EP2639808A1 - Kurzhub- Reedschaltertaster - Google Patents

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EP2639808A1
EP2639808A1 EP13150401.1A EP13150401A EP2639808A1 EP 2639808 A1 EP2639808 A1 EP 2639808A1 EP 13150401 A EP13150401 A EP 13150401A EP 2639808 A1 EP2639808 A1 EP 2639808A1
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EP
European Patent Office
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stroke
key
button
operating element
carrier unit
Prior art date
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EP13150401.1A
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English (en)
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EP2639808B1 (de
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Matthias Brand
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Elobau GmbH and Co KG
Original Assignee
Elobau GmbH and Co KG
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Publication date
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Publication of EP2639808A1 publication Critical patent/EP2639808A1/de
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    • H—ELECTRICITY
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    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H36/00—Switches actuated by change of magnetic field or of electric field, e.g. by change of relative position of magnet and switch, by shielding
    • H01H36/0006—Permanent magnet actuating reed switches
    • H01H36/0033—Mountings; Housings; Connections
    • 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
    • H01H13/04—Cases; Covers
    • H01H13/06—Dustproof, splashproof, drip-proof, waterproof or flameproof casings
    • H—ELECTRICITY
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    • 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
    • H01H13/12—Movable parts; Contacts mounted thereon
    • H01H13/14—Operating parts, e.g. push-button
    • 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
    • H01H13/12—Movable parts; Contacts mounted thereon
    • H01H13/20—Driving mechanisms
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H36/00—Switches actuated by change of magnetic field or of electric field, e.g. by change of relative position of magnet and switch, by shielding
    • H01H36/0006—Permanent magnet actuating reed switches
    • H01H36/004—Permanent magnet actuating reed switches push-button-operated, e.g. for keyboards

Definitions

  • the present invention relates to a probe, comprising a carrier unit and a button movably connected to the carrier unit, wherein at least one contact element and at least one control element are attached to the carrier unit, wherein the contact element and the operating element are formed without interference directly interacting.
  • the invention relates to a use of at least one button according to the invention for building membrane keypads or sealed short-stroke keyboards.
  • a button of the type mentioned above is for example from the EP 1 916 686 A1 known.
  • the contact element and the control element are a reed switch or a permanent magnet, which are protected by a membrane against dust, dirt and moisture.
  • the production of this sealed probe is technically complex and costly.
  • a key stroke of several millimeters is required. A key stroke of this magnitude prevents the use of the button for building membrane keypads, as when pressing the button, the elastic range of membrane keypads covering films far exceeded and the film would be destroyed.
  • FR 2 623 011 A1 is a button with a permanent magnet and one or more reed switches disclosed. To switch safely, this key requires a key stroke of several millimeters. This unsealed probe is not suitable for use in dusty, dirty or humid environments.
  • the EP 0 135 835 A2 discloses a membrane keypad based on conventional electrical contacts wherein corresponding contacts are formed as conductive liners embedded in foils and electrically isolated from each other.
  • a key stroke of this membrane keyboard is generically in the range of a few tenths of a millimeter. Due to the extremely limited service life of the very filigree conductive coatings, the membrane keyboard is limited in the number of executable switching cycles.
  • a membrane keyboard which has piezoelectric crystal elements for closing circuits. Upon actuation of the membrane keyboard, the piezoelectric crystal elements are pressurized and then form a potential difference, which can be tapped off as a voltage signal.
  • a key stroke of this membrane keyboard is generically in the range of a few tenths of a micron.
  • a disadvantage of this membrane keypad is that the tappable voltage signal is very weak and one downstream amplifier circuit requires what leads to significant additional costs in the production of the membrane keyboard.
  • the invention is therefore based on the object to provide a button of the type mentioned, which is characterized by safe switching behavior, low wear, low Tastenhub and cost-effective production.
  • the button to be specified should have a key stroke of less than 1 mm and allow several million switching cycles.
  • this object is achieved by a key of the type mentioned, in which a key stroke of the key relative to the carrier unit to a switching stroke of the operating element is different relative to the contact element. Since the contact element and the control element are formed without contact directly interacting with each other, a mechanical wear of electrical contacts is excluded. Furthermore, an oxidation of electrical contacts is impossible, so that even very small electrical currents over a long period of time and / or many switching cycles away safely switchable. With great advantage, according to the invention, an additional degree of freedom is kept in the probe, which makes it possible to decouple intended or actual key strokes from the resulting switching strokes.
