DE2224555A1

DE2224555A1 - Schaltwerk mit Sprungmechanik für Schalter und elektrische Signalgeber

Info

Publication number: DE2224555A1
Application number: DE19722224555
Authority: DE
Inventors: Richard Hunter Raleigh N.C. Harris (V.St.A.)
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1971-05-21
Filing date: 1972-05-19
Publication date: 1972-12-07
Also published as: GB1348957A; FR2138658A1; DE2224555B2; JPS481879A; CA961541A; FR2138658B1; DE2224555C3; IT950051B; US3699296A

Description

Aktenzeichen der Anmelderin: RA 970 026

Schaltwerk mit Sprungmechanik für Schalter und elektrische Signalgeber

Diese Erfindung betrifft ein Schaltwerk mit Sprungmechanik für einen Schalter oder einen elektromechanischen Signalgeber, das· bei einer kritischen Betätigungskraft und einem dieser Betätigungskraft zugeordneten Betätigungshub in die Schaltstellung springt und das beim Rückgang der Betätigungseinrichtung bei. einer kleineren kritischen Betätigungskraft und einem kleineren Betätigungshub in die Grundstellung zurückspringt.

Derartige Schaltwerke werden bevorzugt als sogenannte Tastwerke in elektromechanischen Tastaturen zur Eingabe von Daten oder Steuerbefehlen in Datenverarbeitungsanlagen, FemmeldBgeräten oder in Steuerungsanlagen verwendet. Auch in der Meß- oder Steuerungstechnik finden derartige Schaltwerke Anwendung, wo sie einzeln oder zu Gruppen zusammengefaßt als Endschalter, Sicherheitsschalter oder als elektromagnetische Wandler bzw. Signalgeber dienen.

209850/0803

Dem Fachmann sind allgemein sogenannte Sprung- oder Schnappschalter bekannt, zu denen auch die Mikroschalter und Tastschalter gehören, bei denen während der Betätigung ihrer Drucktaste, Schalthebels oder dgl. nach Zurücklegung einer bestimmten Wegstrecke plötζ lieh die Schaltfunktion durch die Schaltmechanik ausgeführt wird. Die Bedienungsperson spürt bei der Betätigung bei manchen Schaltern, z. B. beim Tastenanschlag, daß nach einem gewissen Leerhub ein Druckpunkt auftritt und daß nach dessen Überwindung die Schaltfunktion ausgeführt ist. Es sind auch Schalteinrichtungen bekannt, die wenigstens ein federndes Glied enthalten, dem eine Doppelfunktion zugeordnet ist, erstens dient dieses Federglied als Element zur Herstellung der elektischen Kontaktverbindung und zweitens dient es als mechanisches Federglied, das bei der Schalterbetätigung gespannt wird und das, nachdem die Einwirkung der Schalterbetätigungskraft aufhört, den Schalter bzw. die Taste wieder in die Ausgangs- oder Grundstellung zurückführt. Von diesen Schaltern oder Tasten, die ein derartiges Federglied mit einer Doppelfunktion enthalten, ist keine Ausführung bekannt, welche in einer plötzlichen Schnappbewegung einen eindeutig definierten Schaltzustand erzeugt; d. h. die Schaltmechanik dieser Schalter- oder Tastenwerke enthält über die Strecke ihres Betätigungshubes keinen Markierungs- oder Druckpunkt, der der Bedienungsperson anzeigt bzw. die Gewißheit gibt, daß die Schaltfunktion momentan bei Erreichung dieses Druckpunktes ausgeführt wurde und daß die Schaltkontakte jetzt geschlossen oder geöffnet sind. Das Merkmal der plötzlichen Auslösung einer Schaltfunktion nach Art eines Schnappvorganges durch die Sprungmechanik des Schalt- oder Tastenwerkes ist eine wünschenswerte Ergänzung bei vielen elektromechanischen Schaltern oder Tasten, da es der Bedienungsperson den definierten Schaltzeitpunkt angibt. Schalter oder Tasten, die mit einer Sprungmechanik versehen sind und die einen eindeutig definierten Schaltzeitpunkt aufweisen, sind jedoch nicht nur mit einem federnden Schaltglied, folgend auch Betätigungsglied genannt, versehen, das, wie bereits eingangs erwähnt wurde, erstens die elektrische Kontaktverbindung herstellt und das zweitens als Kraftspeicherglied dient, welches

RA 970 026 209850/0803

am Ende der Schalter- oder Tastenbetätigung die Sprungmechanik in ihre Grundstellung zurückführt und dabei auch die elektrische Verbindung wieder öffnet oder schließt. Derartige Schalter oder Tasten haben meistens eine komplizierte Schaltmechanik, bestehend aus mehreren Teilen, sie sind deshalb störanfällig, dem Verschleiß unterworfen und noch relativ teuer.

Bei manchen Schalt- oder Tastgeräten ist es erwünscht, daß diese bezüglich ihrer Schaltfunktion eine gewisse Kontakt-Hysterese aufweisen. Unter diesem Begriff ist zu verstehen, daß beispielsweise das plötzliche Schließen und das spätere Öffnen der Schaltkontakte, oder umgekehrt, einer Schaltstelle nicht jeweils bei der gleichen Tastenstellung, d. h. dem gleichen Tastenhub, erfolgt, sondern daß die Schaltkontakte etwas später öffnen, was einem kleineren Tastenhub, bezogen auf die Ruhestellung, entspricht, oder in anderen Worten ausgedrückt, beim Anschlag einer Taste schließen nach einem bestimmten Leerhub bei gering ansteigender Betätigungskraft plötzlich die Schaltkontakte und sie bleiben auch bei der Tastenrückstellung noch geschlossen, wenn die zurückgehende Taste von ihrer Ruhe- oder Grundstellung noch eine kürzere Strecke entfernt ist als die, bei der die Kontaktverbindung beim Tastenanschlag hergestellt wurde. Die Kontaktverbindung öffnet infolge der Hysterese somit zu einem Zeitpunkt, der zwischen der Schließstellung und der Grundstellung liegt. Eine Sprungmechanik in einem Schalt- oder Tastenwerk, die das Merkmal der Kontakt-Hysterese erzeugt, ist relativ aufwendig und teuer. Der Effekt der Kontakt-Hysterese ist allgemein bei Schaltgeräten erwünscht, da er eine Erhöhung der Betriebssicherheit bewirkt insofern, daß die Betätigungshübe bzw. die Schaltstellungen der Kontaktschließung bzw. -öffnung, oder umgekehrt, nicht zusammenfallen und eindeutig voneinander getrennt sind. (Weist die Schalteinrichtung keine Kontakt-Hysterese auf, dann ergeben sich Undefinierte Schaltpunkte beim Schließen oder Öffnen der Schaltkontakte und unerwünschte Kontaktprellungen, wobei diese von verschiedenen Einflüssen abhängig sind, beispielsweise von der Stärke des Tastenanschlages und der Geschwindigkeit des BetätigungsstoßeIs oder von

