DE102004045851A1

DE102004045851A1 - Membranschalter mit starre Frontabdeckung

Info

Publication number: DE102004045851A1
Application number: DE102004045851A
Authority: DE
Inventors: David Malcolm Foxborough Howie; Jianming Huang
Original assignee: ITW Ark Les LLC
Current assignee: ITW Ark Les LLC
Priority date: 2003-09-22
Filing date: 2004-09-20
Publication date: 2005-06-09
Also published as: US20050061649A1; CN1619737A; US6967299B2; ITTO20040638A1

Abstract

Ein Membranschalter weist eine im Wesentlichen steife Frontabdeckung auf, die ausbiegungsbeschränkende Abstandhalter oder dergleichen überflüssig macht. Der Membranschalter kann dünne gedruckte isolierende Punkte verwenden, deren Muster die Kraft steuert, die erforderlich ist, die Schaltelemente als Funktion der Distanz von den Schalterelementen zu betätigen, wodurch Mehrfachaktivierungen verhindert werden.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft elektrische Membranschalter, und insbesondere einen Membranschalter, der eine im Wesentlichen starre Frontplatte bzw. Fascia aufweist oder haftend bzw. klebend umfasst.

Membranschalter sind auf diesem Gebiet der Technik bekannt und nutzen normalerweise ein Paar von übereinander liegenden flexiblen Membranen mit gegenüberliegenden Kontakten, die auf ihre aufeinander zu weisenden Seiten gedruckt sind. Eine Abstandhalterschicht trennt die Membranen mit Ausnahme eines Bereichs im Bereich der Kontakte, wodurch Druck von einem Finger oder dergleichen zu einer Verformung von einer der Membranen führen kann, so dass deren Kontakt den Kontakt der anderen Membran berührt, wodurch ein elektrischer Schalter geschlossen wird. Das natürliche Federungsvermögen bzw. die natürliche Elastizität der Membranen ist dazu geeignet, die Kontakte zu trennen, sobald keine Kraft mehr angelegt wird. Elektrische Leiter, die ebenfalls auf die aufeinander zu weisenden Seiten der Membranen gedruckt sind, kommunizieren elektrische Signale zu den Kontakten und ausgehend von diesen.

Normalerweise haftet bzw. klebt eine dünne Kunststoffmarkierung an der Vorderseite des Membranschalters, um die Stellung der Tasten und ihre Funktionen einem Nutzer anzuzeigen.

Eine einzige Membran kann zahlreiche Kontakte tragen, weshalb Membranschalter eine kosteneffektive Lösung für Mehrfachschaltersteuerpulte und dergleichen darstellen. Die durchgehende vordere Membran eines Membranschalters dichtet die Schalterkontakte gegenüber Verschmutzung ab und aus diesem Grund kommen Membranschalter häufig in Umgebungen zum Einsatz, in denen Feuchtigkeit und Verschmutzungen ein Problem darstellen.

Membranschalter sind mit einigen Nachteilen behaftet. Während die Membran selbst verschmutzungsbeständig ist und problemlos gereinigt werden kann, ist sie weich und für Abrieb bzw. Beschädigung anfällig. Die Membranen müssen häufig über dem Außengehäuse eines Gerätes oder einer anderen Vorrichtung angebracht werden, wo sie Beschädigung ausgesetzt sind. Das übliche Aussehen und die Haptik einer dünnen Kunststoffmembran können für Konstrukteure eine Beschränkung darstellen, die mit einem großen Bereich von Designästhetik experimentieren.

Das Problem einer Beschädigung der Membranen wird angesprochen im US-Patent 5747757, erteilt auf Van Zeeland. Erläutert ist das Positionieren eines Membranschalters hinter einer dünnen Metallplatte bzw. Blechplatte, um Vandalismus zu widerstehen. Vorgeschlagen wird die alternative Nutzung von Kunststoffen, wie etwa Lucite, Kevlar bzw. von Glas. Ferner wird ins Feld geführt, dass die starre Platte dazu neigt, die Betätigungskraft durch einen Finger oder dergleichen über einen breiteren bzw. größeren Bereich zu verteilen, wodurch das Risiko hervorgerufen wird, dass benachbarte Schalter gleichzeitig durch eine einzige Berührung betätigt werden. Angegangen wird dieses Problem unter Verwendung starrer Abstandhalter oder ähnlicher Strukturen zwischen der Frontplatte und einem rückwärtigen Träger, der der Auslenkung der Frontplatte mit Ausnahme der Kontaktbereiche widersteht, wodurch versucht wird, die Auslenkung der Frontplatte auf die Kontaktbereiche zu fokussieren.

Eine Begrenzung der natürlichen Auslenkung der Frontplatte erhöht die Kraft, die erforderlich ist, die Frontplatte um ein Ausmaß auszulenken, das für den durchschnittlichen Nutzer nicht akzeptabel ist.

