DE4417450A1 - Vorrichtung zur Herstellung von Tastaturfolien mit rückfedernden Springkuppen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung, bestehend aus einer Matrize mit mehreren im wesentlichen spalten- und zeilenweise angeordneten, unter sich gleichen, runden Ausnehmungen sowie aus einer Patrize mit koaxial zu den Ausnehmungen der Matrize angeordneten, unter sich eben­ falls gleichen, runden Formstempeln, die kugelsegmentför­ mige, um etwa 0,5 mm bis 1,5 mm aus einer Patrizenebene vorstehende Stirnflächen aufweisen, zur Herstellung von Tastaturfolien, insbesondere aus Polyester, mit kontakt­ gebenden Springkuppen, die bei axialer Betätigung federnd vor- und zurückschnappen und die aus einseitig aus der Folienebene heraustretenden, im wesentlichen kreisförmi­ gen Ausprägungen bestehen und hohlseitig mit einem elek­ trischen Leiterbelag beschichtet sind, sowie eine Folie dieser Art.

Bei den bisher bekannten Vorrichtungen der gattungsgemä­ ßen Art bestehen die Ausnehmungen der Matrize aus kugel­ segmentförmigen Vertiefungen und die Formstempel aus kugelsegmentförmigen Erhöhungen, wobei sich die Krüm­ mungsradien der Vertiefungen von den Krümmungsradien der Erhöhungen um das Dickenmaß der zu prägenden Tastaturfo­ lie unterscheiden.

Abgesehen davon, daß es arbeitstechnisch sehr aufwendig und teuer ist, solche kugelsegmentartigen Vertiefungen mit der erforderlichen Maßgenauigkeit, die im Bereich eines hundertstel Millimeters und darunter liegt, sowie mit der erforderlichen polierten Oberflächenglätte her zu­ stellen, muß bei der Verwendung solcher Formwerkzeuge auf höchste Sauberkeit geachtet werden. Schon kleine Fasern oder Staubkörner in einer solchen Vertiefung oder an der Stirnfläche der Erhöhung können Schäden verursachen, welche die ganze Folie unbrauchbar machen.

Hinzu kommt, daß die exakt kugelsegmentartige Form der Springkuppen, die mit solchen bekannten Formwerkzeugen erzeugt werden, je nach Krümmungsradius und Foliendicke schlechte Schnappeigenschaften aufweisen bzw. nicht zuverlässig genug zurückfedern, wenn sie nach einer Betätigung wieder frei werden. Ihre Funktionssicherheit als Taste ist unzulänglich.

Weil sich bei diesen bekannten Formwerkzeugen die Krüm­ mungsradien der kugelsegmentförmigen Vertiefungen in der Matrize und die Krümmungsradien der ebenfalls kugelseg­ mentförmigen Formstempel möglichst exakt um das Maß der Dicke des zu einer kugelsegmentförmigen Wölbung verform­ ten Folienabschnittes unterscheiden müssen, ist es auch erforderlich, für jede Foliendicke ein spezielles Form­ werkzeug herzustellen. Aus demselben Grund ist es auch erforderlich, daß die Foliendicken sehr engen Toleranzen unterliegen und daß auch die Verformungstemperaturen, die bei 70°C liegen, während des Prägevorganges exakt einge­ halten werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine möglichst einfach herstellbare Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, mit der in vorzugsweise aus Polyester bestehenden Tatasturfolien mit unterschiedlichen Dicken von etwa 0,01 mm bis 0,03 mm problemlos Springkuppen erzeugt werden können, die als kontaktgebende Tastenele­ mente bei Betätigung die gewünschten Schnappeigenschaften aufweisen, welche gewährleisten, daß die Springkuppen sowohl beim tastenartigen Betätigen als auch beim Loslas­ sen schnappende Springbewegungen und somit auch einwand­ freie Schaltfunktionen ausführen.

Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung, bei der die Ausnehmungen der Matrize jeweils einen Durchmesser aufweisen, der um den Faktor 1,1 bis 1,4, wenigstens jedoch um 1 mm größer ist als der Durch­ messer der Formstempel und daß die Ausnehmungen jeweils eine axiale Tiefe aufweisen, die größer ist als der Verformungshub, um welchen die Ausprägungen durch die Formstempel in die Ausnehmungen gezogen werden, bzw. durch eine Folie, bei der die Ausprägungen jeweils aus einem zentralen Hohlkugelsegment und aus einem das Hohlkugelsegment mit der flachen Folie verbindenden, konisch tiefgezogenen Ringteil bestehen.

Mit der erfindungsgemäß ausgebildeten Vorrichtung, bei der die Ausnehmungen der Matrize in ihrer einfachsten Form gemäß Anspruch 2 aus durchgehenden zylindrischen Bohrungen bestehen können, ist es nicht nur möglich erhebliche Fertigungskosten des Formwerkzeuges zu sparen, sondern auch die bei den herkömmlichen Formwerkzeugen unvermeidlichen Ausschußzahlen praktisch auf Null zu senken, weil die Ausprägungen auf der dem Formstempel gegenüberliegenden Seite völlig frei sind und nicht durch irgendwelche in den Ausnehmungen vorhandenen Verunreini­ gungen, wie Staubkörner, Haare, Fusseln od. dgl. beschä­ digt werden können.

Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung läßt sich überdies eine Tastaturfolie mit den Kennzeichen der Ansprüche 7 bis 10 erzeugen, deren Springkuppen optimale Schnappei­ genschaften aufweisen und somit ihre bestimmungsgemäßen Funktionen störungsfrei ausüben können.

Die Unteransprüche 3 bis 6 betreffen vorteilhafte Ausge­ staltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung, die nach­ folgend anhand der Zeichnung ebenso wie der Aufbau einer mit einer erfindungsgemäßen Tastaturfolie ausgestatteten Folientastatur näher erläutert wird. In den Zeichnungen zeigt:

Fig. 1 in einfacher schematischer Darstellung die Front­ ansicht einer Folientastatur z. B. eines Taschen­ rechners;

Fig. 2 eine Tastaturfolie in perspektivischer Ansicht als Einzelteil;

Fig. 3 einen schematischen Teilquerschnitt durch eine Folientastatur;

Fig. 4 einen Teilquerschnitt durch ein Formwerkzeug zur Herstellung von Tastaturfolien;

Fig. 5 in vergrößerter Darstellung einen Querschnitt einer Ausprägung in einer Tastaturfolie;

Fig. 6 einen Formstempel in Seitenansicht;

Fig. 7 einen anderen Formstempel in Seitenansicht.

Wie insbesondere Fig. 3 zeigt, ist die Folientastatur 1, wie sie in Fig. 1 in Frontansicht dargestellt ist, sand­ wichartig aufgebaut. Sie besteht im wesentlichen aus einer unteren Basisplatte 2, einer unmittelbar darüber­ liegenden Distanzfolie 3, einer Tastaturfolie 4, einer weiteren Distanzfolie 5 sowie aus einer Frontfolie 6, die jeweils vollflächig miteinander verklebt sind. Die Di­ stanzfolie 3 ist mit kreisförmigen Aussparungen 7 verse­ hen, in denen mittig elektrische Kontaktelemente 8 der an sich aus einem Isolierstoff bestehenden Basisplatte 2 angeordnet sind. Diese Aussparungen 7 befinden sich jeweils exakt unter einem der in Fig. 1 dargestellten, zeilen- und spaltenweise angeordneten Tastenfelder 9 bzw. 10.

Die ebenfalls voll flächig mit der Distanzfolie 3 ver­ klebte Tastaturfolie 4 weist jeweils über der Aussparun­ gen 7 Springkuppen 11 auf, die aus nach oben aus der Folienebene heraustretenden, im wesentlichen kreisförmi­ gen Ausprägungen bestehen und die hohlseitig mit einem elektrischen Leiterbelag 12 beschichtet sind. Diese Leiterbeläge 12 werden bei Betätigung, d. h. durch Finger­ druck auf eines der Tastenfelder 9 bzw. 10 mit den Kon­ taktelementen 8 der Basisplatte 2 kontaktierend in Berüh­ rung gebracht, um einen elektrischen Schaltvorgang bzw. eine elektrische Dateneingabe zu bewirken.