RA 970 026 2098S0/Q803

dessen kleinen Änderungen in der seitlichen Bewegungsrichtung und von den allgemeinen Erschütterungen und Vibrationen der Schalteinrichtung bzw. deren Umgebung.) Bei Schalteinrichtungen, insbesondere bei Tastaturschaltern, ist es wünschenswert, daß der Bedienungsperson bei der Tastenbetätigung ein "Tastgefühl" übermittelt wird, das angibt, daß die Schaltfunktion richtig ausgeführt wurde. Die Charakteristik dieses Tastgefühls wird beispielsweise von einem kleinen Leerhub gebildet, der eine gering ansteigende Betätigungskraft erfordert, dem ein eben spürbarer Druckpunkt folgt und der angibt, daß nach seiner Überwindung die Schaltfunktion durchgeführt wurde. Der Druckpunkt bestimmt oder kennzeichnet somit den Schließpunkt bzw. den Öffnungspunkt der Schaltkontakte. Bei der nachfolgenden erforderlichen Betätigung und Bewegung der angeschlagenen Taste über den Druckpunkt hinaus in den sog. Überhub soll sich der Widerstand zur Tastenbewegung erhöhen. Die bekannten Schalteinrichtungen bzw. Tastenwerke, bei denen eine Kontakt-Hysterese besteht und die bei ihrer Betätigung das erwünschte Tastgefühl erzeugen, und bei denen außerdem der Schaltvorgang in einer Schnappbewegung ausgeführt wird, sind mit einer komplizierten und relativ teuren Schaltmechanik versehen.

Unter Hinweis auf die vorstehend erwähnten und erwünschten Merkmale, die ein Schalt- oder Tastenwerk für eine Schalteinrichtung aufweisen sollte, ist es eine Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte, einfachere, aus nur wenigen Teilen bestehende und für die Massenfabrikation geeignete Konstruktion zu schaffen, bei der der jeweilige Schaltvorgang (z. B. das Herstellen des Schließpunktes . bzw. der Öffnung der Schaltkontakte) in einer Schnappaktion erfolgt. Das.neue Schalt- oder Tastenwerk soll mit einer selbsttätigen Rückstelleinrichtung für die Betätigungseinrichtung, beispielsweise der Taste, versehen sein und es soll beim Anschlag einer Taste der Bedienungsperson das Tastgefühl übermitteln. Außerdem soll auf einfache und bessere Weise der Schaltpunkt für die Schaltkontakte von der Betätigungseinrichtung bzw. von dem Tastenanschlag der Bedienungsperson unabhängig sein, wenn die Betätigungseinrichtung, beispielsweise die Taste, über einen vor-

209850/0803

- 5 - .
bestimmten Hub ausgelenkt wurde.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein säulenförmiges, elastisches Betätigungsglied zwischen einer festen Auflage und einem, in axialer Richtung die Betätigungskraft auf das Betätigungsglied übertragenden Druckstück angeordnet ist, daß wenigstens ein Ende des Betätigungsgliedes in einem Lager so drehbeweglich ist, daß bei ansteigender Betätigungskraft eine schwache Krümmung des Betätigungsgliedes und bei der kritischen Betätigungskraft eine plötzliche seitliche Ausknickung des Betätigungsgliedes unter Bildung eines Knies möglich ist, und daß im Abstand der seitlichen Knickauslenkung wenigstens ein das Betätigungsglied ganz oder teilweise umgebendes Anschlagstück, das als Teil der Schalteinrichtung oder als Träger des Signalgebers dient, angeordnet ist.

Die Ziele der Aufgabenstellung und die gewünschten Vorzüge des neuen Schaltwerkes mit Sprungmechanik für eine Schalteinrichtung bzw. zur Betätigung eines Signalgebers werden dadurch erreicht, daß dieses Schaltwerk als Hauptbestandteil ein säulenförmiges elastisches Betätigungsglied enthält, das bei einer axialen Druckbelastung plötzlich seitlich ausknickt und dadurch die gewünschte Schnappaktion zur Betätigung der Schalt- bzw. Signaleinrichtung erzeugt. Der Effekt des plötzlichen seitlichen Ausknickens bei Belastung des elastischen Betätigungsgliedes erzeugt auch die gewünschte Kontakt-Hysterese und das gewünschte Tastgefühl beim Anschlag einer Taste.oder einer anderen Betätigungseinrichtung. Um diesen Effekt des plötzlichen seitlichen Ausknickens des säulenförmigen und elastischen Betätigungsgliedes zu erzielen, ist wenigstens ein Ende dieses säulenförmigen Betätigungsgliedes so montiert, daß es einen Freiheitsgrad aufweist, so daß bei Einwirkung einer bestimmten Belastung das elastische Betätigungsglied plötzlich seitlich zwangsläufig in einer vorbestimmten Richtung ausknickt, wodurch sich die Belastungsbeanspruchung in dem säulenförmigen Betätigungsglied rapid von einer großen Belastungsbeanspruchung in eine kleine

⁹⁷° °26 . 2 09 8 SO/080 3

mm Ci mm ⁽

Belastungsbeanspruchung ändert. In einer bestimmten Ausführungsform kann das säulenförmige elastische Betätigungsglied gleichzeitig auch als elektrischer Leiter und als elektrisches Schaltkontaktstück dienen, das durch die seitliche Ausknickung an ein anderes benachbartes, dieser Schaltstelle zugeordnetes Kontaktstück oder einen elektrischen Leiter anliegt und dadurch die Schaltkontaktstelle für einen Stromkreis bildet. Alternativ kann die plötzliche seitliche Auslenkung des säulenförmigen Betätigungsgliedes zur Betätigung eines Signalgebers ausgenützt werden, um Schaltvorgänge elektronisch zu steuern.

Nachstehend wird das erfindungsgemäße Schaltwerk durch einige Ausführungsbeispiele, die #ie· Tastenwerke darstellen, an Hand von Zeichnungen, Figuren 1 bis 6, ausführlicher erläutert. Von den Figuren stellen dar:

Fign. la bis Ic ein erstes Ausführungsbeispiel: Schalttasten

in verschiedenen Betriebsstellungen im Längsschnitt, deren säulenförmiges Betätigungsglied aus einer in der Längsmittenachse angeordneten schraubenförmigen Druckfeder gebildet wird, wobei diese Druckfeder zur Vorspannung der Taste und als Tasten-Rückstellglied und außerdem als beweglicher Schaltkontakt dient;

Fign. 2a und 2b ein zweites Ausführungsbeispiel eines Tastenwerkes in einer Schalteinrichtung, bei der das säulenförmige Betätigungsglied ebenfalls durch eine Druckfeder gebildet wird, die im Ruhezustand durch ein benachbart angeordnetes stationäres Kontaktstück seitlich schwach ausgelenkt ist und an diesem anliegt, so daß bei nicht angeschlagener Taste eine geschlossene Schaltverbindung - Ruhekontakt - in einem Stromkreis besteht. Beim Tastenanschlag hingegen erfolgt plötzlich die seitliche Ausknickung der Druck-