Das in dieser Druckschrift vorgeschlagene Abstandhaltersystem erhöht außerdem die Komplexität bei der Herstellung des Membranschalters, der spezielle mechanische Bauteile erfordert, die für jede Auslegungsänderung des Schalters geändert werden müssen. Die Probleme, die damit verbunden sind, dass diese Abstandhalter in Bezug auf geringfügige Auslenkungen, denen sie widerstehen müssen, abgestützt werden müssen, stellen ein zusätzliches Hindernis dar, diese bekannte Konstruktion einzusetzen.

KURZE ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben einen Membranschalter mit starrer Frontplatte entwickelt, der ohne mechanische Struktur zwischen der Frontplatte und dem Rest des Membranschalters funktioniert, um die Auslenkung der Frontplatte zu beschränken, und der mit einer Vielfalt von Frontplatten betreibbar ist, einschließlich gekrümmten Frontplatten, und der eine vereinfachte Montage gewährleistet.

Allgemein gesagt verwendet die Erfindung eine extrem empfindliche Konstruktion, bei der die Membranen durch dünne isolierende Punkte getrennt sind, die beispielsweise auf die Membran gedruckt sind, anstelle der Verwendung einer dickeren Kunststoff-Abstandhalterschicht. Die Punkte reduzieren die Betätigungskraft (und die Betätigungsbewegung), die erforderlich ist, den Schalter zu aktivieren, und sie gestatten außerdem eine sorgfältige Bemessung der Betätigungskraft und -bewegung, um durch die Frontplatte die Kraftverteilung aufzunehmen. Diese Bemessung bzw. dieser Zuschnitt kann erfolgen unter Änderung der Dichte des Punktemusters zur Absenkung der Empfindlichkeit des Schalters, wenn man den Kontaktbereich verlässt. Das Ergebnis ist ein Membranschalter, der mit einer Vielzahl von Frontplattenmaterialien verwendet werden kann sowie mit planaren oder gekrümmten Vorderseiten, ohne dass für die Betätigung ein übermäßiger Fingerdruck erforderlich wäre.

Insbesondere stellt die vorliegende Erfindung einen elektrischen Schalteraufbau bereit, der eine im Wesentlichen starre Frontplatte aufweist, die vor einem Membranschalter in Kontakt mit der Frontplatte zu liegen kommt, wobei der Membranschalter mehrere räumlich getrennte Schalterelemente bereitstellt. Eine Rückseitenplatte kommt hinter dem Membranschalter in Kontakt mit dem Membranschalter zu liegen und der Raum zwischen der Frontplatte und der Rückseitenplatte weist im Wesentlichen keine Struktur auf, die dazu dient, der Auslenkung der Frontplatte zu widerstehen.

Eine Aufgabe gemäß einem Aspekt der Erfindung besteht deshalb darin, einen Membranschalter zur Verwendung mit einer im Wesentlichen starren Frontplatte zu schaffen, der keine spezielle Struktur erfordert, um einer Bewegung der Frontplatte zu widerstehen.

Die Frontplatte kann alternativ aus einem starren Kunststoff bestehen, wie etwa Polykarbonatkunststoff oder Glas oder aus einem starren bzw. steifen Material.

Eine Aufgabe gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung besteht deshalb darin, Konstrukteure mit einer Vielzahl unterschiedlicher Oberflächenmaterialien für Membranschalter zu versorgen.

Die Frontplatte kann nicht planar, beispielsweise auswärts verlaufend konvex sein.

Eine weitere Aufgabe einem Aspekt der Erfindung besteht deshalb darin, einen Membranschalter zu schaffen, der in fließende oder gekrümmte Konstruktionen ohne Einfügung einer flachen Steuerplatte integriert sein kann.

Ein in dem Membranschalter verwendetes Trennelement kann eine Dicke aufweisen, die es erlaubt, den Membranschalter bei sehr geringer Auslenkung der Frontabdeckung zu betätigen, beispielsweise bei einer Auslenkung von 0,001 Inch (0,00254 cm).

Eine weitere Aufgabe gemäß einem Aspekt der Erfindung besteht deshalb darin, einen hochgradig empfindlichen Membranschalter zu schaffen, der mit im Wesentlichen starren Vorderseitenmaterialien zum Einsatz kommen kann.

Die gedruckten Isolatorelemente können variierende Musterdichte abhängig von der Distanz der Elemente von den Zentren der Schalterkontakte aufweisen.

Eine noch weitere Aufgabe gemäß einem Aspekt der Erfindung besteht deshalb darin, ein einfaches Verfahren zum Steuern der Betätigungskraft des Membranschalters zu schaffen, die dazu geeignet sein kann, eine Querbetätigung eng benachbarter Schalterelemente zu verhindern.

Ein bewegliches Schalterstellorgan kann vor der starren Frontplatte zum Pressen durch einen Nutzer und zum Anlegen eines erhöhten Drucks an den Schaltbereich angeordnet sein.

Eine noch weitere Aufgabe gemäß zumindest einem Aspekt der Erfindung besteht deshalb darin, einen einfachen Mechanismus zum Modifizieren der Kräfte zu schaffen, die auf das starre Material ausgeübt werden und für unterschiedliche Anwendungen erforderlich sind.

