WO2012004386A2 - Feder, insbesondere für einen drucktaster - Google Patents

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sliding
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    • Y10T74/18992—Reciprocating to reciprocating

Definitions

  • the present invention relates to a spring, in particular for a pushbutton, a spring arrangement and a probe arrangement.
  • Pushbuttons are used in a variety of applications to convert human instructions into electrical signals. In order to guarantee several years of safe operation, contactless pushbuttons have proven themselves. These are currently available capacitively, optically and as inductive proximity switches. Due to the increasing miniaturization, for example, in portable devices such as mobile phones, a low overall height of the pushbutton is desirable. In addition, design aspects must be taken into account, for example by a flat design of the housing.
  • Object of the present invention is to provide a spring, a spring assembly and a probe assembly that allow contactless detection of actuation of the push button and also allow low heights.
  • the spring which is particularly suitable for a pushbutton, is for attachment to a support and for detecting a vertical force during a movement. activation of the pushbutton.
  • the spring is designed such that it converts a vertical movement in a horizontal movement when actuated.
  • the hori zontal ⁇ movement is detectable by a sensor means.
  • the proposed spring allows a push-button function that allows reliable non-contact detection while low vertical movement to trigger an actuation.
  • the proposed principle allows detecting an actuation of a pushbutton with low sensitivity to electromagnetic interference, temperature changes and humidity.
  • the low profile and simple function resulting from the vertical to horizontal motion conversion also allows for easy system integration, assembly, testing and calibration.
  • the conversion of the vertical into the horizontal movement preferably takes place by elastic deformation of the spring.
  • the elastic deformation can also a restoring force erzeu ⁇ gene, which results in that after an actuation of the spring returns to its initial position or rest position.
  • the spring comprises at least one attachment region for attachment to the carrier.
  • the attachment can be done for example by means of a screw.
  • at least one sliding area is preferred for Sliding the spring over the sensor means provided.
  • the mechanical actuation is ultimately converted into an electrical signal.
  • at least one Kraftaufnah ⁇ me Scheme for introducing the force exerted in the vertical direction during actuation force is provided in the spring.
  • a sliding of the force receiving area with respect to ⁇ example, a glass plate can be provided on the spring.
  • the force receiving portion is Ü about a respective leg of the spring on the one hand with the Fixed To ⁇ supply section and the other hand to the sliding portion of the spring.
  • the design of the spring in particular the angle of the two legs of the spring with respect to the vertical, influence whether a mechanical reinforcement or weakening takes place during the conversion of the vertical into the horizontal movement.
  • the spring is preferably of one piece, i.e. without joints Ge ⁇ or hinges made. Therefore, there is no mechanical play in translating the vertical motion into a horizontal motion. Due to mechanical friction, some designs may experience low hysteresis. Mechanical friction can occur both in the force absorption area and especially in the sliding area of the spring.
  • the spring is preferably made of a material having a similar or identical thermal expansion as a housing surrounding the spring.
  • this material may comprise a plastic or Teflon.
  • the materials are selected so that the coefficients of thermal expansion are matched to each other, for example, materials with identical or similar coefficients of expansion for spring and housing are selected.
  • the spring is preferably elastically deformable and thereby achieves a restoring moment for returning the spring to a starting position after the end of the actuation.
  • the sliding region of the spring is preferably designed to receive a magnet.
  • the sliding region of the spring could also comprise the sensor means, in which case the magnet is attached to the carrier.
  • the spring may be substantially V-shaped, with one end of the V representing the attachment area or the sliding area and the middle of the V representing the force receiving area.
  • the force-receiving area is connected via one leg each with mounting area and sliding area.
  • a W may be provided so that a W-shaped spring results.
  • a realization close to production is a U-shaped spring which can be produced in one piece with little effort and low costs and which can fulfill the relevant movement in elastic deformation without plastic deformation.
  • a spring arrangement comprises a spring as described above.
  • a compensating means is provided, which is firmly connected to the Befest Trentsbe ⁇ rich the spring and extending in the horizontal direction, wherein the compensation means for stationary ⁇ fixed mounting is formed with the carrier.
  • the Ausdeh ⁇ expansion coefficient of the compensation means to the expansion ⁇ coefficient of the spring is adjusted such that Tempera ⁇ tureinfladore are compensated to detecting the horizontal movement with the sensor means completely or substantially.
  • the compensating means is fixedly connected at one end to the carrier and slidably mounted at the other end about the carrier movable. At this end of the fastening area of the spring is attached.
  • the compensation means may be formed in a vertical projection in ⁇ example U-shaped and have legs which are connected in a connecting region with the mounting portion of the spring. The legs may have at their free ends means for fixed mounting with the carrier. These may be, for example, clips, screw connections or similar stationary connections.
  • the spring or the spring ⁇ arrangement in a push-button arrangement is particularly applicable to a push-button.
  • a probe arrangement comprises a spring or a spring arrangement as described above.
  • the carrier is connected directly to the fastening region of the spring or, if present, via the compensating means of the spring arrangement.
  • a magnet is provided which is connected to the sliding portion of the spring and a sensor means which is mounted on or on the carrier for detecting a horizontal movement of the magnet in response to the vertical movement of the force receiving portion of the spring.
  • the force receiving region of the spring is, for example, frictionally connected to an actuating element of the probe arrangement.
  • This actuating element can be realized for example by a substantially horizontally oriented glass plate or another cover.
  • Glass plates are widely used, for example, in mobile telephones, where they serve for the large-area realization of a touch-sensitive surface which operates resistively or, increasingly, capacitively.
  • a large capacitive touch-sensitive Oberflä ⁇ che requires a relatively high quiescent current.
  • the proposed principle is particularly advantageous advantage, since the spring allows to combine a push-button with the touch-sensitive surface.
  • the push button may for example be used to activate the device from an idle state and extensively turn the berckenungsempfindli ⁇ che surface.
  • a vertical movement by actuation of the glass plate leads due to the frictional connection directly to a vertical movement of the force receiving portion of the spring, which in turn leads to a horizontal movement of the sliding portion of the spring, which is detected by the sensor means and thus converted into an electrical signal.
  • the sensor means comprises, for example, at least one Hall sensor, which detects a horizontal movement of the magnet and, depending on this, provides a sensor signal at a sensor output of the sensor means.
  • the sensor means may be a magnetic linear position sensor, thus allowing a very robust and contactless operation.
  • a Permanentmag ⁇ net which comprises at least one north and south pole, be attached to demje ⁇ nigen free end of the spring, which as
  • Sliding area is designated.
  • a horizontal position change of the magnet with respect to the sensor means is detected with the sensor.
  • Figure 2 shows an embodiment of a magnet and a
  • FIG. 3 shows a further embodiment of a spring
  • FIG. 4 shows another embodiment of a spring
  • Figure 7 is a plan view of the embodiment shown in Fi gur ⁇ . 6
  • Figure 1 shows an embodiment of a probe assembly with a spring according to the proposed principle. It is provided a V-shaped spring 3, which is housed in a substantially cuboidal housing 1, 2, 5 together with a sensor means 4.
  • the spring 3 includes a fixing portion 6 provided at one end of one of two legs of the V-shaped spring 3.
  • the two legs of the spring 3 are connected together in a force receiving area 7.
  • a sliding portion 8 is formed, in which a magnet 9 is provided.
