Die vorliegende Erfindung betrifft einen ein Druckpunkt Verhalten aufweisenden Drucktastenschalter mit einem auf im Schaltergehäuse angeordnete auslenkbare Kontaktelemente einwirkenden Betätigungsglied und einer bei dessen Betätigung beanspruchten Rückstellfeder.
Mit der fortschreitenden Automatisierung in der modernen Technik nimmt der Einsatz an Schaltern in verschiedenartigsten Ausführungsformen ständig zu. Einerseits sind die an diese Schalter gestellten Anforderungen sehr hoch, anderseits müssen deren Herstellungskosten möglichst niedrig gehalten werden, damit ihr Einsatz auch unter wirtschaftlichen Gesichtspunkten vertretbar ist.
Abgesehen von der Beschaffenheit der Kontaktelemente eines Drucktastenschalters stehen in bezug auf dessen Funktionssicherheit im wesentlichen zwei Forderungen im Vordergrund: 1. Für den die Drucktaste Betätigenden soll in jedem Fall die Gewissheit bestehen, dass der durch die Betätigung der
Drucktaste beabsichtigte Schaltvorgang tatsächlich auch ausgelöst wird.
2. Die für eine einwandfreie Funktion der Drucktaste not wendige Betätigungskraft sollte weitgehend unabhängig vom Verlauf der von den Kontaktelementen herrührenden und auf das Betätigungsglied der Drucktaste rückwirken den Gegenkräfte sein.
Zur Erfüllung der erstgenannten Forderung müssen bei der Realisierung eines Drucktastenschalters Mittel vorgesehen werden, die dem den Schalter bedienenden das Gefühl einer richtigen und eindeutigen Arbeitsweise des Schalters vermitteln. Eine bekannte Möglichkeit besteht darin, den Schalter mit zusätzlichen, nach richtigem Ablauf einer Schaltfunktion eine akustische oder optische Meldung veranlassenden Mitteln auszurüsten. Für den eine Drucktaste Bedienenden ist es jedoch noch angenehmer, wenn er die Quittung für die richtige Funktion des Schalters direkt über die Drucktaste selbst erhält, so dass er sich nicht auf eine spezielle Anzeige konzentrieren muss.
Zur Erzeugung einer derartigen Quittung bietet sich das Druckpunktverhalten an, wie es in einer von verschiedenen möglichen Erscheinungsformen beispielsweise bei Schusswaffen zur Betätigung der Schussauslösevorrichtung zur Anwendung gelangt.
In Anwendung auf einen Drucktastenschalter soll im folgenden unter dem Druckpunkt-Verhalten ein Verhalten verstanden werden, das sich bei Einwirkung einer bestimmten Be tätigungskraft auf das Betätigungsglied des Drucktastenschalters in einer schlagartigen Änderung der Bewegung des Betätigungsgliedes äussert. Die Änderung im Bewegungsablauf des Betätigungsgliedes kann entweder in einem schlagartigen Einsetzen der Bewegung oder in einer schlagartigen Beschleunigung der Bewegung bestehen. In beiden Fällen ist diese schlagartige Änderung von dem die Drucktaste Bedienenden als Durchfallen des Betätigungsgliedes wahrzunehmen.
Über seinen die Drucktaste betätigenden Finger erhält der die Drucktaste Bedienende somit eine Quittung für die eindeutige Funktion des Schalters vermittelt. Wenn es gelingt, in einem Drucktastenschalter ein derartiges Verhalten zu erzeugen, dann bietet die Erfüllung der zweitgenannten Forderung keine nennenswerten Schwierigkeiten mehr.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Drucktastenschalter der eingangs erwähnten Art zu schaffen, der den zwei genannten Forderungen unter möglichst geringem Aufwand genügt. Der Drucktastenschalter gemäss der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass zum Herbeiführen einer schlagartigen Änderung der Bewegung des Betä- tigungsgliedes, sobald die auf das Betätigungsglied einwirkende Betätigungskraft einen bestimmten Wert erreicht hat, als Rückstellfeder ein Federelement vorgesehen ist, das entweder allein ein wenigstens teilweise negatives Kraft-Wegverhalten aufweist oder in Verbindung mit dem Betätigungsglied ein System mit wenigstens teilweise negativem Kraft-Wegverhalten bildet, und dass das Betätigungsglied erst nach der schlagartigen Bewegungsänderung unmittelbar auf die auslenkbaren Kontaktelemente einwirkt.