  • a small key stroke may lead to a large switching stroke, for example in the case of membrane keyboards, which have operating and contact elements which must be designed so that they can be displaced clearly relative to one another in order to ensure clearly defined switching states.
  • a large key stroke leads to a low switching stroke.
  • emergency stop switches are called small design, which are operated directly by grossmotorisch operating machines or objects. Button according to the present invention fulfill this requirement with regard to the decoupling of key stroke and switching stroke and are therefore outstandingly suitable for a large number of applications.
  • the probe according to the invention can be designed as a power switch, redundant power switch, changeover switch, off switch or redundant circuit breaker.
  • the probe according to the invention can be designed as a power switch, redundant power switch, changeover switch, off switch or redundant circuit breaker.
  • a transmission ratio of shift stroke to key stroke is greater than 1: 1, in particular equal to 4: 1, and the key stroke is less than 1 mm, in particular equal to 0.5 mm.
  • a switching stroke which is sufficiently large for reliable switching can be realized.
  • a sufficiently large switching stroke is absolutely necessary in order to define its switching states sufficiently accurately for a non-negligible hysteresis or temperature sensitivity of the probe, in other words to enable safe switching behavior.
  • the pushbutton according to the invention is outstandingly suitable for reliably switching, in particular under harsh operating conditions, such as those encountered in commercial vehicles for construction site operation.
  • the invention provides that between the key and the operating element a hub undergraduate stricture, a hub undergraduate stricture, a hub undergraduate stricture, a hub undergraduate minute, a hysteresis-free and independent of energy sources, such as those required for electrical actuators for generating switching strokes.
  • the hub-translating mechanism has a single joint, in particular spring joint. Due to the minimal number of movable connections, the probe according to the invention is maximally robust against generic failure phenomena of more complex mechanisms, such as unwanted interactions between different components. If the joint is designed as a spring joint, the mechanism operates completely backlash-free and almost wear-free, since it has neither sliding nor rolling components. In the on-the-fly mechanism, the key stroke and the shift stroke describe arcuate trajectories having different radii with respect to the one joint as a common center.
  • the hub-translating mechanism has four joints that form a parallel spring joint mechanism.
  • the four-jointed parallel spring joint mechanism enables a key stroke with a linear trajectory.
  • the initiation of the actuation force transmitted by the key to the mechanism for all possible stroke conditions is shear free, which protects the mechanism from force peaks and wear.
  • the hub-translating mechanism has at least one return element, in particular a bar spring.
  • This reset element causes a reset of the key after their operation in a Home position to allow re-actuation.
  • a desired feel of the actuation process can be set in the pushbutton according to the invention in order, for example, to give an operator feedback of the actuation of the pushbutton.
  • the stroke-translating mechanism has one or more spring joints, the reset of the key takes place due to a superposition of restoring forces of the elastic spring joints and the restoring elements.
  • the return element can be formed integrally with the hub-translating mechanism or as a separate component. In the case of several restoring elements, a combination of the two described embodiments is also conceivable.
  • the contact element are designed as a reed switch and the operating element as a permanent magnet.
  • Reed switches do not require an amplifier circuit for their operation and are thus outstandingly suitable as self-contained components for non-contact, directly interacting switches. They outlast several million switching cycles without significantly changing their electrical contact resistance.
  • a permanent magnet is the best suited as a control element. Due to their magnetic properties, in particular their magnetic hysteresis, when reed switches are actuated by means of permanent magnets, relative movements between the reed switch and the permanent magnet of greater than 1 mm are required in order to achieve well-defined switching states and thus reliable switching.
  • a button according to the present invention satisfies this requirement with simultaneous key stroke less than 1 mm excellently.
  • a gear ratio of 2: 1 to 4: 1 allows a process-safe Manufacture of the probe, since the reed switch used usually have a considerable manufacturing tolerance in the form of a strong scattering magnetic sensitivity and a positioning accuracy of the reed switch when installed in the probe in the range of several tenths of millimeters.
  • non-contact directly interacting switches according to the invention for example Hall switch or Hall sensors are conceivable.
  • the probe has a housing, wherein the housing is formed at least the contact element and the operating element completely receiving in itself.
  • the housing is usually made of plastic and serves primarily to protect against mechanical effects.
  • the housing has ferromagnetic elements in order to shield the magnetic switch arranged in the housing, namely the reed switch in conjunction with the permanent magnet, against electrical and / or magnetic fields, in particular static magnetic fields, and thereby ensure its switching function.
  • buttons according to the present invention for building membrane keypads or sealed short-stroke keyboards. Due to the low key stroke required can be constructed from one or more buttons according to the invention with great advantage, a cost-effective membrane keyboard.
