18 weist eine hohle Innenkammer 30 zum Aufnehmen des vertikalen Kolbens 14 darin auf, und zwar darin hin- und herverschieb­ bar. Das L-förmige Betätigungsteil 18 ist ebenfalls in der Innenkammer 30 angeordnet und weist einen vertikalen Ab­ schnitt oder Arm 32 sowie einen horizontalen Abschnitt oder ein Bein 34 auf. Der Arm 32 umfaßt einen länglichen schwal­ benschwanzformigen Laufführungsabschnitt 36 (Fig. 5(a)), der dazu ausgelegt ist, in Eingriff innerhalb einer komple­ mentären schwalbenschwanzförmigen Nut 38 in der nach weisenden Rückseite des Gleitteils 20 zu gleiten. Ein Anschlagsansatz 40 ist benachbart dem obersten Teil des Lauf­ abschnitts 36 zum Begrenzen des Ausmaßes der Bewegung des Gleitteils 20 nach oben ausgebildet. Ein unterer Anschlags­ ansatz 42 ist auf dem Arm 32 an dem untersten Endabschnitt des Laufabschnitts 36 ausgebildet und von dem Anschlagsan­ satz 40 mit einem vorbestimmten Abstand beabstandet, welcher größer als die Länge des Gleitteils 20 ist, um das Ausmaß der Bewegung des Gleitteils 20 nach unten zu begrenzen.

Die Front oder die nach innen weisende Seite des Gleitteils 20 ist in ihrem oberen Bereich mit einem Absatz 44 zum Auf­ nehmen eines seitlich hervorstehenden Nockenvorsprungs 46 an der Seite des Kolbens 14 versehen, der dem Gleitteil 20 gegenübersteht. Der Vorsprung 46 wird in dem Absatz 44 zwischen einem überhängenden Anschlag 48 und einem gerundeten Nockenvorsprung 50 auf dem Gleitteil 20 aufgenommen. Der Noc­ kenvorsprung 50 weist eine nach unten zurückspringende ge­ neigte Nockenfläche 50A auf.

Der horizontale Arm 34 umfaßt einen nach oben hervorstehenden Haltezapfen 52, der auf der Oberseite desselben und fluch­ tend mit dem Kolben 14 angeordnet ist. An seinem unteren Endabschnitt umfaßt die Schraubenfeder 22 den Haltezapfen 52 haltend und umgreift ihn. An ihrem oberen Endabschnitt steht die Feder 22 in haltendem Eingriff mit einer unten offenen Buchse 54, die in der unteren Stirnseite des Kolbens 14 ausgebildet ist. Da die Feder 22 sich zwischen der Ober­ seite des Arm 34 und der unteren Stirnseite des Kolbens 40 in der Ruhe- oder zurückgesetzten Position befindet, wird die Feder 22 unter ausreichendem Druck gehalten, um den Kolben und die Tastenkappenanordnung 14/12 sowie das Ge­ häuse/den Betätiger 16/18 axial beabstandet zu halten. Eine Aufwärtsbewegung des Kolbens/der Tastenkappe ist von einer sich nach außen erstreckenden Anschlagsfläche 56 an der Un­ terseite des Kolbens 14 begrenzt, die nach oben weist, um mit einer nach unten weisenden überhängenden Anschlagschulter 58 auf der Oberfläche der Wand in Eingriff zu kommen, die die Kammer 30 innerhalb des Gehäuses 16 festlegt. Eine Begrenzung der Abwärtsbewegung des Kolbens/der Tastenkappenanordnung wird durch Anschlag einer Unterseite 60 der Tastenkappenkrone 26 an einer Oberseite 62 des Gehäuses 16 erreicht.

Der horizontale Arm 34 weist einen sich nach unten er­ streckenden Anschlußfinger 63 auf, der auf dessen distalem Endabschnitt ausgebildet ist, zum Aktivieren oder Schließen der Membranschalteranordnung 24, wie nachstehend erläutert.