Die Schalterbereiche können entlang einer ersten Achse getrennt vorliegen, und elektrisch unabhängige leitende Schalterkontakte sind proportional schmaler entlang der ersten Achse als entlang einer Achse senkrecht zur ersten Achse.

Eine noch weitere Aufgabe gemäß einem Aspekt der Erfindung besteht deshalb darin, die Kraftverteilung aufzunehmen, die durch eine starre Frontplatte erzeugt wird, während erwünschte Schalterabstände und Kontaktbereiche beibehalten werden.

Diese speziellen Aufgaben und Vorteile können auf lediglich eine der Ausführungsformen zutreffen, die unter die Ansprüche fallen und deshalb den Umfang der Erfindung nicht festlegen.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt eine perspektivische fragmentarische Explosionsansicht einer Waschmaschinenkonsole unter Verwendung der vorliegenden Erfindung.
2a zeigt eine Querschnittsansicht durch die Konsole von 1 unter Darstellung einer ersten Ausführungsform der Erfindung ohne Bereitstellung von Anzeigeleuchten.
2b zeigt eine ähnliche Figur wie 2a einer zweiten Ausführungsform der Erfindung unter Bereitstellung von Anzeigeleuchten.
3 zeigt eine Vorderaufrissansicht der hinteren Membran des Membranschalters von 2b und eine hintere Aufrissansicht der vorderen Membran des Membranschalters von 2b unter Darstellung von leitenden Bahnen, Kontakten und gegenüberliegenden Kurzschlusspolstern, die durch isolierende Punkte getrennt sind.
4 zeigt eine fragmentarische Ansicht des Membranschalteraufbaus von 1 unter Darstellung einer Ausführungsform mit asymmetrischen Kontakten zur Aufnahme der Kraftverteilung durch eine starre Frontplatte.
5 zeigt eine ähnliche Figur wie 2b einer Ausführungsform mit einer durchsichtigen Frontplatte und ringförmigen Schalterkontakten, um eine zentrale Beleuchtung jedes Schalters zu ermöglichen.
6 zeigt eine ähnliche Figur wie 2a unter Darstellung einer Ausführungsform, in der die Frontplatte Schalterkontakte trägt.
7 zeigt eine Draufsicht einer Membran eines Schalters in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der Erfindung unter Darstellung der Implementierung einer Mehrniveaukraftempfindlichkeit.
8 zeigt eine Teilschnittansicht durch den Schalter der vorliegenden Erfindung unter Darstellung einer zusätzlichen Verwendung eines Schwenkstellorgans zum Ausbiegen der Frontplatte.
9 zeigt eine ähnliche Figur wie 8 unter Darstellung eines Tastenstellorgans, das verwendet wird, um die Frontplatte auszubiegen.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
In 1 ist ein Gerät 10, beispielsweise eine von oben zu befüllende Waschmaschine, gezeigt, die mit einer sich nach hinten oben erstreckenden Konsole 12 versehen ist, die eine Vorderseite 14 aufweist und für Nutzer hinter einer Schachtzugangsklappe 16 oder dergleichen zugänglich ist.
Bei der Frontabdeckung bzw. Fascia 14 kann es sich um eine Metallverkleidung handeln, die über einen Eintiefungsab schnitt 11 der Konsole 12 passt, um die Eintiefung 13 in einer Vorderseite der Konsole 12 abzudecken, die für einen Membranschalter 15 den Raum bereitstellt, der hinter der Steuerfläche passt, wie nachfolgend erläutert. Der Membranschalteraufbau 15 weist ein Endstück 44 auf, das durch eine Öffnung 17 durch die Vorderseite der Konsole 12 hindurchtreten kann, um den Membranschalteraufbau 15 mit (nicht gezeigter) Steuerelektronik zu verbinden, die in der Konsole 12 zu liegen kommt.
Die Frontabdeckung 14 kann auswärts verlaufend konvex sein und beispielsweise aus einem Aluminiumblech einer Dicke von 0,019 Inch (0,048 Inch) gebildet sein, das durch die Konsole 12 getragen ist. Die Frontabdeckung 14 besteht aus starrem bzw. steifem Material, was allgemein bedeutet, dass sie ihre Form ohne Abstützung beibehält, und was außerdem bedeutet, dass sie viel steifer ist als eine herkömmliche Kunststoffmembran der in einem Membranschalter verwendeten Art, um beispielsweise einem Einklappen unter leichtem Fingerdruck zu widerstehen. Andere Metalle, Kunststoffe und Glas können ebenfalls für die Frontabdeckung 14 verwendet werden.