  • the arranged on a circuit board buttons can by means of a plastic film, for example made of polyester or polycarbonate, covered and by pressing the plastic film at positions where under the plastic film Buttons of the buttons are pressed.
  • the plastic film can be materially connected to a housing of a parent assembly, in particular glued.
  • sealed short-stroke keyboards the buttons are arranged protected in a housing made of injection-molded two-component plastic with membranes as key covers.
  • the flexible membrane acts as the button-protecting key covers and key rests, the latter tolerating a higher number of switching cycles when the key stroke, as proposed with great advantage according to the invention, is small.
  • FIG. 1 an inventive button according to a first embodiment is shown with a hub translating parallel spring joint mechanism.
  • the button essentially consists of a carrier unit 1 and one with the carrier unit 1 movably connected key 2, with which a control element 4 can be actuated.
  • the operating element 4 is a permanent magnet and interacts without contact and directly with two fixedly connected to the carrier unit 1 contact elements 3, which are designed as reed switch.
  • the carrier unit 1 has in Fig. 1 not shown soldering pins, by means of which the reed switches are contacted.
  • a hub undergraduate emphasisder mechanism 5 is arranged, which translates a key stroke of the key 2 relative to the carrier unit 1 to a switching stroke of the operating element 4 relative to the contact elements 3.
  • the key stroke is preferably limited to 0.5 mm, but the switching stroke is 2 mm, resulting in a ratio of switching stroke to key stroke of 4: 1 results.
  • the permanent magnet is injected into the hub-translating mechanism 5, but may also be releasably connected thereto.
  • the stroke-translating mechanism 5 has four joints 6, here spring joints, and forms a parallel spring joint mechanism, which in the in Fig. 1 shown embodiment is arranged centrally fixed on the carrier unit 1. In addition to the inherent elastic properties of the spring joints, the stroke-translating mechanism 5 has a return element 7.
  • the return element 7 is preferably designed as a bar spring and causes a provision of the stroke-translating mechanism 5 after an elongation in its rest position and an elongationsunn, continuous and play-free contact with the key 2.
  • the return element 7 is formed as a spiral spring.
  • the key 2 has a web on its side facing the stroke-translating mechanism 5 side.
  • a housing 8 shields the hub translating mechanism 5 with its joints 6, the return element 7, the contact element 3 and the control element 4 from the environment.
  • the two mutually parallel reed switch are arranged asymmetrically to the permanent magnet.
  • FIG. 2 an inventive button according to a second embodiment is shown with a single-wheeled hub translating mechanism.
  • This button is different from the one in Fig. 1 shown button in that the hub-translating mechanism 5 has only a single joint 6, which is designed as a spring joint.
  • buttons keypad a membrane keyboard shown.
  • the carrier units 1 of the buttons are formed as a common one-piece printed circuit board 9.
  • the keypad covering plastic film in particular polyester or polycarbonate, or aperture with two-component membrane key covers made of polycarbonate or thermoplastic elastomers and the housing, which according to the invention all buttons and the circuit board 9 is formed in receiving.
  • the film is glued to the housing, molded or sealed.

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Taster, umfassend eine Trägereinheit (1) und eine mit der Trägereinheit (1) beweglich verbundene Taste (2), wobei an der Trägereinheit (1) mindestens ein Kontaktelement (3) und an der Taste (2) mindestens ein Bedienelement (4) befestigt sind, wobei das Kontaktelement (3) und das Bedienelement (4) berührungslos unmittelbar miteinander wechselwirkend ausgebildet sind. Um einen gattungsgemäßen Taster anzugeben, der sich durch sicheres Schaltverhalten, geringen Verschleiß, geringen Tastenhub und kostengünstige Herstellung auszeichnet, schlägt die Erfindung vor, dass ein Tastenhub der Taste (2) relativ zu der Trägereinheit (1) zu einem Schalthub des Bedienelementes (4) relativ zu dem Kontaktelement (3) verschieden ist.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen Taster, umfassend eine Trägereinheit und eine mit der Trägereinheit beweglich verbundene Taste, wobei an der Trägereinheit mindestens ein Kontaktelement und an der Taste mindestens ein Bedienelement befestigt sind, wobei das Kontaktelement und das Bedienelement berührungslos unmittelbar miteinander wechselwirkend ausgebildet sind.
  • Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Verwendung von mindestens einem erfindungsgemäßen Taster zum Aufbauen von Folientastaturen oder gedichteten Kurzhubtastaturen.
