-
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erfassung eines Tastendrucks und eine Tastatur umfassend eine oder mehrere derartige Vorrichtungen.
-
Bei Tastaturen werden unterschiedlichste Arten und Bauformen von Tastenmodulen verwendet. Dabei sind der konstruktive Aufbau und die Erzeugung eines Signals, das beispielsweise die Betätigung einer Taste signalisiert, wesentliche Einflussfaktoren auf die Qualität eines Tastenmoduls und damit einer Tastatur.
-
Ein Großteil der kommerziell erhältlichen Tastenmodule gehört zu den sogenannten mechanischen Tastenmodulen. Seit langem hat sich bei diesen folgendes Kontaktsystem bewährt: Bei Betätigung des Tastenmoduls berühren sich zwei metallische Kontaktflächen, was einen Kurzschluss zur Folge hat und ein Schaltsignal auslöst.
-
Nachteilig an den konventionellen mechanischen Tastenmodulen ist, dass ein Materialverschleiß, insbesondere ein mechanischer Abrieb an den Kontaktflächen unvermeidbar ist. Dadurch treten mit steigender Nutzungsdauer der Tastenmodule auch vermehrt Fehlschaltungen auf. Besonders nachteilig wirkt sich ein Bruch der Kontaktflächen auf die Funktionalität der Tastenmodule aus.
-
Ein weiterer Nachteil eines mechanischen Tastenmoduls liegt darin, dass bei einer Betätigung nur ein Schaltpunkt vorgesehen ist, das heißt es wird pro Betätigung an einer bestimmten Stelle genau ein Signal ausgelöst.
-
Unterschiedliche Anwendungen, beispielsweise Texterfassung einerseits und Spiele andererseits, würden sich besser bedienen lassen, wenn der Schaltpunkt des Tastenmoduls bei einer anderen Stelle der Betätigungsbewegung liegen würde, das Signal also früher oder später ausgelöst werden würde. Wünschenswert wäre daher eine Verstellbarkeit des Schaltpunktes, so dass ein Tastenmodul und damit eine Tastatur für verschiedene Anwendungen optimal nutzbar sind.
-
Nachteilig bei mechanischen Tastenmodulen ist ferner, dass nur ein Signal pro Betätigung ausgelöst wird. Ein variables Signal, in einzelnen Stufen oder feinabgestuft oder auch stufenlos, ist somit nicht möglich. Viele Anwendungen beispielsweise bei Spielen wünschen jedoch eine sogenannte Joystick-Funktion, um beispielsweise Objekte mit variabler Geschwindigkeit steuern zu können.
-
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Erfassung eines Tastendrucks anzugeben, die eine im Vergleich zu den konventionellen mechanischen Tastenmodulen höhere Lebensdauer bei im Wesentlichen gleichbleibender Schaltqualität ermöglicht und/oder die Erfassungs- und Verarbeitungsmöglichkeiten des Tastendrucks erweitert und dadurch die vorgenannten Nachteile zumindest teilweise überwindet. Ferner soll eine neue Tastatur mit einer derartigen Vorrichtung angegeben werden.
-
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und eine Tastatur mit den Merkmalen des Anspruchs 11. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind in den jeweiligen abhängigen Ansprüchen angegeben.
-
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Erfassung eines Tastendrucks umfasst ein Schaltungssubstrat, ein an dem Schaltungssubstrat angebrachtes Tastenmodul mit einer Tastenkappe und einem Bewegungsmechanismus zum Bewegen der Tastenkappe relativ zum Schaltungssubstrat zwischen einer Ruheposition und einer Betätigungsposition und eine Einrichtung zur Erfassung der Bewegung der Tastenkappe relativ zum Schaltungssubstrat. Insbesondere kann die Tastenkappe linear und/oder senkrecht zum Schaltungssubstrat bewegbar sein.
-
Unter Schaltungssubstrat wird beispielsweise eine Leiterplatte und/oder eine Schaltungsplatine und/oder eine Schaltungsfolie und/oder ein Stanzteil und/oder ein sonstiges Substrat, insbesondere mit aufgebrachten und/oder integrierten Leiterbahnen, verstanden. Das Schaltungssubstrat kann auch aus zwei oder mehreren Schichten aufgebaut werden, beispielsweise aus zwei oder mehreren der vorgenannten Schichten. Ferner wird unter Schaltungssubstrat auch jede andere Referenzeinrichtung oder Referenzkomponente der Vorrichtung verstanden, gegenüber der sich das Objekt bewegt.
-
Der Bewegungsmechanismus weist mindestens ein einteiliges oder mehrteiliges Bewegungselement auf, das sich bei Bewegung der Tastenkappe relativ zum Schaltsubstrat ebenfalls zumindest bereichsweise relativ zum Schaltsubstrat bewegt und ein leitfähiges Material umfasst oder daraus besteht, wobei das leitfähige Material eine durchgehende Ausnehmung (auch Öffnung) umschließt, so dass ein Stromfluss um die Ausnehmung möglich ist. Es können ein oder zwei oder drei oder mehrere Bewegungselemente vorgesehen sein.
-
Die Einrichtung zur Erfassung der Bewegung der Tastenkappe relativ zum Schaltungssubstrat wiederum umfasst einen elektrischen Resonanzschwingkreis mit mindestens einem Kondensator und mit mindestens einer in Relation zum Schaltungssubstrat ortsfesten Primärspule mit einer oder mehreren Spulenwindungen sowie mindestens eine Sekundärspule mit einer kurzgeschlossenen Windung.
-
Die Primärspule ist an einer der Tastenkappe gegenüberliegenden Rückseite des Tastenmoduls an oder in dem Schaltungssubstrat angeordnet.
-
Insbesondere kann es sich um eine Planarspule handeln, wobei auch andere Spulenarten, beispielsweise eine Zylinderspule, möglich sind.
-
Das mindestens eine, ein- oder mehrteilige Bewegungselement bildet die mindestens eine Sekundärspule. Es kann sein, dass es nur ein entsprechendes Bewegungselement gibt, so dass dieses die dann nur eine Sekundärspule bildet. Es kann aber auch sein, dass mehrere Bewegungselemente vorgesehen sind, die jeweils eine Sekundärspule bilden. Das jeweils die Ausnehmung umschließende leitfähige Material bildet die jeweils kurzgeschlossene Windung der Sekundärspule. Bei der bzw. jeder Sekundärspule handelt es sich somit um eine kurzgeschlossene Sekundärspule mit einer geschlossenen Windung. Unter einer derartigen kurzgeschlossenen Sekundärspule wird somit insbesondere jede geschlossene Form, beispielsweise ein Ring oder ein Rahmen, eines elektrisch leitfähigen Materials verstanden, die eine durchgehende und von dem leitfähigen Material umschlossene Ausnehmung (auch: Öffnung) aufweist, so dass um diese Ausnehmung ein Stromfluss möglich ist. In diesem Fall lassen sich keine Spulen- oder Windungsenden definieren, vielmehr besteht die kurzgeschlossene Spule in diesem Fall aus einer geschlossenen Windung.
-
Gemäß der Erfindung ist ferner vorgesehen, dass die Primärspule und die mindestens eine Sekundärspule induktiv miteinander gekoppelt sind. Bei der Bewegung der Tastenkappe und damit des die mindestens eine Sekundärspule bildenden mindestens einen Bewegungselements zwischen Ruheposition und Betätigungsposition verändert sich die Stärke der induktiven Kopplung zwischen der Primärspule und der mindestens einen Sekundärspule und damit auch mindestens eine physikalische Größe des Resonanzschwingkreises.
