EP0613582A1 - Flacher tastschalter - Google Patents

Flacher tastschalter

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Publication number
EP0613582A1
EP0613582A1 EP92920156A EP92920156A EP0613582A1 EP 0613582 A1 EP0613582 A1 EP 0613582A1 EP 92920156 A EP92920156 A EP 92920156A EP 92920156 A EP92920156 A EP 92920156A EP 0613582 A1 EP0613582 A1 EP 0613582A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
switching element
element according
contact
switching
sheet metal
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP92920156A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Jörg DITTRICH
Günter Murmann
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ZF Electronics GmbH
Original Assignee
Cherry Mikroschalter GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from DE19914138339 external-priority patent/DE4138339C1/de
Priority claimed from DE19924203120 external-priority patent/DE4203120C2/de
Application filed by Cherry Mikroschalter GmbH filed Critical Cherry Mikroschalter GmbH
Publication of EP0613582A1 publication Critical patent/EP0613582A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H15/00—Switches having rectilinearly-movable operating part or parts adapted for actuation in opposite directions, e.g. slide switch
    • H01H15/02—Details
    • H01H15/06—Movable parts; Contacts mounted thereon
    • H01H15/10—Operating parts
    • H01H15/102—Operating parts comprising cam devices
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H1/00—Contacts
    • H01H1/12—Contacts characterised by the manner in which co-operating contacts engage
    • H01H1/14—Contacts characterised by the manner in which co-operating contacts engage by abutting
    • H01H1/24—Contacts characterised by the manner in which co-operating contacts engage by abutting with resilient mounting
    • H01H1/26—Contacts characterised by the manner in which co-operating contacts engage by abutting with resilient mounting with spring blade support
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H13/00—Switches having rectilinearly-movable operating part or parts adapted for pushing or pulling in one direction only, e.g. push-button switch
    • H01H13/02—Details
    • H01H13/26—Snap-action arrangements depending upon deformation of elastic members
    • H01H13/36—Snap-action arrangements depending upon deformation of elastic members using flexing of blade springs
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H1/00—Contacts
    • H01H1/58—Electric connections to or between contacts; Terminals
    • H01H1/5805—Connections to printed circuits

Definitions

  • the invention relates to a push button switch according to the preamble of claim 1.
  • membrane keyboards can be e.g. be particularly flat, since the stroke required for contacting itself is only a fraction of a millimeter.
  • a pushbutton according to DE-OS 3 921 632 satisfies this requirement.
  • a movable contact is pressed against fixed contacts and thus produces a conductive connection.
  • the movable contact is designed as a resilient membrane.
  • Such a push button is thus constructed in a very similar way to the known membrane keyboards.
  • Both types of short-stroke modules only allow a short stroke. This is particularly disadvantageous in terms of ergonomics.
  • the ideal stroke should be 2-4 mm.
  • ergonomic keyboards should have a special force behavior, namely with a greater force at the beginning of the actuation and a defined switchover point, in which the contact actuation then takes place.
  • the object of the invention is to provide a flat push button switch that has as many switching operations as possible with a flat design and ergonomic favorable stroke enables.
  • the principle of the switch structure should also be usable in general for other switches.
  • a push button switch is actuated by the movement of a plunger.
  • cams are attached to the plunger, by means of which a movable contactor is moved relative to a stationary contact piece.
  • the contactor moves perpendicular to the direction of movement of the plunger.
  • the contactor is an approximately ring-shaped sheet.
  • the sheet is correspondingly long so that the mechanical load per unit length can be kept low.
  • such a ring can be mounted lying flat within the switching element, so that the area required for the favorable design of the spring forces can be realized largely independently of the selected stroke.
  • the sheet can also be of different widths so that the forces per length are absorbed unevenly. This allows you to optimize the force curve along the curved ring.
  • the ring-shaped sheet can be extended further by providing further bends for the ring shape in addition to the course of the bend.
  • the rigidity is also reduced and better spring behavior is achieved.
  • pressure points and switching points can be introduced ergonomically.
  • the pressure point is determined by the spring force of the annular plate and by the shape of the switching cams.
  • beads are expediently in the annular sheet attached, by which a sudden triggering of the push button switch occurs when a certain switching distance is exceeded.
  • a further improvement can be achieved in that the free ends of the annular sheet are bent together so that they overlap, so that connecting lugs, which are attached to each of the two legs, lie one above the other. This results in connection tabs of double sheet width. This increases the rigidity of the connection.
  • FIG. 1 shows an embodiment of a button according to the invention in an exploded view
  • FIG. 2 shows a section through a key according to FIG. 1 in the rest position
  • FIG. 3 shows a section through a button according to FIG. 1 in a switching position just before the switching point
  • FIG. 4 shows a section through a button according to FIG. 1 after the switching point has been exceeded
  • FIG. 5 shows a section through a button according to FIG. 1 in section after reaching the end position
  • FIG. 6 shows a key lower part with another embodiment of the annular sheet according to the invention.
  • FIG. 8 is a plan view of an annularly bent sheet metal to illustrate further possible embodiments
  • FIG. 9 shows a plan view of an annular sheet with overlapping legs to illustrate further improved embodiments
  • Fig. 10 shows a part of a button lower part with a further embodiment of the invention.
  • a housing which essentially consists of a lower part 10, on which a cover part 20 is placed.
  • Notches 12 which are cast on the cover part during the injection molding process, engage in corresponding recesses or holes 14 in the lower part 10 and thus hold the push button together by the mutual fastening of the lower part and the cover part.
  • a movably mounted plunger 30 in the button the movement being guided by a hollow cylinder 32 which is attached in the lower part 10.