Die Schalterstrukturanordnung 24 umfaßt vorzugsweise einen Membrankontaktschalter, der eine obere Schicht 64 aus elek­ trisch isolierendem Werkstoff, eine Zwischenschicht 65 aus elektrisch isolierendem Werkstoff und eine Unterschicht 66 aus elektrisch isolierendem Werkstoff beinhaltet. Jede der Schichten 64 bis 66 ist vorzugsweise aus Mylar. Die Unter­ seite der oberen isolierenden Schicht 64 ist mit einer elek­ trisch leitenden Schicht 68, wie etwa einem metallischen Film versehen, der eine erste leitende Schalterleitung fest­ legt. Die Oberseite der unteren isolierenden Schicht 66 ist mit einer elektrisch leitenden Schicht 70 versehen, die eine zweite leitende Schalterleitung festlegt. Die erste und die zweite Schalterleitung 68, 70 stellen einen Kontaktschalter dar, innerhalb dessen die Zwischenschicht 65 normalerweise die erste und die zweite leitende Schicht 68 und 70 vonein­ ander trennt. Somit ist der Kontaktschalter 24 normalerweise geöffnet.

Wenn die obere Schicht 64 mittels des Armfingers 63 des Be­ tätigers 18 nach unten ausgelenkt wird, wird die erste lei­ tende Schicht 68 dazu gebracht, sich durch eine Öffnung 72 in der Zwischenschicht 65 und in Eingriff mit der zweiten leitenden Schicht 70 nach unten zu bewegen. Dadurch werden die Schalterkontakte geschlossen, so daß eine elektrische Verbindung zwischen der ersten und der zweiten Schalterlei­ tung 68 und 70 hergestellt ist. Fachleuten dürfte klar sein, daß die entsprechenden Endabschnitte 73 und 74 der Schalter­ leitungen in geeigneter Weise mit verschiedenen elektrischen Anwendungsgeräten verbunden sein können, welche vom Öffnen und Schließen des Kontaktschalters Gebrauch machen können.

Nachstehend ist der Betrieb des Schalterbetätigungsmechanis­ mus 10 detailliert unter Bezugnahme auf die Fig. 2(a) bis 2(d) der Zeichnung erläutert. In der ursprünglichen ruhe- oder zurückgesetzten Position gemäß Fig. 2(a), die mit Fig. 1 identisch ist, kann festgestellt werden, daß der vertikale Arm 32 des Betätigerteils 18 leicht von der Innen­ fläche des Gehäuses 16 weg abgewinkelt ist und das Bein in gleicher Weise nach oben abgewinkelt ist, und zwar bezüglich der Schalterstruktur 24, so daß ein Schwenken, d. h. Kippen des Betätigers 18 um einen Kipp- oder Drehpunkt A auf der oberen Membran der Schaltanordnung 24 möglich ist. Die Vor­ spannfeder 22 drückt den Kolben 24 in seine höchste Posi­ tion, so daß das Gleitteil 20 von dem Vorsprungbereich 46 gehalten wird, um sich unmittelbar unterhalb des oberen An­ schlags 40 des Betätigungsteilarms 32 zu befinden. Ferner ist der sich nach unten erstreckende Ansatz oder Finger 83 auf der Bodenseite des freien Endabschnitts des Horizontal­ abschnittsbeins 34 des Betätigerteils frei von einem Eingriff mit, d. h. beabstandet von der Oberseite der oberen Schalt­ anordnungsschicht 64. Dadurch besteht keine elektrische Ver­ bindung zwischen der ersten und der zweiten leitenden Schicht 68 und 70.

In Fig. 2(b) ist der Schaltbetätigungsmechanismus nach Fig. 2(a) gezeigt, jedoch mit einer Kraft F, die auf die Tastenkappenkrone 26 wirkt, um den Kolben 14 aus seiner obersten Position gemäß Fig. 2(a) herabzudrücken. Wenn sich der Kolben nach unten in Richtung des Pfeiles B bewegt, wird auch das Gleitteil 20 sich nach unten in Richtung des Pfeiles C bewegen, weil der Vorsprungbereich 46 des Kolbens 14 in kontaktierendem Eingriff mit dem unteren Nockenansatz 50 des Gleitteils 20 ist. Das nach unten gerichtete Ausmaß der Be­ wegung des Gleitteils 20 ist von dem unteren Anschlagteil 42 auf dem Arm 32 des Betätigers begrenzt, wobei jedoch ein fortgesetztes Niederdrücken, d. h. eine Abwärtsbewegung des Kolbens bewirkt, daß der Kolbenvorsprung 46 nockenartig gegen den Gleitansatz 50 stößt, wodurch ein Kippen des Betätigers 18 bewirkt wird, so daß der Arm 32 gegen die benachbarte Ge­ hausekammerwand schwenkt und das Bein 34 nach oben gegen den Kolben 14 schwenkt. Dieser Teil der Bewegung des Kolben 14 wird manchmal als "Vorbewegung" (pre-travel) bezeichnet. Es sei darauf hingewiesen, daß diese Aktivität in einer Kom­ pression der Schraubenfeder 22 resultiert.