Weitere Einzelheiten der Erfindung sind aus den nachfolgenden Erläuterungen anhand von Zeichnungen ersichtlich.
In einem ersten Ausführungsbeispiel bildet das Betätigungsglied mit der Rückstellfeder ein zweigliedriges Kniehebelsystem, das bekanntlich eine Kraft-Wegkennlinie mit teilweise negativer Steigung aufweist. In einem zweiten, hinsichtlich des Aufwandes noch einfacheren Beispiel wird als Rückstellfeder ein Federelement verwendet, das selbst eine Kraft-Wegkennlinie mit wenigstens teilweise negativer Steigung aufweist.
Bei Einwirkung einer Kraft auf das Betätigungsglied ergibt sich für das erste Beispiel ein Kraft-Wegverhalten nach Fig. la und für das zweite Beispiel ein solches nach Fig. lb. Die dargestellten Kurven sollen lediglich den qualitativen Verlauf der Kraft-Wegkennlinie wiedergeben. Sobald die einwirkende Kraft einen Wert P1 erreicht hat, wird die Steigung der Kennlinie negativ. Der Übergang von der positiven zur negativen Steigung entspricht dem beim Betätigen des Betätigungsgliedes wahrnehmbaren Druckpunkt, d. h. in diesem Punkt der Kraft-Wegkennlinie beginnt bei weiterhin einwirkender Kraft P1 das Durchfallen des Betätigungsgliedes.
Der nach Erreichen des Druckpunktes zur Wirkung gelangende, aus der im Finger des die Drucktaste Betätigenden gespeicherten Energie resultierende Kraftüberschuss unterstützt den Vorgang des Durchfallens . Solange das durchfallende Betätigungsglied nicht auf die Kontaktelemente einwirkt, nimmt dieser Kraft überschuss zu, was eine Beschleunigung des Betätigungsgliedes zur Folge hat.
Wenn das Betätigungsglied, wie beim erfindungsgemässen Drucktastenschalter vorgesehen, erst nach Erreichen des Druckpunktes, d. h. erst im abfallenden Teil der Kraft-Wegkennlinie auf die Kontaktelemente einwirken kann, dann ist die zur eigentlichen Betätigung des Drucktastenschalters aufzuwendende Kraft unabhängig vom Verlauf der von den beweglichen Kontaktelementen (Kontaktfedern) herrührenden Gegenkräfte. Diese Gegenkräfte werden erst nach dem Durchfallen des Betätigungsgliedes wirksam und tragen zu dessen Rückstellung in die Ausgangsstellung bei.
Durch entsprechende Wahl und Anordnung der das Druckpunkt-Verhalten herbeiführenden Elemente kann die zum Erreichen des Druckpunktes notwendige Kraft so festgelegt werden, dass sie immer grösser als die nach Erreichen des Druckpunktes im abfallenden Bereich der resultierenden Kraft-Wegkennlinie auftretende Resultierende der auf das Betätigungsglied wirkenden Kräfte ist. In den Fig. la und lb ist eine mögliche, die von den Kontaktfederelementen herrührenden Gegenkräfte berücksichtigende Resultierende (beginnend beim Abszissenwert S2) gestrichelt eingezeichnet. Ein Beispiel für die Kraft-Wegkennlinie der Kontaktelemente selbst ist in Fig. la strichpunktiert eingezeichnet.
Der Vorteil einer vom Verlauf der Gegenkräfte der Kontaktfederelemente unabhängigen Betätigungskraft gewinnt dann an Bedeutung, wenn in einem Drucktastenschalter mehrere Kontaktfedersätze vorgesehen sind. Zusätzliche Mittel, die dafür sorgen, dass die Betätigungskraft einerseits einen zur eindeutigen Funktion notwendigen Wert immer erreicht und anderseits zum Schutz der Kontaktelemente einen maximal zulässigen Wert nicht überschreitet, sind somit nicht erforderlich.