  • lateral tappet guides 34 are available in the lower part 10, which engage in a cavity on the underside of the tappet 30 and both guide the tappet and secure it against rotation.
  • the plunger is guided through the hollow cylinder 32 in the lower part 10 by a round plunger element 36, which is attached to the underside of the plunger 30 in the interior of the cavity.
  • a spring 38 which is guided by the hollow cylinder 32, is received in the cavity on the underside of the tappet. The spring 38 presses the plunger 30 against the upper part 20.
  • the contact elements required for making contact are fastened in the lower part. They consist of a fixed contact piece 44 and a contactor 46. According to the invention, the contactor 46 is bent in a ring from a sheet metal. On the annular sheet 50 there are contact parts 51 which together with other contact parts make the contact on the fixed contact piece 44. The contact part on the fixed contact piece can be crowned and thus make good contact with the contact part 51 on the contactor 46. Another possibility for realizing good contact is provided by two contact parts which are perpendicular to one another and are designed as cutting edges, as is known to the person skilled in the art from the prior art.
  • the annular sheet 50 is made of elastic material.
  • the resilient contactor is fastened to the lower part 10 and is biased relative to the fixed contact piece 44.
  • the switching cams 40 of the plunger engage the contactor 46 and control its movement.
  • There are beads 54 on the annular sheet which can be produced by an embossing step. In conjunction with the switching cams 40, these beads 54 serve to define a switching point, as will be described in more detail later.
  • the contactor 46 is fastened to the lower part 10 via the annular sheet metal 50 by two clamping parts 60 and 62 located in the lower part 10. Both from the annular sheet 50 and from the fixed contact piece 44, extensions are led out of the lower part 10, which are available as soldering lugs 56 and 58 for connection to electrical lines or for installation in printed circuits.
  • FIGS. 2 to 5 These figures represent cuts with plungers in different switching depths.
  • Fig. 2 shows the rest position.
  • the cover part 20 is placed on the lower part 10 and fixes the plunger 30 to a stop (not shown) by the compression spring.
  • the switching cam 40 rests on the annular plate 50, so that the two contact parts are kept at a distance.
  • Fig. 5 shows the end position of the key actuation. Since the contact 51 is now held back by the contact 52, the spring force of the annular sheet does not affect the switching cams 40 and only the spring force of the spring 38 has to be taken into account for moving to the end position. After releasing the key, the spring 38 drives the plunger 30 back into the end position according to FIG. 2, the cams 40 pushing back the annular plate via the bevel 41 and the bead edge.
  • FIGS. 2 to 5 show that an ergonomically favorable switching behavior can be produced with the aid of a button according to the invention.
  • the force is increased at the beginning of the ram movement.
  • the force curve is reduced and the switching process takes place suddenly and in a defined manner at a switching point caused by the construction.
  • This switching behavior is essentially achieved by the shape of the switching cam 40 and the beads 54.
  • FIGS. 2 to 5 also make it clear that a certain minimum stroke is required to implement such a switching behavior. Such a behavior is only possible by converting the tactile action with the aid of the cam 40 into a contact movement perpendicular to the tactile movement, without requiring much space for the stroke.
  • the contactor 46 Due to the shape of the contactor 46 according to the invention, namely, that the contact part is attached to a long annular sheet, the forces occurring during the switching process can be distributed over a corresponding length, so that a reduced bending force acts on each surface element. This ensures according to the invention that material fatigue that occurs is only slight and that despite the small and flat construction several million switching operations can be carried out safely.
  • a lower part 10 is shown again, but with a slightly different design of the contactor 46.
  • FIG. 8 Another measure is shown in FIG. 8, which modifies the rigid straight sections to better absorb larger forces.
  • the contactor 80 in FIG. 8 is shown in a top view. It can be seen that this contactor not only has the curves 82 required for the bend, but also routes with additional curves 84 that perform two tasks. First of all, the total length of the sheet is thereby increased, so that less force is absorbed per surface. Second, this additional rounding 84 also reduces overall rigidity.
  • FIG. 9 shows a further improvement for a contactor according to the invention.
  • the contactor 90 shown in FIG. 9 has free legs 92 and 93.
  • the annular contactor 90 is bent together in such a way that the sheet overlaps on the legs 92 and 93. As a result, a greater length of the annularly bent sheet is again achieved.
  • the overlapping shape offers yet another advantage. If flags are provided on each leg for connection, which come to lie one above the other when they overlap, the solder lug 56 in FIG. 1 has twice the thickness of the sheet 50. This is the stiffness of the solder lug compared to the above-described embodiments elevated.
  • FIG. 10 shows a further embodiment of the annular sheet.
  • the contactor 100 is shown in FIG. 10 in a section of the lower part 10 with a fixed contact piece 44.
  • the spring length for absorbing the forces is further increased in this example in that the annular sheet metal 100 is bent at its ends in a U-shaped manner. As a result, a further deformation of the annular sheet 100 is possible if the clamping is designed accordingly.
  • each U-shape is created in that a section 102 is bent at right angles at the ends of the annular sheet, from which an end section 104 is then bent at a right angle.
  • the length of the spring is then at b • -.
  • the annular sheet 100 is inserted into the lower part 10 in a recess 110 from above.
  • the recess 110 can have different shapes, with easy assembly taking into account, among other things.
  • the embodiment which is particularly evident from FIG. 10 has the advantage that a maximum of the possible spring length is used to absorb the forces.
  • the sections 102 are also subjected to a force component to the left.
  • the sheet metal cannot deflect in this direction since the system 114 is located there.
  • the spring also deviates perpendicular to the force effect, where the lugs 112 formed in the housing bear against the sections 102.
  • the flags 112 are resilient and thereby absorb part of the force.