In ihrer Ruhelage ragen diese Springkuppen 11 in konzen­ trisch zu den Aussparungen 7 angeordnete ebenfalls zylin­ drische und gleich große Hohlräume 13 der auf der Ober­ seite der Tastaturfolie 4 angeordneten Distanzfolie 5, die im übrigen voll flächig mit der Oberseite der Tasta­ turfolie 4 verklebt ist.

Auf der Oberseite der Distanzfolie 5 ist die Frontfolie 6 aufgeklebt. Diese weist über den Hohlräumen 13 der Di­ stanzfolie 5 jeweils nach oben ausgeprägte rechteckige oder runde, blasenartige Erhöhungen 14 auf, welche die Tastenfelder 9 bzw. 10 verkörpern und nur den Zweck haben, die einzelnen Tastenfelder 9 bzw. 10 mit den Fingern ertasten zu können.

Die Springkuppen 11 der Tastaturfolie 4 müssen so geformt sein, daß sie als kontaktgebende Tastelemente bei Betäti­ gung, d. h. bei einem Fingerdruck auf die darüberliegende Erhöhung 14 der Frontfolie 6 eine springende Schaltbewe­ gung nach unten ausführen, so daß der Leiterbelag 12 mit den Kontaktelementen 8 kontaktierend in Berührung kommt, bzw. daß sie beim Abheben des Fingers von der Erhöhung 14 wieder zurückspringen in ihre wie in Fig. 3 dargestellte Ausgangslage und dabei auch die Erhöhung 14 der Frontfo­ lie 6 wieder in deren Ausgangsposition zurückbringen. Das bedeutet, daß die Springkuppen 11 gute federnde Schnapp­ eigenschaften aufweisen müssen, welche gewährleisten, daß sie sowohl beim tastenartigen Betätigen als auch beim Loslassen schnappende Springbewegungen und somit auch einwandfreie Schaltfunktionen ausführen.

Zur Erzeugung solcher Springkuppen 11 in einer ursprüng­ lich komplett ebenen Tastaturfolie 4 ist erfindungsgemäß das in Fig. 4 schematisch dargestellte Formwerkzeug 15 vorgesehen. Dieses besteht im wesentlichen aus einer in Gebrauchslage vorzugsweise unten liegenden Matrize 16, aus einer relativ dazu vertikal beweglichen Stempelplatte 17 sowie aus einer mit der Stempelplatte 17 verbundenen Stempeldruckplatte 18. Die Matrize 16 ist mit einer der Anzahl der vorgesehenen Tastenfelder 9 und 10 entspre­ chenden Anzahl von durchgehenden zylindrischen Bohrungen 19 versehen die im gleichen Raster angeordnet sind, wie die Tastenfelder 9 und 10 der Folientastatur 1.

Anstelle der durchgehenden, zylindrischen Bohrungen 19 könnten auch konische Bohrungen oder Sackbohrungen vorge­ sehen sein. Wichtig dabei ist jedenfalls vor allem, daß die sich bildenden Springkuppen 11 während ihres Präge- oder Tiefziehvorgangs auf der Wölbungsaußenseite frei bleiben.