  • Both the force receiving region 7, as well as the mounting portion 6 and the sliding portion 8 of the spring are designed to be flattened in horizontal extension to the outside of the spring.
  • Force receiving area are designed essentially with parallel surfaces.
  • the mounting portion 6 of the spring is on the support 2, which forms the housing together with two side walls 5 and a Betsch Trentsplat ⁇ te 1, attached. Another two side walls of the housing are not shown due to the sectional view of Figure 1.
  • a screw 10 is provided, which comprises a screw which is screwed into a turned ⁇ provided in the Befest Trentsbe ⁇ rich thread 6 by means of a screw through a hole in the carrier plate. 2
  • the Sensormit ⁇ tel 4 is provided, which is connected over a large area with the carrier 2, for example by soldering or gluing.
  • the sensor means 4 may be formed, for example, as an integrated circuit. No mechanically fixed connection is provided between the sliding region 8 and the sensor means 4, but the sliding region 8 can slide in a substantially horizontal direction over the sensor means. The same also applies to the force-receiving region 7 of the spring, which rests against the actuating plate 1 in a force-locking manner, wherein, when actuated, the fastening area is smaller than the sliding area in the horizontal direction due to the geometry of the spring.
  • the spring 3 is made in one piece. By means of the elasti ⁇ Deforma- a restoring moment is formed, which results in that the spring returns to the end of the actuator in the initial position.
  • the overall arrangement of spring 3, magnet 9, sensor means 4 and housing 1, 2, 5 is referred to as a probe arrangement. Since the detection of the horizontal movement of the magnet 9 is carried out contactlessly over the sensor means 4, it is a total of a contactless push-button.
  • the sensor means 4 has not shown terminals which comprise at least one signal output. A signal at the signal output during operation of the stylus assembly provided which indicates a movement of the magnet 9 relative to the sensor means 4 and so ultimately an electrical signal as a function ei ⁇ ner human actuation of the pushbutton generated.
  • the spring 3 is made in one piece as a solid body and has no joints. Therefore, there is no me ⁇ chanisches play in the transformation of the movement of the actuator plate in a vertical direction toward resulting from the horizontal movement that is used for recording. Due to existing friction in the two contact surfaces between the force receiving portion 7 and the actuator plate 1 on the one hand and between the sliding portion 8 and the sensor means 4 on the other hand, a hysteresis of the movement remain.
  • the spring is made of a material having identical or similar coefficients of thermal expansion as the side walls 5 of the housing to avoid temperature drift of the probe assembly.
  • materials such as plastics or Teflon come into question.
  • the sensor means 4 is presently embodied as a magnetic sitionssensor Linearpo- and designed for robust and contactless Ope ⁇ ration.
  • a permanent magnet 9 is introduced at the free end in the sliding region of the spring 3.
  • Vertical posi tion ⁇ changes relative to the sensor means can be detected.
  • Time-based and amplitude-based algorithms which can be implemented in the sensor means and will be explained in more detail below, are available for detecting the depressed state of the probe.
  • an optional communications port is provided for setting parameters of the algorithm in the sensor means in ei ⁇ ner development. With this, time and / or amplitude threshold values can be set.
  • Another advantage is the low sensitivity of the Tas ⁇ ters with respect to disturbances such as external magnetic fields, changes in temperature, humidity, as well as its good properties in terms of electromagnetic compatibility.
  • a differential detection can play extinguish or compensate with two Hall sensors, the presence of external magnetic fields.
  • the structure according to Figure 1 may be manufactured with little effort, tested and calibrated, and allows a simple Sys ⁇ temintegration, for example, in mobile devices.
  • FIG. 2 shows an exemplary embodiment of a magnet 9 over a sensor means 4. While FIG. 1 shows a cross-section through a probe arrangement, FIG. 2 is a plan view of a detail of the embodiment of FIG. 1, namely only the magnet 9 above the sensor means 4 for explaining the sensor principle. that is, the detection of the horizontal movement. Other components, in particular the spring 3, are not shown here.
  • the magnet 9 is a linear solenoid, and in the present case comprises meh ⁇ eral magnetic poles N, S, of which for simplicity's sake, a north pole N is located between two south poles S.
  • the magnet can be displaced horizontally in the direction of the arrow, as already explained with reference to FIG.
  • the sensor means 4 as an integrated circuit ⁇ be converted into the form of a sensor IC, and comprises a plurality of Hall sensors and a closed thereto at ⁇ transmitter.
  • the sensor means comprises connections to its power supply 11, at least one signal output 12 and a communication connection 13 for optional configuration.
  • the sensor means 4 is a linear sensor that measures the displacement of the magnet 9 ⁇ bung can detect horizontally across it. Examples of play with an oscillator, which is designed for low power ⁇ pickup, Hall elements in the sensor means are put into operation periodically in order to be measured, the magnetic position and are switched off again at the end of each measurement to save energy.
  • the time between two power-on cycles can either be preset or set during operation.
  • threshold values for the duration and the amplitude of the detection can be fixedly set in a register either in operation or can be set via the Kommunikati ⁇ onSport.
  • a one-time programming by means of so-called fuses can be carried out. This is also referred to as one-time programming (OTP).
  • OTP one-time programming
  • the signal output 12 is changed in value depending on the following conditions: 1. If the difference delta (t) is greater than the threshold delta_channel, and if the amplitude of the measured value Pa (t) is greater than the threshold value of the amplitude Pa_slave, then the signal output is set to active. If the signal amplitude Pa (t) is smaller than the threshold value of the signal amplitude Pa_Schwelle, then the output becomes inactive ge switched ⁇ . 2.
  • the algorithm can be configured as follows: If the amplitude of the measured value Pa (t) is greater than the
  • Threshold of the Pa_Schwelle amplitude the output is switched to active.
  • Pa_Schwelle is, the output is switched inactive.
  • the additional condition that the time interval between two measurements is greater than a threshold value which avoids an undesired condition of a detected operating in the event of slow changes in motion, for example Temperatur Masse ⁇ stanchions, accidental operation in a carrying case of the mobile device, external magnetic fields or parasitic me ⁇ -mechanical movements to give examples.
  • Figure 3 shows an alternative embodiment of the spring of Figure 1, which is not V-shaped, but U-shaped and provided with reference numeral 14 here. That is to say that the shape of the spring is described in cross-section not by an upside-down V, but by an upside down U be ⁇ .
  • the U-shaped spring 14 has a flat running mounting portion 6, which can also be interpreted as a flange and in turn is secured by means of screw 10 to the support plate 2.
  • the spring is in turn made in one piece.
  • the force receiving portion is formed from the bottom of the "U” and may alternatively be slightly flattened to produce a better frictional Ver ⁇ connection with the actuating plate.
  • the U-shaped design of the spring 14 is particularly suitable for one-piece industrial production and has in Ver ⁇ equal to the V-shaped design of Figure 1 has the advantage that a mechanically particularly stressed point of the spring, as in the force receiving area at the meeting of both legs of the spring of Figure 1 may occur is avoided in the egg-shaped design.
  • a Improvement ⁇ te spring action that is, a larger elastic deforma- grammable area is achieved.