  • Ein Taster der oben genannten Art ist beispielsweise aus der EP 1 916 686 A1 bekannt. Bei diesem Taster sind das Kontaktelement und das Bedienelement ein Reedschalter beziehungsweise ein Permanentmagnet, die mittels einer Membran gegen Staub, Schmutz und Feuchtigkeit geschützt sind. Die Herstellung dieses abgedichteten Tasters ist prozesstechnisch aufwendig und kostenintensiv. Um mit dem Taster sicher zu schalten, ist ein Tastenhub von mehreren Millimetern erforderlich. Ein Tastenhub dieser Größenordnung verhindert eine Verwendung des Tasters zum Aufbauen von Folientastaturen, da bei einem Betätigen des Tasters der elastische Bereich von Folientastaturen abdeckenden Folien bei Weitem überschritten und die Folie zerstört werden würde.
  • In der FR 2 623 011 A1 ist ein Taster mit einem Permanentmagnet und einem oder mehreren Reedschaltern offenbart. Um sicher zu schalten, ist auch bei diesem Taster ein Tastenhub von mehreren Millimetern erforderlich. Dieser nicht abgedichtete Taster ist für einen Einsatz in staubigen, schmutzigen oder feuchten Umgebungen nicht geeignet.
  • Aus der DE 10 2004 040 395 A1 ist ein mit konventionellen elektrischen Kontakten bestückter Taster bekannt, welcher zum sicheren Schalten einen Tastenhub von lediglich einigen Zehntelmillimetern erfordert. Ein elektrischer Kontakt ist als eine Schnappscheibe ausgebildet. Auf Grund der starken mechanischen Belastung der Schnappscheibe beim Schalten ist der Taster hinsichtlich der Anzahl der ausführbaren Schaltzyklen begrenzt. Des Weiteren sind die konventionellen Kontakte anfällig für Oxidation, was in einem variablen elektrischen Übergangswiderstand der Kontakte resultiert. Der ungenau definierte elektrische Übergangswiderstand verhindert, dass mit dem Taster geringe elektrische Ströme zuverlässig geschaltet werden können. Insofern ist der Taster in oxidativen, insbesondere feuchten oder nassen, Umgebungen über einen längeren Zeitraum hinweg nicht einsetzbar.
  • Die EP 0 135 835 A2 offenbart eine auf konventionellen elektrischen Kontakten basierende Folientastatur, wobei korrespondierende Kontakte als in Folien eingebettete und gegeneinander elektrisch nicht isolierte Leitbeläge ausgebildet sind. Ein Tastenhub dieser Folientastatur liegt gattungsgemäß im Bereich von wenigen Zehntelmillimetern. Auf Grund der stark begrenzten Lebensdauer der sehr filigranen Leitbeläge ist die Folientastatur in der Anzahl der ausführbaren Schaltzyklen begrenzt.
  • Aus der EP 0 210 386 A1 ist eine Folientastatur bekannt, die zum Schließen von Schaltkreisen piezoelektrische Kristallelemente aufweist. Bei einem Betätigen der Folientastatur werden die piezoelektrischen Kristallelemente mit Druck beaufschlagt und bilden daraufhin eine Potenzialdifferenz aus, die als Spannungssignal abgreifbar ist. Ein Tastenhub dieser Folientastatur liegt gattungsgemäß im Bereich von einigen Zehntelmikrometern. Nachteilig an dieser Folientastatur ist, dass das abgreifbare Spannungssignal sehr schwach ist und einer nachgeschalteten Verstärkerschaltung bedarf, was zu erheblichen Mehrkosten bei der Herstellung der Folientastatur führt.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, einen Taster der eingangs genannten Art anzugeben, der sich durch sicheres Schaltverhalten, geringen Verschleiß, geringen Tastenhub und kostengünstige Herstellung auszeichnet. Insbesondere soll der anzugebenden Taster einen Tastenhub kleiner 1 mm aufweisen und mehrere Millionen Schaltzyklen zulassen.
