DE2260346A1

DE2260346A1 - Drucktaste

Info

Publication number: DE2260346A1
Application number: DE2260346A
Authority: DE
Inventors: Pat Emit Evans; Meryl Edwin Miller; Michael Muller
Original assignee: Datanetics Corp
Current assignee: Datanetics Corp
Priority date: 1971-12-13
Filing date: 1972-12-09
Publication date: 1973-06-20
Also published as: FR2169812A1; JPS4876073A; US3773997A

Description

Datanetics Corporation, eine Gesellschaft nach den Gesetzen des Staates Kalifornien, 18065 Euclid Street, Fountain Valley, Kalifornien (V.St.A)

Drucktaste

Die Erfindung betrifft eine Drucktaste, mit einer . zwischen einer ausgefahrenen und einer gedrückten Stellung innerhalb eines hohlen Gehäuses bewegbar angeordneten, mittels einer Rückholfeder in die ausgefahrene Stellung vorgespannten Tasteinrichtung und einem gegenüber dem Gehäuse angeordneten Schalter mit einem an einer elastischen Membran befestigten beweglichen Kontakt, welcher normalerweise von einem Festkontakt des Schalters getrennt ist.

Drucktasten zur Betätigung elektrischer Schalter oder anderer Einrichtungen haben in der Fernmeldetechnik und in der Datenverarbeitung eine weite Verbreitung gefunden. Normalerweise werden Drucktasten in Gruppen zu einer Tastatur vereinigt, mittels der alphanumerische Daten und andere Symbole eingegeben bzw· gedruck werden.

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Beispiele für solche Tastaturen finden sich an elektrischen Schreibmaschinen, Fernschreibern, Rechenmaschinen sowie an Dateneingabestationen für Computer«

Gewöhnlich hat der von einer Drucktaste angesteuerte Schalter bzw. ein vergleichbares Element einen kurzen Betätigungshub, während andererseits ein relativ langer Fingerhub erwünscht ist, um irrtümliche Betätigungen durch die über die Tasten fliegenden Finger der Bedienungsperson zu verhindern. Eine Tastatur muß also einen gewissen toten Gang bzw. Leerweg zwischen Finger u-nd Schalter aufweisen. Ferner identifiziert sich die Taste mit dem Charakter oder Symbol, welcher dem Schalter zugeordnet ist.

Obwohl bereits recht unterschiedliche Drucktasten, im Gebrauch sind, weisen sie alle typische Mangel auf, insbesondere hinsichtlich ihrer Zuverlässigkeit und ihres "Tastgefühls", aber auch in bezug auf Kontaktprellen, einfache Herstellung und leichte Montage.

Herkömmliche Drucktastaturen besitzen eine oder mehrere Rückholfedern, um die Tasten in ihre ausgefahrene bzw. Ruhe-Stellung zu bewegen. Die Rückstellkraft dieser Feder bzw. Federn und der betätigten Einrichtung , und der Reibungswiderstand von Taste und Einrichtung bilden eine Gesamtkraft, welche die Bedienungsperson bei der Betätigung jeder Taste überwinden muß. Diese Gesamtkraft gibt ein charakteristisches "Gefühl",und die gesamte Tastatur muß so konstruiert sein, daß sie sich einerseits leicht und komfortabel durch die Bedienungsperson bedienen läßt, andererseits aber noch eine genügend prägnante Rückstellung bewirkt, wenn die Finger

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abgenommen werden.

Der Erfindung liegt die" Aufgabe zugrunde, eine diese
Gesichtspunkte besonders berücksichtigende Verbesserte Drucktaste zu schaffen. ,;,-. .

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß ein zum Annähern und zum Festhalten des beweglichen
Kontaktes bei gedrückter Tasteinrichtung gegenüber de« Festkontakt eingerichtetes Betätigungselement oberhalb der Membran und gegenüber dieser bewegbar an der Tasteinrichtung beweglich angeordnet ist; und daß die last— einrichtung und'das Betätigungselement normalerweise
durch die Kraft einer Überwegfeder voneinander getrennt sind, welche nach dem Schließen der beiden Kontakte eine Fortsetzung der Abwärtsbewegung der Tasteinrichtung erlaubt und ein Trennen der Kontakte im wesentlichen erst dann bewirkt, wenn die Tasteinrichtung in ihre ausgefahrene . Stellung zurückgekehrt ist. Die" verschiedenen Federn
sind so aufeinander abgestimmt, daß die Charakteristik der Rückstellkraft in dem Punkt, wo die Schalterbetätigung stattfindet, während des abwärts gerichteten Tastenhubes eine Veränderung erfährt. Diese Veränderung spürt die
Bedienungsperson in ihrem ■ Finger und empfängt dadurch mehr oder weniger unbewußt ein Bestätigungssignal, daß der Tastenhub jetzt zur Betätigung geführt hat. Ein weiterer Vorteil dieser Änderung in der Charakteristik der Rückställkraft besteht darin, daß die Taste den Schalt— punkt sicher überschreitet, so daß jegliches Kontaktprellen bzw. unsichere Kontaktgabe ausgeschlossen wird· Ferner gestattet die Erfindung eine schnelle und leichte Drucktastenmontage, und alle Teile lassen sich relativ preiswert aus formgespritztem Kunststoff herstellen.