  • FIG 4 shows a still further embodiment of the Fe ⁇ of which is W-shaped design in Figure 4 and provided with powerszei ⁇ chen 15 °. Due to the W-shaped design not only a force receiving area is provided, as in Figure 1, but two force receiving areas 7, which are each flattened and rest against the actuating plate 1 frictionally. Opposite on the side of the carrier 2, the flange-like fastening region 6 is provided unchanged, but an additional sliding region in the middle of the W-shaped spring 16. The sliding region which accommodates the magnet is unchanged and sliding over the sensor means 4 in the horizontal direction executed.
  • the W-shaped design results in a mechanical reinforcement of the actuation, which means that even a very slight actuation over a short path in the vertical direction leads to a large deflection of the sliding region 8 and of the magnet 9 in a horizontal direction Direction must lead.
  • a reliable detection of the operation with sensors is possible even at low deflections, which in turn further reduces the required height of the push button assembly.
  • a spring is formed with not only two legs, but a plurality of legs to ensure the mechanical reinforcement in the transformation of vertical to horizontal movement.
  • FIG. 5 shows an exemplary signal flow diagram for illustrating the mode of operation of the detection of an actuation of the pushbutton.
  • the upper signal is a pe ⁇ riodischer pulse of the clock period Wt, so that the successive times tl, t2, t3 ... each periodically
  • an amplitude over time is recorded, which corresponds to the intensity of the actuation of the pushbutton and is proportional to the detected amplitude Pa (t) in the sensor means. This is normalized for ease of illustration and changes in the example between 0 and 100% arbitrarily to play through various actuation situations.
  • the Amplitu ⁇ de the operation was set to 0%.
  • 100% amplitude ent ⁇ speaks the fully depressed push button, wherein the magnet is at its maximum horizontal displacement.
  • Figure 6 shows a development of the attachment of the spring, which is arranged there in a spring arrangement. Actuating ⁇ plate 1, parallel to the support plate 2, the sensor means 4 and the spring 3 with mounting portion 6, Kraftauf ⁇ receiving area 7, sliding area 8 with magnet 9 and the two legs of the V-shaped spring are substantially unchanged to Figure 1 executed, for better elastic deformation of the force receiving area has a thinned material and a slight curvature.
  • the fastening region 6 in FIG. 6 is not mechanically fixedly connected directly to the carrier, but rather to a compensating means 17 which is also arranged substantially parallel to the carrier.
  • the compensating means 17 is fixedly connected to the carrier 2 at its free end , for example, as shown in Figure 6 clipped.
  • the area of the compensation means 17, which is fastened directly to the attachment area 6, can slide over the carrier in the horizontal direction. If one chooses for the compensation means 17 a material with a thermal energy
  • the horizontal movement of the force absorption area is exclusively due to thermal expansion.
  • the horizontal movement of the sliding area is independent of the temperature Tempe ⁇ and only a vertical actuation of the support plate 1 owed.
  • the force receiving region 7 has a vertical movement upon actuation and a horizontal movement dependent on the temperature due to the compensating means and its thermal expansion.
  • FIG. 7 shows a plan view of the embodiment of FIG. 6, which is shown there in cross-section. It can be seen that the compensating means 17 in the plan view is U-shaped with a central region 18 which extends substantially in one main direction, at which two legs 19 join at right angles, each of which comprises at its end a connection 20 made by clipping.
  • Top view shows the fixed with the compensation means verbun ⁇ which mounting portion 6, the force receiving portion 7 and the magnet 9, which is shown in dashed lines and is arranged in the sliding ⁇ area 8 of the spring.
  • the sensor means 4 is arranged in the square Wesentli ⁇ chen.

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Abstract

Es ist eine Feder (1), insbesondere für einen Drucktaster, zur Befestigung auf einem Träger (2) und zur Erfassung einer vertikalen Kraft (F) angegeben. Die Feder (3) ist derart ausgestaltet, dass sie bei Betätigung eine vertikale Bewegung in eine horizontale Bewegung transformiert, welche mit einem Sensormittel (4) erfassbar ist.

Description

Beschreibung
Feder, insbesondere für einen Drucktaster Die vorliegende Erfindung betrifft eine Feder, insbesondere für einen Drucktaster, eine Federanordnung sowie eine Tasteranordnung .
Drucktaster finden vielfältige Anwendung, um menschliche An- Weisungen in elektrische Signale zu konvertieren. Um einen mehrjährigen sicheren Betrieb zu garantieren, haben sich kontaktlose Drucktaster bewährt. Diese stehen derzeit kapazitiv, optisch sowie als induktive Näherungsschalter zur Verfügung. Aufgrund der zunehmenden Miniaturisierung beispielsweise in tragbaren Geräten wie Mobiltelefonen ist eine geringe Bauhöhe des Drucktasters wünschenswert. Zudem muss Design-Aspekten Rechnung getragen werden, beispielsweise durch eine flache Bauform des Gehäuses.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Feder, eine Federanordnung sowie eine Tasteranordnung anzugeben, die eine kontaktlose Erfassung einer Betätigung des Drucktasters ermöglichen und zudem geringe Bauhöhen ermöglichen.
Die Aufgabe wird mit den Gegenständen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Ausgestaltungen und Weiterbildungen des vorgeschlagenen Prinzips sind in den jeweiligen abhängigen Patentansprüchen angegeben.
In einer Ausführungsform ist die Feder, die insbesondere für einen Drucktaster geeignet ist, zur Befestigung auf einem Träger und zur Erfassung einer vertikalen Kraft bei einer Be- tätigung des Drucktasters eingerichtet. Dabei ist die Feder derart ausgestaltet, dass sie bei Betätigung eine vertikale Bewegung in eine horizontale Bewegung konvertiert. Die hori¬ zontale Bewegung ist mit einem Sensormittel erfassbar.
Durch die Konversion der vertikalen Kraft in eine horizontale Kraft ist eine sehr geringe Bauhöhe eines Drucktasters er¬ zielbar. Dabei erlaubt die Erfassung der horizontalen Bewegung mit einem Sensormittel zudem eine berührungslose Erfas- sung einer Betätigung.
Die vorgeschlagene Feder ermöglicht eine Drucktasterfunktion, die eine zuverlässige berührungslose Erfassung ermöglicht bei zugleich geringer vertikaler Bewegung, um eine Betätigung auszulösen. Zudem ermöglicht das vorgeschlagene Prinzip eine Erfassung einer Betätigung eines Drucktasters mit geringer Empfindlichkeit gegenüber elektromagnetischen Störfeldern, Temperaturänderungen und Feuchtigkeit. Die geringe Bauhöhe und die einfache, sich durch die Konversion der Bewegung von vertikal nach horizontal ergebende Funktion ermöglicht zudem eine einfache Systemintegration, Assemblierung, Test und Kalibrierung .
Die Konversion der vertikalen in die horizontale Bewegung er- folgt bevorzugt durch elastische Deformation der Feder. Die elastische Deformation kann zudem eine Rückstellkraft erzeu¬ gen, die dazu führt, dass nach einer Betätigung die Feder in ihre Ausgangslage oder Ruhelage zurückkehrt. In einer Weiterbildung umfasst die Feder mindestens einen Befestigungsbereich zur Befestigung mit dem Träger. Die Befestigung kann beispielsweise mittels einer Schraube erfolgen. Weiterhin ist bevorzugt mindestens ein Gleitbereich zum Gleiten der Feder über das Sensormittel vorgesehen. Hierdurch wird letztlich die mechanische Betätigung in ein elektrisches Signal konvertiert. Weiterhin ist mindestens ein Kraftaufnah¬ mebereich zum Einleiten der in vertikaler Richtung bei Betä- tigung ausgeübten Kraft in die Feder vorgesehen. Auch hier kann ein Gleiten des Kraftaufnahmebereichs bezüglich bei¬ spielsweise einer Glasplatte über der Feder vorgesehen sein.