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch einen Taster der eingangs genannten Art gelöst, bei dem ein Tastenhub der Taste relativ zu der Trägereinheit zu einem Schalthub des Bedienelementes relativ zu dem Kontaktelement verschieden ist. Da das Kontaktelement und das Bedienelement berührungslos unmittelbar miteinander wechselwirkend ausgebildet sind, ist ein mechanischer Verschleiß von elektrischen Kontakten ausgeschlossen. Des Weiteren ist eine Oxidation von elektrischen Kontakten unmöglich, sodass auch sehr geringe elektrische Ströme über einen langen Zeitraum und/oder viele Schaltzyklen hinweg sicher schaltbar sind. Mit großem Vorteil wird erfindungsgemäß ein zusätzlicher Freiheitsgrad in dem Taster vorgehalten, der es ermöglicht, vorgesehene oder tatsächliche Tastenhübe von den daraus resultierenden Schalthüben zu entkoppeln. Einerseits kann es wünschenswert sein, dass ein geringer Tastenhub zu einem großen Schalthub führt, beispielsweise bei Folientastaturen, die Bedien- und Kontaktelemente aufweisen, die deutlich gegeneinander versetzbar ausgebildet sein müssen, um eindeutig definierte Schaltzustände zu gewährleisten. Andererseits kann es aber auch wünschenswert sein, dass ein großer Tastenhub zu einem geringen Schalthub führt. Als Beispiel seien Notausschalter kleiner Bauform genannt, die direkt von grobmotorisch arbeitenden Maschinen oder Gegenständen betätigt werden. Taster gemäß der vorliegenden Erfindung erfüllen diese Anforderung hinsichtlich der Entkoppelung von Tastenhub und Schalthub und sind daher für eine Vielzahl an Anwendungen hervorragend geeignet. In Abhängigkeit von der Anzahl und Anordnung der Kontaktelemente kann der erfindungsgemäße Taster als Einschalter, redundanter Einschalter, Umschalter, Ausschalter oder redundanter Ausschalter ausgebildet werden. Durch einen alternativen oder zusätzlichen Einsatz von mehreren Bedienelementen sind noch komplexere Schaltanordnungen ausführbar, zum Beispiel zwei oder mehrere aufeinander folgende Schaltvorgänge während eines Tastenhubs.
  • Erfindungsgemäß erweist es sich als besonders vorteilhaft, dass ein Übersetzungsverhältnis von Schalthub zu Tastenhub größer 1:1, insbesondere gleich 4:1, ist und der Tastenhub kleiner 1 mm, insbesondere gleich 0,5 mm, ist. Somit ist bei geringem Tastenhub ein zum sicheren Schalten ausreichend großer Schalthub realisierbar. Ein ausreichend großer Schalthub ist aber zwingend erforderlich, um bei einer nicht vernachlässigbaren Hysterese oder Temperaturempfindlichkeit des Tasters dessen Schaltzustände hinreichend genau zu definieren, mit anderen Worten ein sicheres Schaltverhalten zu ermöglichen. Der erfindungsgemäße Taster ist auf Grund seines Übersetzungsverhältnisses hervorragend geeignet, um insbesondere unter rauen Betriebsbedingungen, wie sie beispielsweise in Nutzfahrzeugen für den Baustellenbetrieb anzutreffen sind, zuverlässig zu schalten.
  • Mit großem Vorteil ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass zwischen der Taste und dem Bedienelement ein hubübersetzender Mechanismus angeordnet ist. Diese rein mechanische Vorrichtung erlaubt ein Übersetzen des Tastenhubs in einen zu diesem unterschiedlichen, insbesondere größeren, Schalthub. Der Mechanismus ist mittels Spritzgießens kostengünstig herstellbar, gegenüber negativen Umwelteinflüssen widerstandsfähig, hysteresefrei und unabhängig von Energiequellen, wie sie beispielsweise für elektrische Aktoren zum Generieren von Schalthüben erforderlich sind.
  • In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der hubübersetzende Mechanismus ein einziges Gelenk, insbesondere Federgelenk, aufweist. Durch die minimale Anzahl an beweglichen Verbindungen ist der erfindungsgemäße Taster maximal robust gegen gattungsgemäße Ausfallerscheinungen von komplexeren Mechanismen, wie beispielsweise ungewollte Wechselwirkungen zwischen verschiedenen Bauteilen. Wenn das Gelenk als Federgelenk ausgebildet ist, arbeitet der Mechanismus vollständig spielfrei und annähernd verschleißfrei, da er weder aufeinander gleitende noch rollende Bauteile aufweist. Bei dem eingelenkigen Mechanismus beschreiben der Tastenhub und der Schalthub kreisbogenförmige Trajektorien mit unterschiedlichen Radien bezüglich des einen Gelenks als gemeinsamem Mittelpunkt.
  • In einer alternativen und besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der hubübersetzende Mechanismus vier Gelenke aufweist, die einen Parallelfedergelenkmechanismus bildend sind. Der viergelenkige Parallelfedergelenkmechanismus ermöglicht einen Tastenhub mit linearer Trajektorie. Hierdurch erfolgt die Einleitung der von der Taste übertragenen Betätigungskraft auf den Mechanismus für alle möglichen Hubzuständen scherkraftfrei, was den Mechanismus vor Kraftspitzen und Verschleiß schützt.