  • the entire length of the spring is effective except for a small piece of the end section for force absorption.
  • the load per unit area is therefore further reduced.
  • part of the force effect is absorbed by the resilience of the flags 102, which additionally relieves the spring.
  • annularly closed contactors have a greater resistance to deflection in the direction of the plunger movement than contactors clamped on one side according to the prior art. This has a particularly positive effect on the switching hysteresis.

Landscapes

  • Push-Button Switches (AREA)

Description

Beschreibung
Flacher Tastschalter
Die Erfindung betrifft einen Tastschalter gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Die Industrie ist immer mehr bestrebt, elektronische Geräte zum allgemeinen Gebrauch zu miniaturisieren. Dabei sind besonders elektronische Notizbücher, sogenannte Notebooks, und Computer in Aktentaschenformat, sogenannte Laptops, hervorzuheben. Bei derartigen Geräten ist besonders eine geringe Bauhöhe erwünscht. Deshalb müssen die Schaltelemente, insbesondere bei den beiden genannten Anwendungen die Tasten, besonders flach ausgeführt wer¬ den. Die Industrie fordert dafür Tasten mit geringer Bauhöhe.
Zur technischen Verwirklichung dieser Forderung gibt es mehrere Möglichkei¬ ten. Die sogenannten Folientastaturen lassen sich z.B. besonders flach ausfuh¬ ren, da der zur Kontaktgabe nötige Hub selbst nur Bruchteile von Millimetern beträgt.
Der kleine Hub ist aber nachteilig für die Zuverlässigkeit. Ein weiterer Nachteil von Folientastaturen ist die geringe Flexibilität. Für jedes Produkt muß die Tastanordnung festgelegt werden, wobei diese nicht für andere Produkte verwendbar ist. Es entstehen also erhöhte Kosten .
Deshalb wird von der Industrie ein Taster gefordert, der sich als Einzelelement in verschiedenste Tastaturen einsetzen läßt und der besonders flach ist.
Dieser Anforderung genügt ein Taster gemäß der DE-OS 3 921 632. Bei diesem wird ein beweglicher Kontakt gegen feste Kontakte gedrückt und stellt so eine leitfähige Verbindimg her. Der bewegliche Kontakt ist dabei als federnde Membran ausgeführt.
Ein derartiger Taster ist also sehr ähnlich aufgebaut wie die bekannten Folien¬ tastaturen. Beide Arten von Kurzhubmodulen gestatten nur einen geringen Hub. Das ist vor allem nachteilig im Hinblick auf die Ergonomie. In der Schrift "Ergonomics: Signals and controls", ISO/TC 159/SC4, Herausgeber BSI United Kingdom, wird u. a. herausgestellt, daß der ideale Hub 2 - 4 mm betragen sollte. Außerdem sollten ergonomische Tastaturen ein besonderes Kraftverhalten haben und zwar mit einer größeren Kraft am Anfang der Betätigung und einem definierten Umschaltpunkt, in de dann die Kontakt¬ betätigung erfolgt.
Die Forderung eines großen Hubs mit definiertem Verlauf der Betätigungskraft steht der Forderung einer sehr flachen Taste entgegen, wenn man nicht die Bewegungsrichtung für die Tastenbetätigung von der Kontaktbetätigung mechanisch entkoppelt. Ein solches Beispiel ist der EP 0 100 936 zu entnehmen. Die Tastenbewegung wird in eine Stößelbewegung und in eine Betätigungs¬ richtung senkrecht dazu umgesetzt. Für die Umlenkung der Bewegung sind an dem Stößel Schaltnocken befestigt, die einen Kontakt senkrecht zur Stößelbewegung betätigen.
Naheliegend ist es, beim Bau einer flachen Taste die Taste gemäß der EP 0 100 936 zu miniaturisieren, d.h. die Teile im gleichen Maßstab zu verklei¬ nern. Dies ist aber nicht ohne weiteres möglich. Der Kontaktgeber bei dieser Bauform wirkt nämlich selbst als federndes Element. Die Federkraft ändert sich deswegen bei Miniaturisierung. Das bedeutet, man muß bei einer maßstäblichen Miniaturisierung, wenn man auf Stabilität und Schaltverhalten nicht verzichten möchte, zu hochwertigeren Materialien übergehen. Das verteuert das Schaltelement wesentlich.
Zu kleine Teile erschweren außerdem die Montage, so daß vorhandene Fertigungseinrichtungen nicht ohne weiteres verwendet werden können. Es sind somit Investitionen im größeren Umfang nötig. Der größte Nachteil für den Kunden ergibt sich aber dadurch, daß durch die genannte Miniaturisierung die Qualität der Schalter nicht aufrechterhalten werden kann, wenn der Schalter weiterhin preisgünstig gestaltet sein soll. Das macht sich vor allen Dingen in der Anzahl der Schaltspiele bemerkbar, da die Federn zu schnell brechen.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen flachen Tastschalter zu schaffen, der möglichst viele Schaltspiele bei gleichzeitig flacher Bauweise und ergonomisch günstigem Hub ermöglicht. Das Prinzip des Schalteraufbaus soll jedoch auch allgemein für andere Schalter verwendbar sein.
Die Aufgabe wird durch einen Tastschalter gemäß dem Anspruch 1 gelöst.Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand von Unteransprüchen.