Beim erfindungsgemässen Drucktastenschalter können zwei Arten des Druckpunkt-Verhaltens unterschieden und in einfacher Weise realisiert werden. Bei der ersten Art erfährt das Betätigungsglied bei dessen Betätigung zunächst eine kontinuierliche Bewegung, die dann bei Erreichen des Druckpunktes mehr oder weniger schlagartig in eine beschleunigte Bewe gung infolge Durchfallens übergeht. In einer zweiten Art kann die bis zum Erreichen des Druckpunktes kontinuierliche Bewegung des Betätigungsgliedes unterdrückt werden, indem das Federelement durch das Betätigungsglied entsprechend vorgespannt wird. Wird das Federelement beispielsweise um den Weg S1 (Fig. 1) vorgespannt, dann setzt dessen Bewegung mehr oder weniger schlagartig ein, sobald eine Kraft vom Betrag P2 einwirkt. Die Änderung im Bewegungsablauf des Betätigungsgliedes besteht in diesem Fall im Einsetzen einer Bewegung desselben.
Gegenüber der ersten Art ergibt sich für die zweitgenannte Art folgender Vorteil: Bei gleichbleibender Betätigungskraft kann der Drucktastenschalter nur ganz oder überhaupt nicht betätigt werden. Die bei bekannten Drucktastenschaltern bestehende Unsicherheit bezüglich einer eindeutigen Funktion tritt damit nicht auf.
In Fig. 2 ist ein erstes Beispiel eines erfindungsgemässen Drucktastenschalters in einem Längsschnitt dargestellt. Der Drucktastenkörper besteht aus einer Bodenplatte 2 und einem Gehäusekörper 3, der in seinem Inneren angeordnete Kontaktfederelemente aufweist. Im dargestellten Beispiel ist ein beweglicher Umschaltekontakt 4, ein fester Ruhekontakt 5 und ein fester Arbeitskontakt 6 vorgesehen, deren Anschlüsse nach aussen geführt sind. Am Gehäusekörper 3 ist ein Betä tigungsglied 7 derart gelenkig gelagert, dass dessen Auslenkung im Innern des Gehäusekörpers 3 in Richtung Bodenplatte 2 möglich ist. Diese gelenkige Lagerung kann beispielsweise mittels zweier Achszapfen 8 am einen Ende des Betätigungsgliedes 7 erfolgen. Das Betätigungsglied 7 weist an seinem aus dem Gehäusekörper 3 herausragenden Teil einen Tastenknopf 9 auf.
Zwischen dem freien Ende des Betätigungsgliedes 7 und der diesem freien Ende gegenüberliegenden Seitenwand des Gehäusekörpers 3 ist ein Federelement 1 angeordnet. Dieses Federelement 1 besteht im gezeigten Beispiel aus einem wenigstens annähernd in einer Ebene z-förmig gebogenen federnden Draht (Fig. 4a). Das freie Ende des Betätigungsgliedes 7 und die diesem zugewandte Seitenwand des Gehäusekörpers 3 sind so ausgebildet, dass sie je einen Schenkel dieses federnden Drahtes aufnehmen können und sich zwischen dem Betätigungsglied 7 und dem Federelement 1 eine gelenkige und zwischen dem Federelement 1 und dem Gehäusekörper 3 eine ortsfeste gelenkige Lagerung ergibt.
Selbstverständlich beschränkt sich die Ausbildungsform des Federelementes 1 nicht auf einen in der beschriebenen Art und Weise gebogenen federnden Draht, es sind auch andere, dieselbe Funktion erfüllende Ausbildungsformen des Federelementes 1 denkbar. Das Betätigungsglied 7 weist ferner eine Nase 10 auf, die bei Auslenkung des Betätigungsgliedes 7 auf den beweglichen Umschaltekontakt 4 wirkt und somit dessen Umschaltung von der Ruhe- in die Arbeitslage herbeiführt.
Bei diesem Beispiel bildet das Betätigungsglied 7 mit dem Federelement 1 ein einfaches zweigliedriges Kniehebelsystem.