In Fig. 2(c) ist der Schalterbetätigungsmechanismus nach den Fig. 2(a) und 2(b) gezeigt, wobei jedoch die Tasten­ kappe weiter bis zu einem Punkt niedergedrückt ist, an dem der Vorsprung 46 des Kolbens 14 sich gerade unter bzw. unter­ halb des Nockenansatzes 15 des Gleitteils 20 bewegt hat. Dann bewirken der aufwärtsgerichtete Kraftvektor, der auf das Gleitteil 20 in der Richtung eines Pfeils D mittels der Nockenaktivität des Vorsprunges 48 gegen die Nockenoberfläche 50A wirkt, und die plötzliche Expansionskraft der gespannten Feder 22, daß das Gleitteil nach oben gegen den Anschlag 40 schnappt. Gleichzeitig wird der Betätiger 18 dazu gebracht, sich im Uhrzeigersinn zu drehen, so daß der Finger 63 nach unten und in schalterschließenden Stoßkontakt mit der Membran 64 schnappt und die Kontakte des Schalters 24 schließt, um die gewünschte elektrische Verbindung herzustellen. Dieses plötzliche Schnappen, das den Betätiger 18 und insbesondere das Gleitteil 20 mit einbezieht, bewirkt eine spürbare Rück­ meldung an eine menschliche Bedienperson. Ferner ist eine hörbare Rückmeldung vorhanden, weil das plötzliche Schwenken des Betätigungsteils 18 und des Gleitteils 20, das ein An­ schlagen an dem oberen Anschlagteil 40 bewirkt, ein klicken­ des Geräusch hervorbringt. Eine fortgesetzte Abwärtsbewegung des Kolbens 14 nach dem Punkt des Schließens des Kontakt­ schalters wird manchmal als "Hinausfahren" (overtravel) be­ zeichnet. Das Hinausfahren des Kolbens ist durch den Anschlag der Schulter 62 des Gehäuses gegen die Unterseite 60 der Tastenkappe begrenzt.

In Fig. 2(d) ist der Schalterbetätigunsmechanismus nach den Fig. 2(a) bis 2(c) gezeigt, jedoch sind die Tastenkappe 12 und der Kolben 14 in die zurückgesetzte Position zurückge­ kehrt, und zwar mittels der Federlösekraft E. Wenn der Kol­ benarmansatz 46 auf der Nockenfläche 50A läuft, kippt er den Arm 32 und damit das Bein 34 im Gegenuhrzeigersinn und be­ wirkt ein Öffnen des Schalters 24. Läuft der Ansatz 46 über den Ansatz 50 hinaus und schnappt in den Gleitabsatz 44, so bewirkt dies eine fühlbare Reaktion, was einer Bedienperson anzeigt, daß der Schalter 24 offen ist. Die Schalterbetäti­ gungsanordnung 10 ist nun für einen anderen Betriebszyklus zurückgesetzt, wobei die Oberseite des Gleitteils 20, die an dem oberen Anschlag 40 in Fig. 2(d) angeschlagen hat, nach unten in die Startposition gemäß Fig. 2(a) geschoben ist.

In Fig. 3 der Zeichnung ist graphisch die Kraft auf die Tastenkappe gegen den Betrag der Tastenbewegung des Schal­ terbetätigungsmechanismus nach der Erfindung aufgetragen, wie sie vorstehend unter Bezugnahme auf die Fig. 2(a) bis 2(d) diskutiert worden ist. Es sei darauf hingewiesen, daß die Profile der Ansätze und Anschlagselemente des Gleitteils 20 und des Kolbens 14 in der kleinen kreisförmigen Ansicht den Fig. 2(a) bis 2(d) entsprechen. Der Betrag der Tasten­ bewegung ist in Inch angegeben und stellt die vertikale Ver­ schiebung dar, die die Tastenkappe infolge der darauf wir­ kenden Kraft F erfährt, welche in Gramm angegeben ist. In Fig. 4 ist eine Kraft gegen eine Bewegung wie in Fig. 3 aufgetragen, jedoch bei einem anderen alternativen Profil für den Ansatz an dem Kolben entsprechend der kleinen kreisför­ migen Ansicht. Es sei darauf hingewiesen, daß der Ansatz 46a in Fig. 4 einen kreisförmigen Querschnitt im Gegensatz zu dem hakenförmigen Querschnitt in Fig. 3 aufweist.