⁹⁷⁰⁰²⁶ 209850/0803

. ■■■ ν < feder, wodurch diese von dem stationären Kontakt- :^;. stück abhebt, und sich die Schaltstelle öffnet;

Fig. 3. ein Schaubild, das den Zusammenhang der Tasten- _: betätigungskraft in Abhängigkeit von dem Tastenhub in einem erfindungsgemäßen Tastenwerk zeigt. Die Kurve der Betätigungskraft zeigt, wie die erforderliche Kraft stetig bis zu einem Spitzenwert ansteigt, welcher dem bereits erwähnten Druckpunkt entspricht und wie durch den anschließenden Knickeffekt des Betätigungsgliedes, der die Schnappaktion in der Schalteinrichtung erzeugt, die Betätigungskraft sich rapid auf einen kleineren Wert vermindert und daß anschließend nach diesem Schaltpunkt zu einer weiteren Tastenaus lenkung eine steil ansteigende Betätigungs-. ' kraft erforderlich ist. Die Kurve der Betätigungskraft in Abhängigkeit vom Tastenhub zeigt außerdem das Vorhandensein einer Kontakt-Hysterese, d. h. das verzögerte oder spätere Öffnen der Schaltkontakte während der Rückstellung der Taste in die Grundstellung, wobei die Öffnung bei einem kürzeren Tastenresthub erfolgt als beim Schließen der Schaltkontakte;

Fig. 4 ein Schaubild, das die Querauslenkung bzw. die

. seitliche Knickung des.elastischen säulenförmigen Betätigungsglxedes zeigt und wie die Querauslenkung einer Funktion der axialen Auslenkung des Betätigungsglxedes ist;

Fig. 5 ein anderes Ausführungsbeispiel des erfindungs

gemäßen Tastenwerkes, bei dem durch das ausgeknickte Knie des elastischen Betätigungsglxedes ein Signalgeber betätigt wird;

^Μ970026 209850/0803

Fign. 6a und 6b eine vergrößere Detailansicht des Tastenwerkes

im ersten Ausführungsbeispiel nach Fig. 1. Die beiden Abbildungen zeigen eine mögliche Ausführungsform, wie ein Ende der Druckfeder., die als Betätigungsglied dient, in einer Halterung frei beweglich montiert werden kann, um den gewünschten Knickeffekt des Betätigungsgliedes zu erzielen.

Es ist ein wesentliches Merkmal des erfindungsgemäßen Schalt- bzw. Tastenwerkes, daß dieses ein elastisches säulenförmiges Betätigungsglied enthält, mit dem der gewünschte Knickeffekt zu erzielen ist, welcher dazu dient, die geforderte Schnappaktion zur Durchführung des Schaltvorganges herzustellen und mit dem außerdem noch die gewünschte Kontakt-Hysterese erzeugt wird. Das säulenförmige Betätigungslied muß deshalb so ausgelegt sein, daß es wiederholt bis zu dem Punkt belastbar ist, bei dem der Effekt der seitlichen Ausknickung auftritt. Zur Erfüllung dieser Forderung wird für das elastische Betätigungsglied kein spezielles Material benötigt. Allgemein gilt, daß ein Betätigungsglied, das eine relativ große Querschnittsfläche aufweist und das aus einem schlecht biegbaren Material besteht, bei einer vorgegebenen Länge eine größere Belastung benötigt, um den Knickeffekt zu erzielen, als ein Betätigungsglied von der gleichen Länge mit einem kleineren Querschnitt, das aus einem leicht biegbaren Material besteht. Es ist außerdem wohl bekannt, daß die Länge des säulenförmigen Betätigungsgliedes ein wesentlicher Faktor zu Bestimmung des Belastungspunktes ist, bei dem der Knickeffekt zu erhalten ist. Hinweise zur Erzielung des gewünschten Knickeffektes bei den säulenförmigen Betätigungsgliedern sind aus technischen Handbüchern zu ersehen, welche Angaben über verschiedene Materialien und verschiedene Ausführungsformen enthalten. An Hand dieser technischen Informationsunterlagen dürfte es einem Fachmann möglich sein, für jeden Anwendungsfall das erforderliche Betätigungsglied zu schaffen.

970 026 2098 BO/08 0 3

Da das säulenförmige Betätigungsglied das wesentlichste Element in dem erfindungsgemäßen Schalt- bzw. Tastenwerk ist, kann, wenn nur eine oder nur wenige Schaltoperationen durchgeführt werden .sollen, das Betätigungsglied aus relativ unelastischem Material oder auch brechbarem Material hergestellt werden, oder die Abmessungen des Betätigungsgliedes werden.so gewählt, daß es infolge überbeanspruchung nach einer gewissen Zeit bricht. Für die meisten Anwendungsfälle jedoch wird für die Tastenwerke ein häufiger Gebrauch und eine lange Lebensdauer gefordert, und deshalb ist zur Erzielung dieser Forderungen ein gutes, langzeitbeständiges und elastisches Betätigungsglied Bedingung. In den erfindungsgemäßen Schalt- bzw. Tastenwerken der beschriebenen Ausführungsbeispiele sind deshalb elastische Betätigungsglieder vorgesehen, die nach mehrmaliger Auslenkung nicht brechen, sehr elastisch und langzeitbeständig sind.

Das erste Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Tastenwerkes, das in verschiedenen FunktionsStellungen durch die Fign. la bis Ic dargestellt ist, dient als elektrischer Tastschalter und besteht aus der nachstehend beschriebenen Konstruktion. Das elastische, säulenförmige Betätigungsglied 14 ist zwischen zwei Haltezapfen 12 und 18, welche als Lagerstellen dienen, angeordnet. In Fig. la befindet sich das Betätigungsglied 14, wie dargestellt ist, im unbelasteten, entspannten Zustand, bei dem die Taste nicht angeschlagen ist. (In der Praxis ist dieses Betätigungsglied 14 jedoch bereits etwas zusammengedrückt und mit einer Vorspannung von ca. 25 g belastet.) Gemäß den Abbildungen in Fign. la bis Ic ist der obere Haltezapfen 12 mit einem Tastenknopf 10 verbunden, durch den beim Tastenanschlag eine in axialer Richtung wirkende Druckkraft auf dieses Betätigungsglied 14 einwirkt. Das säulenförmige Betätigungsglied 14 und die beiden Haltezapfen 12, 18 sind von einem Anschlagstück 16, beispielsweise einer Führungsbuchse, Hülse oder von Führungsschienen ganz oder teilweise umgeben, wobei diese aus gut elektrisch leitendem Material bestehen» Der mit dem oberen Haltezapfen 12 verbundene Tastenknopf ist in axialer Richtung verschiebbar zu der leitenden Führungshül-