-
Erfindungsgemäß umfasst die Einrichtung zur Erfassung der Bewegung der Tastenkappe relativ zum Schaltungssubstrat zusätzlich eine Messeinrichtung zur Erfassung und/oder Verarbeitung mindestens einer sich bei der Bewegung der Tastenkappe zwischen Ruheposition und Betätigungsposition ändernden physikalischen Größe des elektrischen Resonanzschwingkreises. Ferner gibt diese Einrichtung mindestens ein von der Änderung der physikalischen Größe abhängiges elektrisches Signal aus, das heißt die Messeinrichtung weist eine entsprechende Vorrichtung zur Signalausgabe auf.
-
Die Vorteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung liegen insbesondere in der berührungslosen Erfassung der Bewegung der Tastenkappe und der hierdurch veranlassten Ausgabe eines elektrischen Signals. Die eingangs beschriebenen mechanischen Lösungen und die damit einhergehenden Probleme entfallen. Dadurch ist es möglich, Vorrichtung zur Erfassung eines Tastendrucks einer Tastatur und damit auch Tastauren mit im Vergleich zu entsprechenden Vorrichtungen und Tastaturen mit mechanischen Lösungen geringerer Störempfindlichkeit und gesteigerter Lebensdauer herzustellen. Ferner ermöglicht die berührungslose Bewegungserfassung und anschließend erfolgende Ausgabe des Signals einen qualitativ gleichbleibenden Erfassungs- bzw. Schaltvorgang, es ergeben sich keine Änderungen beispielsweise des Schaltpunktes oder der Schaltzuverlässigkeit durch Materialverschleiß oder Abrieb oder Bruch.
-
Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den erweiterten Erfassungs- und Verarbeitungsmöglichkeiten der Bewegung der Tastenkappe. Die induktive Kopplung ändert sich fortlaufend während der Bewegung der Tastenkappe. Dies gilt entsprechend für die durch die Messeinrichtung erfasste physikalische Größe, so dass sich beliebige Schaltpunkte veränderbar einstellen lassen und auch ein variables Signal, das die Bewegung der Tastenkappe und gegebenenfalls auch deren Geschwindigkeit widerspiegelt, beispielsweise in einzelnen Stufen oder feinabgestuft oder auch stufenlos, ausgegeben werden kann.
-
Die induktive Kopplung von Primär- und Sekundärspule erfolgt insbesondere nach Art eines Transformators, wobei die Sekundärspule zusätzlich kurzgeschlossen ist.
-
Der Resonanzschwingkreis wird vorzugsweise mit Wechselspannung, insbesondere Wechselspannung mit vorgegebener und/oder einstellbarer Frequenz, beispielsweise 16 MHz, betrieben und ist hierzu an eine entsprechend ausgerüstete Wechselspannungsquelle angeschlossen. Der Kondensator kann ein variabler Kondensator mit einstellbarer Kapazität sein. Ferner kann der Resonanzschwingkreis, insbesondere zur Abstimmung, zusätzlich mindestens einen Widerstand, insbesondere einen einstellbaren Widerstand, umfassen.
-
Vorzugsweise wird die Frequenz und/oder der Kondensator derart eingestellt bzw. gewählt, dass sich der Resonanzschwingkreis bei einer vorgegebenen Position der Tastenkappe relativ zum Schaltungssubstrat im Resonanzbereich (auch: in der Resonanzzone) befindet. Oftmals versorgt die Wechselspannung mehrere Resonanzschwingkreise mehrerer erfindungsgemäßer Vorrichtungen, die den mehreren Tasten einer Tastatur zugeordnet sind bzw. diese bilden, so dass die Frequenz nicht auf den einzelnen Resonanzschwingkreis abgestimmt werden kann. In diesem Fall erfolgt die Anpassung des Resonanzschwingkreises im Hinblick auf seinen Resonanzbereich durch Einstellung der Kondensatorkapazität bzw. Auswahl eines Kondensators passender Kapazität. Durch Einstellung oder Auswahl des oder der Widerstände lässt sich die Resonanzintensität bzw. Resonanzbandbreite einstellen.
-
Bei dem Resonanzschwingkreis handelt es sich um einen LC-Schwingkreis, als Unterfall mit Widerstand um einen LCR-Schwingkreis.
-
Bei der physikalischen Größe kann es sich um eine elektrische Spannung, eine elektrische Stromstärke oder auch eine Resonanzfrequenz oder um die Impedanz der Primärspule handeln. Unter anderem können sämtliche messbaren Parameter eines Resonanzschwingkreises bzw. LC-/LCR-Schwingkreises darunter verstanden werden.
-
Die induktive Kopplung zwischen Primär- und Sekundärspule kann ohne Metallkern, beispielsweise Eisenkern, in Primär- und Sekundärspulen erfolgen. Dies ist vorteilhaft bei vergleichsweise hochfrequenten Betriebsspannungen des Resonanzschwingkreises. Es ist aber auch möglich, in der Primär- und/oder Sekundärspule einen Metallkern vorzusehen, was sich insbesondere bei vergleichsweise niederfrequenten Betriebsspannungen als vorteilhaft erweist.
-
Die Vorrichtung kann genau eine Sekundärspule aufweisen. Es ist aber auch möglich, dass zwei oder drei oder mehrere Sekundärspulen an oder in dem Objekt angeordnet sind. Beispielsweise können sich diese hinsichtlich ihrer jeweiligen induktiven Kopplung mit der Primärspule unterscheiden. Es ist möglich, durch Vorsehen entsprechender Schalter den Kurzschluss der einzelnen Spulen individuell zu unterbrechen und damit jeweils nur eine oder bestimmte Sekundärspulen mit der Primärspule induktiv zu koppeln (bis auf eine unwesentliche zusätzliche Kopplung der Sekundärspulen mit geöffnetem Schalter). Dadurch lassen sich verschiedenen Bewegungen beispielsweise in einem komplexen Bewegungsmechanismus, in dem mehrere Bauteile eines Sekundärspule ausbilden, erfassen und unterscheiden.
-
Nachfolgend wird die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung erläutert:
-
Die Primärspule erzeugt in ihrer Umgebung ein Wechselmagnetfeld, das die Sekundärspule durchdringt. Dadurch sind Primär- und Sekundärspule über das Wechselmagnetfeld induktiv gekoppelt. Das von der Primärspule ausgehende Wechselmagnetfeld induziert in der Sekundärspule eine elektrische Spannung. Da die Sekundärspule kurzgeschlossenen ist, führt dies zu einem Stromfluss innerhalb der Sekundärspule. Im Vergleich zu einer nicht kurzgeschlossenen Sekundärspule ist dieser Stromfluss aufgrund des Kurzschlusses und des damit einhergehenden geringen Widerstands der Sekundärspule vergleichsweise stark.