Ein erfindungsgemäßer Tastschalter wird durch die Bewegung eines Stößels be¬ tätigt. Am Stößel sind zu diesem Zweck Nocken angebracht, durch die ein beweglicher Kontaktgeber gegenüber einem feststehenden Kontaktstück bewegt wird. Die Bewegung des Kontaktgebers erfolgt senkrecht zur Bewegungsrich¬ tung des Stößels. Erfindungsgemäß ist der Kontaktgeber ein etwa ringförmig gebogenes Blech. Das Blech ist entsprechend lang, so daß die mechanische Belastung pro Längeneinheit gering gehalten werden kann. Ein solcher Ring kann erfindungsgemäß flachliegend innerhalb des Schaltelements angebracht werden, so daß die zur günstigen Gestaltung der Federkräfte benötigte Fläche weitgehend unabhängig vom gewählten Hub zu verwirklichen ist. Bei einer günstigen Ausgestaltung des Kontaktgebers kann das Blech auch unterschied¬ lich breit sein, damit die Kräfte pro Länge ungleichmäßig aufgenommen werden. Das erlaubt, den Kraftverlauf entlang dem gebogenen Ring zu optimieren.
Das ringförmige Blech kann man weiter verlängern, indem man zusätzlich zum Biegungsverlauf für die Ringform weitere Biegungen vorsieht. Neben der größeren Länge des ringgeformten Blechs, was sich besonders vorteilhaft auf die Haltbarkeit auswirkt, wird dadurch auch die Steifigkeit herabgesetzt und ein besseres Federverhalten erreicht.
Zweckmäßig ist es, wenn ein möglichst großer Teil des ringförmigen Bleches Verformung aufnehmen kann. Deshalb ist es zweckmäßig, die Halterung des Bleches nur an einem kleinen Flächenbereich zu befestigen. Bei einer vorteilhaften Weiterbildung sind zur Befestigung entsprechend abgewinkelte Teilstücke an dem Blech angebracht.
Bei dem erfindungsgemäßen Tastschalter lassen sich Druckpunkte und Schaltpunkte ergonomisch günstig einführen. Dabei wird der Druckpunkt durch die Federkraft des ringförmigen Bleches und durch die Form der Schaltnocken bestimmt. Zur Erzielung eines plötzlich ablaufenden Schaltvorgangs im Schaltpunkt werden zweckmäßigerweise Sicken in dem ringförmigen Blech angebracht, durch die bei Überschreiten eines bestimmten Schaltweges eine plötzliche Auslösung des Tastschalters erfolgt.
Eine weitere Verbesserung läßt sich dadurch erreichen, daß die freien Enden des ringförmigen Blechs überlappend zusammengebogen werden, so daß Anschlußfahnen, die an jedem der beiden Schenkeln angebracht sind, überein- anderliegen. Damit ergeben sich Anschlußfahnen doppelter Blechbreite. Die Steifigkeit des Anschlusses ist dadurch erhöht.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich auch aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Ansprüchen und der nicht maßstäblichen Zeichnung; es zeigen.:
Fig. 1 eine Ausführung einer erfindungsgemäßen Taste in Explosions¬ darstellung;
Fig. 2 einen Schnitt durch eine Taste gemäß Fig. 1 in Ruhestellung;
Fig. 3 einen Schnitt durch eine Taste gemäß Fig. 1 in einer Schaltstellung kurz vor dem Schaltpunkt;
Fig. 4 einen Schnitt durch eine Taste gemäß Fig. 1 nach Überschreiten des Schaltpunktes;
Fig. 5 einen Schnitt durch eine Taste gemäß Fig. 1 im Schnitt nach Errei¬ chen der Endstellung;
Fig.6 ein Tastenunterteil mit einer anderen Ausführungsform des erfin¬ dungsgemäßen ringförmiges Blechs;
Fig. 7 eine weitere Ausfuhrungsform des ringförmigen Blechs mit unterschiedlichen Breiten des Blechs;
Fig. 8 eine Aufsicht auf ein ringförmig gebogenes Blech zur Veranschaulichung weiterer möglicher Ausfuhrungsformen;
Fig. 9 eine Aufsicht auf ein ringförmiges Blech mit überlappenden Schen¬ keln zur Veranschaulichung weiter verbesserter Ausfuhrungsformen; Fig. 10 einen Teil eines Tastenunterteils mit einer weiteren Ausfuhrungsform der Erfindung.
Ein erfindungsgemäßer Taster gemäß Fig. 1 ist in einem Gehäuse gelagert, welches im wesentlichen aus einem Unterteil 10 besteht, auf das ein Deckelteil 20 aufgesetzt wird. Rasten 12, die am Deckelteil während des Spritz-Gießvorgan- ges mit angegossen werden, greifen in entsprechende Aussparungen oder Löcher 14 im Unterteil 10 ein und halten so durch die gegenseitige Befestigung von Un¬ terteil und Deckelteil den Taster zusammen. Im Taster befindet sich ein beweg¬ lich gelagerter Stößel 30, wobei die Bewegung durch einen Hohlzylinder 32, der im Unterteil 10 angebracht ist, geführt wird. Zusätzlich stehen seitliche Stößel- fuhrungen 34 im Unterteil 10 zur Verfügung, die in einen Hohlraum an der Unterseite des Stößels 30 eingreifen und den Stößel sowohl führen als auch gegen Verdrehung sichern. Die Führung des Stößels durch den Hohlzylinder 32 im Unterteil 10 erfolgt durch ein rundes Stößelelement 36, welches im Inneren des Hohlraums an der Unterseite des Stößels 30 angebracht ist. In dem Hohlraum an der Unterseite des Stößels wird eine Feder 38 aufgenommen, die von dem Hohlzylinder 32 geführt wird. Die Feder 38 drückt den Stößel 30 gegen das Oberteil 20. Am Stößel 30 befinden sich zwei einstückig eingegossene Schaltnocken 40. Die Schaltnocken dienen zur Übertragung der Bewegung auf die zum Schalten nötigen Kontaktelemente. Die Schaltnocken 40 sind deshalb an der Seite zur Betätigung abgerundet und abgeschrägt, wodurch das Schaltverhal¬ ten zu einem großen Teil festgelegt ist, wie später genauer beschrieben wird.