In einem Ausführungsbeispiel ist der Kraftaufnahmebereich ü- ber je einen Schenkel der Feder einerseits mit dem Befesti¬ gungsbereich und andererseits mit dem Gleitbereich der Feder verbunden. Die Ausgestaltung der Feder, besonders die Winkel der beiden Schenkel der Feder bezüglich der Vertikalen, beeinflussen, ob bei der Konversion der vertikalen in die hori- zontale Bewegung eine mechanische Verstärkung oder Abschwä- chung erfolgt.
Die Feder ist bevorzugt aus einem Stück, das heißt ohne Ge¬ lenke oder Scharniere gefertigt. Daher ergibt sich kein me- chanisches Spiel bei der Umsetzung der vertikalen Bewegung in eine horizontale Bewegung. Aufgrund mechanischer Reibung kann es bei einigen Ausführungen zu einer geringen Hysterese kommen. Mechanische Reibung kann sowohl im Kraftaufnahmebereich als auch besonders im Gleitbereich der Feder auftreten.
Die Feder ist bevorzugt aus einem Material gefertigt, welches eine ähnliche oder identische thermische Expansion aufweist, wie ein die Feder umgebendes Gehäuse. Beispielsweise kann dieses Material einen Kunststoff oder Teflon umfassen. Hierzu sind die Materialen so gewählt, dass die thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufeinander abgestimmt sind, beispielsweise Materialien mit identischem oder ähnlichem Ausdehnungskoeffizienten für Feder und Gehäuse gewählt werden. Die Feder ist bevorzugt elastisch deformierbar und erzielt hierdurch ein Rückstellmoment zur Rückkehr der Feder in eine Ausgangslage nach Ende der Betätigung.
Der Gleitbereich der Feder ist bevorzugt zur Aufnahme eines Magneten ausgebildet. Hierdurch ist eine kontaktlose Erfas¬ sung der in die Horizontale konvertierten Bewegung mittels eines Magnetsensors, beispielsweise eines Hall-Sensors, mög- lieh.
Alternativ könnte auch der Gleitbereich der Feder das Sensormittel umfassen, während in diesem Fall der Magnet an dem Träger befestigt ist.
Die Feder kann beispielsweise im Wesentlichen V-förmig ausgebildet sein, wobei je ein Ende des V den Befestigungsbereich beziehungsweise den Gleitbereich repräsentiert und die Mitte des V den Kraftaufnahmebereich. Der Kraftaufnahmebereich ist über je einen Schenkel mit Befestigungsbereich und Gleitbereich verbunden.
Um eine größere mechanische Verstärkung einer vertikalen Bewegung in eine horizontale Bewegung zu erzielen, kann anstel- le des V ein W vorgesehen sein, so dass sich eine W-förmige Feder ergibt.
Eine fertigungsnahe Realisierung ist beispielsweise eine U- förmige Feder, welche mit geringem Aufwand und geringen Kos- ten einstückig herstellbar ist und die relevante Bewegung in elastischer Deformation, ohne plastische Deformation, erfüllen kann. In einer weiteren Ausführungsform umfasst eine Federanordnung eine Feder wie vorstehend beschrieben. Zusätzlich ist ein Kompensationsmittel vorgesehen, das mit dem Befestigungsbe¬ reich der Feder fest verbunden ist und sich in horizontaler Richtung erstreckt, wobei das Kompensationsmittel zur orts¬ festen Montage mit dem Träger ausgebildet ist. Der Ausdeh¬ nungskoeffizient des Kompensationsmittel auf den Ausdehnungs¬ koeffizienten der Feder ist derart abgestimmt, dass Tempera¬ tureinflüsse auf die Erfassung der horizontalen Bewegung mit dem Sensormittel vollständig oder weitgehend kompensiert sind .
Beispielsweise ist das Kompensationsmittel an einem Ende fest mit dem Träger verbunden und an dem anderen Ende gleitend ü- ber den Träger beweglich angebracht. An diesem Ende ist der Befestigungsbereich der Feder befestigt. Hierdurch wird bei thermischer Ausdehnung das Ausdehnungsverhalten der Feder in der horizontalen Ebene weitgehend kompensiert. Dies ermög¬ licht es sicherzustellen, dass sich beispielsweise der Magnet stets über dem Erfassungsbereich des Sensormittels befindet, sodass bei unterschiedlichsten Temperaturbedingungen eine sichere Erfassung einer Betätigung des Drucktasters ermöglicht ist . Das Kompensationsmittel kann in vertikaler Projektion bei¬ spielsweise U-förmig ausgebildet sein und Schenkel aufweisen, die in einem Verbindungsbereich mit dem Befestigungsbereich der Feder verbunden sind. Die Schenkel können an ihren freien Enden Mittel zur ortsfesten Montage mit dem Träger aufweisen. Dies können beispielsweise Clips, Schraubverbindungen oder ähnliche ortsfeste Verbindungen sein. Besonders bevorzugt ist die Feder beziehungsweise die Feder¬ anordnung in einer Tasteranordnung insbesondere für einen Drucktaster anwendbar. Eine derartige Tasteranordnung umfasst eine Feder oder eine Federanordnung wie vorstehend beschrie- ben. Der Träger ist dabei mit dem Befestigungsbereich der Feder unmittelbar beziehungsweise - falls vorhanden - über das Kompensationsmittel der Federanordnung verbunden. Weiterhin ist ein Magnet vorgesehen, der mit dem Gleitbereich der Feder verbunden ist sowie ein Sensormittel, welches auf oder an dem Träger befestigt ist zur Erfassung einer Horizontalbewegung des Magneten in Abhängigkeit von der Vertikalbewegung des Kraftaufnahmebereichs der Feder.
Der Kraftaufnahmebereich der Feder ist beispielsweise kraft- schlüssig mit einem Betätigungselement der Tasteranordnung verbunden .
Dieses Betätigungselement kann beispielsweise durch eine im Wesentlichen horizontal ausgerichtete Glasplatte oder eine andere Abdeckung realisiert sein. Glasplatten finden beispielsweise in Mobiltelefonen verbreitet Anwendung und dienen dort zur großflächigen Realisierung einer berührungsempfindlichen Oberfläche, die resistiv oder, zunehmend, kapazitiv arbeitet .
Eine großflächige kapazitive berührungsempfindliche Oberflä¬ che erfordert einen verhältnismäßig hohen Ruhestrom. Hier kommt das vorgeschlagene Prinzip besonders vorteilhaft zur Geltung, da die Feder ermöglicht, einen Drucktaster mit der berührungsempfindlichen Oberfläche zu kombinieren. Der Drucktaster kann beispielsweise dazu dienen, das Gerät aus einem Ruhezustand heraus zu aktivieren und die berührungsempfindli¬ che Oberfläche großflächig einzuschalten. Eine Vertikalbewegung durch Betätigen der Glasplatte führt aufgrund der kraftschlüssigen Verbindung unmittelbar zu einer Vertikalbewegung des Kraftaufnahmebereichs der Feder, welche wiederum zu einer Horizontalbewegung des Gleitbereichs der Feder führt, die mit dem Sensormittel erfasst und damit in ein elektrisches Signal konvertiert wird.