-
Der Stromfluss in der Sekundärspule wirkt sich wiederum auf die Primärspule und damit auf den Resonanzschwingkreis aus (Rückkopplung). Diese Rückkopplung führt zur Änderung physikalischer Größen des Resonanzschwingkreises, beispielsweise der Impedanz der Primärspule, der Resonanzfrequenz, des Spannungsabfalls und/oder des Stromflusses. Wenn beispielsweise die Sekundärspule in einer ersten Position einen größeren Abstand zur Primärspule aufweist als in einer zweiten Position, ist die induktive Kopplung in der ersten Position kleiner als in der zweiten Position, da die Magnetfeldstärke und die Magnetflussdichte mit zunehmendem Abstand von der Primärspule abnehmen, und umgekehrt. Entsprechend ist in diesem Beispiel auch die Rückkopplung auf die Primärspule und damit die Änderung der physikalischen Größen in der ersten Position kleiner als in der zweiten Position, und umgekehrt. Dies gilt entsprechend für Zwischenpositionen zwischen erster und zweiter Position. Beispielsweise können sich die physikalischen Größen bei einer kontinuierlichen bzw. stetigen Bewegung zwischen erster und zweiter Position ebenfalls kontinuierlich bzw. stetig ändern. Bei der ersten Position kann es sich beispielsweise um die Ruheposition der Tastenkappe und bei der zweiten Position um die Betätigungsposition der Tastenkappe handeln. Vergleichbare Effekte ergeben sich bei einer Lage- bzw. Ausrichtungsänderung der Sekundärspule im Magnetfeld der Primärspule, beispielsweise bei einer Kipp- und/oder Drehbewegung.
-
Die Veränderungen des Resonanzschwingkreises aufgrund der sich ändernden Rückkopplung führen zu einer Verstellung des Resonanzschwingkreises. Wird der Resonanzschwingkreis beispielsweise bei einer bestimmten Position der Sekundärspule relativ zur Primärspule mit seiner Resonanzfrequenz betrieben, so verändert sich die Resonanzfrequenz des Resonanzschwingkreises bei Veränderung der Position der Sekundärspule und die Resonanz klingt ab. Dies führt zu Änderungen physikalischer Größen wie beispielsweise Spannung und Strom, die mittels der Messeinrichtung erfasst und weiterverarbeitet werden können. Der Resonanzschwingkreis bildet somit eine Art induktiven Näherungsschalter, der eine Annäherung oder Entfernung der Tastenkappe an das Schaltungssubstrat signalisiert.
-
Ausgehend von dieser Erfassung der Änderung einer oder mehrerer physikalischer Größen können verschiedene gestufte und stufenlose Signalverarbeitungen realisiert werden. Gleiches gilt auch umgekehrt: Wird der Resonanzschwingkreis nicht mit seiner Resonanzfrequenz betrieben, so kann die Änderung des Abstands bzw. der Lage und/oder Ausrichtung zwischen Primär- und Sekundärspule und die damit einhergehende Änderung der induktiven Kopplung und die daraus resultierende Verstellung des Resonanzschwingkreises dazu führen, dass sich die Frequenz, mit der der Resonanzschwingkreis betrieben wird, dessen Resonanzfrequenz annähert oder diese erreicht, mit entsprechenden Auswirkungen auf physikalische Größen wie Spannung und Strom.
-
Beispielsweise kann auch eine Differenzial-Steuerung realisiert werden: Die Ausgangsposition befindet sich in diesem Fall zwischen erster und zweiter Position, wobei der Resonanzschwingkreis in der eingenommenen Position vorzugsweise im Bereich einer Resonanzflanke betrieben wird, und wird als Nullposition der erfassten physikalischen Größe bzw. Größen kalibriert. Eine Bewegung der Tastenkappe in Richtung erste Position kann dann ausgehend von der erfassten Veränderung des oder der physikalischen Größen bei der Signalausgabe als negative Bewegung der Tastenkappe und eine Bewegung der Tastenkappe in Richtung zweite Position entsprechend als positive Bewegung der Tastenkappe gewertet werden, oder umgekehrt.
-
Das die Sekundärspule bildende Bewegungselement kann ein oder mehrere aus einem Metallblech hergestellte Stanz- und/oder Biegeteile umfassen oder daraus bestehen. Insbesondere kann es ein Stanz- und/oder Biegeteil mit zumindest einem die durchgehende Ausnehmung umgebenden rahmenartigen und/oder ringartigen Abschnitt sein. Gegebenenfalls können weitere Abschnitte, insbesondere an einem äußeren Rand des vorgenannten Abschnitts, vorgesehen sein, beispielsweise schräg oder senkrecht abstehende Abschnitte zur Verbindung mit Elementen des Bewegungsmechanismus. Das Bewegungselement kann einteilig sein, es kann aber auch aus zwei oder drei oder mehreren einzelnen Komponenten zusammengesetzt sein, so dass das leitfähige Material aller Komponenten die Ausnehmung umschließt.
-
Wenn der Bewegungsmechanismus weitere Komponenten aufweist, ist es von Vorteil, wenn die Komponenten des Bewegungsmechanismus bis auf das oder die Bauteile des Bewegungselements, das die Sekundärspule bildet, keine elektrisch geschlossenen ringartigen oder rahmenartigen Elemente mit innenliegender durchgehender Ausnehmung bzw. Öffnung aus einem leitfähigen Material wie Metall aufweisen, sofern diese nicht eine Sekundärspule im Sinne der Erfindung ausbilden sollen. Diese Elemente könnten ebenfalls induktiv mit der Primärspule koppeln und die induktive Kopplung zwischen Primär- und Sekundärspule stören. Um dies zu vermeiden, reicht es aus, bei den entsprechenden Elementen den Ring bzw. Rahmen zumindest an einer Stelle elektrisch zu unterbrechen. Dann ist kein Stromfluss in diesen Elementen möglich und es gibt entsprechend keine oder zumindest keine relevante induktive Kopplung mit der Primärspule. Dieser Zustand entspricht einem Transformator im Lehrlaufbetrieb.
-
Vor diesem Hintergrund sieht eine Ausgestaltung der Erfindung daher vor, dass alle relativ zum Schaltungssubstrat beweglichen Bauteile des Bewegungsmechanismus bis auf das oder die Bauteile des Bewegungselements, das die Sekundärspule bildet, derart ausgebildet sind, dass kein leitfähiges Material eine durchgehende Ausnehmung umschließt und/oder kein geschlossener Stromfluss um eine durchgehende Ausnehmung erfolgen kann und/oder ein Ring oder Rahmen aus leitfähigem Material um eine durchgehende Ausnehmung eine Umfangsunterbrechung aufweist. Die Umfangsunterbrechung ist somit derart ausgebildet, dass sie einen Stromfluss um die durchgehende Ausnehmung verhindert bzw. unmöglich macht.
-
Bei dem Bewegungsmechanismus kann es sich um einen Parallelmechanismus, insbesondere einen Doppelflügel-Parallelmechanismus und/oder einen Scheren-Parallelmechanismus handeln.
-
Unter Parallelmechanismus wird ein Mechanismus verstanden, mit dem die Tastenkappe relativ zum Schaltungssubstrat linear, also entlang einer Geraden, angehoben und abgesenkt werden kann, ohne ihre Ausrichtung zu verändern. Insbesondere wird die Tastenkappe bei dieser Linearbewegung weder verdreht noch verkippt. Eine durch die Tastenkappe gelegte Erstreckungsebene verschiebt sich bei Ausführung der Bewegung mit dem Parallelmechanismus derart, dass die resultierende Erstreckungsebene nach der Bewegung parallel zur ursprünglichen Erstreckungsebene vor der Bewegung verläuft.
-
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Bewegungsmechanismus am Schaltungssubstrat festgelötet ist. Insbesondere ist ein Sockel des Parallelmechanismus, an dem weitere Komponenten des Bewegungsmechanismus beispielsweise mittels Drehlagerung und/oder Drehschiebelagerung gelagert sind, am Schaltungssubstrat festgelötet. In anderen Ausgestaltungen ist auch eine andere Anbringung möglich, beispielsweise mittels Kleben oder Klemmen.