Im Unterteil sind die zur Kontaktgabe benötigten Kontaktelemente befestigt. Sie bestehen aus einem feststehendem Kontaktstück 44 und einem Kontaktgeber 46. Der Kontaktgeber 46 ist erfindungsgemäß aus einem Blech ringförmig gebogen. An dem ringförmigen Blech 50 befinden sich Kontaktteile 51, die mit anderen Kontaktteilen auf dem feststehenden Kontaktstück 44 zusammen den Kontakt herstellen. Das Kontaktteil am feststehenden Kontaktstück kann ballig ausgeführt sein und so einen guten Kontakt mit dem Kontaktteil 51 auf dem Kontaktgeber 46 herstellen. Eine andere Möglichkeit zur Verwirklichung eines guten Kontakts ist durch zwei senkrecht aufeinanderstoßende, als Schneiden ausgeführte Kon¬ taktteile gegeben, wie es dem Fachmann aus dem Stand der Technik bekannt ist.
Das ringförmige Blech 50 besteht aus elastischem Material. Der federnde Kontaktgeber ist an dem Unterteil 10 befestigt und gegenüber dem feststehenden Kontaktstück 44 vorgespannt. Die Schaltnocken 40 des Stö¬ ßels greifen an dem Kontaktgeber 46 an und steuern seine Bewegung. Am ringförmigen Blech befinden sich Sicken 54, die durch einen Prägeschritt hergestellt werden können. Diese Sicken 54 dienen im Zusammenhang mit den Schaltnocken 40 dazu, einen Schaltpunkt zu definieren, wie es später noch ausfuhrlicher dargestellt wird. Der Kontaktgeber 46 ist über das ringförmige Blech 50 am Unterteil 10 durch zwei im Unterteil 10 be¬ findliche Klemmteile 60 und 62 befestigt. Sowohl vom ringförmigen Blech 50 als auch vom feststehendem Kontaktstück 44 aus sind Verlängerungen aus dem Unterteil 10 herausgeführt, die als Lötfahnen 56 und 58 zum Anschluß an elektrische Leitungen oder zum Einbau in gedruckten Schaltungen zur Verfügung stehen.
Die Funktionsweise der Taste wird besser aus dem in Fig. 2 bis Fig. 5 dargestellten Schaltverhalten deutlich. Diese Figuren stellen Schnitte mit Stößeln in unterschiedlichen Schalttiefen dar.
Fig. 2 zeigt die Ruhestellung. Das Deckelteil 20 ist auf dem Unterteil 10 aufgesetzt und fixiert den Stößel 30 durch die Druckfeder an einem An¬ schlag (nicht dargestellt). Die Schaltnocke 40 liegt an dem ringförmigen Blech 50 an, so daß die beiden Kontaktteile auf Abstand gehalten werden.
In Fig. 3 ist der Stößel 30 etwas hinuntergedrückt. Im Vergleich von Fig. 2 zu Fig. 3 wird deutlich, daß die beiden Kontaktteile 51 und 52 durch die Form des Schaltnockens 40 in Fig. 3 weiter voneinander entfernt sind als in Fig. 2. Durch das Zurückbiegen des ringförmigen Blechs 50 muß eine höhe- re Kraft aufgewandt werden als am Anfang der Bewegung, so daß ein anstei¬ gender Kraftgradient mit dem Stößel weg gegeben ist.
Aus Fig. 3 ist schon erkennbar, daß die vorgesehene Sicke 54 einen plötzlichen Abfall der Kraft zur Folge hat.
Das ist besonders im Vergleich mit Fig. 4 zu sehen, wo die Schaltnocke 40 voll in den Bereich der Sicke 54 eingedrückt ist, so daß die Federkraft des ringförmi¬ gen Bleches 50 das Kontaktteil 51 auf das Kontaktteil 52 zuschiebt und an¬ preßt. Dann ist ein elektrischer Kontakt zwischen den Lötfahnen 56 und 58 her¬ gestellt und es ist ein Schalter geschlossen. Es ist also bei dieser Ausfuhrungs¬ form ein fester Schaltpunkt gegeben, bei dem auch ergonomisch günstig ein plötzlicher Tastendruckabfall verwirklicht ist.
Fig. 5 zeigt die Endstellung der Tastenbetätigung. Da jetzt der Kontakt 51 vom Kontakt 52 zurückgehalten wird, wirkt sich die Federkraft des ringförmigen Blechs nicht auf den Schaltnocken 40 aus und zum Anfahren der Endstellung ist nur noch die Federkraft der Feder 38 zu berücksichtigen. Nach Loslassen der Taste treibt die Feder 38 den Stößel 30 wieder in die Endstellung gemäß der Fig. 2 zurück, wobei die Nocken 40 über die Schräge 41 und den Sickenrand das ringförmige Blech zurückdrücken.