Auf der Vorderseite der Frontabdeckung 14 kann eine Reihe von Betätigungspositionen 18 und Anzeigeleuchten 20 angeordnet sein, wobei die Leuchten eine visuelle Anzeige bereitstellen können, dass die Betätigungspositionen 18 aktiviert worden sind. Die Lage der Betätigungspositionen 18 kann durch eine einfache Grafik 24 bzw. Markierung angezeigt sein, die auf die Frontplatte des Geräts 10 gedruckt oder in diese geätzt ist. Die Grafik 24 kann eine Solllage für (auszuübenden) Fingerdruck und/oder eine beschreibende Legende bereitstellen.
Kleine Löcher können durch die Frontabdeckung 14 für die Anzeigeleuchten 20 geschnitten sein; anderweitig kann die Frontabdeckung 14 jedoch eine Außenseite aufweisen, die im Wesentlichen gegenüber Wasser und Waschmittel beständig ist und die das Ablaufen verspritzter Flüssigkeiten zulässt.
Wie in 2 gezeigt, umfasst das Material der Frontabdeckung 14 eine Frontplatte 26 für die Betätigungspositionen 18. Angebracht an der Rückseite der Frontplatte 26 befindet sich eine vordere Membran 32, die Teil eines Membranschalteraufbaus 15 bildet und aus herkömmlichem Material besteht sowie herkömmliche Struktur aufweist. Ein Haftmittel bzw. Klebstoff (nicht gezeigt) kann zur Anbringung der vorderen Membran 32 an der Rückseite der Frontplatte 26 vorgesehen sein. Hinter der vorderen Membran 32 befindet sich eine hintere Membran 36. Die Membranen 32 und 36 können beispielsweise eine Polyesterform einer Art sein, die auf diesem Gebiet der Technik geläufig ist.
Die vordere Membran 32 und die hintere Membran 36 werden an ihrem Rand durch den Klebstoff 34 zusammengehalten und sie sind innerhalb ihrer Ränder durch dielektrische Punkte 52 getrennt, wie nachfolgend erläutert. Leitermuster (in 2 nicht gezeigt) sind auf die inneren, zur vorderen Membran 32 und zur hinteren Membran 36 weisenden Flächen gedruckt. Im Gebrauch kann eine Person die Grafik bzw. Markierung 24 mit ihrem Finger 41 niederdrücken, wodurch eine geringe Verformung der Frontplatte 26 sowie ein entsprechendes Drücken der vorderen Membran 32 gegen die hintere Membran 36 unter Aktivierung des Membranschalters hervorgerufen wird.
Ein hinterer Träger bzw. eine hintere Stütze 38, üblicherweise in Formübereinstimmung mit der Krümmung der Frontplatte 26, versteift die vordere Membran 32 und die hintere Membran 36 und ist an der Frontplatte 26 durch (nicht gezeigte) Klammern oder an einer Vorderseite der Eintiefung 13 angebracht oder an der Frontplatte 26 angebracht über die dazwischen liegenden Schichten aus der vorderen Membran 32 und der hinteren Membran bzw. den hinteren Membranen 36 zur Bereitstellung eines bestimmten Widerstands gegenüber einer rückwärts gerichteten Bewegung. Die hintere Membran 36 und der hintere Träger können kombiniert oder ersetzt sein durch eine steife gedruckte Schaltkarte, insbesondere dann, wenn die gewünschte Form der Frontabdeckung 14 eher gekrümmt denn flach ist in dem Fall, dass ein getrennter hinterer Träger 38 nicht erforderlich ist.
In einer in 2b gezeigten alternativen Ausführungsform können kleine Löcher 28 in die Frontplatte 26 über der Markierung 24 an den Stellen bzw. in den Positionen der Anzeigeleuchten 20 geschnitten sein, wobei in jedes dieser Löcher ein kleines transparentes Fenster 30 eingesetzt ist. Die vordere Membran 32 und die Zwischenmembran 36 können transparent und frei von Licht blockierenden Materialien im Bereich der Anzeigeleuchten 20 sein, um den Hindurchtritt von Licht von einer Licht emittierenden Diode (LED) 40 dort hindurch zu ermöglichen. Die LED 40 ist an einer Vorderseite einer hinteren Membran bzw. einer gedruckten Schaltkarte 39 angebracht und erstreckt sich ausgehend von dort. Eine Abstandhalterschicht 43 legt die hintere Membran bzw. die gedruckte Schaltkarte 39 in der Rückseite der Zwischenmembran 36 fest und stellt ein Loch 45 zur Aufnahme der LED 40 bereit, um die Vorderseite der LED 40 davon abzuhalten, in die Rückseite der Zwischenmembran 36 vorzustehen. Ein (nicht gezeigter) Steuerschaltkreis kann vorgesehen sein, der die LED 40 veranlasst, bei abwechselnden Drücken des zugeordneten Schalters aufzuleuch ten, um anzuzeigen, dass die geschaltete Funktion aktiv ist, was auf diesem Gebiet der Technik geläufig ist.
