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Die Erfindung betrifft das Gebiet der Schalter und spezieller
Aktivierungsvorrichtungen für einen Membranschalter.
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Membranschalter sind gut bekannt und werden auf vielen verschiedenen
Gebieten verwendet. Eine der häufigsten Anwendungen des Membranschalters
betrifft das Tastenfeld von Büromaschinen wie beispielsweise
Schreibmaschinen, Computer, Arbeitsplätze und Terminals. Einer der Typen der
Betätigungsvorrichtungen, der sehr häufig verwendet wird, ist in der US-A-4 528 431
veranschaulicht, und umfaßt eine Schwenkplatte und eine Drahtschraubenfeder,
die an der Schwenkplatte befestigt ist. Dieser Typ einer Betätigungsvorrichtung
bietet einer Bedienungsperson einen zuverlässigen Schalterschluß als auch
eine fühlbare Rückkopplung, um der Bedienungsperson zu versichern, daß der
Schalterschluß stattgefunden hat. Ein erheblicher Anteil der Kosten für ein
solches Tastenfeld betrifft die Herstellung der Federn und den Zusammenbau mit
der Schwenkplatte in solcher Weise, daß eine Zuverlässigkeit garantiert wird.
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Wenn bei diesem Typ eines Tastenfeldes der Tastenkopf des Tastenfeldes
niedergedrückt wird, wird die Schraubenfeder zusammengedrückt und die
zusammengedrückte Feder wird an einer gewissen Stelle unstabil und erfährt
eine katastrophale Ausbiegung. Wenn die Federausbiegung auftritt, erzeugt die
Feder eine Bewegung und ein Verdrehungsmoment an der an der
Schwenkplatte befestigten Verzapfung, um die Schwenkplatte zum Schwenken zu
veranlassen und um eine Kraft nach unten auf die Membran-Schalterkonstruktion
auszuüben, um die obere Schicht des Membranschalters zu deformieren und
die Kontakte zu schließen.
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Die Feder, die in der US-A-4 528 431 offenbart ist und auch in der
US-A-4 118 611 zu finden ist, besitzt mehrere wünschenswerte Eigenschaften.
Diese Eigenschaften umfassen eine physikalische Hysterese in der Schalter-
Aktivierungsvorrichtung, eine fühlbare Rückkopplung, eine hörbare
Rückkopplung, eine Schnappwirkung und die Unfähigkeit, daß der Schalter seinen
Zustand ändert ohne eine fühlbare oder hörbare Rückkopplung (als unbestechlich
bezeichnet).
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Bei wenigstens achtzig Tastenpositionen auf einem kleinen Computer-
Tastenfeld und einigen Tastenfeldern, die mehr als einhundert
Tastenpositionen besitzen, stellt das Kombinieren der Feder und der Schwenkplatte in eine
einzelne Baueinheit und das Gießen der Feder aus dem gleichen Kunststoff
wie derjenige der Schwenkplatte eine signifikante Gelegenheit dar, um die
Kosten zu reduzieren und um die Zuverlässigkeit durch Beseitigen von Teilen zu
verbessern als auch das Bedürfnis zu beseitigen, Zusammenbau-und
Herstellungs-Parameter zu steuern.
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Die gegossene Kunststoff-Feder bietet zusätzlich an, daß sie die gewünschten
Eigenschaften einer drahtgewickelten Feder nach dem Stand der Technik
beibehält, eine Gelegenheit, um die akustischen Eigenschaften der Schalter-
Aktivierungsvorrichtung zu verbessern. Die drahtgewickelten Federn nach dem
Stand der Technik erzeugen ein Klick-Geräusch, wenn die Feder gegen den
Rahmen des Schalter-Aktivierungsmechanismus schlägt. Zusätzlich nach dem
Aufschlag auf den Rahmen gerät die Feder in Resonanz und erzeugt einen
läutenden oder Twang-Sound. Die gegossene Kunststoff-Feder erzeugt nicht
das unerwünschte Läut-Geräusch, behält jedoch den Klick-Sound bei, der für
die hörbare Rückkopplung gemäß einer Kommunikation mit der
Bedienungsperson wünschenswert ist, daß nämlich der Übergang des Schalters
stattgefunden hat.