  • Es erweist sich erfindungsgemäß als besonders vorteilhaft, dass der hubübersetzende Mechanismus mindestens ein Rückstellelement, insbesondere eine Stabfeder, aufweist. Dieses Rückstellelement bewirkt eine Rückstellung der Taste nach deren Betätigen in eine Ausgangsposition, um ein erneutes Betätigen zu ermöglichen. Durch adäquate Wahl der elastischen Eigenschaften des Rückstellelementes ist bei dem erfindungsgemäßen Taster eine gewünschte Haptik des Betätigungsvorganges einstellbar, um beispielsweise einem Betätiger des Tasters eine Rückmeldung hinsichtlich des erfolgten Betätigens zukommen zu lassen. Weist der hubübersetzende Mechanismus ein oder mehrere Federgelenke auf, erfolgt die Rückstellung der Taste auf Grund einer Superposition von Rückstellkräften der elastischen Federgelenke und der Rückstellelemente. Gemäß der vorliegenden Erfindung kann das Rückstellelement mit dem hubübersetzenden Mechanismus einteilig oder als separates Bauteil ausgebildet sein. Bei mehreren Rückstellelementen ist auch eine Kombination der beiden beschriebenen Ausführungsformen denkbar.
  • Mit großem Vorteil ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Kontaktelement als Reedschalter und das Bedienelement als Permanentmagnet ausgebildet sind. Reedschalter erfordern zu ihrem Betrieb keine Verstärkerschaltung und sind damit als in sich abgeschlossene Bauteile für berührungslos unmittelbar wechselwirkende Schalter hervorragend geeignet. Sie überdauern mehrere Millionen Schaltzyklen, ohne dabei ihren elektrischen Übergangswiderstand nennenswert zu ändern. Um einen Reedschalter zu betätigen, ist ein Permanentmagnet als Bedienelement bestens geeignet. Auf Grund ihrer magnetischen Eigenschaften, insbesondere ihrer magnetischen Hysterese, sind bei dem Betätigen von Reedschaltern mit Hilfe von Permanentmagneten Relativbewegungen zwischen dem Reedschalter und dem Permanentmagnet von größer 1 mm erforderlich, um wohl definierte Schaltzustände und damit ein sicheres Schalten zu erreichen. Ein Taster gemäß der vorliegenden Erfindung erfüllt diese Anforderung bei gleichzeitigem Tastenhub kleiner 1 mm vorzüglich. Insbesondere ein Übersetzungsverhältnis von 2:1 bis 4:1 erlaubt eine prozesssichere Fertigung der Taster, da die verwendeten Reedschalter in der Regel eine erhebliche Herstellungstoleranz in Form einer stark streuenden magnetischen Empfindlichkeit aufweisen und eine Positionierungsgenauigkeit der Reedschalter bei der Montage in die Taster im Bereich von mehreren Zehntelmillimetern liegt. Als alternative berührungslos unmittelbar miteinander wechselwirkende Schalter sind erfindungsgemäß beispielsweise Hallschalter beziehungsweise Hallsensoren denkbar.
  • Des Weiteren erweist es sich erfindungsgemäß als besonders vorteilhaft, dass der Taster ein Gehäuse aufweist, wobei das Gehäuse mindestens das Kontaktelement und das Bedienelement vollständig in sich aufnehmend ausgebildet ist. Somit sind die empfindlichsten Bauteile des insgesamt robusten Tasters vor Umwelteinflüssen geschützt. Das Gehäuse besteht in der Regel aus Kunststoff und dient primär zum Schutz vor mechanischen Einwirkungen. In einer alternativen Ausgestaltung weist das Gehäuse ferromagnetische Elemente auf, um den in dem Gehäuse angeordneten magnetischen Schalter, nämlich den Reedschalter in Verbindung mit dem Permanentmagnet, vor elektrischen und/oder magnetischen Feldern, insbesondere statischen Magnetfeldern, abzuschirmen und hierdurch seine Schaltfunktion sicherzustellen.