Wie in 3 gezeigt, enthält eine Vorderseite der hinteren Membran 36 einen Satz von leitenden Bahnen 42, die sich ausgehend vom Endstück 44 erstrecken, bei dem es sich um eine Verlängerung der hinteren Membran 36 handelt. Die leitenden Bahnen 42 verlaufen von dem Endstück 44 zu einem allgemein rechteckigen Körperabschnitt 46 der hinteren Membran 36 und bilden dort ein parallel geschaltetes Kontaktmuster 48, das auf dieser Vorderseite der hinteren Membran 36 in der Position von jeder Drucktaste 18 freiliegt. Die Vorderseite der hinteren Membran 36 kann auch die LEDs 40 tragen (von denen der Klarheit halber nur eine einzige gezeigt ist) sowie zugeordnete leitende Bahnen 42, die strichliert gezeigt sind. Die Bahnen 42 können aus Silber oder einem anderen geeigneten Material gedruckt sein.
Eine Rückseite der vorderen Membran 32, die normalerweise benachbart zur Vorderseite der hinteren Membran 36 liegt, stellt Kurzschlussklötze 50 bereit, die die parallel geschalteten Kontaktmuster 48 überspannen bzw. überdecken. Wenn auf die vordere Membran 32 an den Punkten der Kurzschlussklötze 50 Druck angelegt wird, kontaktieren die Kurzschlussklötze 50 die parallel geschalteten Kontaktmuster 48 unter Kurzschließen der parallel geschalteten Kontaktmuster 48, wodurch zwischen zwei zugeordneten leitenden Bahnen 42 elektrischer Strom fließt. Die Kurzschlussklötze 50 können aus Kohlenstoff oder einem anderen geeigneten Material bestehen.
Ein unbeabsichtigtes Kurzschließen der parallel geschalteten Kontaktmuster 48 durch die Kurzschlussklötze 50 wird nicht durch eine Abstandhalterschicht verhindert, sondern durch ei ne Reihe von isolierenden oder dielektrischen Punkten 52, die auf die Rückseite der vorderen Membran 32 über den Kurzschlussklötze 50 und die Bereiche um die Kurzschlussklötze 50 gedruckt sind. Alternativ können die dielektrischen Punkte 52 auf die Vorderseite der hinteren Membran 36 gedruckt sein. Wie vorstehend erläutert, kann Klebstoff 34, der um den Perimeter von jeder vorderen Membran 32 oder hinteren Membran 36 selektiv gedruckt ist, für eine Fixierung der vorderen Membran 32 an der hinteren Membran 36 sorgen, wie durch Pfeile 54 gezeigt.
Der Abstand zwischen den dielektrischen Punkten 52 variiert unter Festlegung einer "Punktdichte", wie nachfolgend erläutert, zur Steuerung des Ausmaßes der Aktivierungskraft, die die vordere Membran 32 und die hintere Membran 36 veranlassen, einander zu kontaktieren. Die Anzahl der dielektrischen Punkte 52 pro Quadratinch kann frei variiert werden, um eine genaue Steuerung bereit zu stellen sowohl bezüglich der Aktivierungskraft des Schalters wie der Änderung der Aktivierungskraft als Funktion des Orts bzw. der Position. Eine massive dielektrische Abdeckung kann außerdem überall dort positioniert werden, wo es unerwünscht ist, eine Schalteraktivierung bereit zu stellen.
Herkömmliche Membranschalter verwenden eine Abstandhalterschicht, die 0,005 bis 0,01 Inch (0,013 bis 0,025 cm) dick sein kann. In der vorliegenden Erfindung besitzen die dielektrischen Punkte eine Dicke von weniger als 0,002 Inch (0,005 cm) und bevorzugt von ungefähr 0,001 Inch (0,0025 cm), um mit einer vergleichbar kleinen Auslenkung eine Aktivierung des Schalters zu ermöglichen, der durch die Kurzschlussklötze 50 und die parallel geschalteten Kontaktmuster 48 gebildet ist.
Es wird deshalb bemerkt, dass, ohne die Auslenkung der Frontplatte 26 in Bezug auf eine Verbiegung notwendigerweise zu beschränken, der Aktivierungsbereich um die Aktivierungspositionen 18 einfach gesteuert werden kann durch Anordnen der dielektrischen Punkte 52 mit Abstand. Es wird bemerkt, dass der hintere Träger 38 nicht notwendigerweise perfekt steif sein muss.