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Eine aus Kunststoff gegossene Feder und Schwenkplatte erfordert, obwohl sie
wirtschaftlicher sind, vollständig unterschiedliche Betrachtungen hinsichtlich der
funktionalen Steuerungskonstruktion als im Falle der Eigenschaften der mit
Draht gewickelten Schraubenfedern. Die Steuerung der Ausbeulwirkung der
gegossenen Feder kann durch die physikalische Konstruktion der Feder
gesteuert werden und durch die Art, mit der diese an andere Teile angreift, wobei
die aus Draht gewickelten Schraubenfedern diese Gelegenheiten nicht geboten
haben.
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Die vorliegende Erfindung schafft eine Schalter-Aktivierungsvorrichtung zum
Schließen der Kontakte eines Membranschalters in Abhängigkeit von der
Bewegung eines Schalter-Steuerteiles zu dem Membranschalter hin. Diese
Schalter-Aktivierungsvorrichtung ist im Anspruch 1 aufgeführt.
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Bevorzugte zusätzliche Merkmale derselben sind in den Unteransprüchen
spezifiziert.
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Die Schwenkplatte wird in bevorzugter Weise durch spritzgußtechnische
Herstellung der Platte in einer Form hergestellt, die einen Verbindungshohlraum
zur Ausbildung einer Schraubenfederstruktur besitzt, der sich von der oberen
Fläche des Schwenkplattenhohlraumes aus erstreckt. Somit kann die Feder
einstückig oder zusammenhängend mit der Platte spritzgußtechnisch
hergestellt werden. Die Feder besteht in bevorzugter Weise aus einer Reihe von
Schraubenteilen, die aus sich gegenüberliegenden geraden Segmenten
hergestellt sind, welche durch abgestufte Segmente miteinander verbunden sind,
um dadurch Ecken an der Spule oder Schraube auszubilden. Die Spule oder
Schraube wird so positioniert, daß die Achse der gegossenen Schraubenfeder
die Platte an einer Stelle schneidet, die von der Schwenkachse der
Schwenkplatte versetzt ist, derart, daß die Platte in einer stabilen Position gehalten wird
und sie ist vorgespannt, um die Schwenkplatte zu veranlassen, in die
zurückgezogene oder Wiederherstellposition wieder zurückgeführt oder hin gedreht zu
werden, um also den zugeordneten Membranschalter nicht zu aktivieren, wenn
die Feder zusammengedrückt wird und zwar vor dem Ausbiegen der
Schraubenfeder.
Die Schwenkachse ist relativ zur Achse der Schraubenfeder und zur
Schwenkfläche des freien Abschlußendes der Feder positioniert, um ein
Schwenken der Schwenkplatte rein aufgrund des Zusammendrückens der
Feder zu verhindern, allerdings lediglich aufgrund eines katastrophalen Umknick-
Ausfalls der Feder. Dies führt zu einer unbestechlichen Schnappwirkung-
Federaktivierungsvorrichtung, die eine fühlbare und hörbare Rückkopplung für
die Bedienungsperson des Schalters erzeugt. Ein unbestechlicher (teasible)
Schalter ist ein solcher, der eine hörbare und/oder fühlbare Rückkopplung zum
Zeitpunkt erzeugt der verschieden von dem Zeitpunkt ist, bei welchem der
Schalter schließt oder öffnet, so daß der Bedienungsperson angezeigt wird,
daß der Schalter schließt oder öffnet und zwar im Moment der Rückkopplung,
wobei er sich aber tatsächlich nicht in dem angezeigten Zustand befindet.
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Es soll nun eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung anhand eines
Beispiels unter Hinweis auf die beigefügten Zeichnungen erläutert werden, in
welchen:
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Fig. 1 einen Tastenfeldschalter und einen bevorzugten Schaltermechanismus
der vorliegenden Erfindung zeigt;
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Fig. 2 eine Seitenansicht der bevorzugten kombinierten Schwenkplatten-und
Federanordnung zeigt;
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Fig. 3 eine viergeteilte Seitenansicht hinsichtlich Fig. 2 der bevorzugten
Schwenkplatte und Feder zeigt.
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Gemäß Fig. 1 ist ein Schaltermechanismus 10 gezeigt. Der
Schaltermechanismus umfaßt einen Hauptrahmen 12 und einen Tastenknopf 14, der als
Schaltersteuerteil wirkt. Der Tastenknopf 14 läuft in dem Hauptrahmen 12 und kann
nach innen zu der Schwenkplatte 16 hin und von dieser weg bewegt werden.