Die in Fig. 2 bis 5 gezeigten Schaltvorgänge zeigen, daß sich mit Hilfe eines erfindungsgemäßen Tasters ein ergonomisch günstiges Schaltverhalten herstel¬ len läßt. Am Anfang der Stößelbewegung ist die Kraft erhöht. Bei Überwindung des Schaltpunktes wird der Kraftverlauf erniedrigt und der Schaltvorgang fin¬ det plötzlich und definiert an einem durch die Konstruktion bedingten Schalt¬ punkt statt. Dieses Schaltverhalten wird im wesentlichen durch die Form der Schaltnocke 40 und der Sicken 54 erreicht. Die Figuren 2 bis 5 machen auch deutlich, daß zur Verwirklichung eines derartigen Schaltverhaltens ein gewis¬ ser Mindesthub erforderlich ist. Nur dadurch, daß die Tastwirkung mit Hilfe des Nockens 40 in eine Kontaktbewegung senkrecht zur Tastbewegung umge¬ wandelt wird, ist ein solches Verhalten möglich, ohne daß viel Raum für den Hub benötigt wird. Durch die erfindungsgemäße Form des Kontaktgebers 46, nämlich dadurch, daß das Kontaktteil an einem langen ringförmigen Blech an¬ gebracht ist, lassen sich die beim Schaltvorgang auftretenden Kräfte auf eine entsprechende Länge verteilen, so daß eine verringerte Biegekraft auf jedes Flächenelement einwirkt. Dadurch wird erfindungsgemäß sichergestellt, daß auftretende Materialermüdungen nur gering sind und trotz der kleinen und fla¬ chen Bauweise mehrere Millionen Schaltvorgänge sicher durchführbar sind.
In Fig. 6 ist noch einmal ein Unterteil 10 gezeigt, aber mit einer etwas anderen Ausführung des Kontaktgebers 46. Um die gesamte Länge des ringförmigen Bleches 50 zum Auffangen der Biegekräfte zu benutzen, ist es zweckmäßig, nur einen geringen Teil der gesamten Blechlänge innerhalb des Unterteils 10 zur Befestigung des Kontaktgebers 46 zu benutzen. Im Beispiel von Fig. 6 ist das dadurch gelöst, daß zusätzliche rechteckige Teilstücke am ringförmigen Blech abgebogen sind, die durch Klemmteile 68 und 69 im Unterteil 10 festgehalten werden.
Bei den Kontaktgebern, wie sie im Zusammenhang mit den Fig. 1 und Fig. 6 beschrieben wurden, wird sich eine Biegung durch die Bewegung des Kontaktes im wesentlichen in den Krümmungen bemerkbar machen. Die geraden Strecken der gezeigten Ringe sind entsprechend starr. Um die Kraftverteilung auf der gesamten Länge besser zu verteilen und um die Materialbelastung pro Fläche entsprechend klein zu halten, ist es angebracht, die starren geraden Verbindungsstücke der vorangehenden Beispiele zu modifizieren. Eine derartige Abänderung ist in Fig. 7 gezeigt. Der Kontaktgeber 71 hat, wie der vorher besprochene Kontaktgeber 46, wieder ein Kontaktteil 51 und arbeitet in der gleichen Weise wie vorangegangen erläutert. Das zur Herstellung des Kontakt¬ gebers 71 benutzte Blechstück ist aber breiter an den Rundungen 73 und ver¬ läuft verjüngend zu den Enden und zum Kontaktteil 51. Diese verjüngten Berei¬ che lassen sich dadurch leichter deformieren , so daß ein Teil der Verbiegung und somit ein Teil der Kräfte auch von diesen verjüngten Bereichen aufgenom¬ men wird und die Rundungen 73 weniger belastet werden.
In Fig. 8 ist eine andere Maßnahme gezeigt, die die starren geraden Strecken zur besseren Aufnahme größerer Kräfte modifiziert. Der Kontaktgeber 80 in Fig. 8 ist in Draufsicht gezeigt. Dabei ist erkennbar, daß dieser Kontaktgeber nicht nur die zur Biegung nötigen Rundungen 82 hat, sondern auch Strecken mit zusätzlichen Rundungen 84, die zweierlei Aufgaben erfüllen. Erstens wird dadurch die Gesamtlänge des Bleches vergrößert, so daß weniger Kraft pro Flä¬ che aufgenommen wird. Zweitens wird durch diese zusätzliche Rundung 84 auch die gesamte Starrheit verringert.
In Fig. 9 ist eine weitere Verbesserung für einen erfindungsgemäßen Kontakt¬ geber dargestellt. Der in Fig. 9 gezeigte Kontaktgeber 90 hat freie Schenkel 92 und 93. Der ringförmige Kontaktgeber 90 ist so zusammengebogen, daß das Blech an den Schenkeln 92 und 93 überlappt. Dadurch wird wieder eine größere Länge des ringförmig gebogenen Blechs erzielt. Die überlappende Ausformung bietet aber noch einen weiteren Vorteil. Sind nämlich an jeden Schenkel Fah¬ nen zum Anschluß vorgesehen, die bei Überlappung übereinander zu liegen kommen, ergibt sich für die Lötfahne 56 in Fig. 1 die doppelte Dicke des Blechs 50. Damit ist die Steifigkeit der Lötfahne gegenüber den vorgehend beschriebe¬ nen Ausführungsformen erhöht.
In Fig. 10 ist eine weitere Ausführungsform des ringförmigen Blechs gezeigt. Der Kontaktgeber 100 ist in der Fig. 10 in einem Teilstück des Unterteils 10 mit einem feststehenden Kontaktstück 44 dargestellt.
Die Federlänge zur Aufnahme der Kräfte wird in diesem Beispiel dadurch wei¬ ter vergrößert, daß das ringförmige Blech 100 an seinen Enden jeweils U-föπnig abgebogen ist. Dadurch ist eine weitere Verformung des ringförmigen Blechs 100 möglich, wenn die Einspannung entsprechen ausgestaltet ist.