Andere Verfahren bzw. Methoden zum Verringern oder Vermeiden einer falschen bzw. unbeabsichtigten Auslösung der Schalter kann ebenfalls zusammen mit oder anstelle einer Veränderung des Abstands der dielektrischen Punkte 52 eingesetzt werden, beispielsweise einschließlich Signalverarbeitungstechniken, die bestimmten Tasten Priorität verleihen, wenn mehrere Tasten gedrückt werden, oder die die erste zu drückende Taste innerhalb eines vorbestimmten Zeitfensters auswählen, während die anderen Niederdrückvorgänge blockiert werden, oder die eine Antiprelltechnik oder dergleichen verwenden, um unzutreffende Niederdrückvorgänge auszufiltern.
Unter Bezug auf 4 führt die Steifigkeit der Frontplatte 26 zu einer bestimmten Kraftverteilung, die einen Spielraum 60 erfordert, der parallel geschaltete Kontaktmuster 48 der Betätigungspositionen 18 trennt, um eine Auslösung benachbarter Betätigungspositionen 18 zu unterbinden, wenn eine bestimmte Drucktaste 18 gedrückt wird. Für eng beabstandete Betätigungspositionen 18 kann der Spielraum 60 den Kontaktbereich bzw. die Kontaktfläche zwischen den Kurzschlusspolstern 50 und den parallel geschalteten Kontaktmustern 48 in ungünstiger Weise verringern. Die vorliegende Erfindung zieht deshalb in Betracht, dass die Fläche bzw. der Bereich der Kurzschlussklötze 50 und der parallel geschalteten Kontaktmuster 48 vergrößert werden kann durch Verlängern der Relativproportion von beiden entlang einer Achse senkrecht zu einer Achse 62, entlang derer die Betätigungspositionen 18 getrennt vorgesehen sind. Wie in 4 gezeigt, können die Kurzschlusspolster 50 in einer Ausführungsform oval sein, wobei ihre längeren Achsen vertikal sowie lotrecht zu einer horizontalen Trennachse 62 verlaufen. Andere asymmetrische Formen können für diesen Zweck ebenfalls vorgesehen werden.
Wie in 5 gezeigt, kann die Frontplatte 26 in einer Ausführungsform aus einem transparenten Material, wie etwa Kunststoff oder Glas, bestehen. In diesem Fall können das Kurzschlussklötze 50 und die parallel geschalteten Kontaktmuster 48 so konstruiert sein, dass die Ringform besitzen, wenn sie auf die Rückseite der Membran 32 und die Vorderseite der Membran 36 gedruckt sind bzw. werden. Die Ringform des Kurzschlussklötze 50 und der parallel geschalteten Kontaktmuster 48 erlaubt es, dass Licht von der LED 40 (vorstehend erläutert) die transparenten Membranen 32 und 36 und das Zentrum des Kurzschlusspolsters 50 sowie der parallel geschalteten Kontaktmuster 48 durchsetzt, um eine im Bereich der Betätigungspositionen 18 zentrierte sichtbare Beleuchtung bereit zu stellen. In diesem Beispiel ist der hintere Träger 38 durch ein starres bzw. steifes Material der gedruckten Schaltkarte 39 gebildet. Die gedruckte Schaltkarte 39 kann auch andere elektrische Bestandteile 47 halten, wie etwa Widerstände, Dioden oder Transistoren oder dergleichen, und sie kann anstelle der zweiten Membran 36 elektrische Kontakte tragen.
Wie in 6 gezeigt, kann in einer weiteren Ausführungsform die vordere Membran 32 weggelassen werden, indem die Frontplatte 26 dazu genutzt wird, den Kurzschlussklotz 50 zu tra gen, oder eine aus Metall bestehende Frontplatte 26 kann selbst als Kurzschlussklotz 50 dienen. In dem Fall, dass die Frontplatte 26 aus einem isolierenden Material, wie etwa Kunststoff, besteht, kann der Kurzschlussklotz 50 auf die Rückseite der Frontplatte 26 unter Verwendung von ähnlichen Techniken gedruckt werden wie diejenigen, die verwendet werden, um die Membran 32 zu bedrucken.
Wie in 7 gezeigt, können die parallel geschalteten Kontaktmuster 48, die jeweils einer Drucktaste 18 zugeordnet sind, so erstellt sein, dass sie drei elektrisch isolierte Sätze von parallel geschalteten Kontaktmustern 48a – 48c bereitstellen, die sämtliche im Bereich von einer Drucktaste 18 mit gemeinsamen Kurzschlussklotz 50 arbeiten. Jeder elektrisch isolierte Satz von parallel geschalteten Kontaktmustern 48a – 48c kann eine unterschiedliche Aktivierungsdruckschwelle besitzen, die als Druck definiert ist, bei dem sie elektrisch beim Zusammendrücken der Membranen 32 und 36 kontaktieren.