Die Schwenkplatte 16 sitzt auf einem Membranschalter 18 auf und zwar über
der Schalterstelle 20. Eine Schraubenfeder 22, die ein einstückiges Teil der
Schwenkplatte 16 darstellt, ist auf der oberen Fläche 24 der Schwenkplatte 16
ausgebildet.
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Die Schraube der Feder 22 hat eine solche Länge, daß sie den Tastenknopf 14
abstützt und zwar in einer angehobenen Position gemäß der obersten Position
der Bewegung des Tastenknopfes 14 innerhalb der Grenzen der Bewegung,
die festgelegt sind durch den Tastenknopf 14 und den Hauptrahmen 12. Die
Länge der Schraubenfeder 22 sollte nicht so lang gewählt werden, daß
irgendeine wesentliche Vorbelastung auf die Schraubenfeder 22 ausgeübt wird.
Irgendeine wesentliche Vorbelastung der Schraubenfeder 22 führt zu einer
Deformation des Kunststoffes, der so gegossen wurde, um die Kombination aus
Schwenkplatte 16 und Schraubenfeder 22 auszubilden. Wenn die
Schraubenfeder 22 vorbelastet wird, um die Feder 22 teilweise zusammenzudrücken, so
verursacht die Vorlast-Kraft eine allmähliche Verformung des Kunststoffes und
die Schraubenfeder 22 knickt in ihrem vorverkürzten Zustand nicht aus, wenn
sie durch den Tastenknopf 14 weiter zusammengedrückt wird. Das Ausmaß der
Vorbelastung, welches akzeptierbar ist, ist ein solches, welches das Material
der Feder 22 nicht veranlaßt sich allmählich zu verformen.
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Die aus Draht gewickelte Schraubenfeder nach dem Stand der Technik besitzt
eine ausreichende Länge in ihrem entspannten Zustand, so daß die Feder
vorbelastet werden kann, wenn sie in der Tastenfeldanordnung eingebaut wird und
zwischen dem Tastenknopf und dem Schalter festgelegt wird, um eine gewisse
Bewegungsstrecke der Feder vor dem Ausknicken zu überwinden. Diese
Vorbelastung der herkömmlichen mit Draht gewickelten Feder ist erforderlich, um
die Feder frühzeitig bei der Bewegung des Tastenknopfes unstabil zu machen,
wodurch die erforderliche Tastenknopf-Bewegung verkürzt wird, die erforderlich
ist, damit die Feder ausknickt und die Schwenkplatte verschwenkt wird.
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Die Schrauben der aus Kunststoff gegossenen Schraubenfeder 22, die am
besten in den Figuren 2 und 3 gezeigt sind, bestehen aus geradlinigen
Segmenten 30, die durch abgestufte Segmente 32 verbunden sind, um dadurch eine
schraubenförmige Feder 22 zu bilden. Das bevorzugte Kunststoffmaterial für
die spritztechnische Herstellung der kombinierten Feder-und Schwenkplatte ist
DELRIN 1700, ein Acetal Harz, welches von der Dupont Corporation vertrieben
wird. Es können andere ähnliche Materialien verwendet werden. Die
Dickenabmessung der geradlinigen Segmente 30, die in einer allgemein horizontalen
Richtung orientiert sind, ist im wesentlichen gleich dem Abstand zwischen den
benachbarten Segmenten 30. Dies ist bei dieser Ausführungsform erforderlich,
damit das geschmolzene Harz durch die Schrauben oder Windungen der Feder
22 hindurchfließt und zwar während des gießtechnischen Vorganges. Wenn die
Gieß-Parameter solchermaßen sind, daß kleine Querschnittsabmaße
akzeptierbar sind, so sind die kleineren Abmaße am besten geeignet. In jedem Fall
sollten die Dickenabmaße der Segmente 30 nicht größer sein als der
Zwischensegmentabstand, um zu verhindern, daß die Feder 22 nicht ausreichend
Platz zwischen den Federwindungen für das Zusammendrücken hat. Wenn die
Segmente 30 in der Querschnittsdicke größer ausgebildet sind als der Raum
zwischen benachbarten Segmenten, können die Segmente 30 an die
benachbarten Segmente 30 angreifen und zu einer starren Säule werden, die nicht
ausknickt und zwar innerhalb der Betriebskräfte und der Bewegungsstrecke,
die beim Betrieb des Tastenfeldes verfügbar sind.