⁹⁷° ^O26 209850/0803

se 16 angeordnet. Anstelle der Führungsbuchse 16 können außer der bereits erwähnten Hülse oder den Führungsschienen auch noch andere Formelemente zur Aufnahme des Betätigungsgliedes 14 der beiden Haltezapfen 12, 18 und des Tastenknopfes 10 verwendet werden. Auch der Tastenknopf 10 ist den jeweiligen Erfordernissen entsprechend gegebenenfalls durch einen Drehhebel oder ein anderes geformtes Krafteinleitglied ersetzbar. Wie aus den Fign. 1 zu ersehen ist, liegt die als elastisches Betätigungsglied 14 dienende Druckfeder über ihren unteren Haltezapfen 18, der ebenfalls elektrisch leitend und von der Führungsbuchse 16 isoliert ist, an einem Pol der Spannungsquelle 22. Der untere elektrisch leitende Haltezapfen 18 ist in einer Isolierscheibe 20, welche als feste Auflage dient, angeordnet, die am unteren Ende in die Führungsbuchse 16 fest eingesetzt ist. Auch die Führungsbuchse 16 ist mit einem elektrischen Anschluß versehen, und sie liegt über diesem und das zu schaltende Bauelement an dem anderen Pol der Spannungsquelle 22; jedoch ist der so gebildete Stromkreis noch nicht geschlossen, wie die Fign. la und Ib zeigen, weil das elastische Betätigungsglied 14 noch nicht seitlich so weit ausgelenkt bzw. geknickt ist, daß es die Innenseite der leitenden Führungsbuchse 16 berührt? es besteht somit noch eine offene Schaltstelle. Bei dieser vorstehend erwähnten Ausführung des Tastenwerkes ist noch zu beachten, daß das obere Ende der Druckfeder nicht mit der leitenden Führungsbuchse 16 in Verbindung kommt. Zu diesem Zweck wird der obere Haltezapfen 12 und gegebenenfalls auch der Tastenknopf 10 aus Isoliermaterial hergestellt. Es kann jedoch auch die Führungsbuchse 16 so gestaltet werden, daß auch der obere Haltezapfen 12 aus Metall bestehen kann und daß dennoch eine Isolation zwischen diesen Teilen gegeben ist.

Die Fig. Ib zeigt das elastische Betätigungsglied 14 in einem etwas seitlich ausgelenkten Zustand, infolge einer nur geringen, auf den Tastenknopf 10 einwirkenden Belastungskraft Iw, Die Steigerung der Belastungskraft L wird sich ebenfalls auf die seitliche oder Querauslenkung der Druckfeder auswirken, und zwar derart, daß bei Erreichung des kritischen Belastungspunktes für dieses Be-

K* ⁹⁷° ^O26 2 0 985Q/0803

tätigungsglied 14 bei diesem plötzlich der Knickeffekt in Erscheinung tritt, wodurch schlagartig eine Kontaktverbindung der guer ausgelenkten Druckfeder mit der Führungsbuchse 16 zustande kommt, siehe Fig. Ic. Bei diesem kritischen Belastungspunkt, der dem eingangs erwähnten Druckpunkt entspricht, dreht sich plötzlich wenigstens ein Ende oder beide Enden des Betatigungsgliedes 14 über einen Punkt in der Endauflagefläche in den Halterungen 12, 18 und es erfolgt eine rapide Querauslenkung - Knickung - des Betatigungsgliedes 14, und zwar so weit, daß dessen Knie eine Kontaktverbindung mit der Führungsbuchse 16 herstellt, welche einen guten Kontaktdruck aufweist. Befindet sich das elastische Betätigungsglied 14 einmal in diesem Knickzustand, dann wird zunächst nach einer Verringerung oder Wegnahme der Belastungskraft L, wie dies bei der Rückstellung des Tastenknopfes 10 geschieht, nicht sofort die Schaltverbindung unterbrochen und die Schaltstelle geöffnet; vielmehr bleibt die Kontaktverbindung bzw. die Schaltstelle zwischen der Führungsbuchse 16 und dem geknickten Betätigungsglied auch noch eine gewisse Zeit bei verminderter Belastungskraft L erhalten, und zwar so lange, bis ein zweiter kritischer Punkt der Belastungskraft für das jetzt geknickte Betätigungsglied 14 erreicht ist, bei dem das Belastungsglied 14 plötzlich vom geknickten in den geraden Zustand zurückspringt. Dieser zweite kritische Punkt, bei. dem die Knickauslenkung des Betatigungsgliedes 14 verschwindet, liegt bei einer Belastungskraft, die kleiner ist als die Belastungskraft L zur Erzeugung der Knickauslenkung. Um das beim Tastenanschlag durch den Knickeffekt seitlich ausgelenkte Betätigungsglied 14 wieder vom geknickten Zustand in den normalerweise geraden, gestreckten Zustand zu bringen und die Schaltverbindung zu öffnen, wird diese sprungartige Zurückführung in die Rückstellbewegung des Tastenknopfes 10 verlegt. Durch die Ausnützung des Knickeffektes in Verbindung mit dem elastischen Betätigungsglied 14 wird auf diese Weise die bei vielen Schalteinrichtungen gewünschte Kontakt-Hysterese erzielt, deren Vorzüge und deren Auswirkung bereits früher erläutert wurde.

Bei dem erfindunggemäßen Tastenwerk, beispielsweise bei dem Aus-

RA 970 026 209850/0803

führungsbeispiel nach Fig. 1, ist es wesentlich, daß wenigstens eine oder beide der Lagerstellen für die Enden des säulenförmigen Betätigungsgliedes 14 in den Haltezapfen 12, 18 so gestaltet sind, daß wenigstens ein Ende des Betätigungsgliedes 14 in einer Lagerstelle der Haltezapfen 12, 18 über einen gewissen Bereich verdrehbar oder schwenkbar ist, um die seitliche Ausknikkung des Betätigungsgliedes zu ermöglichen. Weitere Einzelheiten, wie diese Drehbewegung bewerkstelligt wird, werden später noch erläutert. Aus den Fign. 1 ist auch zu ersehen, daß wenigstens eine Lagerstelle, z. B. der untere Haltezapfen 18, so ausgebildet sein muß, daß er der axial wirkenden Belastungskraft widerstehen kann, die an der anderen Lagerstelle über den oberen Haltezapfen 12 eingeleitet wird mit dem Zweck, in dem elastischen Belastungsglied 14 eine mechanische Spannung zu erzeugen, die letztlich den Knickeffekt auslöst. Beim ersten Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Tastenwerkes besteht das elastische Betätigungsglied 14, wie die Fign. la bis Ic zeigen, aus einer in axialer Richtung zusammendrückbaren Schraubenfeder. Den jeweiligen Erfordernissen entsprechend kann jedoch anstelle einer Schraubenfeder auch ein elastischer Metallstreifen, ein oder mehrere elastische Drähte oder eine ähnlich federnde Anordnung als Betätigungsglied 14 verwendet werden.