In einer Ausführungsform können diese unterschiedlichen Druckschwellen erzeugt werden unter Verwendung dielektrischer Punkte 52 unterschiedlicher Höhen über den Leitern der parallel geschalteten Kontaktmuster 48. Für das parallel geschaltete Kontaktmuster 48a erfordern größere bzw. höhere dielektrischen Punkte 52 größere Aktivierungsdruckpegel als die kürzeren dielektrischen Punkte 52, die dem parallel geschalteten Kontaktmuster 48c zugeordnet sind.
Alternativ oder zusätzlich und wie in 7 gezeigt, kann die Trenndistanz zwischen den dielektrischen Punkten 52 geändert werden, um Unterschiede bezüglich der Aktivierungsdruckschwellen zwischen den parallel geschalteten Kontaktmustern 48a – 48c bei größerer Trenndistanz zwischen den dielektrischen Punkten 52 entsprechend niedrigeren Aktivierungsdruckschwellen bereitstellen.
Auf diese Weise kann ein einzige Drucktaste 18 unterscheiden zwischen keinem Druck und zumindest zwei unterschiedlichen Aktivierungsdrücken, die an die Membranen 32 und 36 angelegt sind.
In einer alternativen Ausführungsform können die unterschiedlichen parallel geschalteten Kontaktmuster 48a – 48c auf unterschiedlichen Schichten des Schalters so angeordnet sein, dass sie entlang der Druckachse der Drucktaste 18 getrennt vorliegen.
Wie in 8 gezeigt, kann die Frontplatte 26 ein Schalterstellorgan 64 aufweisen, das an ihr angebracht ist, im vorliegenden Fall ein Schwenkstellorgan 66, das um eine Schwenkachse 58 verschwenkt, die an der Frontplatte 26 angebracht ist. Das Schwenkstellorgan 66 weist eine sich nach hinten erstreckende Nocke 70 auf, die derart positioniert ist, dass ein Kippen des Schwenkstellorgans 66 die Nocke 70 an die Frontplatte 26 drückt, wobei die Kraft durch einen Fingerdruck im Bereich der Drucktaste 18 konzentriert wird und diese Kraft durch mechanische Vorteilnahme verstärkt wird.
Alternativ und wie in 9 gezeigt, kann ein Drucktastenstellorgan 71 verwendet werden, das einen nach hinten verlaufenden Punkt 72 aufweist, der durch eine Verkleidung 74 daran gehindert wird, eine Vorspanndruckfeder 76 nach außen zu drängen. Das Drücken des Drucktastenstellorgans 71 verschiebt den Punkt 72 auf die Frontplatte 26, wodurch Kraft in der Position der Drucktaste 18 konzentriert wird.
Wie in 10 gezeigt, besitzen die dielektrischen Punkte 52 beliebige Form unter Bereitstellung diskreter Isolationsinseln, die sowohl bezüglich der Höhe wie der räumlichen Dichte variieren können. In einer Ausführungsform kann der dielektrische Punkt 52c unter Verwendung einer isolierenden Tinte oder eines Klebstoffs gedruckt sein. Alternativ können die dielektrischen Punkte 52b ein Element aus isolierender Folie sein, beispielsweise Polyester, die gestanzt oder anderweitig geschnitten oder perforiert sein kann, um die erforderlichen Isolationsbereiche bereit zu stellen. In diesem Fall können die diskreten dielektrischen Punkte 52b durch ein Netzwerk aus Material verbunden bzw. vereinigt sein, um sie in Bezug aufeinander zu positionieren und die Montage zu vereinfachen. Alternativ können die dielektrischen Punkte 52a Vorsprünge oder Verformungen entweder in den Membranen 32 oder 36 sein. Die dielektrischen Punkte 52 müssen keine spezielle Form aufweisen und nicht in regelmäßigen Positionen angeordnet sein.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die vorstehend offenbarten Ausführungsformen und Darstellungen beschränkt; vielmehr können diese Ausführungsformen modifiziert werden und Teile der Ausführungsformen und Kombinationen von Elementen unterschiedlicher Ausführungsformen besitzen, die sämtliche in den Umfang der nachfolgenden Ansprüche fallen.
Zusammenfassend ist festzustellen, dass ein Membranschalter eine im Wesentlichen steife Frontabdeckung aufweist, die ausbiegungsbeschränkende Abstandhalter oder dergleichen überflüssig macht. Der Membranschalter kann dünne gedruckte isolierende Punkte verwenden, deren Muster die Kraft steuert, die erforderlich ist, die Schaltelemente als Funktion der Distanz von den Schalterelementen zu betätigen, wodurch Mehrfachaktivierungen verhindert werden.