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Ein weiterer Vorteil l'äßt eich dadurch erzielen, daß das Betätigungselement mittels einer Totgang-Kupplungseinrichtung in der Weise mit der Tasteinrichtung verbunden ist, daß es in der ausgefahrenen Stellung der Tasteinrichtung mittels einer Kraft in eine vom Schalter entfernte zurückgezogene Stellung gedrängt wird and im Verlauf eines begrenzten Anfangs-Eindrückweges auf dem Wege zur gedrückten Stellung der Tasteinrichtung mit dieser nicht zwangsgekuppelt ist; daß die unteren Enden des GehSuses und des Betätigungselementes in der ausgefahrenen Stellung im wesentlichen in einer Ebene liegen; und daß die Überwegfeder das Betätigungselement erst mit wachsender Federspannung im Verl auf der Eindrückbewegung der Tasteinrichtung von dieser fort in Berührung mit dem Schalter bringt·

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist daa Betätigungselement mit der Tasteinrichtung durch eine besondere Kupplungseinrichtung verbunden, welcjhe die Betätigungseinrichtung beim Rückhub der Tasteinrichtung mitnimmt· In Ruhestellung der Tasteinrichtung befindet sich auch die Betätigungseinrichtung in einer bestimmten zurückgezogenen Stellung, welche die Gef,ahr einer unbeabsichtigten Schalterbetätigung bzw. einer Betätigung durch Vibration oder Schlag ausschließt. Eine relativ lange Führungsbahn für alle beweglichen Teile der Drucktaste verhindert ein Klemmen der Tasteinrichtung und sorgt für sauberen Bewegungsablauf.

Vorzugsweise sind Tasteinrichtung und Betätigungseinrichtung unverdrehbar im Gehäuse gelagert· Die verschiedenen Federelemente sind so aufeinander abgestimmt, daß die Veränderung in der Rückstellkraft in dem Abschnitt

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des BetMtigungshubes auftritt, wo der Schalter bzw. das zu betätigende Element ausgelöst wird. Die Tasteinrich— tung ist ferner vorzugsweise mit einer Kappe versehen-, welche aus einem relativ weichen Material besteht, welches unter dem Einfluß von Vorsprüngen an der Tasteinrichtung komplementäre Vertiefungen bildet.

Nachfolgend wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf eine Zeichnung erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Drucktaste in Verbindung mit einem Membranschalter, in Längsrichtung geschnitten';

Fig. IA einen Teilschnitt durch einen Membranschalter;

einen Schnitt durch ein Gehäuse der Drucktaste;

•eine Draufsicht auf das Gehäuse von Fig. 2 · aus einer Richtung 3—3;

eine Unteransieht des Gehäuses;

eine teilweise aufgeschnittene Seitenansicht einer Tasteinrichtung der Drucktaste;

eine Ansicht aus Richtung 6-6 von Fig. 5;

eine Draufsicht aus Richtung 7-7 von Fig.

eine Unteransicht aus Richtung 8-8· von Fig." 5;

ein zur Drucktaste gehöriges Betätigungselement;

Fig. 10 einen Teilschnitt im Verlauf einer Linie 10-10 von Fig. 9;

Fig. 11 eine Draufsicht auf das Betätigungselement aus einer Richtung 11-11 von Fig. 9j

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Fig.	2
Fig.	3
Fig.	4
Fig.	5
Fig.	6
Fig..	7
Fig.	8
Fig.	9

Fig. 12 eine Unteransicht aus Richtung 12-12 von Fig. 1; und

Fig. 13 ein Diagramm für eine Kraft-Weg-Charakteristlk der Drucktaste im Verlaufe ihres Betätigung*— hubes.

Die in der Zeichnung dargestellte Drucktaste 10 ist oberhalb eines kreisförmigen Durchbruches 12 in einer Frontplatte 11 montiert, und unter diesem Durchbruch 12 befindet sich ein Membranschalter 13, welcher sandwichartig zwischen der Frontplatte 11 und einer" unteren
Montageplatte 14 eingespannt ist. Zur Befestigung der Drucktaste 10 an der Frontplatte 11 dient eine Klemmplatte 15. Frontplatte 11, Montageplatte 14» Membranschalter 13 und Klemmplatte 15 sind mittels Schrauben (nicht dargestellt) oder anderer herkömmlicher Befestigungselemente miteinander verbunden.

Fig. IA zeigt den in typischer Bauweise hergestellten Membranschalter 13 in einem Teilschnitt; es sind eine Anzahl derartiger Membranschalter bekannt, beispielsweise aus dem US-Patent 3 594 684· Der Membranschalter 13 besitzt eine steife Grundplatte, beispielsweise In Form einer Leiterplatte 18 mit einem metallisierten
Abschnitt auf der Oberseite, welcher einen ersten
Kontakt 19 bildet. Ein zweiter elektrischer Kontakt
20 befindet sich auf der Unterseite einer düneen
flexiblen Kunststoffolie 21, welche durch eine Isolierschicht 22 mit einem Durchbruch 23 von der Leiterplatte 18 getrennt ist; die beiden Kontakte 19 und 20 liegen sich innerhalb des Durchbruches 23 gegenüber.
Das ganze ist mit einer flexiblen Deckschicht 24 abgedeckt.