In dem Beispiel gemäß Fig. 10 entsteht jede U-Form dadurch, daß an den En¬ den des ringförmigen Blechs jeweils ein Teilstück 102 rechtwinklig abgebogen wird, von dem dann wiederum ein Endabschnitt 104 rechtwinklig abgebogen wird. Die Länge der Feder wird dann am b •-. *;en ausgenutzt, wenn ein derarti¬ ges ringförmiges Blech mit den Endabschnitten möglichst weit außen, innerhalb des Unterteils 10 befestigt bzw. gehalten ist. Gemäß Fig. 10 wird das ringförmige Blech 100 in das Unterteil 10 in eine Aus¬ sparung 110 von oben eingesetzt. Die Aussparung 110 kann verschiedene For¬ men haben, wobei u.a. eine leichte Montage berücksichtigt werden sollte. Die speziell aus Fig. 10 ersichtliche Ausgestaltung hat den Vorteil, daß zu Auf¬ fangen der Kräfte ein Maximum der möglichen Federlänge ausgenutzt wird. Bei einer Kraftwirkung auf das ringförmige Blech 100 nach links gemäß der Darstel¬ lung von Fig.10, werden auch die Teilstücke 102 mit einer Kraftkomponente nach links beaufschlagt. In diese Richtung kann aber das Blech nicht auswei¬ chen, da sich dort die Anlage 114 befindet. Die Feder weicht aber auch senkrecht zur EJraftwirkung aus, wo die im Gehäuse ausgeformten Fahnen 112 an den Teilstücken 102 anliegen. Die Fahnen 112 sind nachgiebig und federn dadurch einen Teil der Krafteinwirkung ab.
In diesem Ausfuhrungsbeispiel ist also die gesamte Länge der Feder bis auf ein kleines Stück des Endabschnitt zur Kraftaufhahme wirksam. Die Belastung pro Flächeneinheit ist daher weiter verringert. Zusätzlich wird ein Teil der Kraftwir¬ kung durch die Nachgiebigkeit der Fahnen 102 aufgenommen, was die Feder zu¬ sätzlich entlastet.
Die vorstehend erörterten Maßnahmen zeigen, daß mit einfachen konstruktiven Maßnahmen eine bessere Verteilung der angreifenden Kräfte möglich ist, so daß auf diese Weise die Lebensdauer erfindungsgemäßer Schaltelemente optimiert werden kann. Wichtig zur Durchfiihrung solcher Optimierungsmaßnahmen ist aber die Existenz einer möglichst großen Federlänge des Kontaktgebers. Diese ist durch erfindungsgemäße Kontaktgeber, nämlich durch die Ausformung des Kontaktgebers als ringförmiges Blech, möglich. Durch diese erfinderische Ausfuhrung des Kontaktgebers kann also eine ergonomisch vorteilhafte Tastatur mit nur geringer Belastung des Kontaktgebers und daraus folgender geringer Materialermüdung geschaffen werden.
Ein weiterer erfindungsgemäßer Vorteil ist, daß ringförmig geschlossene Kontaktgeber einen größeren Widerstandswert gegen Durchbiegung in Richtung der Stößelbewegung zeigen als einseitig eingespannter Kontaktgeber nach dem Stand der Technik. Das wirkt sich besonders positiv auf die Schalthysterese aus.

Claims

Ansprüche
1. Mechanisch betätigbares elektrisches Schaltelement, insbesondere Tastschalter, welcher durch die Bewegung eines Stößels (30) einen elektrischen Kontakt zwischen einem feststehenden Kontaktstück (44) und einem bewegli¬ chen Kontaktgeber (46) schließt oder öffnet, wobei der Stößel (30) senkrecht zur Bewegungsrichtung des Stößels (30) abstehende Schaltnocken (40) zur Betätigung des Kontakts hat, so daß die Bewegung eines Kontaktteils (51) des Kontaktgebers (46) senkrecht zur Bewegungsrichtung des Stößels erfolgt, dadurch gekennzeichnet,
daß der Kontaktgeber (46, 71, 80) aus einem in Längsrichtung ringförmig gebogenen Blech (50, 100) besteht.
2. Schaltelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das ringförmig gebogene Blech (50, 100) im Schaltelement so angeordnet ist, daß seine größte Ausdehnung senkrecht zur Bewegungsrich¬ tung des Stößels (30) und senkrecht zur Bewegungsrichtung des Kontaktteils (51) relativ zum Kontaktstück (46) liegt.
3. Schaltelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß das ringförmige Blech (50, 100) eine ungleichmäßige Breite aufweist.
4. Schaltelement nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
daß Bereiche größerer Breite des ringförmigen Blechs (50, 100) an Stellen (73) größerer Biegung bei Kontaktgabe vorgesehen sind.
5. Schaltelement nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
daß das ringförmige Blech (50) zusätzlich zu der ringförmigen Biegung (82), weitere Biegungen (84) aufweist.
6. Schaltelement nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet,
daß der Kontaktgeber in einem Unterteil (10) des Schaltelements befestigt ist und
daß die Befestigung des ringförmigen Bleches (50, 100) auf der gegen¬ überliegenden Seite der zur Kontaktgabe benutzten Fläche erfolgt.
7. Schaltelement nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,
daß die Befestigung des ringförmigen Bleches (50, 100) an gesonderten abgewinkelten Teilstücken (66, 104) des ringförmig gebogenen Blechs (50, 100) erfolgt.
8. Schaltelement nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet,
daß die Schaltnocken (40) so geformt sind, daß sich bei der Verschiebung des Stößels über einen Weg bis zu einem Schaltpunkt ein erhöh¬ ter Betätigungswiderstand ergibt.
9. Schaltelement nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet,
daß im ringförmigen Blech (50, 100) Sicken (54) eingeprägt sind, die i Zusammenwirken mit der Form der Schaltnocken (40) einen Schaltpunkt definieren, an dem nur ein geringer Weg nötig ist, um ein plötzliches Umschal¬ ten zu bewirken.