Das Sensormittel umfasst beispielsweise mindestens einen Hall-Sensor, der eine horizontale Bewegung des Magneten erfasst und in Abhängigkeit davon ein Sensorsignal an einem Sensorausgang des Sensormittels bereitstellt.
Beispielsweise kann das Sensormittel ein magnetischer Linear- positionssensor sein, der somit eine sehr robuste und kontaktlose Operation ermöglicht. Hierfür kann ein Permanentmag¬ net, der mindestens einen Nord- und Südpol umfasst, an demje¬ nigen freien Ende der Feder befestigt sein, welches als
Gleitbereich bezeichnet ist. Erfasst wird mit dem Sensormit- tel eine horizontale Positionsänderung des Magneten gegenüber dem Sensormittel.
Die Erfindung wird nachfolgend an mehreren Ausführungsbei¬ spielen anhand von Figuren näher erläutert.
Es zeigen:
Figur 1 ein Ausführungsbeispiel einer Tasteranordnung mit einer Feder nach dem vorgeschlagenen Prinzip,
Figur 2 ein Ausführungsbeispiel eines Magneten und eines
Sensormittels zur Anwendung in der Tasteranordnung nach Figur 1, Figur 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Feder,
Figur 4 ein anderes Ausführungsbeispiel einer Feder,
Figur 5 beispielhafte Signalverläufe zum Betrieb des Sen¬ sormittels,
Figur 6 eine alternative Ausführungsform der Tasteranord¬ nung mit einer Federanordnung im Querschnitt, sowie
Figur 7 eine Draufsicht auf die Ausführungsform gemäß Fi¬ gur 6.
Figur 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Tasteranordnung mit einer Feder nach dem vorgeschlagenen Prinzip. Es ist eine V-förmige Feder 3 vorgesehen, welche in einem im wesentlichen quaderförmigen Gehäuse 1, 2, 5 gemeinsam mit einem Sensormittel 4 untergebracht ist.
Im Einzelnen umfasst die Feder 3 einen Befestigungsbereich 6, der an einem Ende eines von zwei Schenkeln der V-förmigen Feder 3 vorgesehen ist. Die beiden Schenkel der Feder 3 sind in einem Kraftaufnahmebereich 7 miteinander verbunden. An einem freien Ende des zweiten Schenkels ist ein Gleitbereich 8 ausgebildet, in dem ein Magnet 9 vorgesehen ist. Sowohl der Kraftaufnahmebereich 7, als auch der Befestigungsbereich 6 und der Gleitbereich 8 der Feder sind in horizontaler Ausdehnung zur Außenseite der Feder hin abgeflacht ausgeführt. Die Außenbereiche von Befestigungsbereich, Gleitbereich und
Kraftaufnahmebereich sind im Wesentlichen mit parallelen Flächen ausgeführt. Der Befestigungsbereich 6 der Feder ist auf dem Träger 2, der gemeinsam mit zwei Seitenwänden 5 und einer Betätigungsplat¬ te 1 das Gehäuse bildet, befestigt. Weitere zwei Seitenwände des Gehäuses sind aufgrund der Schnittdarstellung der Figur 1 nicht eingezeichnet. Zur Befestigung ist eine Schraubverbindung 10 vorgesehen, welche eine Schraube umfasst, die durch ein Bohrloch in der Trägerplatte 2 in ein im Befestigungsbe¬ reich 6 vorgesehenes Gewinde mittels einer Schraube einge¬ schraubt ist.
Unterhalb des Gleitbereichs 8 der Feder ist das Sensormit¬ tel 4 vorgesehen, welches großflächig mit dem Träger 2 verbunden ist, beispielsweise durch Löten oder Kleben. Das Sensormittel 4 kann beispielsweise als integrierter Schaltkreis ausgebildet sein. Zwischen dem Gleitbereich 8 und dem Sensormittel 4 ist keine mechanisch feste Verbindung vorgesehen, sondern der Gleitbereich 8 kann in im Wesentlichen horizontaler Richtung über dem Sensormittel gleiten. Gleiches gilt auch für den kraftschlüssig an der Betätigungsplatte 1 anlie- genden Kraftaufnahmebereich 7 der Feder, wobei bei Betätigung aufgrund der Geometrie der Feder eine geringere Wegstrecke des Befestigungsbereichs gegenüber dem Gleitbereich in horizontaler Richtung erfolgt. Bei Betätigung in vertikaler Richtung, beispielsweise wie in Figur 1 eingezeichnet mittig, auf die Betätigungsplatte 1 mit einer Kraft F erfolgt eine Auslenkung der Feder in horizonta¬ ler Richtung. Im Einzelnen bleibt der Befestigungsbereich 6 der Feder bei Betätigung ortsfest, während darauf bezogen der Kraftaufnahmebereich 7 leicht nach links in horizontaler
Richtung ausgelenkt wird und entsprechend stärker der Gleit¬ bereich 8 der Feder ebenfalls nach links in horizontaler Richtung ausgelenkt wird. Die Bewegung ist mit entsprechenden Pfeilen in horizontaler Richtung eingezeichnet. Durch die Betätigung verschieben sich sowohl die Betätigungsplatte 1, als auch zumindest große Teile der Feder wie vorstehend beschrie¬ ben in eine neue Lage, welche in Figur 1 durch gestrichelte Linien gezeigt ist. Demgegenüber ist die Ruhelage der Feder mit durchgezogenen Linien eingezeichnet. Sowohl die Betäti¬ gungsplatte 1 als auch die Feder erfahren bei Betätigung eine elastische Deformation. Bei Entfernen der Betätigungskraft F kehren die Betätigungsplatte 1 und die Feder 3, insbesondere der Kraftaufnahmebereich 7 und der Gleitbereich 8 in die Ausgangslage zurück.
Die Feder 3 ist einstückig ausgeführt. Mittels der elasti¬ schen Deformation wird ein Rückstellmoment gebildet, welches dazu führt, dass die Feder nach Ende der Betätigung in die Ausgangslage zurückkehrt.
Die Gesamtanordnung von Feder 3, Magnet 9, Sensormittel 4 und Gehäuse 1, 2, 5 wird als Tasteranordnung bezeichnet. Da die Erfassung der Horizontalbewegung des Magneten 9 über dem Sensormittel 4 kontaktlos erfolgt, handelt es sich insgesamt um einen kontaktlosen Drucktaster. Das Sensormittel 4 weist nicht eingezeichnete Anschlüsse auf, die wenigstens einen Signalausgang umfassen. An dem Signalausgang wird im Betrieb der Tasteranordnung ein Signal bereitgestellt, welches eine Bewegung des Magneten 9 relativ zum Sensormittel 4 anzeigt und so letztlich ein elektrisches Signal in Abhängigkeit ei¬ ner menschlichen Betätigung des Drucktasters erzeugt. Mit anderen Worten führt eine Reduzierung des vertikalen Ab- stands zwischen der Betätigungsplatte 1 und der Trägerplatte 2, die im Wesentlichen parallel zueinander liegen, mittels einer extern angewendeten Kraft dazu, dass die Feder derart elastisch deformiert wird, dass sie sich horizontal nach links ausdehnt. Somit wird eine vertikale Bewegung in eine seitliche oder horizontale Bewegung konvertiert. Mit der Geometrie der Feder 3, insbesondere einem Winkel zwi¬ schen den beiden Schenkeln der Feder wird festgelegt, ob eine differentielle Bewegung zwischen der Betätigungsplatte 1 und dem Träger 2 bezogen auf die Horizontalauslenkung des Gleitbereichs 8 der Feder verstärkt wird oder abgeschwächt.