  • Zusätzlich ist erfindungsgemäß vorgesehen, mindestens einen Taster gemäß der vorliegenden Erfindung zum Aufbauen von Folientastaturen oder gedichteten Kurzhubtastaturen zu verwenden. Auf Grund des geringen erforderlichen Tastenhubs kann aus einem oder mehreren erfindungsgemäßen Tastern mit großem Vorteil eine kostengünstige Folientastatur aufgebaut werden. Die auf einer Leiterplatte angeordneten Taster können mittels einer Kunststofffolie, beispielsweise aus Polyester oder Polycarbonat bestehend, abgedeckt und durch Drücken der Kunststofffolie an Positionen, an denen sich unter der Kunststofffolie Tasten der Taster befinden, betätigt werden. Um eine solche kostengünstig Folientastatur widerstandsfähig gegenüber negativen Umwelteinflüssen auszubilden, kann die Kunststofffolie mit einem Gehäuse einer übergeordneten Baugruppe stoffschlüssig verbunden, insbesondere verklebt, sein. Bei gedichteten Kurzhubtastaturen sind die Taster in einem Gehäuse aus spritzgegossenem Zwei-Komponenten-Kunststoff mit Membranen als Tastenabdeckungen geschützt angeordnet. Die flexible Membran fungiert hierbei als die Taster schützende Tastenabdeckungen und Tastenbälge, wobei Letztere eine höhere Anzahl an Schaltzyklen tolerieren, wenn der Tastenhub, wie erfindungsgemäß mit großem Vorteil vorgeschlagen, klein ist.
  • Die Erfindung wird in zwei bevorzugten Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beispielhaft beschrieben, wobei weitere vorteilhafte Einzelheiten den Figuren der Zeichnungen zu entnehmen sind.
  • Die Figuren der Zeichnungen zeigen im Einzelnen:
    • Fig. 1 einen perspektivischen Querschnitt eines erfindungsgemäßen Tasters in einer ersten Ausführungsform mit einem hubübersetzenden Parallelfedergelenkmechanismus,
    • Fig. 2 einen perspektivischen Querschnitt eines erfindungsgemäßen Tasters in einer zweiten Ausführungsform mit einem eingelenkigen hubübersetzenden Mechanismus, und
    • Fig. 3 ein mit erfindungsgemäßen Tastern bestücktes Tastenfeld einer Folientastatur.
  • In Fig. 1 ist ein erfindungsgemäßer Taster gemäß einer ersten Ausführungsform mit einem hubübersetzenden Parallelfedergelenkmechanismus dargestellt. Der Taster besteht im Wesentlichen aus einer Trägereinheit 1 und einer mit der Trägereinheit 1 beweglich verbundene Taste 2, mit der ein Bedienelement 4 betätigbar ist. Das Bedienelement 4 ist ein Permanentmagnet und wechselwirkt berührungslos und unmittelbar mit zwei mit der Trägereinheit 1 fest verbundenen Kontaktelementen 3, die als Reedschalter ausgebildet sind. Die Trägereinheit 1 weist in Fig. 1 nicht abgebildete Lötpins auf, mittels derer die Reedschalter kontaktiert werden. Zwischen der Taste 2 und dem Bedienelement 4 ist ein hubübersetzender Mechanismus 5 angeordnet, der einen Tastenhub der Taste 2 relativ zu der Trägereinheit 1 zu einem Schalthub des Bedienelementes 4 relativ zu den Kontaktelementen 3 übersetzt. Der Tastenhub ist bevorzugt auf 0,5 mm begrenzt, der Schalthub beträgt jedoch 2 mm, woraus sich ein Übersetzungsverhältnis von Schalthub zu Tastenhub von 4:1 ergibt. Der Permanentmagnet ist in den hubübersetzenden Mechanismus 5 eingespritzt, kann mit ihm aber auch lösbar verbunden sein. Der hubübersetzende Mechanismus 5 weist vier Gelenke 6, hier Federgelenke, auf und bildet einen Parallelfedergelenkmechanismus, der in der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform mittig feststehend auf der Trägereinheit 1 angeordnet ist. Zusätzlich zu den inhärenten elastischen Eigenschaften der Federgelenke weist der hubübersetzende Mechanismus 5 ein Rückstellelement 7 auf. Das Rückstellelement 7 ist bevorzugt als Stabfeder ausgebildet und bewirkt eine Rückstellung des hubübersetzenden Mechanismus 5 nach einer Elongation in seine Ruhelage und einen elongationsunabhängigen, stetigen und spielfreien Kontakt zu der Taste 2. Alternativ ist vorgesehen, dass das Rückstellelement 7 als Spiralfeder ausgebildet ist. Um Betätigungskräfte positionsgenau von der Taste 2 auf den hubübersetzenden Mechanismus 5 zu übertragen, weist die Taste 2 an ihrer dem hubübersetzenden Mechanismus 5 zugewandten Seite einen Steg auf. Ein Gehäuse 8 schirmt den hubübersetzenden Mechanismus 5 mit seinen Gelenken 6, das Rückstellelement 7, das Kontaktelement 3 und das Bedienelement 4 gegenüber der Umgebung ab. In der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform sind die zwei zueinander parallel orientierten Reedschalter asymmetrisch zu dem Permanentmagnet angeordnet. In Ruhelage der Taste 2 ist ein erster Reedschalter geschlossen und der zweite Reedschalter offen. Im Gegensatz dazu ist bei einem Betätigen der Taste 2 der erste Reedschalter offen und der zweite Reedschalter geschlossen. Hierdurch ist beispielsweise eine tasterinterne Kontrolle hinsichtlich der Funktion eines primären Reedschalters realisierbar.