10. Schaltelement nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet,
daß das ringförmige Blech (50) an seinen Enden freie Schenkel (92, 93) hat, daß an jedem Schenkel (92, 93) Kontaktfahnen ausgebildet sind, die aus dem Gehäuse herausgeführt sind, und
daß die freien Schenkel (92, 93) überlappen, so daß der aus beiden Kontaktfahnen gebildete Anschluß doppelt so breit wie das Blech ist.
11. Schaltelement nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet,
daß das ringförmige Blech (100) an seinen Enden rechtwinklig abge¬ bogene Teilstücke (102) hat.
daß an den rechtwinklig abgebogenen Teilstücken (102) wiederum rechtwinklig abgebogene Endabschnitte (104) zum Befestigen des ringförmigen Blechs (100) rechtwinklig abgebogen sind.
12. Schaltelement nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet,
daß das ringförmige Blech (100) mit seinen rechtwinklig abgebogenen Endstücken (104) innerhalb einer Aussparung (110) des Unterteils (10) gela¬ gert ist;
- und daß am Unterteil (10) Fahnen (112) ausgebildet sind, die an dem einge¬ setzten ringförmigen Blech (100) an den rechtwinklig abgebogenen Teilstücken (102) anliegen. GERANDERTE ANSPRÜCHE
[beim Internationalen Büro am 29 March 1993 (29.03.1993) eingegangen, ursprüngliche Ansprüche 1-12 durch geänderte Ansprüche 1-12 ersetzt (4 seiten
1. Mechanisch betätigbares elektrisches Schaltelement, insbesondere
Tastschalter, welcher durch die Bewegung eines Stößels (30) einen elektrischen Kontakt zwischen einem feststehenden Kontaktstück (44) und einem bewegli¬ chen als Federring ausgebildetem Kontaktgeber (46) schließt oder öffnet, wobei der Stößel mit zumindest einem Schaltnocken auf den geschlitzten Federring einwirkt und durch Verformung des Federringes die Kontaktgabe bewirkt. dadurch gekennzeichnet,
- daß der Federring als langgestreckter ringförmiger Blechring (50, 71, 80, 90, 100) ausgebildet ist und mit seiner Ringebene parallel zum Gehäuse¬ boden liegt,
- daß der Stößel (30) senkrecht zu seiner Betätigungsrichtung mit zwei abstehenden Schaltnocken (40) versehen ist,
- daß der Blechring (50, 71, 80, 90, 100) so angeordnet ist, daß seine größte Ausdehnung senkrecht zur Bewegungsrichtung des Stößels (30) und senkrecht zur Bewegungsrichtung des Kontaktteils (51) bezüglich des Kontakt¬ stückes (46) liegt, und
- daß die Kontaktteile (51, 52j am Blechring (50, 71, 80, 90, 100) und am feststehenden Kontaktstück (44) zwischen den beiden Schaltnocken (40; angeordnet sind.
2. Schaltelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
- daß der Blechring (50, 71, 80, 90, 100) eine gleichmäßige Breite aufweist.
Schaltelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, - daß der Kontaktteil (51) im Bereich geringster Breite angeordnet ist. 4. Schaltelement nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
- daß Bereiche größerer Breite des Blechrings (50, 71, 80, 90, 100) a Stellen (73) größerer Biegung bei der Verformung während der Kontaktgab vorgesehen sind.
5. Schaltelement nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
- daß der Blechring (50, 71, 80, 90, 100) zusätzlich zu der ringförmige Biegung (82), weitere Biegungen (84) aufweist.
6. Schaltelement nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet,
- daß der Blechring im Gehäuseunterteil (10) des Schaltelement befestigt ist, und
- daß die Befestigung des Blechrings (50, 71, 80, 90, 100) auf de gegenüberliegenden Seite der zur Kontaktgabe benutzten Fläche erfolgt.
7. Schaltelement nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,
- daß die Befestigung des Blecherings (50, 71, 80, 90, 100) a gesonderten abgewinkelten Teilstücken (66, 104) des Blechrings erfolgt.
8. Schaltelement nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet,
- daß die Schaltnocken (40) so geformt sind, daß sich bei de Verschiebung des Stößels über einen Weg bis zu einem Schaltpunkt ei erhöhter Betätigungswiderstand ergibt. 9. Schaltelement nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet,
- daß in den Blechring (50, 100) Sicken (54) eingeprägt sind, die im Zusammenwirken mit der Form der Schaltnocken (40) einen Schaltpunkt definieren, an dem nur ein geringer Weg nötig ist, um ein plötzHches Umschalten zu bewirken.
10. Schaltelement nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet,
- daß der Blechring (90) an seinen Enden freie Schenkel (92, 93) hat,
- daß an jedem Schenkel (92, 93) Kontaktfahnen ausgebildet sind, die aus dem Gehäuse herausgeführt sind, und
- daß die freien Schenkel (92, 93) überlappen, so daß der aus beiden Kontaktfahnen gebildete Anschluß doppelt so breit wie das Blech ist.
11. Schaltelement nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet,
- daß der Blechring (100) an seinen Enden rechtwinklig abgebogene Teilstücke (102) hat. und
- daß an den rechtwinklig abgebogenen Teilstücken (102) wiederum rechtwinklig abgebogene Endabschnitte (104) zum Befestigen des ringförmigen Blechs (100) vorgesehen sind. 12. Schaltelement nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet,
- daß der Blechring (100) mit seinen rechtwinklig abgeboge
Endstücken (104) innerhalb einer Aussparung (110) des Gehäuseunterteils ( gelagert ist, und
- daß am Gehäuseunterteil (10) Fahnen (112) ausgebildet sind, die den rechtwinklig abgebogenen Teilstücken (102) des eingesetzten Blechrings (1 anliegen.
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