In Figur 1 ist die Feder 3 einstückig als fester Körper gefertigt und weist keine Gelenke auf. Daher gibt es kein me¬ chanisches Spiel bei der Transformation der Bewegung der Betätigungsplatte in vertikaler Richtung hin zu der horizonta- len Bewegung, die zur Erfassung dient. Aufgrund vorhandener Reibung bei den beiden Kontaktflächen zwischen dem Kraftaufnahmebereich 7 und der Betätigungsplatte 1 einerseits sowie zwischen dem Gleitbereich 8 und dem Sensormittel 4 andererseits kann eine Hysterese der Bewegung verbleiben. In der vorliegenden Ausführung ist die Feder aus einem Material hergestellt, welches identischen oder ähnlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten wie die Seitenwände 5 des Gehäuses hat, um eine Temperaturdrift der Tasteranordnung zu vermeiden. Hier kommen beispielsweise Werkstoffe wie Kunststoffe oder Teflon in Frage.
Das Sensormittel 4 ist vorliegend als magnetischer Linearpo- sitionssensor ausgeführt und für robuste und kontaktlose Ope¬ ration ausgelegt. Hierfür ist ein Permanentmagnet 9 am freien Ende im Gleitbereich der Feder 3 eingebracht. Vertikale Posi¬ tionsänderungen bezüglich dem Sensormittel werden erfasst. Der Drucktaster gemäß Figur 1 weist aufgrund der Konversion der Bewegung von vertikal nach horizontal und der Erfassung in horizontaler Richtung eine geringe Bauhöhe auf und kann für geringe Leistungsaufnahme für batteriebetriebene Geräte verwendet werden, da das Sensormittel beispielsweise bei Aus¬ führung in Hall-Sensortechnik für sehr geringe Stromaufnahme ausgelegt werden kann. Es ist lediglich ein einziger Digitalausgang nötig. Für die Erkennung des gedrückten Zustands des Tasters stehen zeitbasierte und amplitudenbasierte Algorith- men bereit, die im Sensormittel implementiert werden können und nachfolgend noch näher erläutert werden. Zum Einstellen von Kenngrößen des Algorithmus ist in dem Sensormittel in ei¬ ner Weiterbildung ein optionaler Kommunikationsanschluss vorgesehen. Hiermit können Zeit- und/oder Amplitudenschwellwerte eingestellt werden.
Ein weiterer Vorteil ist die geringe Empfindlichkeit des Tas¬ ters bezüglich Störungen wie äußere Magnetfelder, Temperaturänderungen, Feuchtigkeit, sowie seine guten Eigenschaften im Hinblick auf elektromagnetische Verträglichkeit. So kann bei¬ spielsweise eine differentielle Erfassung mit zwei Hall- Sensoren das Vorhandensein externer Magnetfelder auslöschen beziehungsweise kompensieren. Der Aufbau gemäß Figur 1 kann mit geringem Aufwand gefertigt, getestet und kalibriert werden und erlaubt eine einfache Sys¬ temintegration, beispielsweise in mobilen Geräten.
Alternativ zu der gezeigten Ausführung von Figur 1, bei der eine im Wesentlichen rechteckförmiges beziehungsweise quader¬ förmiges Gehäuse 1, 2, 5 vorgesehen ist, sowie eine V-förmige Feder, sind auch andere Ausführungen der Geometrie von Feder und Gehäuse denkbar, die dem Grundprinzip der vorgeschlagenen Feder und Tasteranordnung folgen, nämlich Konversion eines vertikalen Drucks bei Betätigen eines Drucktasters in eine horizontale Bewegung mittels mechanischer Maßnahmen einer Feder und eine kontaktlose Erfassung der horizontalen Auslen- kung mit einem Sensormittel.
Figur 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Magneten 9 über einem Sensormittel 4. Während Figur 1 ein Querschnitt durch eine Tasteranordnung zeigt, ist Figur 2 eine Draufsicht eines Ausschnitts der Ausführung von Figur 1, nämlich lediglich des Magneten 9 über dem Sensormittel 4 zur Erläuterung des Sensorprinzips, das heißt der Erfassung der Horizontalbewegung. Weitere Komponenten, insbesondere die Feder 3, sind hier nicht eingezeichnet.
Der Magnet 9 ist ein Linearmagnet und umfasst vorliegend meh¬ rere magnetische Pole N, S, von denen der Einfachheit halber ein Nordpol N zwischen zwei Südpolen S eingezeichnet ist. In Pfeilrichtung ist der Magnet horizontal verschiebbar, wie an- hand der Figur 1 bereits erläutert. Das Sensormittel 4 ist als integrierter Schaltkreis in Form eines Sensor-IC ausge¬ führt und umfasst mehrere Hall-Sensoren sowie eine daran an¬ geschlossene Auswerteelektronik. Darüber hinaus umfasst das Sensormittel Anschlüsse zu dessen Spannungsversorgung 11, mindestens einen Signalausgang 12 sowie einen Kommunikations- anschluss 13 zur optionalen Konfiguration.
Das Sensormittel 4 ist ein linearer Sensor, der die Verschie¬ bung des Magneten 9 horizontal über ihm erfassen kann. Bei- spielsweise mit einem Oszillator, der für geringe Leistungs¬ aufnahme ausgelegt ist, werden Hall-Elemente im Sensormittel periodisch in Betrieb genommen, um die Magnetposition zu mes- sen und werden am Ende jeder Messung wieder ausgeschaltet, um Energie zu sparen.
Die Zeitdauer zwischen zwei Einschaltvorgängen, welche perio- disch ist, kann entweder voreingestellt oder im Betrieb eingestellt werden. Ebenso können Schwellwerte für die Zeitdauer und die Amplitude der Erfassung entweder in einem Register fest eingestellt werden oder im Betrieb über den Kommunikati¬ onsport eingestellt werden. Im Falle der permanenten Program- mierung der Periodendauer sowie der Registerwerte kann beispielsweise eine einmalige Programmierung mittels sogenannter Fuses vorgenommen werden. Dies wird auch als Einmalprogrammierung (OTP, one-time programming) bezeichnet. Für jede Periode Wt, bei der die Hall-Elemente eingeschaltet werden, wird zu einem Zeitpunkt t eine Positionsmessung durchgeführt und ein Ergebnis Pa(t) für diese Zeit t be¬ stimmt. Am Ende jeder Messung werden die Hall-Elemente wieder ausgeschaltet und ein Differenzwert Delta (t) bestimmt. Dieser ergibt sich durch Bilden der Differenz aufeinanderfolgender
Positionsmessungen Pa(t) - Pa(t-l). Der Signalausgang 12 wird in seinem Wert verändert abhängig von den folgenden Bedingungen : 1. Falls die Differenz Delta (t) größer als der Schwellwert Delta_Schwelle ist und falls die Amplitude dess Messwerts Pa(t) größer als der Schwellwert der Amplitude Pa_Schwelle ist, dann wird der Signalausgang auf aktiv gelegt. Wenn die Signalamplitude Pa(t) kleiner als der Schwellwert der Signal- amplitude Pa_Schwelle ist, dann wird der Ausgang inaktiv ge¬ schaltet . 2. Alternativ kann der Algorithmus so konfiguriert werden: Wenn die Amplitude des Messwerts Pa(t) größer als der
Schwellwert der Amplitude Pa_Schwelle ist, wird der Ausgang aktiv geschaltet. Wenn der Wert der Amplitude des Messsignals Pa(t) kleiner als der Schwellwert für die Amplitude
Pa_Schwelle ist, wird der Ausgang inaktiv geschaltet.