In den Fig. 5(a), 5(b) und 5(c) ist eine alternative Aus­ führungsform des Schwenkbetätigers nach der Erfindung ge­ zeigt. Das Horizontalabschnittsbein 34′ des Betätigers 18a umfaßt eine Blattfederstruktur mit einem U-förmigen Aus­ schnitt 75. Daher weist der Horizontalabschnitt 34′ einen zentralen Teil 34a auf, der an seinem linken Endabschnitt freitragend an dem vertikalen Arm 32 ausgebildet ist, wobei ein außerer Teil 34b einen Finger 63a auf seiner Anschluß­ unterseite für das Schließen des Schalters und das Stoßen gegen den Membrankontaktschalter aufweist. Der zentrale Teil 34a der Blattfederstruktur dient dazu, die abrupte Kraft F (Fig. 5(c)), die auf den Membrankontaktschalter wirkt, zu dampfen, wodurch die Standzeit verlängert wird. Die hörbare Rückmeldung wird durch diese Auslegung inhärent modifiziert, d. h. der Klang wird "weicher".

In Fig. 6 ist eine alternative Ausführungsform des Kolbens 14a mit rechteckigem Querschnitt gezeigt, der zwei unter­ schiedlich ausgebildete Ansätze 46 und 46a auf seinen gegen­ überliegenden Seiten aufweist. Daher ist dieser Schaltbetäti­ gungsmechanismus dazu in der Lage, zwei unterschiedliche spürbare/hörbare Rückmeldungen zu geben, und zwar durch Um­ kehren des Kolbens beim Zusamnensetzen. Das bietet den Vor­ teil, daß man dazu in der Lage ist, einen Schalter mit unter­ schiedlichen spürbaren/hörbaren Charakteristika auszuwählen, ohne ein anderes Kolbenteil zu benötigen. Fachleuten sollte klar sein, daß jede der vier Seiten (fours dies) des Kolbens 14a mit einem Ansatz mit entsprechend anderen Profilen ver­ sehen sein kann.

In Fig. 7 ist ein alternatives Ausführungsbeispiel gezeigt, wobei der Betätiger 18b aus einem elektrisch leitenden Werk­ stoff ist. Ferner sind Metallkontakte 76, 78 vorgesehen, die auf der Oberflache einer gedruckten Schaltung 80 gehalten sind. Daraus resultiert, daß der Betätiger 18b dazu ausge­ legt ist, direkten elektrischen Kontakt mit den Metallkon­ takten herzustellen.

Fig. 8 zeigt eine Computertastatur 82, die mehrere der Schalterbetätigungsmechanismen 10 nach der Erfindung ver­ wendet. Wie der Darstellung entnommen werden kann, umfaßt jeder der Schalterbetätigungsmechanismen 10 eine einzige einheitliche Anordnung und ist oben auf einer Membrankontakt­ anornung 24a angeordnet, die auf einer Basisplatte 84 ange­ bracht ist.

Aus der vorstehenden detaillierten Beschreibung kann ent­ nommen werden, daß die Erfindung einen verbesserten Betäti­ gungsmechanismus für elektrische Schalter schafft, die eine spürbare und/oder hörbare Rückmeldung an einen Benutzer gibt. Der Betätigungsmechanismus nach der Erfindung ist aus einer relativ kleinen Anzahl einfacher Komponenten zusammengesetzt, wodurch die Herstellung und das Zusammensetzen vereinfacht sind.

Die in der vorstehenden Beschreibung, den Ansprüchen sowie der Zeichnung offenbarten Merkmale der Erfindung können so­ wohl einzeln als auch in beliebigen Kombinationen für die Verwirklichung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein.