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LaBt man eine durch einen Pfeil angedeutete Kraft 25 auf die flexible Deckschicht einwirken, so verformt diese sich gemeinsam mit der Kunststoffolie 21, und der damit verbundene zweite Kontakt 20 berührt den ersten Kontakt 19; jetzt besteht eine elektrische Verbindung zwischen beiden Kontakten. Nach Entfernen der Kraft in Pfeilrichtung 25 hebt sich der zweite Kontakt 20 durch die Elastizität der Folie 21 und der Deckschicht 24 wieder an, und die Kontakte werden voneinander getrennt, wie in Fig. IA dargestellt. Selbstverständlich sind auch andere Membranschalter verwendbar^ Fig«, IA zeigt ledig-lieh eines von vielen möglichen Ausführungsbeispielen.

Zur Drucktaste 10 gehört gemäß Fig. 1 bis 4 ein integral geformtes Gehäuse 30 mit einem kreisförmigen Boden 31.und einer kreisförmigen Vertiefung 32 darin, welche in montiertem Zustand einen Abstand zwischen der Gehäuse Unterseite und der flexiblen Deckschicht 24 das Membran— schalters 13 bietet, um der Deckschicht 24 genügend Spielraum zu gewähren. Im montierten Zustand wird ein Flansch 33 mit einer Paßschräge 34 von der Klemmplatte 15 überdeckt und festgespannt.

An den Flansch 33 schließt sich ein Mittelabschnitt 36 an, welcher mittels einer Schulter 3 7 in ein Oberteil 38 übergeht, welches einen Kegelstumpf mit abgeflachten Seiten 39 darstellt (Fig. 3).

Der innenEaum des Gehäuses 30 ist hohl und bildet eine untere Kammer'41 von redi teckigem Querschnitt und eine kleinere obere Kammer 42 von ebenfalls rechteckigem Querschnitt. Zwei gegenüberliegende Seitenwände 43 erstrecken sich über die Länge der oberen Kammer 42, und

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zwei weitere Seitenwände 44 erstrecken sich sowohl über die obere als auch über die untere Hanauer. Je zwei voneinander entfernte Rippen 45 erstrecken sich im Innern jeder Seitenwand 44 in der unteren Kammer 41 und bilden eine glatte Verlängerung der Seitenwände 4 * in die untere Kammer, Jede Rippe 45 endet ein kurzes stück oberhalb des Gehäusebodens und bildet eine Schulter bzw. einen Anschlag 46.

In jeder Seitenwand 44 befindet sich ferner ein Kanal

48, der vom oberen Ende des Oberteils 38 bis zum unteren Ende der Seitenwand 44 in der kreisförmigen Vertiefung 32 reicht. Wie Fig. 2 erkennen läßt, wird der Kanal 48 nach oben hin weiter. Einer der beiden Kanäle 48 besitzt zwischen seinen beiden Enden einen Vorsprung

49, welcher sich zum Innenraum des Gehäuses 30 erstreckt und eine mit der Ebene seiner benachbarten Seitenwand 44 abschneidende Kante 50 bildet. Die Grundfläche dieses Kanals 48 nähert sich von beiden Seiten her in je einer schlanken Kurve der Kante 50 und bildet so ein Kurvenstück, wie in Fig. 1 dargestellt ist.

Ein integral geformter Taststößel 53 (Fig. 5 bis 8) besitzt einen kreisförmigen Flansch 54 mit einer nach innen gestuften Unterseite, welche eine Schulter 55 als Anlage für eine Feder bildet. An die Oberseite des Flansches schließt sich ein kreuzförmiger Schaft 46 mit Seitenwänden 57 an. Auf jeder dieser Seitenwände 57 erhebt sich ein knopfartiger Vorsprung 58.

Nach unten hin schließt sich an den Flansch 54 ein Stößel 59 mit im wesentlichen rechteckigem Querschnitt an. In den gegenüberliegenden Schmalseiten des Stößels

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befindet sich je ein in Längsrichtung des Stößels verlaufender Kanal 60, und die Breitseiten des Stößels 59 besitzen flache Kanäle 61, und das stehengebliebene Material zu ihren beiden Seiten bildet je eine Führungsrippe 62 in allen vier Ecken des Stößels 59.

Ein zur Halterung einer Feder dienender Butzen 63 bildet das untere Ende des Stößels 59 und in den beiden Breitseiten des Stößels befindet sich ferner je ein Führungs-kanal 64 mit einer lotrecht zur Längsachse des Stößels verlaufenden Schulter 65; der Führungskanal dient zur Aufnahme eines nachfolgend beschriebenen Betätigungselementes. Integral an das Oberteil des Stößels 59 angeformt ist eine sich innerhalb eines der Kanäle 60 erstreckende und mit einer Nase 67 abschließende Blattfeder 66. Die Nase 67 ragt normalerweise über die benachbarten Seitenflächen des Stößels 59 heraus, und der umgebende Kanal 60 ist tief genug, um das Ende der Blattfeder 66 mit der Nase 67 in sich aufnehmen zu können, wenn die ■ Nase 67 bis auf die Ebene der benachbarten Seitenwände zurückgedrängt wird. Eine Ausnehmung 68 im Flansch 54 erleichtert das Ausformen bei der Herstellung des Stößels 59.