Die zusätzliche Bedingung, dass der Zeitabstand zwischen zwei Messwerten größer als ein Schwellwert ist, vermeidet einen unerwünschten Zustand einer erkannten Betätigung im Falle langsamer Bewegungsänderungen, beispielsweise Temperaturände¬ rungen, versehentliches Betätigen in einer Tragetasche des Mobilgeräts, externe magnetische Felder oder parasitäre me¬ chanische Bewegungen, um Beispiele zu nennen.
Figur 3 zeigt eine alternative Ausführung der Feder von Figur 1, die hier nicht V-förmig, sondern U-förmig ausgeführt und mit Bezugszeichen 14 versehen ist. Das heißt die Form der Feder wird im Querschnitt nicht durch ein auf dem Kopf ste- hendes V, sondern durch ein auf dem Kopf stehendes U be¬ schrieben. Unverändert hat die U-förmige Feder 14 einen flach ausgeführten Befestigungsbereich 6, der auch als Flansch interpretiert werden kann und wiederum mittels Schraubverbindung 10 an der Trägerplatte 2 befestigt ist. Die Feder ist wiederum einstückig hergestellt. Der Kraftaufnahmebereich wird vom Boden des "U" gebildet und kann alternativ auch leicht abgeflacht sein, um eine bessere kraftschlüssige Ver¬ bindung mit der Betätigungsplatte 1 herzustellen. Auch hier führt eine vertikale Bewegung bei Einwirken einer Kraft F auf die Betätigungsplatte 1 zu einer Horizontalbewe¬ gung des Gleitbereichs 8 der U-förmigen Feder 14 über einem Sensormittel 4. Die U-förmige Ausführung der Feder 14 eignet sich besonders für eine einstückige industrielle Herstellung und hat im Ver¬ gleich mit der V-förmigen Ausführung von Figur 1 den Vorteil, dass eine mechanisch besonders beanspruchte Stelle der Feder, wie sie im Kraftaufnahmebereich beim Zusammentreffen der beiden Schenkel der Feder von Figur 1 auftreten kann, bei der eiförmigen Ausführung vermieden wird. Zudem ist eine verbesser¬ te Federwirkung, das heißt ein größerer elastischer defor- mierbarer Bereich erzielt.
Figur 4 zeigt ein noch weiteres Ausführungsbeispiel der Fe¬ der, welche in Figur 4 W-förmig ausgeführt und mit Bezugszei¬ chen 15 versehen ist. Aufgrund der W-förmigen Ausführung ist nicht nur ein Kraftaufnahmebereich vorgesehen, wie in Figur 1, sondern zwei Kraftaufnahmebereiche 7, welche jeweils abgeflacht sind und kraftschlüssig an der Betätigungsplatte 1 anliegen. Gegenüberliegend auf der Seite des Trägers 2 ist unverändert der flanschartige Befestigungsbereich 6 vorgese- hen, jedoch ein zusätzlicher Gleitbereich in der Mitte der W- förmigen Feder 16. Der Gleitbereich, der den Magneten aufnimmt, ist unverändert und über dem Sensormittel 4 gleitend in horizontaler Richtung ausgeführt. Wie leicht erkennbar ist, ergibt sich durch die W-förmige Ausführung eine mechani- sehe Verstärkung der Betätigung, das heißt dass bereits eine sehr leichte Betätigung über einen kurzen Weg hin in vertikaler Richtung zu einer großen Auslenkung des Gleitbereichs 8 und des Magneten 9 in horizontaler Richtung führen muss. Somit ist eine sichere Erkennung der Betätigung mit Sensoren auch bei geringen Auslenkungen möglich, was wiederum die erforderliche Bauhöhe der Drucktasteranordnung weiter verringert . Letztlich ist eine Feder mit nicht nur zwei Schenkeln, sondern einer Vielzahl von Schenkeln gebildet, um die mechanische Verstärkung bei der Transformation der vertikalen zur horizontalen Bewegung sicherzustellen.
Figur 5 zeigt ein beispielhaftes Signalflussdiagramm zur anschaulichen Darstellung der Funktionsweise der Erfassung einer Betätigung des Drucktasters. Das obere Signal ist ein pe¬ riodischer Puls der Taktdauer Wt, sodass zu den aufeinander folgenden Zeitpunkten tl, t2, t3... jeweils periodisch ein
Einschalten der Sensormittel, insbesondere der Hall-Sensoren erfolgt .
Im mittleren Bereich der Signale ist eine Amplitude über der Zeit aufgezeichnet, welche der Intensität der Betätigung des Drucktasters entspricht und proportional ist zu der erfassten Amplitude Pa(t) im Sensormittel. Diese ist zur einfacheren Darstellung normiert und ändert sich im Beispiel zwischen 0 und 100 % beliebig, um verschiedene Betätigungssituationen durchzuspielen.
Unten schließlich ist der Pegel des Ausgangssignals am Sig¬ nalausgang 12 des Sensormittels gezeigt. Man erkennt, dass der langsame Anstieg der Amplitude von den Zeitpunkten tl bis t4 nicht als absichtliche Betätigung des Drucktasters erkannt wird. Der Signalausgang bleibt auf logisch 0. Erst der starke Anstieg zwischen den Zeitpunkten t6 und tl wird als gewollte Betätigung erkannt und umgekehrt der Abfall der Betätigung zwischen t8 und t9 von 100 % auf 0 % als Loslassen des Druck- tasters.
Hierfür wurde beispielhaft das Register für den Schwellwert Delta_Schwelle auf 40 % und das Register für den Schwellwert der Amplitude Pa_Schwelle auf 50 % gesetzt. Im Ruhezustand, das heißt bei nichtgedrücktem Drucktaster, wurde die Amplitu¬ de der Betätigung auf 0 % festgesetzt. 100 % Amplitude ent¬ spricht dem voll gedrückten Drucktaster, bei dem der Magnet bei seiner maximalen horizontalen Verschiebung liegt.