  • In Fig. 2 ist ein erfindungsgemäßer Taster gemäß einer zweiten Ausführungsform mit einem eingelenkigen hubübersetzenden Mechanismus dargestellt. Dieser Taster unterscheidet sich von dem in Fig. 1 dargestellten Taster dadurch, dass der hubübersetzende Mechanismus 5 lediglich ein einziges Gelenk 6 aufweist, das als Federgelenk ausgebildet ist.
  • In Fig. 3 ist ein mit erfindungsgemäßen Tastern bestücktes Tastenfeld einer Folientastatur dargestellt. Die Trägereinheiten 1 der Taster sind als eine gemeinsame einstückige Leiterplatte 9 ausgebildet. In Fig. 3 nicht dargestellt ist die das Tastenfeld abdeckende Folie aus Kunststoff, insbesondere aus Polyester oder Polycarbonat, oder Blende mit ZweiKomponenten-Membrantastenabdeckungen aus Polycarbonat oder thermoplastischen Elastomeren und das Gehäuse, welches erfindungsgemäß sämtliche Taster und die Leiterplatte 9 in sich aufnehmend ausgebildet ist. Um eine gekapselte und damit gegenüber negativen Umwelteinflüssen abgeschlossene Folientastatur zu erreichen, ist die Folie mit dem Gehäuse verklebt, angespritzt oder gedichtet ausgebildet.
    • BEZUGSZEICHENLISTE
    • 1
    Trägereinheit
    2
    Taste
    3
    Kontaktelement
    4
    Bedienelement
    5
    Hubübersetzender Mechanismus
    6
    Gelenk
    7
    Rückstellelement
    8
    Gehäuse
    9
    Leiterplatte

Claims (9)

  1. Taster, umfassend eine Trägereinheit (1) und eine mit der Trägereinheit (1) beweglich verbundene Taste (2), wobei an der Trägereinheit (1) mindestens ein Kontaktelement (3) und an der Taste (2) mindestens ein Bedienelement (4) befestigt sind, wobei das Kontaktelement (3) und das Bedienelement (4) berührungslos unmittelbar miteinander wechselwirkend ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, dass ein Tastenhub der Taste (2) relativ zu der Trägereinheit (1) zu einem Schalthub des Bedienelementes (4) relativ zu dem Kontaktelement (3) verschieden ist.
  2. Taster nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Übersetzungsverhältnis von Schalthub zu Tastenhub größer 1:1, insbesondere gleich 4:1, ist und der Tastenhub kleiner 1 mm, insbesondere gleich 0,5 mm, ist.
  3. Taster nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Taste (2) und dem Bedienelement (4) ein hubübersetzender Mechanismus (5) angeordnet ist.
  4. Taster nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der hubübersetzende Mechanismus (5) ein einziges Gelenk (6), insbesondere Federgelenk, aufweist.
  5. Taster nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der hubübersetzende Mechanismus (5) vier Gelenke (6) aufweist, die einen Parallelfedergelenkmechanismus bildend sind.
  6. Taster nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der hubübersetzende Mechanismus (5) mindestens ein Rückstellelement (7), insbesondere eine Stabfeder, aufweist.
  7. Taster nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktelement (3) als Reedschalter und das Bedienelement (4) als Permanentmagnet ausgebildet sind.
  8. Taster nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Taster ein Gehäuse (8) aufweist, wobei das Gehäuse (8) mindestens das Kontaktelement (3) und das Bedienelement (4) vollständig in sich aufnehmend ausgebildet ist.
  9. Verwendung von mindestens einem Taster nach einem der vorhergehenden Ansprüche zum Aufbauen von Folientastaturen oder gedichteten Kurzhubtastaturen.
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