Ein integral eingeformtes Betätigungselement 72 (Fig. bis 11) besitzt zwei sich gegenüberliegende Haltearme 74, welche von einem Unterteil -73 auslaufen,und an ihren oberen Enden je einen nach innen reichenden Vorsprung besitzen. Zwischen den Haltearmen 74 sind auf der Oberseite des Unterteils 73 zwei Butzen 76 zur Aufnahme einer Feder angebracht. Zur Führung des Betätigungselements 72 dienen zwei sich gegenüberliegende Seitenwände 77, und die Unterseite des Unterteils 73 weist einen knopfartigen

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Vorsprung 78 auf.

Eine Kappe 82 für die Drucktaste 10 besteht gemäß Fig. und 12 aus einem Innenkern 83 und einer Außenhülle 84· Die Kappe 82 ist nach einem an sich bekannten Zweifach-Spritzvorgang hergestellt; der Innenkern 83 besitzt eine erhabene alphanumerische Type 85 ( in Fig. 1 nur teilweise angeschnitten dargestellt), und die um den Innenkern herumgeformte Außenhülle 84 schließt die Konturenider Type 85 so in sich ein, daß eine glatte Oberfläche gebildet wird. Ein mit einer kreuzförmigen Ausnehmung bzw· Fassung 88 versehenes integrales Mittelteil 86 des Innen— kerns 83 ist nach allen vier Seiten mit Rippen 87 abgestützt. Die Fassung 88 ist so dimensioniert, daß sie sich mit Preßsitz auf den kreuzförmigen Schaft 56 des Taststößels 53 aufschieben läßt.

Alle zuvor beschriebenen Bauelemente sind vorzugsweise aus handelsüblichem Kunststoff formgespritzt; für das Gehäuse 30 und die Kappe 82 eignen sich ABS-Kunststoffe, das Betätigungselement 72 besteht vorzugsweise aus einem Polysulphon-Kunststoff, und der Kunststoff für den Stößel 59 ist härter als das für die Kappe 82 verwendete Material. Hierfür eignet sich beispielsweise ein Acetal-Harz, welches unter der Handelsbezeichnung Delrin vertrieben wird·

Gemäß Fig. 1 liegt eine den Stößel 59 umgebende Rückholfeder 90 mit ihrem oberen Ende an der Schulter 55 des Taststößejs 53 an. Bei der Montage wird der Stößel 59 so ausgerichtet, daß die Nase 67 seiner Blattfeder 66 in den Kanal 48 mit Vorsprung 49 eingreift. Mit ihrem unteren Ende stützt sich die Rückholfeder 90 an der Schulter 3 7 des Gehäuses 30 ab.

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Wie Fig. 1 und 6 erkennen lassen, befindet sich zwischen den Haltearmen 74 des Betätigungseiementes 72 eine Überwegfeder 91, deren unteres Ende ausserhalb der Butzen 76 auf der Oberseite des Unterteils 73 aufliegt, und deren oberes Ende zeitweilig auf den Unterseiten der Vorsprünge 75 an den Haltearmen 74 aufliegt.

Bei der Montage wird der Taststößel 53 gegen die Kraft der Rückholfeder 90 voll in das Gehäuse 30 hineingedrückt und anschließend das Betätigungselement 72 mit . Überwegfeder 91 von der Unterseite des Gehäuses in die untere Kammer 41 eingesetzt. Drückt man das Betätigungselement 72 nach oben in das Gehäuse hinein, berühren die angeschrägten Oberseiten der Vorsprünge 75 den Boden des Stößels 59. Aufgrund der Elastizität des verwendeten Kunststoffes biegen sich jetzt die Haltearme 74 nach außen, und die VorSprünge 75 gleiten über das untere Ende des Stößels hinweg.Im weiteren Verlaufe dieser Aufwärtsbewegung gleiten die Vorsprünge 75 in die Führungskanäle 64 ein. Dann schnappen die elastischen Haltearme 74 nach innen in ihre Normalstellung zurück, und die Vorsprünge 75 verhindern jetzt das Herausfallen des Betätigungselementes 72 aus dem Gehäuse 30.

Die Überwegfeder 91 wird an der Unterseite des Stößels 59 durch die Butzen 63 fixiert. Die Überwegfeder 91 ist eine Druckfeder, welche das Betätigungselement 72 vom Stößel 59 nach unten weg in eine Stellung drückt,in der die Vorsprünge 75 innerhalb der Führungskanäle 64 auf den Schultern 65 aufliegen.

Han kann jedoch auch umgekehrt vorgehen und zunächst die Überwegfeder in das Betätigungselement 72 einsetzen und anschließend das Betätigungselement in das Gehäuse

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einschieben. Zu diesem Zwecke legt man das Gehäuse auf eine flache Oberfläche auf oder benutzt ein Montagewerkzeug. Anschließend wird die Rückholfeder 90 außen auf das Gehäuse 30 aufgestülpt, und der Stößel 59 des Taststößels 53 wird dann in das Gehäuse eingesetzt und so weit gedruckt, bis das Betätigungselement einrastet.