Ein anderes, zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Tastenwerkes ist in den Fign. 2a und 2b abgebildet, bei dem gegenüber dem ersten Ausführungsbeispiel nach den Fign. 1 die Führungsbuchse 16 nicht leitend ist, sondern statt dessen zwei eingesetzte elektrisch leitende Metallstreifen 30 und 32 enthält, welche als Kontaktstücke der Schalteinrichtung dienen. Wie aus der Fig. 2a zu ersehen ist, ist der eine Metallstreifen 30 an seiner Kontaktstelle so abgewinkelt, daß das bereits etwas schwach ausgelenkte Betätigungsglied 24 mit einer gewissen seitlichen Vorspannung, die dem Kontaktdruck entspricht, an dem Kontaktstück des Metallstreifens 30 anliegt. Diese Anordnung des Metallstreifens 30 und des Betätigungsgliedes 24 bildet somit einen geschlossenen Ruhekontakt bei nicht angeschlagener Taste. Werden die bei-

^ ⁹⁷° ^O26 2 09850/0803

"" Ij "■*

den Anschlüsse zum Metallstreifen 30 und zum Betätigungsglied 24 mit in Reihe geschalteten Bauelementen und einer Spannungsquelle 22 verbunden, so ergibt sich ein geschlossener Stromkreis solange, bis die Taste angeschlagen wird, wodurch sich plötzlich das Betätigungsglied 24 von dem Kontaktstück des Metallstreifens 30 abhebt. Aus der Fig. 2a ist zu ersehen, daß das gebogene Kontaktstück des Metallstreifens 30 das elastische Betätigungsglied 24 in eine bestimmte Lage bzw_e in eine Vorzugsrichtung auslenkt; und aus der Fig. 2b ist weiter zu ersehen, daß seitlich in die Führungshülse eingesetzte Führungsstücke 28 bewirken, daß zwangsläufig das elastische Betätigungsglied 24 bei der Querauslenkung durch den Tastenanschlag zu dem Metallstreifen 32, welcher zusammen mit dem Betätigungsglied 24 einen Arbeitskontakt bildet, ausgelenkt wird. Diese Schalteinrichtung enthält somit einen Umschaltkontakt, der dem Ruhekontaktstreifen 30 gegenüberliegt. Es ist verständlich, daß die Führungsstücke 28 nicht unbedingt erforderlich sind, wenn die beiden Metallstreifen 30, 32 und insbesondere der den Arbeitskontakt bildende Metallstreifen 32 in der Breite so gewählt werden, daß sie ähnlich wie in Fig. 1 große leitende Flächen am Umfang der Führungsbuchse bilden. Dieses zweite Ausführungsbeispiel nach den Fign. 2a und 2b bildet somit ein einfaches Tastenwerk mit einer Schalteinrichtung, die einen Ruhekontakt und einen Arbeitskontakt aufweist, welche beispielsweise als Umschaltkontakt einsetzbar sind.

Wie man aus den Fign. 2a, 6a und 6b ersehen kann, sind die Lagerstellen 36 der Haltezapfen 12 im unteren Teil 26 des Tastenknopfes oder des unteren Haltezapfens 18 in der Auflage 20, die zur Aufnahme der Enden des elastischen Betätigungsgliedes 24 dienen, so geformt, daß sie auch, wenn das elastische Betätigungsglied 24 sich im geknickten, d. h. quer ausgelenkten Zustand befindet, einen Teil des Umfanges der Enden vom Betätigungsglied 24 aufnehmen, oder in anderen Worten erläutert: Es ist wenigstens eine Lagerstelle 36 so gestaltet, vorzugsweise die obere, daß bei nicht ausgelenktem Betätigungsglied 24 dessen eines Ende voll in die Lagerstelle 36 eingreift und daß während der

RA 970 026

20985Ü /0803

Querauslenkung des Betätigungsgliedes 24 sich dieses Ende in einer kippähnlichen Bewegung drehen kann, ohne daß dieses Ende aus der Lagerstelle 36 oder einem Haltezapfen 12/ 18 springt, und daß wenigstens ein Teil von diesem Ende in der Lagerstelle 36 sicher abgestützt und gehalten wird. Zur Erfüllung dieser Forderung können die Haltezapfen 12, 18 bzw. die Lagerstelle 36 eine kalottenförmige Form aufweisen, so daß das gesamte Federendstück auch im ausgelenkten Zustand voll aufliegt, jedoch sind auch andere Ausführungsformen zweckmäßig, z. B. solche, wie sie in den Fign. 6a und 6b dargestellt sind.

Die Kurven des Schaubildes nach der Fig. 3 zeigen im Schema, wie sich die Belastungskraft an den Enden des elastischen Betätigungsgliedes 14, 24 in Abhängigkeit von der Querauslenkung des elastischen Betätigungsgliedes 14, 24 ändert. Diese Darstellung in der Fig. 3 ist hilfreich zum Verständnis des Knickeffektes bei einem elastischen Betätigungsglied 14, 24, wie es als Hauptbestandteil in den erfindungsgemäßen Tastenwerken verwendet wird. Aus diesem Schaubild ist zu ersehen, daß beim Anschlag der Taste 10 zur Auslenkung des Betätigungsgliedes 14, 24 bereits zu Anfang eine Vorspannung bzw. Vorbelastung des Betätigungsgliedes 14, 24 zu überwinden ist, welche durch den Punkt 40 im Schaubild dargestellt ist. Ab dem Vorlastpunkt 40 steigt die Belastungskraft für das Betätigungsglied in Abhängigkeit vom Tastenhub linear bis zu einem Punkt 42 an, der in etwa dem Druckpunkt entspricht. Auf diesen Punkt 42 folgt in einem kleinen Übergangsbereich der Knickpunkt 43, bei dem die Belastung plötzlich auf einen Minimalwert, dargestellt durch den Punkt 44, abfällt, weil in diesem Bereich schlagartig das elastische Betätigungsglied 14, 24 seitlich ausknickt. Ab dem Belastungspunkt 44, der dem ausgeknickten Zustand des Belastungsgliedes 14, 24 entspricht, erhöht sich bei einer weiteren Abwärtsbewegung der Taste 10 bzw. der Vergrößerung des Tastenhubes sehr schnell die Belastungsoder Betätigungskrafb Ij und die Kraftkurve steigt steil- an, weil das quer ausgelenkte Betätiqunysglied 14, 2 1 seitlich an der Führungsbuchse 16 oder an denn Kontaktstück des MotaLlstreifens 3»

^RA ⁹⁷° ^O26 209850/0803

anliegt. In diesem Knickzustand, d. h. ab dem Belastüngspunkt 44, ist der Arbeitskontakt des Tastenwerkes geschlossen. Bei einer weiteren Steigerung der Anschlags- oder Betätigungskraft für die Taste 10 ergibt sich nur noch ein verhältnismäßig kleiner Überhub für die Tastenbewegung, und die Belastungskraft steigt sehr steil über den Druckpunkt 42 an, wie das Kurvenendstück 45 zeigt, ohne daß sich eine wesentliche Änderung ergibt. Wird am Ende des Tastenhubes der angeschlagenen Taste 10 die Betätigungskraft durch eine Beendigung des Tastenanschlages verringert, so verbleibt zunächst das ausgelenkte Betätigungsglied 14, 24 in diesem Knickzustand so lange, bis die Belastungskraft den Mindestwert, der dem Punkt 44 entspricht, unterschreitet, also kleiner wird als die Belastungskraft, die zur Aufrechterhaltung der Knikkung erforderlich ist. Dieser Kraftverlauf ist durch den Pfeil und die waagerechte Kurvenstrecke im Schaubild der Fig. 3 dargestellt. Die Öffnung der bisher geschlossenen Schaltstelle erfolgt beim Punkt 46 der Belastungskurve, da ab diesem Öffnungspunkt 46 die Belastungskraft und der Tastenhub so abgestimmt sind, daß das elastische Betätigungsglied 14, 24 plötzlich in die gestreckte Ausgangsstellung zurückspringt.