Figur 6 zeigt eine Weiterbildung der Befestigung der Feder, die dort in einer Federanordnung angeordnet ist. Betätigungs¬ platte 1, dazu parallel die Trägerplatte 2, das Sensormit- tel 4 sowie die Feder 3 mit Befestigungsbereich 6, Kraftauf¬ nahmebereich 7, Gleitbereich 8 mit Magnet 9 sowie den beiden Schenkeln der V-förmigen Feder sind im Wesentlichen unverändert zu Figur 1 ausgeführt, wobei zur besseren elastischen Verformung der Kraftaufnahmebereich ein abgedünntes Material und eine leichte Krümmung aufweist. Im Unterschied zu Figur 1 ist der Befestigungsbereich 6 bei Figur 6 nicht unmittelbar mit dem Träger mechanisch fest verbunden, sondern vielmehr an einem ebenfalls im Wesentlichen parallel zum Träger angeordneten Kompensationsmittel 17. Das Kompensationsmittel 17 ist an seinem freien Ende fest mit dem Träger 2 mechanisch verbunden, beispielsweise wie in Figur 6 gezeigt eingeklipst. Der Bereich des Kompensationsmittels 17, welcher unmittelbar mit dem Befestigungsbereich 6 befestigt ist, kann über den Träger in horizontaler Richtung gleiten. Wählt man für das Kompensationsmittel 17 ein Material mit einem thermischen
Ausdehnungskoeffizienten, der an denjenigen des Materials der Feder 3 angepasst ist, so ergibt sich mit Vorteil eine Kom¬ pensation der horizontalen Ausdehnung der Feder beispielsweise durch unterschiedliche Betriebs- beziehungsweise Umge- bungstemperaturen . Hierdurch ist sichergestellt, dass bei unterschiedlichsten Betriebstemperaturen das Sensormittel 4 und der Magnet 9 in Ruhelage die gleiche Relativposition zueinander einnehmen, so dass für unterschiedliche Temperaturen kei- ne weiteren Maßnahmen zur sicheren Erfassung getroffen werden brauchen .
Die Horizontalbewegung des Kraftaufnahmebereichs ist aus- schließlich bedingt durch thermische Expansion. Die horizontale Bewegung des Gleitbereichs ist unabhängig von der Tempe¬ ratur und lediglich einer vertikalen Betätigung der Trägerplatte 1 geschuldet. Der Kraftaufnahmebereich 7 weist eine vertikale Bewegung bei Betätigung sowie eine horizontale Be- wegung temperaturabhängig auf bedingt durch das Kompensationsmittel und dessen thermische Ausdehnung.
Figur 7 zeigt eine Draufsicht der Ausführung von Figur 6, die dort im Querschnitt gezeigt ist. Man erkennt, dass das Kom- pensationsmittel 17 in der Draufsicht U-förmig ausgeführt ist mit einem im Wesentlichen in einer Hauptrichtung ausgedehnten Mittelbereich 18, an dem sich rechtwinklig zwei Schenkel 19 anschließen, die an ihrem Ende jeweils eine durch Einklipsen hergestellte Verbindung 20 umfassen. Die Feder 3 in der
Draufsicht zeigt den mit dem Kompensationsmittel fest verbun¬ denen Befestigungsbereich 6, den Kraftaufnahmebereich 7 sowie den Magneten 9, der gestrichelt gezeichnet ist und im Gleit¬ bereich 8 der Feder angeordnet ist. Darunter ist im Wesentli¬ chen quadratisch das Sensormittel 4 angeordnet.
Bezugs zeichenliste
1 Betätigungs latte
2 Träger
3 Feder
4 Sensormittel
5 Seitenwand
6 Befestigungsbereich
7 Kraftaufnahmebereich
8 Gleitbereich
9 Magnet
10 Schraube
11 Spannungsversorgungsanschluss
12 Signalausgang
13 Kommunikationsport
14 U-förmige Feder
15 Schenkel
16 zusätzlicher Gleitbereich
17 Kompensationsmittel
18 Mittelteil
19 Schenkel
20 Clip
N Nordpol
S Südpol
Wt Periodendauer
Pa Messergebnis

Claims

Patentansprüche
1. Feder (3), insbesondere für einen Drucktaster, zur Befestigung auf einem Träger (2) und zur Erfassung einer vertikalen Kraft (F) ,
wobei die Feder (3) derart ausgestaltet ist, dass sie bei Betätigung eine vertikale Bewegung in eine horizontale Bewegung transformiert, welche mit einem Sensormit¬ tel (4) berührungslos erfassbar ist.
2. Feder nach Anspruch 1,
umfassend
mindestens einen Befestigungsbereich (6) zur Befestigung mit dem Träger (2),
mindestens einen Gleitbereich (8) zum Gleiten der Feder (3) über das Sensormittel (4),
mindestens einen Kraftaufnahmebereich (7) zum Einleiten der in vertikaler Richtung ausgeübten Kraft (F) in die Feder (3) .
3. Feder nach Anspruch 2, die ein Rückstellmoment aufweist zur Rückkehr der Feder (3) in die Ausgangslage nach Ende der Betätigung.
4. Feder nach Anspruch 2 oder 3,
bei der der Gleitbereich (8) der Feder zur Aufnahme eines Magneten (9) ausgebildet ist.
5. Feder nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
die im wesentlichen V-förmig ausgebildet ist.
6. Feder nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
die im wesentlichen W-förmig ausgebildet ist. Feder nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
die im wesentlichen U-förmig ausgebildet ist.
Federanordnung mit einer Feder (3) nach einem der Ansprüche 2 bis 7,
weiter umfassend ein Kompensationsmittel (17), das mit dem Befestigungsbereich (6) der Feder fest verbunden ist und sich in horizontaler Richtung erstreckt, wobei das Kompensationsmittel (17) zur ortsfesten Montage mit dem Träger (2) ausgebildet ist, und bei der
der thermische Ausdehnungskoeffizient des Kompensations¬ mittels (17) auf den thermischen Ausdehnungskoeffizienten der Feder (3) derart abgestimmt ist, um Temperatureinflüsse auf die Erfassung der horizontalen Bewegung mit dem Sensormittel (4) zu kompensieren.
Federanordnung nach Anspruch 8,
bei der das Kompensationsmittel (17) U-förmig ausgebil¬ det ist und Schenkel aufweist, die in einem Verbindungs¬ bereich (18) mit dem Befestigungsbereich (6) der Feder verbunden sind, wobei die Schenkel (19) an ihren freien Enden Mittel (20) zur ortsfesten Montage mit dem Träger (2) aufweisen.
Tasteranordnung, umfassend
eine Feder (3) oder eine Federanordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche,
den Träger (2), der mit dem Befestigungsbereich (6) der Feder unmittelbar beziehungsweise über das Kompensati¬ onsmittel (17) verbunden ist,
den Magneten (9), der mit dem Gleitbereich (8) verbunden ist, das Sensormittel (4), das auf dem Träger (2) befestigt ist zur berührungslosen Erfassung einer Horizontalbewegung des Magneten (9) relativ zum Sensormittel (4), in Abhängigkeit von der Vertikalbewegung des Kraftaufnahme bereichs (7) der Feder.
Tasteranordnung nach Anspruch 10,
bei der das Sensormittel (4) mindestens einen Hall- Sensor umfasst, der eine horizontale Bewegung des Magne ten (9) erfasst und in Abhängigkeit davon ein Sensorsig nal an einem Signalausgang (12) des Sensormittels bereitstellt.
PCT/EP2011/061629 2010-07-08 2011-07-08 Feder, insbesondere für einen drucktaster Ceased WO2012004386A2 (de)

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