Claims (17)

1. Flachtastaturschalter mit spürbarer und/oder hörbarer Rückmeldung beim Betrieb und dazu ausgelegt, in Verbindung mit einem Membranschalterfeld verwendet zu werden, umfassend:
ein Gehäuse (16), das oben auf der Membranschalterstruktur (24) angeordnet ist und eine nach oben weisende Öffnung aufweist;
einen Kolben (14), der gleitend in dem Gehäuse (16) ange­ ordnet ist und einen inneren Endabschnitt innerhalb des Ge­ häuses (16) sowie einen äußeren Endabschnitt aufweist, der aus dem Gehäuse (16) herausragt; und
einen Betätiger (18), der schwenkbar innerhalb des Gehäuses (16) angebracht ist und einen vertikalen Armabschnitt (32) sowie einen horizontalen Beinabschnitt (34) umfaßt;
eine Federeinrichtung (22), die auf dem horizontalen Bein­ abschnitt (34) sitzt und an dem besagten inneren Endabschnitt anliegt, um den äußeren Endabschnitt des Kolbens (14) in der Öffnung nach außen zu drücken;
eine Anschlageinrichtung (56, 58) zum Begrenzen der Bewegung des Kolbens (14) nach außen in einer Ruhestellung des Schal­ ters;
ein Gleitteil (20), das gleitend auf dem Armabschnitt (32) in einem Zwischenraum zwischen dem Armabschnitt (32) und dem Kolben (14) angeordnet ist;
beabstandete untere und obere Anschlagseinrichtungen (40, 42) an dem Armabschnitt (32) zum Begrenzen der Hin- und Herbewegungen des Gleitteils (20);
miteinander zusammenwirkende Nockenflächen (44, 46, 48, 50) an dem Kolben (14) und dem Gleitteil (20), die ein von der Feder (22) herruhrendes Schwenken des Betätigers (18) in der Ruheposition des Schalters unterbinden;
wobei eine begrenzte Bewegung des Kolbens (14) nach innen die Federeinrichtung (22) komprimiert und bewirkt, daß die miteinander zusammenarbeitenden Nockenflächen (44, 46, 48, 50) gegen das Gleitteil (20) drücken, um ein Anschlagen an den unteren Anschlag (40) zu bewirken, und wobei eine fort­ gesetzte Bewegung des Kolbens (14) nach innen dann ein Lösen der miteinander zusammenarbeitenden Nockenflächen (44, 46, 48, 50) mit spürbarer Rückmeldung und einem Freigeben des Betätigers (18) zum Schwenken unter einer Kompressionskraft der Federeinrichtung (22) und zum Aufbringen einer Schalter­ schließkraft mittels des horizontalen Beinabschnitts (34) des Betätigers (18) auf die darunterliegende Schalterstruktur (24) sowie eine weitere spürbare Rückmeldung bewirkt; und
wobei danach ein Bewegen des Kolbens (14) mittels der kom­ primierten Federeinrichtung (22) nach außen ein erneutes Ineingriffkommen der miteinander zusammenarbeitenden Nocken­ flächen (44, 46, 48, 50) auf dem Kolben (14) und dem Gleit­ teil (20) und ein Anschlagen des genannten Teiles (20) gegen den oberen Anschlag (42) sowie ein Zurückschwenken des Betä­ tigers (18) in die Ruhestellung des Schalters bewirkt.

2. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die miteinander zusammenarbeitenden Nockenflächen (44, 46, 48, 50) auf dem Gleitteil (20) und dem Kolben (14) runde Ansatznocken sind.

3. Schalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (14) mit unterschiedlichen Nockenflächenbe­ reichen (46, 46a) auf mindestens zwei seiner Seiten ausge­ bildet ist, um unterschiedliche spürbare/hörbare Rückmel­ dungs-Charakteristika zur Verfügung zu stellen.

4. Schalter nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Horizontalbeinabschnitt (34′) des Be­ tätigers (18) einen zentralen Teil (34a) und einen äußeren Teil (34b) aufweist, mittels eines Ausschnitts (75) getrennt, wobei der zentrale Teil (34a) dazu dient, die Schalter­ schließkraft, welche auf den Schalter aufgebracht wird, zu absorbieren, um die Standzeit zu verlängern.