Aus dem Schaubild der Fig. 4 ist die Querauslenkung, d. h. die seitliche Ausknickung des elastischen Betätigungsgliedes 14, 24 in Abhängigkeit von der axialen .Verschiebung eines Endes des Betätigungsgliedes 14, 24 bzw. des Tastenhubes zu ersehen. Die Auslenkungskurve zeigt zunächst in ihrem Anfangsbereich, daß beim Anschlag einer Taste die Querauslenkung des elastischen Betätigungsgliedes 14, 24 sich allmählich in einem linearen Verhältnis zur axialen Auslenkung erhöht und daß ein praktisch linearer Verlauf bis zum Kurvenpunkt 50 besteht, der dem Druck- oder Knickpunkt entspricht, bei dem der Knickeffekt auftritt, durch den das elastische Betätigungsglied 14, 24 plötzlich seine Querauslenkung um einen sehr großen Betrag ändert, wobei hingegen nur eine geringfügige axiale Verschiebung des einen Endes des elastischen Betätigungsgliedes 14, 24 erfolgt. Wenn das. Knie des quer ausgelenkten Betätigungsgliedes 14, 24 eine Stopps.telle 52.

RA 970 026 2 01986 0/0803 · ■ -^ \«

des Anschlagstückes 16 erreicht, beispielsweise daß es an dem Kontaktstück des Metallstreifens 32 oder an der Seitenwand der Führungsbuchse 16 unter Drückeinwirkung anliegt, dann ist diese seitliche Auslenkung beendet und dieser Zustand ist im Schaubild als Kurvenpunkt 52 dargestellt. Liegt das Knie des elastischen Betätigungsgliedes 14, 24 an einer Anschlagstelle an, dann ist wohl die seitliche Auslenkung beendet, jedoch ist ab diesem Stoppunkt 52 immerhin noch eine axiale Verschiebung des oberen Endes vom Betätigungsglied 14, 24 bzw. des Tastenknopfes 10 möglich, wobei sich jedoch die Belastung bzw. Betätigungskraft rapide erhöht. Befindet sich nach einem vollendeten Tastenanschlag der Tastenknopf 10 in seiner Rückwärtsbewegung in die Ausgangs- bzw. Grundstellung, wobei sich die Betätigungskraft verringert, dann bleibt zunächst, wie bereits dargelegt wurde, der ausgeknickte Zustand des Betätigungsgliedes 14, 24 erhalten bis zu einem restlichen Tastenhub, der dem Kurvenpunkt 56 zugeordnet ist. Bei Erreichung dieser Tastenposition, der auch eine bestimmte Belastungskraft zugeordnet ist, springt plötzlich das ausgelenkte elastische Betätigungsglied 14, 24 in den praktisch gestreckten Ausgangszustand zurück, wobei dieses Zurückschnellen dem senkrechten Kurventeil 54 im Schaubild der Fig. 4 entspricht. Der beinahe senkrechte Verlauf des Kurventeiles 54 von der Stoppstelle zum Öffnungspunkt 56 in der Fig. 4 zeigt, daß während des Zurückschnellens des geknickten Betätigungsgliedes 14, 24 in den gestreckten Zustand nur eine geringfügige axiale Verschiebung des oberen Endes des Betätigungsgliedes 14, 24 bzw. des Tastenknopfes 10 erfolgt. Ab dem Öffnungspunkt 56 bis zur Grundstellung ist dann die Rückstellkurve annähernd deckungsgleich mit dem Anfangsbereich der Auslenkungskurve, und es besteht wiederum ein etwa lineares Verhältnis zwischen der axialen und der Querauslenkung des Betätigungsgliedes 13, .14.

Die Fig. 5 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Schaltwerkes in einem Tastenwerk, bei dem das Knie des ausgeknickten Betätigungsgliedes 24 einen piezoelektrischen bzw. einen anderen Signalgeber 25 betätigt, zwecks Erzeugung eines

⁹⁷° ^O26 209850/080 3

elektrischen Signalimpulses für irgendwelche elektronischen Schaltungsanordnungen. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird beispielsweise durch den Schlag oder Stoß/ den das ausknickende Knie des elastischen Betätigungsgebers 24 beim Auftreffen auf die Oberfläche des piezoelektrischen Signalgebers 25 ausübt, ein Spannungsimpuls erzeugt, welcher an den Anschlußpunkten 27 zwecks weiterer Verarbeitung zur Verfügung steht. Dieses Spannungssignal wird jedoch in seiner Amplitude nicht konstant sein, auch wenn das Knie des ausgelenkten Betätigungsgliedes 24 weiterhin auf den Signalgeber 25 drückt, sondern es wird infolge der inneren Ausgleichsvorgänge im Signalgeber 25 auf den Wert 0 abfallen, und es wird ein neuer Spannungsimpuls bei Freigabe der Taste erzeugt, wenn die Druckeinwirkung des Betätigungsgliedes 24 auf den Signalgeber 25 beim Zurückschnellen des Betätigungsgliedes 24 in die Grundstellung aufhört.

Anstelle des piezoelektrischen Signalgebers 25 kann auch ein •kapazitiver Signalgeber in dem erfindungsgemäßen Tastenwerk Verwendung finden. Derartige kapazitive Signalgeber sind bereits bekannt und beispielsweise im'IBM Technical Disclosure Bulletin, Vol. 5, Nr. 12/ Mai 1963, Seite 22 oder Vol. 12, Nr. 8, Januar 1970, Seite 1166, beschrieben.

Außer den vorstehend erwähnten Signalgebern 25 können in einem derartigen erfindungsgemäßen Schalt- oder Tastenwerk auch noch andere Signalgeber Verwendung finden, bei denen es nicht erforderlich ist, daß das Knie des ausgelenkten Betätigungsgliedes 24 auf der Oberfläche des Signalgebers aufschlägt. Beispielsweise kann der Signalgeber eine photoelektrische Anordnung sein, die durch die Ausknickung des elastischen Betätigungsgliedes 24 gesteuert wird. In diesem Anwendungsfall enthält der Signalgeber 25 ein photoelektrisches Element. Solche photoelektrischen Geberanordnungen, bei denen ein bewegtes Objekt einen Lichtstrahl unterbricht oder dessen Helligkeitswert steuert, um plötzlich einen elektronischen Trigger anzustoßen, sind dem Fachmann bekannt und sie brauchen hier nicht wiederholt beschrieben werden.