-
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass auf dem Schaltungssubstrat in einem von den Windungen der insbesondere als Planarspule ausgebildeten Primärspule umgebenen Bereich eine Lichtquelle zur Beleuchtung der Tastenkappe angeordnet ist. Bei der Lichtquelle kann es sich beispielsweise um eine LED oder einen Lichtleiter handeln. Ferner kann die Lichtquelle stufenlos oder in Stufen dimmbar sein.
-
Das Tastenmodul kann derart ausgebildet sein, dass Licht von der Rückseite des Bewegungsmechanismus durch den Bewegungsmechanismus und die durchgehende Ausnehmung im Bewegungselement hindurch zur Tastenkappe gelangt. Auf diese Weise kann beispielsweise eine Rückseite der Tastenkappe beleuchtet werden. Symbole aus lichtdurchlässigem Material, das sich durch die Tastenkappe von deren Vorderseite zu deren Rückseite hindurch erstreckt, werden rückseitig beleuchtet und leuchten somit an der Vorderseite und sind dadurch auch bei Dunkelheit sichtbar. Auch eine Beleuchtung um die Tastenkappe herum ist möglich.
-
Ein Sockel des Tastenmoduls und/oder Bewegungsmechanismus kann zumindest teilweise aus lichtdurchlässigem Material besteht. Von der Lichtquelle ausgehendes Material wird dann durch den zumindest teilweise lichtdurchlässigen Sockel weitergeleitet und hierbei gegebenenfalls auch gezielt verteilt, um Beleuchtungseffekte an der Tastenkappe oder um die Tastenkappe herum zu erreichen.
-
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass ein auf dem Schaltungssubstrat angebrachter Sockel des Bewegungsmechanismus und/oder ein auf dem Schaltungssubstrat angebrachtes Rahmenelement dazu ausgebildet ist, den Bewegungsmechanismus und/oder einen der Rückseite des Tastenmoduls gegenüberliegenden Bereich des Schaltungssubstrats und/oder eine oder mehrere in einem der Rückseite des Tastenmoduls gegenüberliegenden Bereich des Schaltungssubstrats angeordnete Lichtquellen und/oder Elektronikbauteile und/oder mechanische Bauteile und/oder Verbindungseinrichtungen, beispielsweise Lötstellen, vor Umwelteinflüssen zu schützen. Gegebenenfalls können hierzu zusätzliche Dichtungsmitteln vorgesehen sein.
-
Der Sockel des Bewegungsmechanismus kann dazu dienen, weitere Komponenten des Bewegungsmechanismus beweglich zu lagern, insbesondere mittels Drehlagerung und/oder Drehschiebelagerung.
-
Bei dem vorgenannten Rahmenelement kann es sich um ein die Tastenkappe zumindest in ihrer Betätigungsposition umgebenden Rahmen, insbesondere einen Dekorrahmen handeln.
-
Die insbesondere als Planarspule ausgebildete Primärspule kann an einer Oberseite und/oder einer Unterseite des Schaltungssubstrats und/oder zwischen mindestens zwei Schichten innerhalb eines mehrschichtigen Schaltungssubstrats angeordnet sein. Bei der Oberseite handelt es sich vorzugsweise um die Seite oder Fläche des Schaltungssubstrats, an der auch das Tastenmodul angebracht ist bzw. die dem Tastenmodul zugewandt ist. Die Unterseite ist entsprechend diejenige Seite oder Fläche, welche dem Tastenmodul abgewandt ist. Auch kann die insbesondere als Planarspule ausgebildete Primärspule zwischen mindestens zwei Schichten innerhalb eines mehrschichtigen Schaltungssubstrats angeordnet sein.
-
Unter einer Windung der Primärspule wird insbesondere eine vollständige Windung verstanden. Insbesondere weist die Windung zumindest weitgehend eine Kreis- oder Ovalform oder auch eine eckige Form, beispielsweise eine Rechteckform, beispielsweise mit abgerundeten Ecken, auf. Bei der Planarspule liegen die gegebenenfalls vorhandenen mehreren Windungen vorzugsweise in einer Ebene, das heißt der Spulendraht liegt in einer Ebene und die Windungen weisen somit unterschiedliche Abmessungen in dieser Ebene auf und sind in dieser Ebene ineinander angeordnet. Entsprechend kann auch die gegebenenfalls zahlreiche Windungen umfassende Planarspule eine Kreis- oder Ringform oder eine Ovalform oder eine eckige Form, beispielsweise eine Rechteckform, gegebenenfalls mit abgerundeten Ecken, aufweisen. Mehrere Windungen einer Planarspule können auch spiralförmig ineinander verlaufen.
-
Die Planarspule kann als gedruckte Schaltung an der Ober- und/oder Unterseite des Schaltungssubstrats oder auch innerhalb des Schaltungssubstrats angeordnet sein. Ferner kann die Planarspule als metallisierte Folie oder als gestanzte Metallplatte (Stanzteil) verwirklicht sein.
-
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist die Messeinrichtung derart eingerichtet, dass bei Erreichen oder Überschreiten mindestens eines Änderungsgrenzwertes der physikalischen Größe das mindestens eine elektrische Signal ausgegeben wird und/oder dass die Signalstärke des mindestens einen elektrischen Signals sich in Abhängigkeit von der Änderung der physikalischen Größe ändert.
-
Bei dem Änderungsgrenzwert kann es sich um einen gemeinsamen Änderungsgrenzwert handeln, der sowohl für eine erste Bewegung von der Ruheposition zur Betätigungsposition als auch für eine zweite Bewegung von der Betätigungsposition zurück in die Ruheposition funktioniert. Es ist aber auch möglich, zwei oder auch mehrere verschiedene Änderungsgrenzwerte vorzugeben, beispielsweise einen ersten Änderungsgrenzwert, der bei der vorgenannten ersten Bewegung funktioniert, und einen zweiten Änderungsgrenzwert, der bei der vorgenannten zweiten Bewegung funktioniert.
-
Die genannten Änderungsgrenzwerte können fest vorgeben sein. Es ist aber auch möglich, dass der oder die Änderungsgrenzwerte einstellbar sind. Dies hat den Vorteil, dass sich der sogenannte Schaltpunkt, also die exakte Position der Tastenkappe während der jeweiligen Bewegung, während der das mindestens eine elektrische Signal ausgegeben wird, ohne mechanische Veränderung des Tastenmoduls verändern und damit einstellen lässt. Somit kann der Bediener der Tastatur individuell den gewünschten Schaltpunkt der Tasten seiner Tastatur einstellen, ohne - wie bisher - neue Tastenmodule kaufen zu müssen. Beispielsweise kann dieselbe Tastatur für Gaming- und Office-Anwendungen genutzt werden, es ist lediglich - sofern gewünscht - der Schaltpunkt zu verändern. Auch kann ein Hersteller ein einheitliches Tastaturmodell für verschiedene Anwendungen bereitstellen und für den jeweiligen Anwendungsfall den Schaltpunkt unterschiedlich voreinstellen.
-
Die Messeinrichtung kann derart eingerichtet sein, dass die Signalstärke des mindestens einen elektrischen Signals von der Position der Tastenkappe relativ zum Schaltungssubstrat abhängig ist. Beispielsweise kann ein variables Signal, in einzelnen Stufen oder feinabgestuft oder auch stufenlos, ausgegeben werden. Dies ist beispielswiese möglich, wenn die Bewegung der Tastenkappe derart erfolgt, dass sich die physikalische Größe bzw. Größen des Resonanzschwingkreises während der Bewegung fortwährend ändern, insbesondere kontinuierlich und/oder stufenlos. Die Messeinrichtung kann dann derart eingerichtet sein, dass das mindestens eine elektrische Signal bei der Bewegung der Tastenkappe stufenlos oder feinabgestuft oder in einzelnen Stufen ausgegeben wird, vorzugsweise mit sich entsprechend stufenlos oder feinabgestuft oder in einzelnen Stufen erfolgender Änderung der Signalstärke.