5. Betätigungsanordnung für elektrische Schalter, umfas­ send:
einen digital manipulierbaren Kolben (14) mit einem äußeren Endabschnitt und einem inneren Endabschnitt;
eine Einrichtung (16) zum Führen des Kolbens (14) hin und her;
eine Einrichtung zum Anbringen der Führungseinrichtung (16) in betriebsmäßiger Beziehung zu normalerweise offenen, schließbaren elektrischen Schaltkontakten (68, 70; 76, 78);
einen Betätiger (18) mit einem Arm (32) und einem Bein (34), die von einem Drehpunkt (A) abgehen;
eine Einrichtung zum kippbaren Halten des Drehpunkts (A), wobei das Bein (34) zwischen dem inneren Endabschnitt und den elektrischen Kontakten (68, 70; 76, 78) arbeitet und wobei der Arm (32) auf den äußeren Endabschnitt des Kolbens (14) und an dessen inneren Endabschnitt vorbei gerichtet ist;
eine Vorspanneinrichtung (22) zum normalerweise Drücken des inneren Endabschnitts und des Beins (34) auseinander, jedoch zum erhöhten Unterspannungsetzen ausgelegt, und zwar mittels Kraft, die darauf durch axiale Bewegung des Kolbens (14) aus­ geübt wird;
ein axial bewegliches Reaktionsteil (20), das von dem Arm (32) getragen und zwischen dem Arm (32) und dem Kolben (14) angeordnet ist;
trennbar miteinander zusamnenarbeitende Einrichtungen (44, 46, 48, 50) auf dem Reaktionsteil (20) und dem Kolben (14) und dem Arm (32), um normalerweise den Betätiger (18) gegen eine Kippbewegung um den Drehpunkt (A) zu halten, jedoch dazu ausgelegt, nach einem vorbestimmten Bereich der ge­ nannten axialen Bewegung des Kolbens (14) zu trennen und dadurch den Betätiger (18) zu lösen, um ein durch die Vor­ spanneinrichtung (22) angeschobenes Kippen des Betätigers (18) um den Drehpunkt (A) zu bewirken, und zwar zum schal­ terschließenden Schwenken des Beins (34) gegen die Kontakte (68, 70; 76, 78); und
wobei das Reaktionsteil (20) und die miteinander zusammen­ arbeitenden Einrichtungen (44, 46, 48, 50) während des Schwenkens des Betätigers (18) aktiv sind, um eine spürbare Rückmeldung durch den Kolben (14) zu bewirken.

6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (14) eine Tastenkappe (12) aufweist und die Füh­ rungseinrichtung (16) einen röhrenförmiges Gehäuse umfaßt, wobei Anschlagflächen (56, 58) an dem Kolben (14) und dem Gehäuse (16) zur Begrenzung der Bewegung des Kolbens (14) bezüglich der Führungseinrichtung (16) infolge der Vor­ spannkraft zusammenwirken.

7. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungseinrichtung (16) ein röhrenförmiges Gehäuse mit der genannten Anbringungseinrichtung an einem Endabschnitt umfaßt und der äußere Endabschnitt des Kolbens (14) sich end­ weise von dem gegenüberliegenden Endabschnitt des Gehäuses (16) erstreckt.

8. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungseinrichtung (16) ein röhrenförmiges Gehäuse mit einer Führung umfaßt.

9. Anordnung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorspanneinrichtung eine einzelne rechteckig gewickelte Druckfeder (22) umfaßt, deren einer Endabschnitt mit dem inneren Endabschnitt des Kolbens (14) und deren gegenüberliegender Endabschnitt mit dem Bein (34) in Eingriff steht.

10. Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Bein (34) einen Halteansatz (52) umfaßt, der haltend von der Feder (22) umschlossen ist.

11. Anordnung nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das bewegliche Reaktionsteil (20) ein Gleitteil umfaßt und Spureinrichtungen (36, 38) auf dem Gleitteil und dem Arm (32) miteinander zusammenarbeiten, um das Gleitteil hin- und herzuführen, und beabstandete Anschlä­ ge (40, 42) auf dem Arm (32) die Bewegungen des Gleitteils begrenzen.

12. Anordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die miteinander zusammenarbeitenden Spureinrichtungen (36, 38) eine schwalbenschwanzförmige Spur auf dem Arm (32) und eine schwalbenschwanzförmige Nut auf dem Gleitteil (20) um­ fassen.

13. Anordnung nach einem der Ansprüche 5 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die miteinander zusammenarbeitenden Ein­ richtungen (44, 46, 48, 50) auf dem Kolben (14) und dem Gleitteil (20) miteinander zusammenarbeitende Nockenflächen (44, 46) umfassen.