Das Federelement 1 erfährt bei Einwirkung einer Kraft auf das Betätigungsglied 7 eine Druckbeanspruchung. Das Knie hebelsystem weist ein Kraft-Wegverhalten gemäss Fig. la auf.
Wird das System bei Einwirkung einer Kraft über seine Tot punktlage (Schnittpunkt der Kennlinie mit der Abszisse bei
S3) hinaus ausgelenkt, kann die zur Rückstellung notwendige
Kraft durch die Kontaktfederelemente aufgebracht werden.
In einer anderen Ausgestaltung des erfindungsgemässen
Drucktastenschalters kann als Rückstellfeder ein Federele ment verwendet werden, das naturgemäss selbst ein zumin dest teilweise negatives Kraft-Wegverhalten aufweist. Dies trifft z. B. auf eine gewölbte Blattfeder zu. In einer einfach sten Ausführungsform kann eine gewölbte rechteckförmige (Fig. 4b) oder eine gewölbte kreisförmige Blattfeder vorge sehen werden, die innerhalb des Drucktastenschaltergehäu ses aufliegt und beim Betätigen des Betätigungsgliedes auf
Druck beansprucht wird. Einzelheiten eines diese Lösungsmöglichkeit beinhaltenden zweiten Ausführungsbeispieles des erfindungsgemässen Drucktastenschalters sind in Fig. 3 wiederum in einem Längsschnitt gezeigt.
Das Betätigungsglied 7 ist am Drucktastenunterteil 2 drehbar gelagert und weist eine Nase 10 auf, die bei Betätigung des Drucktastenschalters auf einen beweglichen Umschaltekontakt 4 wirkt. Neben dem aufgesetzten Tastenknopf 9 weist das Betätigungsglied 7 noch eine weitere Nase 11 auf, die auf ein Federelement 1 einwirken kann. Das dargestellte Federelement 1 ist z. B. eine rechteckförmige gewölbte Blattfeder (Fig. 4b), die innerhalb des Drucktastenkörpers derart angeordnet ist, dass die bei Beanspruchung durch das Betätigungsglied 7 über die Nase 11 gewünschte reversible Verformung möglich ist. Eine weitere für dieses Ausführungsbeispiel geeignete rechteckförmige, jedoch nur teilweise gewölbte Blattfeder ist in Fig. 4c dargestellt.
Die in den Fig. 4b und 4c gezeigten Federelemente weisen bei einer in der angedeuteten Richtung einwirkenden Kraft das in Fig. lb gezeigte Kraft-Wegverhalten auf. Der Vergleich der beiden Kurven zeigt, dass sich die gewölbte Blattfeder zur Erzeugung eines Druckpunktverhaltens noch besser eignet als das anhand der Fig. la und 3 beschriebene Kniehebelsystem, da der Abfall ihrer Kraft-Wegkennlinie ausgeprägter ist und keine Totpunktlage aufweist. Überdies ergibt die Verwendung einer gewölbten Blattfeder Vorteile hinsichtlich des Herstellungsaufwandes für den erfindungsgemässen Drucktasten schalter. Schliesslich sei noch erwähnt, dass durch Übereinan derlegen zweier oder mehrerer solcher Blattfedern die Betäti gungskraft auf einfache Art und Weise vervielfacht und damit dem zu betätigenden Kontaktfedersatz angepasst werden kann.
The present invention relates to a push button switch exhibiting a pressure point behavior with an actuating member acting on deflectable contact elements arranged in the switch housing and a return spring stressed when it is actuated.
With the advancing automation in modern technology, the use of switches in the most varied of designs is constantly increasing. On the one hand, the demands placed on these switches are very high; on the other hand, their production costs must be kept as low as possible so that their use is also justifiable from an economic point of view.
Apart from the nature of the contact elements of a pushbutton switch, there are essentially two requirements with regard to its functional reliability: 1. For those who actuate the pushbutton, there should always be the certainty that by actuating the
Push button intended switching operation is actually triggered.
2. The actuating force necessary for proper functioning of the pushbutton should be largely independent of the course of the counterforces originating from the contact elements and acting on the actuator of the pushbutton.