-
Auf diese Weise lässt sich eine sogenannte Joystick-Funktion bei Tasten, zumindest einer oder einzelner oder aller Tasten einer Tastatur, realisieren, die insbesondere im Gaming-Bereich, aber auch in Office-Anwendungen und sonstigen Anwendungen, beispielsweise beim geschwindigkeitsveränderlichen Scrollen durch Dokumente, Tabellen und Websites oder beim geschwindigkeitsveränderlichen Steuern von Objekten, vielfältige neue Anwendungsmöglichkeiten eröffnet.
-
Die vorgenannten Möglichkeiten der Einstellbarkeit der Schaltpunkte der einzelnen Tastenmodule und damit Tasten und/oder der Realisierung einer Joystick-Funktion bringen ferner den Vorteil mit sich, dass sich Tastaturen im Laufe der Zeit neu kalibrieren lassen. Mechanische, elektromechanische und elektronische Komponenten können im Laufe der Nutzungszeit verschleißen und/oder ihre Eigenschaften aufgrund von Alterung ändern. Dies kann bei Tastenmodulen und Tastaturen dazu führen, dass sich beispielsweise die Schaltpunkte und/oder die Zuordnung von Bewegungspositionen des Bedämpfungselements zu ausgegebenen Signalen bzw. Signalstärken verändern, gegebenenfalls können durch Verstelleffekte bestimmte Funktionen sogar ganz entfallen. In der vorgenannten Messeinrichtung kann eine Zuordnung der erfassten physikalischen Größe bzw. Größen zur Stärke des ausgegebenen elektrischen Signals oder eine Festlegung eines oder mehrerer Änderungsgrenzwerte vorgesehen sein. Diese Zuordnung kann gegebenenfalls - beispielsweise aufgrund der vorgenannten Verschleiß- und Alterungseffekte - angepasst werden. Dadurch kann beispielsweise jedes einzelne Tastenmodul und/oder die gesamte Tastatur neu kalibriert werden, das heißt es wird zumindest weitgehend der Ausgangszustand wiederhergestellt. Beispielsweise kann dies bei jedem Einschalten der Tastatur erfolgen und/oder durch Eingabe bestimmter Befehle und/oder durch Verwendung bestimmter Tastenkombinationen. Dadurch kann beispielsweise die Alterung von Komponenten im Laufe der Lebensdauer kompensiert werden. In analoger Weise können Fertigungstoleranzen oder toleranzbedingte Unterschiede in den Tastenmodulen und/oder Tastaturen durch entsprechende Kalibrierung bzw. Einstellung ausgeglichen werden.
-
Die erfindungsgemäße Tastatur umfasst eine oder mehrere, vorzugsweise eine Vielzahl an erfindungsgemäßen Vorrichtungen. Die Vorteile dieser Tastatur gegenüber herkömmlichen Tastaturen ergeben sich aus den vorstehenden und nachfolgenden Erläuterungen zur erfindungsgemäßen Vorrichtung.
-
Das Schaltungssubstrat der Vorrichtung ist hierbei insbesondere in einem Rahmen oder Gehäuse der Tastatur angeordnet. In bzw. an dem Schaltungssubstrat sind Tastenmodul und Primärspule angeordnet, wobei die Primärspule in mehreren alternativen Ausführungsformen angeordnet sein kann, beispielsweise an einer Oberseite des Schaltungssubstrats, an der auch das Tastenmodul angeordnet ist bzw. die dem Tastenmodul zugewandt ist, oder an einer der Oberseite gegenüberliegenden Unterseite oder - bei einem mehrschichtigen Aufbau des Schaltungssubstrats - innerhalb des Schaltungssubstrats. Zusätzlich zu der Primärspule und dem bereits angesprochenen Kondensator können weitere insbesondere elektrische oder elektronische Bauelemente in und/oder an dem Schaltungssubstrat vorgesehen sein.
-
Die Tastatur kann eine Unterseite und eine der Unterseite gegenüberliegende Oberseite aufweisen, wobei die Unterseite und/oder die Oberseite aus Metall gebildet sind oder eine metallische Schicht oder metallische Zusatzlage oder metallischen Einleger aufweisen. Dadurch lassen sich äußere Störeinflüsse auf die Impedanz der Primärspulen und/oder die Resonanzscheinkreise im Inneren der Tastatur, beispielsweise ausgehend von Mobilfunkstrahlung oder von metallischen Gegenständen, insbesondere in der Nähe der Tastatur, abschirmen.
-
Nachfolgend wird ein Betriebsverfahren für die erfindungsgemäße Vorrichtung und/oder die erfindungsgemäße Tastatur angegeben. Das Verfahren ist ein Verfahren zur Erfassung eines Tastendrucks mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung und/oder oder einer erfindungsgemäßen Tastatur. Das Verfahren umfasst die Schritte:
- a) Durchführung einer Betätigungsbewegung der Tastenkappe derart, dass sich die induktive Kopplung zwischen Primärspule und Sekundärspule und damit auch zumindest eine physikalische Größe des Resonanzschwingkreises verändert;
- b) Erfassen und/oder Verarbeiten der sich aufgrund der Bewegung ändernden mindestens einen physikalischen Größe des Resonanzschwingkreises mittels der Messeinrichtung;
- c) Ausgabe mindestens eines elektrischen Signals bei Erreichen oder Überschreiten eines Änderungsgrenzwertes der physikalischen Größe und/oder Änderung der Signalstärke des mindestens einen elektrischen Signals in Abhängigkeit von der Änderung der physikalischen Größe.
-
Die Vorteile des Verfahrens und weitere Verfahrensschritte ergeben sich aus der vorstehenden Beschreibung der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
-
Insbesondere wird somit während der gesamten Betätigungsbewegung der Tastenkappe ein Wert mindestens einer physikalischen Größe des Resonanzschwingkreises gemessen. Hierbei kann es sich beispielsweise um eine elektrische Spannung und/oder eine elektrische Stromstärke und/oder eine Resonanzfrequenz handeln. Unter anderem können sämtliche messbaren Parameter eines Resonanzschwingkreises darunter verstanden werden. Es können aber auch andere bekannte elektrische Größen gemessen werden.
-
Gemäß einer Variante kann vorgesehen sein, dass dann, wenn die gemessene Größe einen Änderungsgrenzwert (auch: Schwellenwert) erreicht oder überschreitet, das elektrische Signal ausgelöst wird. Dies kann jederzeit während der Bewegung der Tastenkappe der Fall sein oder auch an den Endpunkten der Bewegung. Vorzugsweise können ein oder mehrere Änderungsgrenzwerte vorgegeben sein. Weiter vorzugsweise können ein oder mehrere Änderungsgrenzwerte einstellbar sein, wie bereits vorstehend anhand der erfindungsgemäßen Vorrichtung erläutert.
-
Gemäß einer alternativen oder zusätzlichen Variante kann auch vorgesehen sein, die Signalstärke des mindestens einen elektrischen Signals in Abhängigkeit von der Änderung der physikalischen Größe bzw. Größen zu ändern und damit beispielsweise die bereits angesprochene Joystick-Funktion zu verwirklichen.