⁹⁷° ^O26 2098SO/0803

Die Fign. 6a und 6b zeigen in einer detaillierten, stark vergrößerten Schnittansicht die obere Lagerstelle 36, bei der das obere Ende des elastischen Betätigungsgliedes 24 nach Fig. 2a in den Haltezapfen 12 eingreift, welcher der untere Teil eines verschiebbaren Tastenknopfes 10 sein kann. Aus diesen Figuren ist zu ersehen, wie in die Lagerstelle 36 die Endwindungen der Druckfeder eingreifen, die das Betätigungsglied 24 bildet, und wie diese drehbeweglich sind bzw. eine Kippbewegung ausführen können, wenn die Druckfeder vom gestreckten in den ausgeknickten Zustand springt. Die beiden Fign. 6a und 6b lassen erkennen, daß die Lagerstelle 36 rillenförmige Vertiefungen enthält, in denen bei allen Zuständen der Druckfeder ein Teil der Endwindungen drehbeweglich gehalten wird, so daß auch im ausgelenkten Zustand das Betätigungsglied 24 nicht abspringen kann, sondern sicher geführt ist. Anstelle der abgebildeten Lagerstelle 36 sind auch noch andere Ausführungen möglich, welche eine Drehbeweglichkeit des Betätigungsgliedes 24 gestatten. Diese Drehbeweglichkeit in der Lagerstelle 36 der Endwindungen der Druckfeder oder eines anderen Betätigungsgliedes 24 über einen Punkt an seinem Umfang bewirkt eine Überknickung über einen Bereich, der von der axialen Auslenkung und einer kleineren Belastungskraft abhängig ist, wobei dieser Bereich der Hysterese entspricht, oder anders ausgedrückt: Durch die Schwenkbewegung wenigstens eines Endes vom Betätigungsglied 24 ändert sich der Winkel zur Normalachse und damit auch die Energiekomponente, so daß ein niedrigerer Energiezustand vorliegt, wodurch der ausgelenkte Zustand des Betätigungsgliedes zunächst erhalten bleibt, und zwar so lange, bis die axiale Belastungskraft die vorgenannte Energiekomponente unterschreitet, worauf das gespannte Betätigungsglied 24 unverzüglich in den gestreckten Zustand zurückschnellt.

Beschreibung der Wirkungsweise eines erfindungsgemäßen Tastenwerkes :

Diese Funktionsbeschreibung wird an Hand des bereits in seiner Konstruktion erläuterten ersten Ausführungsbeispieles nach den

209850/0803

Fign. la bis lc vorgenommen. Wie aus diesen Figuren zu ersehen ist, wird ein Tastenknopf 10 von einer Bedienungsperson durch Herunterdrücken angeschlagen. Sobald der Tastenknopf 10 gedrückt wird, erfolgt durch die axiale Bewegung des Tastenknopfes 10, die auf das säulenförmige Betätigungsglied 14 (in diesem Fall eine Druckfeder) einwirkt, eine Kompression dieser Druckfeder. Durch diese Komprimierung erfolgt gleichzeitig eine kleinere seitliche Ausbiegung des säulenförmigen Betätigungsgliedes 14, ähnlich der Darstellung in der Fig. Ib. Diese schwach gewölbte Kurve weist zwei Biegepunkte auf und sie benötigt zu ihrer Verformung eine relativ große Belastungsenergie, die in dieser Druckfeder gespeichert ist. Wird durch die weitere Betätigung des Tastenknopfes eine stärkere Belastung auf das bereits etwas gebogene Betätigungsglied 14 ausgeübt, dann verbiegt sich diese ih einem linearen Verhältnis, wie dies in der Fig. 3 dargestellt ist, und die mechanische Spannung steigt bis zu dem Punkt 42 der Fig. 3 an, bei dem das gekrümmte Betätigungsglied 14 plötzlich unstabil wird und schlagartig seitlich in einen Belastungszustand ausknickt, bei dem eine kleinere Energiespeicherung vorliegt und in dem das Betätigungsglied 14 nur noch einen Biegepunkt aufweist, welcher ein Knie darstellt. Während des Vorgangs, in dem das Betätigungsglied 14 vom schwach gekrümmten in den Knickzustand springt, schwenken bzw. verdrehen sich auch die Enden des Betätigungsgliedes 14 in den Lagerstellen 36 der Haltezapfen 12, 18 um einen Punkt ihrer Auflage. Dieses plötzliche Ausknicken des säulenförmigen Betätigungsgliedes 14 bewirkt, daß sich ein Knie an dem gekrümmten Betätigungsglied 14 bildet, das durch die Querauslenkung schlagartig an die Seitenwand der Führungsbuchse 16 angedrückt wird, wodurch sich zwischen diesem Knie und der Führungsbuchse eine geschlossene Schaltstelle bildet, durch die der Stromkreis zur Spannungsquelle 22 geschlossen wird. Die Bedienungsperson fühlt beim Tastenanschlag, wie der mechanische Widerstand sich allmählich erhöht und wie er plötzlich nach der Überwindung des Druckpunktes sich auf einen Minimalwert verringert. Durch diese Änderung wird der Bedienungsperson angezeigt, daß der Schaltvorgang stattgefunden hat. Dieser Vorgang und der Zusammenhang zwischen

RA 970 026 2 09850/0803

erforderlicher Kraft zur Betätigung des Tastenknopfes in Abhängigkeit vom Tastenhub wurde bereits bei der Erläuterung der Fig. 3 dargelegt.· Wird auf die angeschlagene Taste weiterhin eine Druckkraft ausgeübt nachdem das elastische Betätigungsglied 14 bereits in den Knickzustand gesprungen ist, dann wird auch bei einer Erhöhung der Druckkraft an der Schaltstelle zwischen dem Knie des .Betätigungsgliedes 14 und der Führungsbuchse 16 praktisch der Kontaktdruck nicht wesentlich erhöht, sondern diese Betätigungskraft wird lediglich den Tastenhub noch etwas vergrößern und bewirken, daß sich die Spannung in dem geknickten Betätigungsglied 14 erhöht.

Wenn am Ende des Tastenhubes der angeschlagenen Taste die Druckeinwirkung auf den Tastenknopf 10 aufgehoben wird, dann wird die Taste infolge der in dem gebogenen Betätigungsglied 14 gespeicherten Spannkraft sich schnell in ihre Ausgangsstellung zurückbewegen. Aber weil sich die Zustände an den Lagerstellen 36 der Enden des Betätigungsgliedes 14 infolge der Schwenk- bzw. Drehbewegung geändert habem mit Bezug zur Säulenachse, ist eine kleinere Kraft erforderlich, um das ausgeknickte Betätigungsglied 14 in diesem Zustand zu erhalten, welcher der geschlossenen Schaltstellung entspricht. Dies besagt, daß die Schaltstelle zwischen dem Knie des Betätigungsgliedes 14 und der Führungsbuchse 16 so lange geschlossen bleibt, bis die Rückstellkraft kleiner ist als die Belastungskraft zur erforderlichen Ausknikkung des Betätigungsgliedes 14. Derartige Knickvorgänge sind in dem Fachbuch "Mechanical, Springs", Verfasser Wahl, zweite Ausgabe, Seite 69, erschienen im Verlag McGraw-Hill, ausführlicher beschrieben. Da das plötzliche Schließen und Öffnen der Schaltstelle in dem erfindungsgemäßen Tastenwerk bei verschiedenen Tastenhüben erfolgt, und zwar das Schließen beim Anschlag der Taste und das Öffnen bei der Rückstellung der Taste, ergibt sich eine Kontakt-Hysterese, welche bei den meisten Schalteinrichtungen sehr zweckmäßig ist und außerdem ergibt sich für die Bedienungsperson noch das erwünschte Tastgefühl.