In der Stempelplatte 17 sind jeweils konzentrisch zu den Bohrungen 19 in Paßbohrungen 25 der Matrize 16 Formstem­ pel 20 angeordnet, die jeweils einen zylindrischen Füh­ rungsschaft 21 mit einem Flanschring 22 aufweisen und die zudem mit einem unterseitig aus der Stempelplatte 17 herausragenden Verformungsabschnitt 23 versehen sind. Dieser Verformungsabschnitt 23 hat bei der Ausführungs­ form der Formstempel 20 gemäß Fig. 4 den gleichen Durch­ messer wie der zylindrische Führungsabschnitt 21. Bei der Ausführungsform der Fig. 7 hingegen, ist der Verformungs­ abschnitt 23′ des Formstempels 20′ mit einem kleineren Durchmesser D1 versehen als der Führungsabschnitt 21. Weil die Führungsabschnitte 21 der sich bezüglich ihrer Verformungsabschnitte 23 und 23′ unterscheidenden Form­ stempel 20 und 20′ gleich sind, besteht die Möglichkeit, diese Formstempel 20 und 20′ in der Stempelplatte 17 gegeneinander auszutauschen.

Die Stirnflächen 24 bzw. 24′ der Verformungsabschnitte 23 bzw. 23′ weisen jeweils die Mantelform eines Kugelseg­ ments auf, d. h. sie sind wie ein Kugelabschnitt sphärisch gewölbt und zwar mit einem Krümmungsradius R, der etwa dem 1,5fachen ihres Durchmessers D1 entspricht. Die Führungsbohrungen 25 der Stempelplatte 17 sind oberseitig jeweils mit konzentrischen Erweiterungen 26 versehen, die zur Aufnahme der Flanschringe 22 dienen und die durch die Stempeldruckplatte 18 abgedeckt sind. Somit besteht zwischen den Formstempeln 20 und der Stempelplatte 17, wenn die Stempeldruckplatte 18 mit dieser fest verbunden ist, eine starre Verbindung, und sie bilden gemeinsam die Patrize des Formwerkzeugs 15.

Es besteht aber auch die Möglichkeit, die Stempeldruck­ platte 18 mit der Stempelplatte in vertikaler Richtung federnd beweglich zu verbinden, so daß die Formstempel 20 bzw. 20′ in der Stempelplatte 17 eine dem Verformungshub h, den sie auf die Tastaturfolie 4 ausüben, entsprechen­ den Bewegungshub ausführen können. Dadurch kann erreicht werden, daß die Stempelplatte 17 auf der Oberseite der zu verformenden Tastaturfolie 4 als Niederhalter aufsitzt, bevor die Formstempel 20 mit der Verformungsarbeit begin­ nen.

Der in Fig. 7 zylindrisch dargestellte Verformungsab­ schnitt 23′ des Formstempels 20′ könnte auch eine koni­ sche Form aufweisen.

Aus Fig. 4 ist erkennbar, daß die Bohrungen 19 der Matri­ ze 16 einen Durchmesser D2 aufweisen, der um den Faktor 1,5 größer ist als der Durchmesser D1 des Formstempels 20 bzw. des Verformungsabschnittes 23 des Formstempels 20.

Der Verformungshub h, um den die Springkuppen 11 aus der Ebene der Tastaturfolie 4 herausgeprägt werden, kann bei einer Foliendicke von 0,01 mm bis 0,013 mm etwa 0,5 bis 1,5 mm betragen.

Aufgrund dieser gegebenen Formverhältnisse, insbesondere der Durchmesserverhältnisse D1 zu D2 und des angegebenen Krümmungsradius R, erhalten die Springkuppen 11 eine Querschnittsform, die aus einem zentralen, kugelsegment­ artig sphärischen Abschnitt 28 und einem flach-konischen Ringteil 29 besteht, wobei der Fußkreisdurchmesser des konischen Ringteils 29 identisch ist mit dem Durchmesser D2 der Bohrung 19 der Matrize 16 und der Randdurchmesser des sphärisch gewölbten Abschnitts 28 dem Durchmesser D1 des Verformungsabschnitts 23 des Formstempels 20 ent­ spricht.

Vorteilhaft ist es dabei, wenn die Außenkante 27 der sphärisch gewölbten Stirnfläche 24 mit einem Radius R1 abgerundet ist, der etwa 0.2 mm 1 mm betragen kann. Man erreicht dadurch einen sanfteren Übergang zwischen dem zentralen kugelsegmentförmigen Abschnitt 28 der Spring­ kuppe 11 und dem diesen umgebenden konischen Ringteil 29.