-
Gemäß einer Ausgestaltung wird der Resonanzschwingkreis mit einer Wechselspannung vorgegebener und/oder einstellbarer Frequenz betrieben und hierbei durch Einstellung oder Auswahl der Frequenz und/oder durch Einstellung oder Auswahl der Kapazität des Kondensators und/oder durch Einstellung oder Auswahl eines im Resonanzschwingkreis angeordneten Widerstands derart eingestellt, dass sich der Resonanzschwingkreis bei einer vorgegebenen Position der Tastenkappe relativ zum Schaltungssubstrat im Resonanzbereich befindet.
-
Eine Weiterbildung sieht vor, dass die Tastenkappe und/oder das Sekundärspulenelement bei der Betätigungsbewegung linear und/oder senkrecht zum Schaltungssubstrat und/oder zur insbesondere als Planarspule ausgebildeten Primärspule bewegt wird.
-
Auch kann vorgesehen sein, dass sich bei der Betätigungsbewegung ein Abstand des Sekundärspulenelements von dem Schaltungssubstrat und/oder der Primärspule verändert.
-
Die Erfindung wird nachstehend auch hinsichtlich weiterer Merkmale und Vorteile anhand der Beschreibung von Ausführungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die beiliegenden, schematischen Zeichnungen näher erläutert.
-
Dabei zeigen
- 1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer Explosionsdarstellung,
- 2 das ersten Ausführungsbeispiels in einer Ruheposition,
- 3 das erste Ausführungsbeispiel mit abgenommener Tastenkappe,
- 4 das erste Ausführungsbeispiel mit nur einer Komponente des Bewegungsmechanismus, die eine Sekundärspule ausbildet,
- 5 das erste Ausführungsbeispiel ohne Bewegungsmechanismus und Tastenkappe, nur mit Sockel,
- 6 einen Querschnitt durch das erste Ausführungsbeispiel, oben in einer Ruheposition und unten in einer Betätigungsposition,
- 7 ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer Explosionsdarstellung,
- 8 das zweite Ausführungsbeispiel in einer Ruheposition,
- 9 einen Querschnitt durch das zweite Ausführungsbeispiel in einer Ruheposition,
- 10 ein drittes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer Explosionsdarstellung,
- 11 das dritte Ausführungsbeispiel in einer Ruheposition,
- 12 einen Querschnitt durch das dritte Ausführungsbeispiel in einer Ruheposition,
- 13 ein viertes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer Explosionsdarstellung,
- 14 das vierte Ausführungsbeispiel in einer Explosionsdarstellung mit zusammengesetztem Bewegungsmechanismus, ohne Rahmenelement,
- 15 das vierte Ausführungsbeispiel ohne Tastenkappe und Rahmenelement
- 16 das vierte Ausführungsbeispiel ohne Tastenkappe und Rahmenelement und zusätzlich ohne zweiten Sockel, in einer im Vergleich zu 15 um etwa 90° gedrehten Position,
- 17 die Komponenten des Sockels des vierten Ausführungsbeispiels,
- 18 einen Querschnitt durch das vierte Ausführungsbeispiel, oben in einer Ruheposition und unten in einer Betätigungsposition,
- 19 eine Darstellung zur Erläuterung des der Erfindung zu Grunde liegenden Funktionsprinzips, und
- 20 die beispielhafte Darstellung einer Einrichtung zur Erfassung einer Bewegung der Tastenkappe eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung als Schaltbild.
-
Einander entsprechende Teile und Komponenten sind in allen Figuren, auch über verschiedene Ausführungsbeispiele hinweg, mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
-
1 bis 6 zeigen ein erstes Ausführungsbeispiel, 7 bis 9 ein zweites Ausführungsbeispiel, 10 bis 12 ein drittes Ausführungsbeispiel und 13 und 18 ein viertes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 zur Erfassung eines Tastendrucks einer Tastatur. Die verschiedenen Ausführungsbeispiele unterscheiden sich insbesondere hinsichtlich des eingesetzten Bewegungsmechanismus und gegebenenfalls eingesetzter zusätzlicher Elemente.
-
Die Vorrichtung 1 ist bei allen Ausführungsbeispiele zur Verwendung in einer Tastatur bzw. konkret in Verbindung mit einer Taste der Tastatur vorgesehen. Die Vorrichtung 1 umfasst jeweils ein Schaltungssubstrat 2, ein am Schaltungssubstrat 2 angebrachtes Tastenmodul 4 mit einer Tastenkappe 3 und einem Bewegungsmechanismus 15 zum Bewegen der Tastenkappe 3 relativ zum Schaltungssubstrat 2, konkret senkrecht zum Schaltungssubstrat 2, zwischen einer Ruheposition und einer Betätigungsposition und eine Einrichtung 10 zur Erfassung der Bewegung der Tastenkappe 3 relativ zum Schaltungssubstrat 2.
-
Die Vorrichtung 1 umfasst in allen Ausführungsbeispielen ferner eine als Planarspule ausgebildete Primärspule L1 mit mehreren Windungen, die ortsfest mit dem Schaltungssubstrat 2 an einer Oberseite des Schaltungssubstrats 2, und zwar an einer der Tastenkappe 3 gegenüberliegenden Rückseite des Tastenmoduls 4, angeordnet ist. Im Zentrum der Primärspule L1 ist eine Lichtquelle 6, konkret eine LED, am Schaltungssubstrat 2 angebracht.
-
In allen Ausführungsbeispielen weist der Bewegungsmechanismus 15 mindestens ein einteiliges oder mehrteiliges Bewegungselement 5 auf, das sich bei Bewegung der Tastenkappe 3 relativ zum Schaltungssubstrat 2 ebenfalls zumindest bereichsweise relativ zum Schaltsubstrat 2 bewegt und ein leitfähiges Material, beispielsweise ein Metall, umfasst oder daraus besteht, wobei das leitfähige Material eine durchgehende Ausnehmung 13 umschließt, so dass ein Stromfluss um die Ausnehmung 13 möglich ist. Somit bildet jedes Bewegungselement 5 eine Sekundärspule L2, wobei das jeweils die Ausnehmung 13 umschließende leitfähige Material eine kurzgeschlossene Windung der Sekundärspule L2 ist.
-
In allen Ausführungsbeispielen ist der Bewegungsmechanismus 15 ein Parallelmechanismus. Im ersten, zweiten und dritten Ausführungsbeispiel ist der Bewegungsmechanismus 15 konkret ein Scherenmechanismus, im vierten Ausführungsbeispiel ein Doppelflügelmechanismus. Es können auch beliebige andere Bewegungsmechanismen 15 vorgesehen sein.
-
Der Scherenmechanismus im ersten, zweiten und dritten Ausführungsbeispiel weist jeweils zwei Scherenkomponenten auf, die gegeneinander in einem mittigen Bereich drehbar gelagert sind und jeweils an einem Ende dreh- bzw. drehschiebebeweglich über einen Sockel 16 jeweils am Schaltungssubstrat 2 und an einem anderen, gegenüberliegenden Ende jeweils an der Tastenkappe 3 gelagert sind. Beide Scherenkomponenten des Scherenmechanismus können ein Bewegungselement 5 im Sinne der vorstehenden und nachfolgenden Erläuterungen darstellen. Es kann aber alternativ auch nur eine dieser beiden Komponenten derart ausgebildet sein, die andere könnte dann beispielsweise eine Umfangsunterbrechung aufweisen, die den Stromfluss um die Ausnehmung 13 unterbindet (nicht dargestellt). In den dargestellten Beispielen der 1 bis 12 bilden jeweils beide Scherenkomponenten jeweils für sich ein Bewegungselement 5 im vorstehenden und nachfolgenden Sinne und bilden somit eine Sekundärspule L2 im Sinne der vorstehenden und nachfolgenden Erläuterungen. Beide Scherenkomponenten bilden jeweils ein kreis- bzw. rahmenartiges Element, durch das ein Stromfluss um die Ausnehmung herum möglich ist, das heißt jedes dieser Bewegungselemente 5 bildet eine kurzgeschlossene Windung einer kurzgeschlossenen Spule mit genau einer Windung.