Zum Schluß der Montage drückt man den kreuzförmigen Schaft 56 des Taststößels 53 in die Fassung 88 der Kappe 82. Man drückt so lange, bis die Unterseite des Mittelteils 86 der Kappe auf der Oberseite des Flansches 54 aufliegt, wie in Fig. 1 dargestellt. In der Fassung 88 ist kein extra Raum für den knopfartigen Vorsprung des Schaftes 56 vorgesehen, die Teile müssen also mit Kraft zusammengefügt werden.

Das für die Kappe 82 verwendete Kunststoffmaterial ist relativ weich gegenüber dem Material des Taststößels, so daß sich in relativ kurzer Zeit durch Kaltfluß in der Fassung 88 Vertiefungen ausbilden, welche die knopfartigen Vorsprünge 58 aufnehmen. Diese Dauervertiefungen bleiben, auch wenn die Kappe zeitweilig vom Taststößel abgenommen wird, und sie bilden Vertiefungen für den zuverlässigen Sitz der Kappe auf dem Taststößel. Die Vertiefungen in der Fassung der Kappe werden also automatisch bei der Montage lediglich durch zweckmäßige Werkstoffwahl gebildet, so daß man für diese Befestigungsart keine teuren und aufwendigen Sonderwerkzeuge braucht.

Ein weiteres wichtiges Merkmal der Erfindung ist die schnelle und einfache Montageweise für die verschiedenen Bauelemente der Drucktaste 10. Beide verwendeten

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Federn sind zylindrisch und nicht konisch, es braucht also keine besondere Lage berücksichtigt zu werden.. Konische Federn haben außerdem den Nachteil, sich leicht ineinander zu verkeilen, wenn sie in großen Mengen gelagert werden. Dieser Nachteil besteht bei Zylinderfedern nicht. Beim Einsetzen der Vorsprünge 75 in die Führungskanäle 64 verriegelt sich das Betätigungselement automatisch gegenüber dem Stößel, so daß keine Splintscheiben oder ähnliche Befestigungselemente benutzt werden müssen.

Das Betätigungselement 72 dient als H^lteelement, welches die obere Endlage des Taststößels 53 gegenüber dem Gehäuse 30 bestimmt. Die Oberseite vom Unterteil 73 des Betätigungselementes liegt gemäß Fig. 1 am Anschlag auf der Unterseite der Rippen 45 des Gehäuses an und begrenzt die Aufwärtsbewegung des Betätigungselementes innerhalb des Gehäuses, weil, wie bereits erwähnt, die Vorsprünge 75 sich gegen die Schultern 65 der Führungskanäle 64 legen. Alternativ dazu wäre es auch möglich, Gehäuse und Betätigungselement so zu dimensionieren, daß die in Fig. mit 41 markierten Flächen der unteren Kammer 41 als Anschläge für die Oberseiten der Haltearme 74 dienen, wenn das Betätigungselement vollständig zurückgezogen ist.

Der Tastschlüssel 53 sitzt mit Gleitsitz innerhalb des Gehäuses, und die'Führungsrippen 62 des Stößels 59 gleiten geschmeidig an den Seitenwänden der oberen Kammer 42 sowie an den verlängerten Rippen 45 entlang. Dadurch wird eine gute Seitenführung auf dem gesamten Betätigungsweg des Taststößels gewährleistet, und Seitenkräfte können sich nicht störend in Form von Verklemmungen oder dergleichen auswirken. In ähnlicher

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Weise gleitet das Betätigungselement 72 mit Schiebesitz in der unteren Kammer 41 entlang, indem das Unterteil 73 und die Seitenwände 77 durch die Seitenwände 43 und 44 des Gehäuses geführt werden.

Neben der vorstehend beschriebenen guten Führungseigenschaften verhindert die rechteckige Querschnitts-Konfiguration aller beweglichen Teile innerhalb des Gehäuses ein Verdrehen. Dies ist auch aus Gründen der Qualitätskontrolle erwünscht, weil jegliche Gratbildung oder sonstige Defekte an den Spritzgußteilen, welche zu einem Verklemmen führen könnten, sofort bei der Funktionsprüfung bemerkt werden. Hat man dagegen gleitende Teile, welche gegenseitig verdrehbar geführt sind, so kann es vorkommen, daß man Grat oder sonstige zu Verklemmungen führenden Ungleichmäßigkeiten nicht sofort bemerkt, weil sie nur in einer bestimmten verdrehten Lage stören wurden.

Die Verbindung zwischen dem Taststößel 53 und dem Betätigungselement 72 mittels der in den Führungskanälen 64 geführten Vorsprünge 75 stellt eine Leerhub-Verbindung dar· Dies ist insbesondere dann erwünscht, wenn es sich um die Betätigung eines Schaltelementes mit kurzem Betätigungsweg handelt, wie im vorliegenden Falle des Membranschalters 13. Bei dem in Fig. IA dargestellten Membranschalter genügt zum Schließen der beiden Kontakte 19 und 20 eine Absenkung der flexiblen Deckschicht um eine Strecke, die in der Größenordnung von 0,18 mm liegt. Demgegenüber bevorzugen Bedienungspersonen bei Tastaturen einen Tastenweg in der Größenordnung von 2,5 bis 5 mm zur Schalterbetätigung. Um diese idealen Bedingungen einzustellen, muß die Drucktaste genügend

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Leerhub gegenüber der Bewegung des Betätigungselementes aufweisen, und die erfindungsgemäße Verbindung zwischen Taststößel und Betätigungselement erfüllt diese Bedingungen.