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Die rückwärtige Fläche 36 der Schwenkplatte 16 greift nicht an die
Membranschalterkonstruktion an oder an irgendeinen anderen Abschnitt des
Tastenfeldes und zwar sowohl bei dem entspannten wieder hergestellten Zustand der
Feder 22 als auch in der verschwenkten Position der Feder 22. Jedoch ist die
hintere Fläche 36 der Schwenkplatte 16 ausgespart oder nach hinten
abgeschnitten und zwar zu der Frontspitze 38 der Schwenkplatte 16 hin. Diese
Relief-Ausbildung ist von Vorteil, da die spritzgußtechnische Herstellung der Feder
22/Schwenkplatte 16 aus Kunststoff bei dieser Ausführungsform einen Austrieb
in dem Bereich der rückwärtigen Zone 36 der Schwenkplatte 16 zurückläßt, der
sich von der Verbindung der rückwärtigen Fläche 36 und dem Boden 39 der
Schwenkplatte 16 erstreckt. Der Austrieb (flash) kann auf ein relativ kleines
Abmaß beschränkt bzw. gesteuert werden und wenn der Austrieb kleiner ist als
das Relief, hat der Austrieb keinen nachteiligen Einfluß auf die Betriebsweise
der Schwenkplatte 16.
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Um das Ausknicken der gegossenen Schraubenfeder 22 zu steuern, wird bei
einem kurzen Zusammendrücken der Endabschnitt 40 der Schraubenfeder 22
in drei abstehende Teile geformt, die aus zwei Fahnen 42 bestehen und einer
gegenüberliegenden größeren Fahne 44. Die Fahnen 42, die aus mehr als zwei
bestehen können, sind am rückwärtigen Teil der Achse der Schraubenfeder 22
positioniert relativ zur Schwenkplatte 16. Die zwei Fahnen 42 besitzen weite
obere Oberflächen 45, die dahingehend wirken, um den Tastenknopf
abzustützen, wenn der Schaltermechanismus in seiner wieder hergestellten
entspannten Position ist.
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Die dritte Fahne 44 ist so konfiguriert, um eine schmale obere Oberfläche 46
dazubieten, wie dies in Fig.2 gezeigt ist, mit einer längeren Abmessung 48, wie
in Fig.3 gezeigt ist, die sich parallel zur Drehachse 50 der Schwenkplatte 16
erstreckt, die auch als Schwenkachse 50 bezeichnet wird. Die Fläche 46 greift
an der Unterseite des Tastenknopfes 14 an und die unterste Kante 47 der
Fläche 46 ist die Kante, um welche der obere Abschnitt der Schraubenfeder 22
sich dreht, wenn diese ausknickt und zwar nach Niederdrücken des
Tastenknopfes 14. Diese Kante 46 bildet eine Schwenk-oder Ausknick-Achse 47 für
den oberen Abschnitt der Schraubenfeder 22 und ist innerhalb der
Außenabmessung der Schraubenfeder 22 positioniert und auch nahe bei der Achse 54
der Schraubenfeder 22. Je näher die Ausknickachse 47 zur Achse 54 der
Schraubenfeder 22 angeordnet ist desto unstabiler wird die Schraubenfeder 22
beim Zusammendrücken, wodurch eine Steuerung hinsichtlich des
Ausknikkens der Feder 22 durch die Konstruktion geboten wird. Die Ausknickachse 47
muß vor der Federachse 54 positioniert werden, jedoch innerhalb der
Außenabmessung der Schraubenfeder 22. Der Abstand von der Achse 54 zur Fläche
47 steuert die Stelle, bei der das Ausknicken der Feder 22 bei der Bewegung
des Tastenknopfes stattfindet. Das Ausknicken um die Fahnen 42 herum, findet
nicht statt, da deren Außenflächen stärker von der Achse 54 beabstandet sind
als die Kante 47.