-
Das erste und das dritte Ausführungsbeispiel unterscheiden sich lediglich durch die Art der Anbringung der Bewegungselemente 5 am Schaltungssubstrat 2. Im ersten Ausführungsbeispiel ist hierfür ein Sockel 16 auf die Leiterplatte gelötet. Die auf dem Schaltungssubstrat 2 hierfür vorgesehenen Kontaktstellen und auch der Sockel 16 sind nicht um eine Ausnehmung herum geschlossen, sondern an einer Seite offen, damit in diesen Bauteilen bzw. Komponenten kein störender Kreisstrom induziert werden kann. Dieser Sockel 16 bildet Lagerstellen für beide Bewegungselemente 5. Im dritten Ausführungsbeispiel bildet das Schaltungssubstrat 2 selbst diese Lagerstellen und damit einen Sockel 16 für die Lagerung der Bewegungselemente 5 aus, indem es zwei Schichten umfasst, eine Leitungsfolie mit der Primärspule L1 als Planarspule und ein Stanz-Biege-Teil aus Metall an der Rückseite der Leitungsfolie, das durch die Leitungsfolie hindurch die Lagerstellen und damit den Sockel für die Lagerung der beiden Bewegungselemente 5 ausbildet.
-
Im ersten und im dritten Ausführungsbeispiel ist das Tastenmodul 4 und damit die Tastenkappe 3 durch eine Feder 18 zwischen Bewegungsmechanismus 15 und Tastenkappe 3 in einer Ruheposition vorgespannt und damit gehalten, siehe 2, 6 oben, 11 und 12. Beim Drücken der Tastenkappe bewegt sich diese gegen die von der Feder 18 ausgehende Federkraft in die Betätigungsposition, siehe 6 unten. Lässt der Druck wieder nach, kehrt die Tastenkappe 3 in die Ruheposition zurück.
-
Beim zweiten Ausführungsbeispiel hingegen fehlt diese Feder 18, stattdessen ist hier eine Glocke aus elastischem Material, beispielsweise eine Gummiglocke 20, vorgesehen, die das Tastenmodul 4 und die Tastenkappe 3 analog zur Feder 18 vorspannt und in der Ruheposition hält, siehe 9. Bei Druck auf die Tastenkappe 3 wird die Gummiglocke 20 elastisch zusammengedrückt und die Tastenkappe geht in die Betätigungsposition über. Lässt der Druck wieder nach, kehrt die Tastenkappe 3 in die Ruheposition zurück. Die Anbindung der Bewegungselemente 5 an das Schaltungssubstrat 2 erfolgt im zweiten Ausführungsbeispiel analog zum dritten Ausführungsbeispiel, so dass hierfür auf die vorstehenden Ausführungen verwiesen wird. Alternativ kommt auch hier eine Anbindung analog zum ersten Ausführungsbeispiel in Betracht.
-
Die vorgenannte Gummiglocke 20 umgibt und schützt die auf dem Schaltungssubstrat angeordnete Lichtquelle 6. Zur Weiterleitung des Lichts an die Tastenkappe 3 ist die Gummiglocke 20 lichtdurchlässig ausgebildet.
-
Der Doppelflügelmechanismus im vierten Ausführungsbeispiel weist zwei Flügelkomponenten auf, die an einem Sockel, konkret zwei getrennten ersten Sockeln 16a, drehbeweglich bzw. drehschiebebeweglich gelagert sind. Diese ersten Sockel 16a sind über entsprechende Kontaktflächen am Schaltungssubstrat 2 mit diesem verlötet. Die beiden Sockel 16a und die beiden Flügelkomponenten bestehen aus leitfähigem Material, insbesondere Metall. Sie bilden zusammen einen Ring bzw. Rahmen um eine durchgehende Ausnehmung 13, durch den ein Strom fließen kann, und damit ein Bewegungselement 5 und eine Sekundärspule L2 im Sinne der vorstehenden und nachfolgenden Erläuterungen. Die beiden Flügelkomponenten sind über eine Feder 18 miteinander derart verspannt, dass die Tastenkappe 3 eine Ruheposition einnimmt, siehe 18 oben. Bei einem Druck auf die Tastenkappe 3 wird die Feder 18 gespannt und die Tastenkappe nimmt eine Betätigungsposition ein, siehe 18 unten. Lässt der Druck wieder nach, kehrt die Tastenkappe 3 in die Ruheposition zurück.
-
Die Bewegungselemente 5 können somit einteilig (erstes, zweites, drittes Ausführungsbeispiel) oder mehrteilig (viertes Ausführungsbeispiel) ausgebildet sein. Alle Teile der Bewegungselemente 5 in allen Ausführungsbeispielen sind aus einem Metallblech gebildete Stanz- und Biegeteile. Die Bewegungselemente 5 umschließen eine Ausnehmung 13 rahmen- bzw. ringartig. Das die Ausnehmung 13 umschließende Metall bildet eine kurzgeschlossene Windung der Sekundärspule L2. Die Sekundärspule L2 weist somit genau eine Windung auf und ist kurzgeschlossen, ein induzierter elektrischer Strom kann um die Ausnehmung 13 herum fließen. Durch die Ausnehmung 13 hindurch kann Licht von einer auf dem Schaltungssubstrat 2 angebrachten Lichtquelle 6, beispielsweise einer LED oder einem Lichtleiter, bis zur Tastenkappe 3 gelangen und diese hinterleuchten.
-
In allen Ausführungsbeispielen sind Primärspule L1 und Sekundärspule L2 induktiv miteinander gekoppelt. Diese induktive Kopplung ist schematisch auch in 19 gezeigt. Die Primärspule L1, auch in 19 eine Planarspule mit mehreren Windungen auf der Oberseite eines Schaltungssubstrats 2, ist Bestandteil eines Resonanzschwingkreises 11, der nachfolgend anhand von 20 erläutert wird und mit einer Wechselspannung U1 betrieben wird. Dadurch sind die Windungen der Primärspule L1 von dem in 19 dargestellten Magnetfeld 19 umgeben. In diesem Magnetfeld 19 befindet sich die Sekundärspule L2, auch in 19 ein nur schematisch dargestelltes Betätigungselement 5, konkret ein ring- bzw. rahmenartig geschlossenes Stanzteil, mit einer durchgehenden Ausnehmung 13, das heißt die Sekundärspule L2 ist kurzgeschlossen und hat nur eine Windung.
-
Das Magnetfeld 19 ist aufgrund der Wechselspannung U1 ein Wechselmagnetfeld, das aufgrund der induktiven Kopplung eine Spannung und damit aufgrund des Kurzschlusses einen Stromfluss in der Sekundärspule L2 bewirkt, der wiederum mit der Primärspule L1 rückkoppelt. Wird nun die Sekundärspule L2 relativ zur Primärspule L1 bewegt, was in 19 durch den Doppelpfeil in der Mitte angedeutet ist, so wirkt sich dies auf die Stärke der induktiven Kopplung aus und es ändern sich physikalische Größen, beispielsweise Spannung und Stromstärke und Resonanzfrequenz, des Resonanzschwingkreises 11, zu dem die Primärspule L1 gehört.