Die Drucktaste 10 ist oberhalb des Membranschalters 13 angebracht (Fig. 1). Zur Betätigung dieses Schalters wird die Kappe 82 durch den Finger einer Bedienungsperson gedrückt. Dadurch wird der Taststößel 53 in das Gehäuse 30 hineinbewegt, und während sich das' Betätigungselement 72 auf die Oberseite des Membranschalters 13 legt, drückt sich die Überwegfeder 91 zusammen. Im weiteren Verlauf der Abwärtsbewecung des Taststößels 53 mit Kappe 82 überwindet die vom Betätigungselement 72 ausgeübte Kraft die Rückstellkraft des Membranschalters 13, und der bewegliche Kontakt berührt den ersten Kontakt 19, so daß der Schalter geschlossen wird.

Während der Abwärtsbewegung des Taststößeis 53 gleitet die Nase 67 der Blattfeder 66 im Kanal 48 nach unten und berührt dabei den Vorsprung 49* Im weiteren Verlauf der Abwärtsbewegung der Drucktaste wird die Blattfeder 66 nach innen ausgelenkt, bis die Nase 67 über die Kante 50 des Vorsprunges 49 hinweggleitet. Die Nase gleitet jetzt an der Rückseite des Vorsprunges 49 wieder abwärts. Zur Überwindung des Vorsprunges 49 durch die Nase 67 ist eine zusätzliche Kraft an der Kappe 82 erforderlich, welche nach Überwindung der Kante 50 schlagartig in eine Kraftverminderung übergeht. Diese Diskontinuität im Kraft-Weg-Verhalten der Drucktaste befindet sich im mittleren Bereich des gesamten Tastenhubes .

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Diese Diskontinuität im Kraft-Weg-Verhalten ist in Fig. 13 der Zeichnung grafisch dargestellt; dort ist in der Ordinate die Kraft aufgetragen, welche eine Bedienungspe rson mit ihrem die entsprechende Taste betätigenden Finger aufbringen muß, während auf der Abszisse der Tastenhub aufgetragen ist. Im Anfangsbereich des Abwärtshubes steigt die Rückstellkraft linear an, es folgt jedoch ein bestimmter Kraftanstieg, sobald die Nase 67 den Vorsprung 49 erreicht. Nach Überspringen der Kante 50 kommt es zu einem jähen Abfall in der Rückstellkraft, weil jetzt die in der Blattfeder 66 aufgespeicherte Kraft an der Rückseite des Vorsprunges 49 zur Wirkung kommt. Sobald die Nase 67 den gesamten Vorsprung überwunden hat, steigt die Rückstellkraft wieder linear an.

Die Kraft der Überwegfeder 91 ist so auf den Betätigungsdruckbedarf des Membranschalters 13 abgestimmt, daß die Schalterbetätigung gerade zu dem Zeitpunkt erfolgt, wo die Nase 67 über die Kante 50 hinwegspringt. Wenn dann der Schalter betätigt ist, spürt es die Bedienungsperson deutlich in der Taste und registriert im Unterbewußtsein, daß jetzt eine Schalterbetätigung stattgefunden hat. Hinter dem Betätigungspunkt kann der Taststößel noch einen zusätzlichen Überhub ausführen, welcher dadurch begrenzt wird, daß die Vorsprünge 75 des Betätigungselementes die oberen Enden der Führungskanäle 64 erreichen.

Die Blattfeder 66 mit Nase 67 vermittelt nicht nur das zuvor beschriebene präzise Schalterbetätigungsgefühl, sondern bietet darüber hinaus den Vorteil, den Taststößel über den präzisen Schaltpunkt hinwegzubewegen.

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Dadurch wird ein Kontaktprellen wirksam verhindert, welches auftreten würde, wenn die Schalterbetätigunglediglich vom Fingerdruck der Bedienungsperson abhängig wäre. Wegen der in Fig. 13 dargestellten Diskontinuität im Kraft-Weg—Verhalten der Drucktaste 10 ist. es schwierig bzw. ausgeschlossen, die Taste im genauen Schalterbetätigungspunkt festzuhalten, und die Möglichkeit einer unerwünschten Mehrfach—Schalterbetätigung wird eingeschränkt.

Das zuvor beschriebene erwünschte Tastgefühl für die Schalterbetätigung kann in bestimmten Anwendungsfällen auch unerwünscht sein. In diesem Falle braucht man den Taststößel 53 lediglich geqenüber der in Fig. 1 dargestellten Stellung um 180 um seine Längsachse verdreht in das Gehäuse 30 einzusetzen. Jetzt befindet sich die Blattfeder 66 mit der Nase 67 in dem durchgehenden Führungskanal 48, welcher keinen Vorsprung 49 aufweist. Dadurch fällt der Sprung im Kraft-Weg—Verhalten gemäß Fig. 13 fort, es^ entsteht ein linearer Kraftanstieg. Hierzu sind keine abgewandelten Einzelteile notwendig, es genügt lediglich der zuvor beschriebene versetzte Einbau.