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Die Konfiguration der Schwenkplatte 16 kann am besten aus Fig. 3 ersehen
werden. Die Schwenkplatte 16 besteht aus einem Abstützteil 62, welches als
die Hauptkonstruktion dient, an die die Schraubenfeder 22 befestigt ist, wobei
diese äußere Abstützfüße 66 aufweist. Ferner ist als Teil der Schwenkplatte 16
auch ein Schwenkteil 60 ausgebildet mit einem zentralen Vorsprung 64. Die
Abstützfüße 66 bilden Abstützflächen, auf denen die Schwenkplatte 16 aufsitzt
und zwar in der wieder hergestellten oder entspannten Lage. Die
Frontschwenkkante 67 der Abstützfüße 66 bildet eine Schwenkkante 67, um welche
herum das Schwenkteil 60 der Schwenkplatte 16 schwenkt, wenn die
Schraubenfeder 22 ausknickt. die Kanten 67 bilden die
Schwenkplatten-Schwenkachse 50.
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Der Vorsprung 64 erstreckt sich nach unten von der Bodenfläche 39 des
Schwenkteiles 60 und wenn das Schwenkteil 60 um die Schwenkkante 67
geschwenkt wird, übt dieser die gesamte Nettoverschwenkkraft auf den
Membranschalter aus, um die Kontakte desselben zu schließen. Der Vorsprung 64
wirkt dahingehend, um die Nettoschwenkkraft auf einen kleinen Bereich zu
konzentrieren, um dadurch ein zuverläsiges Schließen der Schalterkontakte 19
sicherzustellen.
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Wenn der Tastenknopf niedergedrückt wird, um ein Schließen der
Schalterkontakte 19 in dem Membranschalter 18 zu bewirken, wird die Schraubenfeder 22
beim Zusammendrücken belastet. Die Kräfte des Tastenknopfes, die auf den
Endbereich 40 der Schraubenfeder 22 wirken, speziell die Fahnen 42, 44,
bewirken,
daß die Schraubenfeder 22 zusammengedrückt wird. die Kräfte
verlaufen allgemein entlang der Achse 54 der Schraubenfeder 22, die dazu dient, den
rückwärtigen Teil der Schwenkplatte 16 nach unten zu zwingen, wobei die
Füße 66 gegen den Oberteil des Membranschalters 18 gezwungen werden. Die
Kräfte der Füße 66 beeinflussen nicht die Schaltoperation, da die Füße den
oberen Teil der Membran 18 außerhalb des Schalterkontaktbereiches
berühren. Wenn die kompressiven Kräfte zunehmen und zwar mit Niederdrücken des
Tastenknopfes 14, wird die Schraubenfedersäule 22 zunehmend unstabil und
knickt um die Kante 47 aus. Die relativen Abstände von der Achse 54 der
Schraubenfeder 22 zu den Fahnen 42, 44 und speziell zur Oberfläche 66 oder
Kante 47 der Fahne 44 und der Kante 43 der Fahnen 42, um die herum das
Schwenken auftreten kann, definiert die Ausknickrichtung der Feder 22. Das
Schließen der Schalterkontakte 19 vervollständigt einen elektrischen Kreis, was
das Schließen des Schalters 19 darstellt.
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Während die herkömmliche mit Draht gewickelte Schraubenfeder vorbelastet
ist, speziell zu dem Zweck, um einen Grad an Unstabilität in der Federsäule zu
erzeugen, kann die Unstabilität der spritzgußtechnisch hergestellten Kunststoff-
Schraubenfedersäule 22 dadurch erhöht werden, indem man die
Ausknickachse 47 des Federendbereiches 40 nahe an die Federachse 54 heran
verlegt,wodurch die Stelle des Ausknickens auf einen früheren Zeitpunkt bei dem
Tastenknopf-Hub verschoben wird. Dies stelt die Zuverlässigkeit der Betätigung
des Schalters 18 sicher, da eine ausreichende Bewegungsgröße für den
Tastenknopf verfügbar ist nachdem der nominelle Ausknickpunkt erreicht ist, um
die reluktanten Federn zum Ausknicken zu veranlassen.
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Es kann somit ersehen werden, daß die veranschaulichte Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung eine Schalter-Aktivierungsvorrichtung darstellt, die
zuverlässiger den Membranschalter betätigen kann, die wirtschaftlicher hergestellt
und zusammengebaut werden kann und die zu reproduzierbareren
Ergebnissen führt. Darüber hinaus beseitigt die veranschaulichte Ausführungsform die
unerwünschten Eigenschaften von Geräuschentwicklung nach dem Stand der
Technik während die wünschenswerten Eigenschaften der Schallerzeugung für
eine hörbare Rückkopplung, wie sie beim Stand der Technik gefunden werden
können, beibehalten werden.