In der Praxis hat sich gezeigt, daß die Springkuppen 11, die mit dem vorstehend beschriebenen Formwerkzeug bei einer Arbeitstemperatur von etwa 70°C erzeugt werden, sehr gute und zuverlässige Schnappeigenschaften aufwei­ sen, die eine sichere Kontaktbetätigung bzw. Tastenbetä­ tigung in einer Folientastatur gewährleisten.

Claims (10)

1. Vorrichtung, bestehend aus einer Matrize mit mehreren im wesentlichen spalten- und zeilenweise angeordneten, unter sich gleichen, runden Ausnehmungen sowie aus ei­ ner Patrize mit koaxial zu den Ausnehmungen der Matri­ ze angeordneten, unter sich ebenfalls gleichen runden Formstempeln, die kugelsegmentförmige, um etwa 0,5 mm bis 1,5 mm aus einer Patrizenebene vorstehende Stirnflächen aufweisen, zur Herstellung von Tastaturfolien, insbesondere aus Polyester, mit kontaktgebenden Springkuppen, die bei axialer Betätigung federnd vor- und zurückschnappen und die aus einseitig aus der Folienebene heraustretenden, im wesentlichen kreisförmigen Ausprägungen bestehen und hohlseitig mit einem elektrischen Leiterbelag beschichtet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmungen (19) der Matrize (16) jeweils ei­ nen Durchmesser (D2) aufweisen, der um den Faktor 1,1 bis 1,4, wenigstens jedoch um 1 mm größer ist als der Durchmesser (D1) der Formstempel (23) und daß die Aus­ nehmungen (19) jeweils eine axiale Tiefe aufweisen, die größer ist als der Verformungshub (h), um welchen die Ausprägungen durch die Formstempel (20) in die Ausnehmungen (19) gezogen werden.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmungen der Matrize (16) aus durchgehen­ den zylindrischen Bohrungen (19) bestehen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die stirnseitigen Ringkanten (27) der Formstempel (20) mit einem Radius (R1) von wenigstens 0,2 mm abgerundet sind.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Formstempel (20) auswechselbar in Bohrungen einer Stempelplatte (17) angeordnet sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die auswechselbaren Formstempel (20) einen ein­ heitlichen Führungsschaft (21) mit einem rückseitigen Flanschring (22) aufweisen.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die kugelsegmentförmigen Stirn­ flächen (24) der Formstempel (20) einen Krümmungsra­ dius (R) aufweisen, der etwa dem 1,5fachen ihres Durchmessers (D1) entspricht.

7. Tastaturfolie, insbesondere aus Polyester, mit rück­ federnden, kontaktgebenden Springkuppen (11), die aus einseitig aus der Folienebene heraustretenden, im we­ sentlichen kugelsegmentförmigen Ausprägungen bestehen und hohlseitig mit einem elektrischen Leiterbelag (12) beschichtet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausprägungen jeweils aus einem zentralen ku­ gelsegmentartigen Abschnitt (28) und aus einem diesen Abschnitt (28) umschließenden und zugleich mit der flachen Folie verbindenden, konisch tiefgezogenen Ringteil (29) bestehen.

8. Tastaturfolie nach Anspruch 7, dadurch gekennzeich­ net, daß der Fußkreisdurchmesser (D2) des konischen Ringteils (29) um den Faktor 1,1 bis 1,4, wenigstens jedoch 1,5 mm größer ist als der Randdurchmesser (D1) des zentralen Abschnitts (28).

9. Tastaturfolie nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Springkuppen (11) bei einer Folien­ dicke von 0,01 mm bis 0,013 mm um etwa 0,5 mm bis 1,5 mm aus der Folienebene herausragen.

10. Tastaturfolie nach einem der Ansprüche 7 bis 9, da­ durch gekennzeichnet, daß die kugelsegmentartigen Ab­ schnitte (28) einen einheitlichen Krümmungsradius (R) aufweisen, der etwa dem 1,5fachen ihres Randdurch­ messers (D1) entspricht