Sobald die Bedienungsperson ihren Finger von der Taste nimmt, gleitet der Taststößel mit Kappe unter der Wirkung der Rückholfeder 90 wieder in die in Fig. 1 dargestellte Ausgangslage zurück. Der zweite Kontakt 20 trennt sich vom festen Kontakt 19, sobald die Rückstellkraft des Membranschälters die Kraft der Überwegfeder 91 beim Aufwärtshub überwindet. Ein wesentliches Merkmal der Erfin-' dung besteht darin, daß das Betätigungselement bei-Rückhub des Taststößels vollständig in das Gehäuse 30

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eingezogen wird. Dies geschieht, weil seine Vorsprung« 7 5 an den Haltearmen 74 von den Schultern 65 mitgenommen wird. In der oberen Endlage der Taste liegt die Oberkante des Unterteils 73 an den Anschlägen 46 des Gehäuses an ■Fig. 1). Falls erwünscht, können die Anschläge 46 so gelegt werden, daß der den Schalter betätigende knopfartige Vorsprung 78 des Betätigungselementes 72 am Ende des Rückholhubes vom Mernbranschalter frei kommt· Diese Möglichkeit ist besonders dann erwünscht, wenn die Drucktaste im Betrieb Vibrationen bzw. Schockbelastungen ausgesetzt ist, welche eventuell zu einer unerwünschten Schalterbetätigung führen könnten.

Bei einem typischen Ausführungsbeispiel der Erfindung sind die Bauteile so bemessen, daß die Schalterbetätigung nach einem Teilhub von etwa 2,75 mm erfolgt, während der Gesamthub etwa 4,25 mm beträgt. Die Rückholfeder 90 ist so ausgelegt, daß im Augenblick der Schalterbetätigung eine Betätigungskraft von etwa 85 g aufgebracht werden muß. Wie bereits erwähnt, ist die Überwegfeder 91 so ausgewählt, daß ihre Rückstellkraft zum Zeitpunkt der Schalterbetätigung gleich der Schalter-Rückstellkraft ist, während die Nase 67 gerade über die Kante 50 des VorSprunges 49 hinweggleitet.

Die Gefahr einer unerwünschten Selbstzerlegung der Drucktaste wird dadurch wesentlich verringert, daß keine Splintscheiben, Federringe und ähnliche Befestigungselemente benutzt werden. Andererseits ist zu Wartungszwecken oder aus sonstigen Anlassen jederzeit eine leichte Demontage möglich. Hierzu nimmt man das Gehäuse 30 vom Membranschalter ab und drückt dann die Kappe 82 voll nach unten, bis das Betätigungselement

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teilweise aus dem unteren Gehäuse herausragt. In dieser Stellung sind die Haltearme 74 zugänglich, und ihre Vorsprünge 75 lassen sich leicht aus den Führungskanälen 64 herausbewegen. Jetzt ist das Betätigungselement 72 gelöst, und alle Teile der Drucktaste lassen sich zerlegen und prüfen.

Oft kombiniert man eine Anzahl dieser Drucktasten in einem Rahmen zu einer Tastatur. Manchmal ist es erwünscht, in einem solchen Rahmen extra Membranschalter anzuordnen, um für zukünftige Anwendungen der Tastatur vorbereitet zu sein. In diesem Falle ordnet man oberhalb der Reserve-Membranschalter je ein Gehäuse mit Betätigungselement und Überwegfeder an, läßt aber den Taststößel mit Kappe vorläufig fort. Sollt einer dieser Reserveschalter aktiviert werden, so kann man schnell den Taststößel mit Kappe und Rückholfeder in das Gehäuse einstöpseln, weil der Stößel automatisch in das bereits montierte Betätigungselement 72 einrastet. Damit ist diese Drucktaste mit Schalter betriebsbereit.

Die zuvor beschriebene Drucktaste eignet sich besonders für Schalter bzw « Einrichtungen mit kurzem Betätigungshub wie beispielsweise Membranschalter. Die Drucktaste besteht aus billigen Formteilen und- läßt sich leicht und schnell montieren, ohne besondere Befestigungselemente oder Klebemittel benutzen zu müssen. Das Gehäuse bietet hervorragende Führungsflächen für alle beweglichen Teil'e der Drucktaste, und die besondere Anbringung des verdrehungsgesicherten Betätigungselementes gewährleistet eine sichere Funktion.

Zusammengefaßt betrifft die Erfindung eine Drucktaste ■i υ j ö 2 5 / Ü 8 3 7

zur Betätigung eines Membranschalters und besteht aus einem Gehäuse, einem innerhalb des Gehäuses beweglich gelagerten Stößel und einem Betätigungselement, welcher über eine Leerhub-Verbindung mit dem Taststößel in der Weise gekoppelt ist, daß im Verlauf eines relativ langen Tastenhubes nur ein kleiner Weg des Betätigungselementes zur Betätigung des Schalters notwendig ist· Eine Rückholfeder drückt den Taststößel in eine ausgefahrene Ruhestellung, in welcher der Schalter nicht betätigt ist, und eine zweite Schraubenfeder drückt das Betätigungselement in eine vom Taststößel entfernte Richtung. Die Leerhub-Verbindung zwischen Taststößel und Betätigungselement gewährleistet ein sicheres Zurückholen des Betätigungselementes beim Rückhub des Taststößels. Eine Blattfeder des Taststößels gleitet über eine Kurvenfläche bzw. Rampe des Gehäuses hinweg, und diese Rampe ist so geformt, daß der normale lineare Kraftanstieg der Schraubenfedern nach Art eines Sprungwerk es umgeformt wird, so daß Kontaktprellungen ausgeschlossen werden und im Betätigungsfinger ein Tastsignal ausgelöst wird, welches anzeigt, daß die Schalterbetätigung stattgefunden hat.