RA 970 026

209850/0803

Die Wirkungsweise und die Funktion bei den anderen Ausführungsbeispielen, welche in den Fign. 2 und 5 abgebildet und auch bereits beschrieben wurden, sind ähnlich, außer daß in der Fig. 2 die Führungsstücke 28 und der Metallstreifen 30 vorgesehen sind, wobei letzterer zusammen mit der Druckfeder einen geschlossenen Ruhekontakt bildet. Durch die in die Führungsbuchse 16 eingesetzten Führungs stücke 28 nach den Fign. 2 und 5 soll erreicht werden, daß das in der Grundstellung bereits leicht gekrümmte Betätigungsglied 24, das vorzugsweise eine etwas vorgespannte Druckfeder ist, bei Erreichen des kritischen Belastungspunktes mit Sicherheit in die gewünschte Richtung ausknickt und auf das zugeordnete Kontaktstück bzw. den Signalgeber 25 auftrifft.

In der vorstehenden Beschreibung von verschiedenen Ausführungsbeispielen wurden einige Vorteile des erfindungsgemäßen Schalt- bzw. Tastenwerkes aufgezeigt. Zusammengefaßt bestehen die Vorzüge, daß das neue Tastenwerk einfacher, stabiler und auch zuverlässiger ist als bekannte Tastenwerke oder Betätigungseinrichtungen für Schalter oder Signalgeber, außerdem ist das neue Tastenwerk billiger herzustellen. Die Erfindung ermöglicht die einfache Herstellung eines elektromechanischen Schaltmechanismus, der eine erwünschte Kontakt-Hysterese aufweist und der außerdem zur -Durchführung der Schaltvorgänge eine gewünschte Schnappaktion ausführt, wobei für die Schaltmechanik nur sehr wenige und einfache Bauteile erforderlich sind. Weiterhin wird bei dem neuen Tastenwerk der Bedienungsperson beim Tastenanschlag das gewünschte Tastgefühl in der Form von unterschiedlichen Betätigungskräften übermittelt, wodurch die Bedienungsperson informiert wird, zu welchem Zeitpunkt der Schaltvorgang ausgelöst wurde und stattgefunden hat.-

^RA970026 209850/0803

Claims

PATENTANSPRÜCHE

Schaltwerk mit Sprungmechanik eines Schalters oder eines elektromechanischen Signalgebers, das bei einer kritischen Betätigungskraft und einem dieser Betätigungskraft zugeordneten Betätigungshub in die Schaltstellung springt und das beim Rückgang der Betätigungseinrichtung bei einer kleineren kritischen Betätigungskraft und einem kleineren Betätigungshub in die Grundstellung zurückspringt, dadurch gekennzeichnet,

daß ein säulenförmiges, elastisches Betätigungsglied (14, 24) zwischen einer festen Auflage (20) und einem in axialer Richtung, die Betätigungskraft auf das Betätigungsglied übertragenden Druckstück (10, 26) angeordnet ist, daß wenigstens ein Ende des Betätigungsgliedes in einem Lager (12, 18, 36) so drehbeweglich ist, daß bei ansteigender Betätigungskraft eine schwache Krümmung des Betätigungsgliedeb und bei der kritischen Betätigungskraft eine plötzliche seitliche Ausknickung des Betätigungsgliedes unter Bildung eines Knies möglich ist und daß im Abstand der seitlichen Knickauslenung wenigstens ein das Betätigungsglied ganz oder teilweise umgebendes Anschlagstück (16), das als Teil der Schalteinrichtung oder als Träger des Signalgebers (25, 32) dient, angeordnet ist.
2. Schaltwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Betätigungsglied (14, 24) eine unter geringer Vorspannung stehende komprimierbare Druckfeder ist.
3. Schaltwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das die Betätigungskraft übertragende Druckstück (10, 26) ein Tastenknopf und das Anschlagstück (16) eine das Betätigungsglied (14, 24) umgebende Führungsbuchse ist, in

^⁹⁷⁰⁰²⁶ 209850/0803

die oben der untere, mit einer Lagerstelle (12, 26, 36) versehene Teil des Tastenknopfes selbsthaltend und in axialer Richtung verschiebbar eingesetzt ist, und daß deren geschlossene Unterseite die mit einer Lagerstelle (18) versehene Auflage (20) bildet.
4. Schaltwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung eines Tastschalters mit Arbeitskontakt die Taste und die Auflage (20) aus isolierendem Material und das Betätigungsglied (14, 24) sowie wenigstens der Teil des Anschlagstückes (16), an dem das Knie des ausgelenkten Betätigungsgliedes aufschlägt, und die in der Auflage angeordnete untere Lagerstelle (18) aus elektrisch leitendem Material bestehen und daß das Anschlagstück und die untere Lagerstelle (18) Anschlußstellen eines Stromkreises aufweisen (Fign. la bis Ic).
5. Schaltwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung eines Tastschalters mit einem Umschaltkontakt das Anschlagstück (16) aus einer aus Isoliermaterial bestehenden Führungsbuchse (16) gebildet ist, daß in diese zwei dieametral einander gegenüberliegende, mit äußeren Anschlüssen versehene Kontaktstücke bildende Metallstreifen (30, 32) eingesetzt sind, daß der mit dem leitenden Betätigungsglied (24) den Ruhekontakt bildende Metallstreifen (30) an seinem Kontaktstück so gebogen ist, daß dieses das Betätigungsglied in seiner Grundstellung etwas seitlich auslenkt und daß zur Führung des Betätigungsgliedes bei der Querbewegung seitlich der Bewegungsbahn zwei Führungsstücke (28) in die Führungsbuchse eingesetzt sind (Fign. 2a und 2b).
6. Schaltwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsbuchse (16) wenigstens ein die Auslenkrichtung des Betätigungsgliedes (24) bestimmen-

RA 970 026

209850/0 8 03

des Führungsstück (28) enthält und daß an der Aufschlagstelle des Knies des ausgeknickten Betätigungsgliedes ein elektromechanischer oder ein photoelektrischer Signalgeber (25) angeordnet ist (Fig. 5).
7. Schaltwerk nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Betätigungsglied (14, 24) aus einem elastischen Drahtstück oder einer Blattfeder gebildet wird.

⁹⁷° °²⁶ 209850/0803

as*.

Leerseite