To meet the first-mentioned requirement, means must be provided in the implementation of a push button switch which give the person operating the switch the feeling of a correct and unambiguous operation of the switch. One known possibility is to equip the switch with additional means which initiate an acoustic or optical message after a switching function has run correctly. For those operating a push button, however, it is even more pleasant if he receives the acknowledgment for the correct function of the switch directly via the push button itself, so that he does not have to concentrate on a special display.
To generate such an acknowledgment, the pressure point behavior is suitable, as it is used in one of various possible manifestations, for example in firearms, to actuate the firing device.
In the following, when applied to a push button switch, the pressure point behavior is to be understood as a behavior that manifests itself in a sudden change in the movement of the actuator when a certain loading force is applied to the actuator of the push button switch. The change in the sequence of movements of the actuating member can consist either in a sudden onset of the movement or in a sudden acceleration of the movement. In both cases, this sudden change is perceived by the operator of the pushbutton as the actuator falling through.
The operator of the pushbutton receives an acknowledgment for the unambiguous function of the switch via his finger actuating the pushbutton. If it is possible to produce such a behavior in a pushbutton switch, then the fulfillment of the second requirement no longer presents any difficulties worth mentioning.
The present invention is based on the object of creating a pushbutton switch of the type mentioned at the beginning which meets the two requirements mentioned with the least possible effort. The pushbutton switch according to the invention is characterized in that a spring element is provided as a return spring, which is either an at least partially negative force alone, to bring about a sudden change in the movement of the actuating member as soon as the actuating force acting on the actuating member has reached a certain value - has travel behavior or, in conjunction with the actuating member, forms a system with at least partially negative force / travel behavior, and that the actuating member only acts directly on the deflectable contact elements after the sudden change in movement.
Further details of the invention can be seen from the following explanations with reference to drawings.
In a first exemplary embodiment, the actuating member and the return spring form a two-part toggle lever system which, as is known, has a force-displacement characteristic with a partially negative slope. In a second example, which is even simpler in terms of complexity, a spring element is used as the return spring, which itself has a force-displacement characteristic with at least partially negative slope.
When a force acts on the actuating member, the result is a force-displacement behavior according to FIG. 1 a for the first example and one according to FIG. 1 b for the second example. The curves shown are only intended to represent the qualitative course of the force-displacement characteristic. As soon as the acting force has reached a value P1, the slope of the characteristic curve becomes negative. The transition from the positive to the negative slope corresponds to the pressure point perceptible when the actuating member is actuated, i.e. H. At this point of the force-displacement curve, the actuating element begins to fall through if the force P1 continues to act.
The excess force that comes into effect after reaching the pressure point and resulting from the energy stored in the finger of the person pressing the push button supports the process of falling through. As long as the actuating element which has fallen through does not act on the contact elements, this excess force increases, which results in an acceleration of the actuating element.
If the actuator, as provided in the push button switch according to the invention, only after reaching the pressure point, i. H. can only act on the contact elements in the descending part of the force-displacement curve, then the force to be used to actually actuate the pushbutton switch is independent of the course of the opposing forces originating from the movable contact elements (contact springs). These opposing forces only become effective after the actuating element has fallen through and contribute to its return to the starting position.
By appropriate selection and arrangement of the elements causing the pressure point behavior, the force required to reach the pressure point can be determined so that it is always greater than the resultant of the forces acting on the actuating element that occurs after reaching the pressure point in the falling area of the resulting force-displacement characteristic is. In FIGS. 1 a and 1 b, a possible resultant which takes into account the counterforces originating from the contact spring elements (starting at the abscissa value S2) is shown in broken lines. An example of the force-displacement characteristic of the contact elements themselves is shown in phantom in FIG.
The advantage of an actuating force that is independent of the course of the opposing forces of the contact spring elements becomes more important when several sets of contact springs are provided in a push button switch. Additional means which ensure that the actuating force, on the one hand, always reaches a value necessary for a clear function and, on the other hand, does not exceed a maximum permissible value to protect the contact elements, are therefore not required.