Claims

Elektrischer Schalteraufbau, aufweisend: Eine im Wesentliche starre bzw. steife Frontplatte; einen Membranschalter, der hinter der Frontplatte in Kontakt mit der Frontplatte angeordnet ist, wobei der Schalter mehrere räumlich getrennte Schaltelemente bereitstellt; und eine hintere Platte, die hinter dem Membranschalter in Kontakt mit dem Membranschalter angeordnet ist; wobei ein Raum zwischen der Frontplatte und der hinteren Platte im Wesentlichen frei von einer Struktur ist, die die Auslenkung der Frontplatte in einen Bereich der Schalterelemente begrenzt.
Elektrischer Schalteraufbau nach Anspruch 1, wobei die Frontplatte eine Metallblechplatte ist.
Elektrischer Schalteraufbau nach Anspruch 1, wobei die Frontplatte aus steifem bzw. starrem Kunststoff besteht.
Elektrischer Schalteraufbau nach Anspruch 1, wobei die Frontplatte aus Glas besteht.
Elektrischer Schalteraufbau nach Anspruch 1, wobei die Frontplatte nicht planar bzw. eben ist.
Elektrischer Schalteraufbau nach Anspruch 5, wobei die Frontplatte nach außen verlaufend konvex ist.
Elektrischer Schalteraufbau nach Anspruch 1, wobei der Membranschalter bei einer Auslenkung von weniger als 0,002 Inch eine Betätigung bzw. einen Schaltvorgang bereitstellt.
Elektrischer Schalteraufbau nach Anspruch 1, außerdem aufweisend ein bewegliches Schalterstellorgan, das vor der steifen bzw. starren Frontplatte angeordnet ist, um durch einen Nutzer gedrückt zu werden, und um einen erhöhten Druck auf den Schalterbereich durch Drücken durch einen Nutzer anzulegen.
Elektrischer Schalteraufbau nach Anspruch 1, wobei die starre bzw. steife Frontplatte transparent ist und außerdem hinter der Frontplatte eine Lampe enthält.
Elektrischer Schalteraufbau nach Anspruch 9, wobei die hintere Platte eine die Lampe haltende gedruckte Schaltkarte ist.
Elektrischer Schalteraufbau, aufweisend: Eine im Wesentliche starre bzw. steife Frontplatte; eine vordere und hintere flexible Folie, die in mehreren räumlich getrennten Schalterbereichen elektrisch unabhängige leitende Schalterkontakte räumlich getrennt auf jeweiligen gegenüberliegenden Seiten der vorderen und hinteren flexiblen Folie trägt, wobei Abschnitte der vorderen und hinteren flexiblen Folie durch isolierende Elemente mit einer Dicke nicht größer als 0,002 Inch (0,005 cm) getrennt sind; wodurch Betätigungskräfte durch die im Wesentlichen starre bzw. steife Frontplatte übertragen werden können.
Elektrischer Schalteraufbau nach Anspruch 11, wobei die Frontplatte ausgewählt ist aus der Gruppe, die aus Blech, starrem Polymer und Glas besteht.
Elektrischer Schalteraufbau nach Anspruch 11, wobei die Schalterbereiche entlang einer ersten Achse getrennt sind, und wobei die elektrisch unabhängigen leitenden Schalterkontakte entlang der ersten Achse proportional schmaler sind als entlang einer Achse senkrecht zu der ersten Achse.
Elektrischer Schalteraufbau nach Anspruch 11, wobei die vordere und hintere flexible Folie durch mehrere isolierende Inseln getrennt ist.
Elektrischer Schalteraufbau nach Anspruch 14, wobei die isolierenden Inseln Bereiche gedruckter isolierender Tinte sind.
Elektrischer Schalteraufbau nach Anspruch 14, wobei die isolierenden Inseln aus Abschnitten einer getrennten isolierenden Folie gebildet sind.
Elektrischer Schalteraufbau nach Anspruch 14, wobei der isolierenden Inseln Vorsprünge bzw. Ausprägungen in zumindest entweder der vorderen oder hinteren flexiblen Folie sind.
Elektrischer Schalteraufbau nach Anspruch 14, wobei die isolierenden Inseln variierende Musterdichte abhängig von einer Distanz von den Zentren der Schalterbereiche besitzen.
Elektrischer Schalteraufbau, aufweisend Eine im Wesentliche steife bzw. starre Frontplatte, die auf ihrer Rückseite in unterschiedlichen Schalterpositionen leitende erste Schalterkontakte trägt; und ein hinteres Element, das hinter der vorderen Platte in Kontakt benachbart zu der vorderen Platte angeordnet ist und auf seiner Vorderseite in unterschiedlichen Schalterpositionen zweite Schalterkontakte trägt, die mit den ersten Schalterkontakten bei Auslenkung der Frontplatte in Verbindung bringbar sind.
Elektrischer Schalteraufbau nach Anspruch 19, wobei die ersten Schalterkontakte aus Metall der Frontplatte bestehen.
Elektrischer Schalteraufbau nach Anspruch 19, wobei die Frontplatte nicht leitend ist, und wobei die ersten Schalterkontakte auf der Rückseite der Frontplatte angebracht sind.
Elektrischer Schalteraufbau, aufweisend: Zumindest ein Paar von benachbarten verformbaren Folien, die in einem Schalterbereich mehrere elektrisch unabhängige leitende Schalterkontakte auf gegenüberliegenden Seiten der verformbaren Folien tragen, um diese gegenseitig in Kontakt zu bringen, wenn die verformbaren Folien in dem Schalterbereich gedrückt werden; mehrere isolierende Inseln, die die leitenden Schalterkontakt trennen, wobei die isolierenden Inseln dazu ausgelegt sind, ein Kontaktieren der leitenden Schalterkontakte bei unterschiedlichen Druckschwellen bereit zu stellen, wenn die verformbaren Folien in dem Schalterbereich gedrückt werden; wobei ein Schalter vorgesehen ist, der zwischen keinem Druck und zumindest zwei Druckniveaus unterscheidet.
Elektrischer Schalteraufbau nach Anspruch 22, wobei die isolierenden Inseln in der Nähe unterschiedlicher Kontakte unterschiedliche Dicke besitzen, um die unterschiedlichen Druckschwellen bereit zu stellen.
Elektrischer Schalteraufbau nach Anspruch 22, wobei die isolierenden Inseln unterschiedliche Abstände voneinander aufweisen, um unterschiedliche Druckschwellen bereit zu stellen.
Elektrischer Schalteraufbau nach Anspruch 22, außerdem aufweisend eine starre bzw. steife Frontplatte, die vor den verformbaren Folien angeordnet ist, und durch die Druck an die verformbaren Folien angelegt werden muss.
Elektrischer Schalteraufbau nach Anspruch 22, wobei eine der verformbaren Folien ein im Wesentlichen starres bzw. steifes Material ist.