Claims

Patent ansprüche

1. Drucktaste, mit einer zwischen einer ausgefahrenen und einer gedrückten Stellung innerhalb eines hohlen Gehäuses bewegbar angeordneten, mittels einer Rückholfeder in die ausgefahrene Stellung vorgespannten Tasteinrichtung und einem gegenüber dem Gehäuse angeordneten Schalter mit einem an einer elastischen Membran befestigten beweglichen Kontakt, welcher normalerweise von einem Festkontakt des Schalters getrennt ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein zum Annähern und zum Festhalten des beweglichen Kontaktes (20) gegenüber dem Festkontakt (19) bei gedrückter Tasteinrichtung (53) eingerichtetes Betätigungselement (72) oberhalb der Membran (24) und gegenüber dieser bewegbar an der Tasteinrichtung beweglich angeordnet ist; und daß die Tasteinrichtung (53) und das Betätigungselement (72) normalerweise durch die Kraft einer Überwegfeder (91) voneinander abgerückt werden, welche nach dem Schließen der beiden Kontakte (19, 20) eine Fortsetzung der Abwärtsbewegung der Tasteinrichtung erlaubt und ein Trennen der Kontakte im wesentlichen erst dann bewirkt, wenn die Tasteinrichtung in ihre ausgefahrene Stellung zurückgekehrt ist. '

2. Drucktaste nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Tasteinrichtung (53) und das Betätigungselement (72) nicht—verdrehbar im Gehäuse (30) angeordnet sind·

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3. Drucktaste nach Anspruch! oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Betätigungselement (72) mittels einer Leerhub-Kupplung (64,74) in der Weise mit der Tasteinrichtung (53) verbunden ist, daß es in der ausgefahrenen Stellung der Tasteinrichtung mittels einer Kraft in eine vom Schalter (13) entfernte zurückgezogene Stellung gedrängt wird und im Verlaufe eines begrenzten Anfangs-Tastweges in Richtung auf die ge» drückte Stellung der Tasteinrichtung mit dieser nicht zwangsgekoppelt ist; daß die unteren Enden des Gehäuses (30) und des Betätigungselementes (72) in der ausgefahrenen Stellung im wesentlichen in einer Ebene liegen; und daß die Überwegfeder (91) das Betätigungselement (72) erst mit wachsender Federspannung im Verlauf der Eindrückbewegung der Tasteinrichtung (53) von dieser fort in Berührung mit dem Schalter (13) bringt.

4. Drucktaste nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (30) mit dem Schalter (13) durch eine Klammereinrichtung (15) verbunden ist; und daß die untere Oberfläche des Gehäuses (30) sich in der Nähe einer Befestigungsfläche (24) des Schalters (13) befindet.

5. Drucktaste nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Gehäuse (30) und der Tasteinrichtung (53) ein drittes Federelement (66) so angeordnet ist, daß es in einem ersten Wegabschnitt des Eindrückweges der Tasteinrichtung (53) diesem einen Widerstand entgegensetzt und im Verlauf eines anschließenden Wegabschnittes in entgegengesetzter Richtung die Bewegung der Tasteinrichtung in ihre gedrückte Stellung unterstützt.

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6. Drucktaste nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse

(30) einen Anschlag (46) besitzt, an dem das Betätigungselement (72) in seiner zurückgezogenen Stellung anliegt, und der die Aufwärtsbewegung der Tasteinrichtung (53) gegenüber dem Gehäuse begrenzti

7. Drucktaste nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (30) zwei in Betätigungsrichtung verlaufende Kanäle (48) mit je einer Anlagefläche besitzt, welche als Anschläge für die die Tasteinrichtung (53) seitlich umgreifenden Arme (74) der Kupplungseinrichtung (64,74), welche die relative Trennstrecke zwischen Tasteinrichtung und Betätigungselement (72) begrenzen, dienen.

8. Drucktaste nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Arme (74) integrale Bestandteile des Betätigungselementes (72) sind, das aus einem ausreichend elastischen Material besteht, um das Überstreifen der Arme über die Tasteinrichtung (53) ohne bleibende Dehnung zu gestatten.

9. Drucktaste nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Tasteinrichtung (53) ein mit Vorsprüngen (58) versehener Schaft (56) und eine Kappe (82) mit einem Sockel (86) gehören, der kraftschlüssig mit dem Schaft verbunden ist; und daß die Kappe (82) aus einem weicheren Material als der Schaft (56) besteht, welrhes durch Kaltfluß um die Schaft-Vorsprünge (58) herum bleibende Vertiefungen bildet.

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