14. Betätigungsanordnung für elektrische Schalter, umfassend:
einen digital manipulierbaren Kolben (14) mit einem äußeren Endabschnitt und einem inneren Endabschnitt;
eine Einrichtung (16) zum Führen deß Kolbens (14) hin und her;
eine Einrichtung zum Anbringen der Führungseinrichtung (16) in betriebsmäßiger Beziehung zu normalerweise offenen, schließbaren elektrischen Schaltkontakten (68, 70; 76, 78);
einen Betätiger (18) mit einem Arm (32) und einem Bein (34), die von einem Drehpunkt (A) abgehen;
eine Einrichtung zum kippbaren Halten des Drehpunkts (A), wo­ bei das Bein (34) zwischen dem inneren Endabschnitt und den elektrischen Kontakten (68, 70; 76, 78) arbeitet und wobei der Arm (32) auf den äußeren Endabschnitt des Kolbens (14) und an dessen inneren Endabschnitt vorbei gerichtet ist;
eine Vorspanneinrichtung (22) zum normalerweise Drücken des inneren Endabschnitts und des Beins (34) auseinander, jedoch zum erhöhten Unterspannungsetzen ausgelegt, und zwar mittels Kraft, die darauf durch axiale Bewegung deß Kolbens (14) aus­ geübt wird;
ein axial bewegliches Reaktionsteil (20) , daß dem Arm (32) zugeordnet und zwischen dem Arm (32) und dem Kolben (14) an­ geordnet ist;
trennbar miteinander zusammenarbeitende Einrichtungen (44, 46, 48, 50) auf dem Reaktionsteil (20) und dem Kolben (14) und dem Arm (32), um normalerweise den Betätiger (18) gegen eine Kippbewegung um den Drehpunkt (A) zu halten, jedoch dazu ausgelegt, nach einem vorbestimmten Bereich der ge­ nannten axialen Bewegung des Kolbens (14) zu trennen und dadurch den Betätiger (18) zu lösen, um ein durch die Vor­ spanneinrichtung (22) angeschobenes Kippen daß Betätigers (18) um den Drehpunkt (A) zu bewirken, und zwar zum schalterschließenden Schwenken des Beins (34) gegen die Kontakte (68, 70; 76, 78);
wobei das Reaktionsteil (20) und die miteinander zusammen­ arbeitenden Einrichtungen (44, 46, 48, 50) während des Schwenkens des Betätigers (18) aktiv sind, um eine spürbare Rückmeldung durch den Kolben (14) zu bewirken;
wobei die miteinander zusammenarbeitenden Einrichtungen (44, 46, 48, 50) auf dem Kolben (14) und dem genannten Teil (20) miteinander zusammenarbeitende Nockenflächen umfassen;
wobei die Nockenflächen gerundete Nockenansätze (50A) umfassen, die ein Schwenken des Arms (32) weg von dem Kolben (14) in eine Relativposition von Kolben (14) und Arm (32) bewirken; und
wobei eine diagonale Nockenflache von der gerundeten Nocken­ ansatzfläche auf dem Reaktionsteil (20) führt und mit der ge­ rundeten Nockenfläche des Kolbens (14) in Eingriff zu bringen ist zum nockenmäßigen Führen des Teils (20) in der entgegen­ gesetzten Richtung, im Hinblick auf die Richtung der Bewegung des Kolbens (14), und zwar in einem Abschnitt der genannten axialen Bewegung des Kolbens (14).

15. Anordnung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Bein (34) einen Finger (63) aufweist, der die Schaltkon­ takte (68, 70; 76, 78) in schließende Schaltbeziehung zuein­ ander bringt, wenn das Bein (34) gegen die Kontakte (68, 70; 76, 78) bewegt wird.

16. Anordnung nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Nockenfläche (44, 46, 48, 50) auf dem Kolben (14) während der federgespannten Rückbewegung des Kolbens (14) mit der diagonalen Oberfläche in Eingriff steht und das Gleitteil (20) führt und dadurch den Arm (32) zum Kippen des Betätigers (18) bewegt, um das Bein (34) von den Schaltkontakten (68, 70; 76, 78) zu lösen.

17. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (14) einen Nockenansatz (46) aufweist, das Teil (20) einen Absatz (44) zum Aufnehmen des Ansatzes (46) auf­ weist, ein Nockenansatz (50) auf dem Teil (20) sich in Richtung des Kolbens (14) erstreckt und der Nockenansatz (46) und der Nockenansatz (50) bei der Bewegung des Kolbens (14) relativ zu dem Arm (32) miteinander zusammenarbeiten, um eine Hin- und Herbewegung des Teils (20) zu bewirken.