With the push button switch according to the invention, two types of pressure point behavior can be distinguished and implemented in a simple manner. In the first type, the actuating member initially experiences a continuous movement when it is actuated, which then changes more or less suddenly into an accelerated movement as a result of falling through when the pressure point is reached. In a second way, the continuous movement of the actuating member until the pressure point is reached can be suppressed in that the spring element is pretensioned accordingly by the actuating member. If the spring element is pretensioned, for example, by the path S1 (FIG. 1), its movement starts more or less suddenly as soon as a force of the amount P2 acts. The change in the sequence of movements of the actuator consists in this case in the onset of a movement of the same.
Compared to the first type, the second type has the following advantage: With the same operating force, the pushbutton switch can only be operated completely or not at all. The uncertainty with regard to an unambiguous function that exists with known pushbutton switches does not arise.
A first example of a push button switch according to the invention is shown in a longitudinal section in FIG. The push-button body consists of a base plate 2 and a housing body 3, which has contact spring elements arranged in its interior. In the example shown, a movable changeover contact 4, a fixed break contact 5 and a fixed make contact 6 are provided, the connections of which are led to the outside. On the housing body 3, an actuator 7 is articulated in such a way that its deflection inside the housing body 3 in the direction of the base plate 2 is possible. This articulated mounting can take place, for example, by means of two axle journals 8 at one end of the actuating member 7. The actuating member 7 has a key button 9 on its part protruding from the housing body 3.
A spring element 1 is arranged between the free end of the actuating member 7 and the side wall of the housing body 3 opposite this free end. In the example shown, this spring element 1 consists of a resilient wire bent at least approximately in a Z-shape in one plane (FIG. 4a). The free end of the actuating member 7 and the side wall of the housing body 3 facing it are designed so that they can each receive a leg of this resilient wire and an articulated one between the actuating member 7 and the spring element 1 and one between the spring element 1 and the housing body 3 stationary articulated storage results.
Of course, the form of the spring element 1 is not limited to a resilient wire bent in the manner described; other forms of the spring element 1 fulfilling the same function are also conceivable. The actuating member 7 also has a nose 10 which, when the actuating member 7 is deflected, acts on the movable changeover contact 4 and thus brings about its changeover from the rest to the working position.
In this example, the actuator 7 forms with the spring element 1 a simple two-part toggle lever system.
The spring element 1 is subjected to compressive stress when a force acts on the actuating member 7. The knee lever system has a force-displacement behavior according to FIG. La.
If the system is above its dead point position (intersection of the characteristic curve with the abscissa at
S3) deflected out, the necessary for resetting can
Force can be applied by the contact spring elements.
In another embodiment of the invention
Push-button switch can be used as a return spring, a Federele element which naturally itself has an at least partially negative force-displacement behavior. This applies e.g. B. on a curved leaf spring. In a simplest embodiment, a curved rectangular (Fig. 4b) or a curved circular leaf spring can be easily seen that rests within the Drucktastenschaltergehäu ses and when the actuator is operated
Pressure is claimed. Details of a second exemplary embodiment of the push button switch according to the invention containing this possible solution are again shown in a longitudinal section in FIG.
The actuating member 7 is rotatably mounted on the push button lower part 2 and has a nose 10 which acts on a movable changeover contact 4 when the push button switch is actuated. In addition to the attached key button 9, the actuating member 7 also has a further nose 11 which can act on a spring element 1. The illustrated spring element 1 is z. B. a rectangular arched leaf spring (Fig. 4b), which is arranged within the pushbutton body in such a way that the desired reversible deformation when stressed by the actuator 7 via the nose 11 is possible. Another rectangular, but only partially curved leaf spring suitable for this exemplary embodiment is shown in FIG. 4c.
The spring elements shown in FIGS. 4b and 4c have the force-displacement behavior shown in FIG. 1b when a force acts in the indicated direction. The comparison of the two curves shows that the curved leaf spring is even more suitable for generating pressure point behavior than the toggle lever system described with reference to FIGS. In addition, the use of a curved leaf spring results in advantages with regard to the manufacturing costs for the push button switch according to the invention. Finally, it should be mentioned that by laying two or more such leaf springs on top of one another, the actuating force can be multiplied in a simple manner and thus adapted to the contact spring set to be actuated.