-
Eine in den Figuren nicht dargestellte Messeinrichtung erfasst und verarbeitet mindestens einer der sich bei der Bewegung der Sekundärspule L2, die auf die Bewegung der Tastenkappe 3 zurückgeht, ändernden physikalischen Größen des elektrischen Resonanzschwingkreises 11 und gibt mindestens ein von der Änderung dieser physikalischen Größe abhängiges elektrisches Signal aus. Die Stärke der induktiven Kopplung zwischen Primärspule L1 und Sekundärspule L2 und damit mindestens eine physikalische Größe des Resonanzschwingkreises 11 verändern sich somit bei der Bewegung der Tastenkappe 3 zwischen Ruheposition und Betätigungsposition.
-
Die Vorrichtung 1 umfasst somit eine in 1 bis 19 nicht gezeigte Einrichtung 10 zur Erfassung einer Bewegung der Tastenkappe 3 relativ zum Schaltungssubstrat 2. Diese Einrichtung 10 ist als Schaltbild in 20 gezeigt. Diese Einrichtung 10 umfasst den bereits angesprochenen elektrischen Resonanzschwingkreis 11 mit einem Kondensator C1 und der Primärspule L1, wobei ergänzend ein nicht dargestellter Widerstand vorgesehen sein kann. Der Resonanzschwingkreis 11 wird mit einer Wechselspannung U1 betrieben. Von diesem Resonanzschwingkreis 11 ist in 1 lediglich die Primärspule L1 gezeigt.
-
Wie weiter in 20 ersichtlich, umfasst die vorgenannte Einrichtung 10 ferner eine Sekundärspule L2, deren Enden elektrisch über eine Kurzschlussleitung 12 kurzgeschlossen sind. Dies symbolisiert das geschlossene Bewegungselement 5 der Ausführungsbeispiele nach 1 bis 19. In der Kurzschlussleitung 12 ist ein Schalter 14 vorgesehen, mit dem die Kurzschlussleitung 12 unterbrochen und wieder geschlossen werden kann. Dies ist eine Ausführungsvariante, die durch eine elektrisch durch einen Schalter 14 überbrückbare Unterbrechung in der einen Windung des Bewegungselements 5 realisierbar ist. Lässt man in 20 den Schalter 14 weg, zeigt der Schaltplan den Resonanzschwingkreis 11 mit einem Bewegungselement 5 ohne Umgangsunterbrechung, wie es in 1 bis 19 gezeigt ist.
-
Die induktive Kopplung von Primärspule L1 und Sekundärspule L2 ist in 20 durch einen Doppelpfeil zwischen den beiden Spulen L1, L2 symbolisch dargestellt. Das durch die Wechselspannung U1 erzeugte Wechselmagnetfeld induziert in der Sekundärspule eine Wechselspannung U2, die bei geschlossenem Schalter 14 aufgrund des Kurzschlusses zu einem Stromfluss in der Sekundärspule L2 führt, der zu einer Rückkopplung auf die Primärspule L1 und damit auf den Resonanzschwingkreis 11 führt, wodurch sich - wie bereits erläutert - dessen physikalische Größen ändern, was wiederum über die ebenfalls bereits erläuterte Messeinrichtung erfasst wird und zu einer entsprechenden Signalausgabe führt.
-
Der Bewegungsmechanismus 15 kann durch Verlötung an dem Schaltungssubstrat 2 angebracht sein, wie dies im ersten und vierten Ausführungsbeispiel gezeigt ist. Es ist aber auch eine andere Anbringung möglich, beispielsweise mittels Kleben oder Klemmen, wie dies im zweiten und dritten Ausführungsbeispiel gezeigt ist. Für die exakte Positionierung der zu verlötenden Teile sorgen Stifte an den entsprechenden Komponenten des Bewegungsmechanismus 15, die in korrespondierende Ausnehmungen in Schaltungssubstrat 2 eingreifen.
-
Im ersten und vierten Ausführungsbeispiel ist ein Sockel 16 in dem Bereich des Schaltungssubstrats 5 vorgesehen, in dem auch die Primärspule L1 angeordnet ist. Im montierten Zustand umgibt der Sockel 16 teilweise die als Planarspule ausgeführte Primärspule L1 und die Lichtquelle 6 und schützt diese dadurch vor Umwelteinflüssen. Auch der Bewegungsmechanismus 15 wird durch den Sockel 16 vor Umwelteinflüssen geschützt.
-
Im vierten Ausführungsbeispiel ist ein zweiter Sockel 16b aus lichtdurchlässigem Kunststoff vorgesehen, der zusammen mit den beiden ersten Sockeln 16a montiert ist. Der lichtdurchlässige Kunststoff des zweiten Sockels 16b überdeck die Lichtquelle 6 und leitet und verteilt das von der Lichtquelle 6 ausgehende Licht in gewünschter Weise weiter und schützt gleichzeitig die unter ihm angeordneten Komponenten. Gleichzeitig schützt und/oder führt und/oder lagert er die Feder 18.
-
Ferner ist in allen Ausführungsbeispielen ein Rahmenelement 8 auf dem Schaltungssubstrat 2 vorgesehen, das die Primärspule L1 und die Lichtquelle 6 und gegebenenfalls weitere nicht dargestellte elektronische Komponenten umgibt und somit die Komponenten und auch den Bewegungsmechanismus 15 vor Umwelteinflüssen schützt. Dieses Rahmenelement 8 ist so dimensioniert, dass es die Tastenkappe 3 bei einer Bewegung vom dargestellten Ruhezustand in den nicht dargestellten Betätigungszustand umgibt. Das Rahmenelement 8 stellt somit gleichzeitig einen sichtbaren Rahmen für die Tastenkappe 3 dar.
-
Es versteht sich, dass die Bewegung des Bewegungselements 5 und damit der Sekundärspule L2 zwar von der Bewegung der Tastenkappe 3 abhängt, allerdings nicht exakt der Bewegung der Tastenkappe 3 folgen muss. Die Tastenkappe 3 führt beispielsweise eine Parallelbewegung aus, das heißt eine lineare Bewegung auf das Schaltungssubstrat zu bzw. von diesem weg. Das bzw. die Bewegungselemente 5 hingegen können hierbei auch Dreh- und/oder Kippbewegungen ausführen bzw. sich auch - bei mehrteiligen Bewegungselementen 5 - in sich bewegen, indem sich einzelne Teile relativ zueinander Bewegen. Auch eine Lagerveränderung bzw. eine Änderung der Ausrichtung des Bewegungselements 5 relativ zum Schaltungssubstrat 2 bzw. der Primärspule L1 stellt bereits eine relevante Bewegung des Bewegungselements 5 dar.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Vorrichtung
- 2
- Schaltungssubstrat, beispielsweise Leiterplatte
- 3
- Tastenkappe
- 4
- Tastenmodul
- 5
- Bewegungselement
- 6
- Lichtquelle
- 8
- Rahmenelement
- 10
- Einrichtung zur Erfassung einer Bewegung der Tastenkappe 3
- 11
- Resonanzschwingkreis
- 12
- Kurzschlussleitung der Sekundärspule L2
- 13
- Ausnehmung
- 14
- Schalter
- 15
- Bewegungsmechanismus
- 16
- Sockel
- 16a/b
- Erste/zweiter Sockel
- 18
- Feder
- 19
- Magnetfeld
- 20
- Gummiglocke
- C1
- Kondensator
- L1
- Primärspule
- L2
- Sekundärspule
- U1
- Wechselspannung
- U2
- Induzierte Wechselspannung der Sekundärspule L2
