DE2915456B1 - Drucktasteneinrichtung mit piezoelektrischem Wandler - Google Patents

Drucktasteneinrichtung mit piezoelektrischem Wandler

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DE2915456B1 DE19792915456 DE2915456A DE2915456B1 DE 2915456 B1 DE2915456 B1 DE 2915456B1 DE 19792915456 DE19792915456 DE 19792915456 DE 2915456 A DE2915456 A DE 2915456A DE 2915456 B1 DE2915456 B1 DE 2915456B1
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    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/94Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the way in which the control signals are generated

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Description

  • Diese Schwierigkeiten und Forderungen bedingen verhältnismäßig aufwendige mechanische Konstruktionen. Man ist deshalb bemüht, die mechanischen Bauteile solcher Drucktasteneinrichtungen zumindest teilweise durch äquivalente elektronische Bauteile zu ersetzen. Hierzu ist insbesondere die Ausnutzung des piezoelektrischen Effektes bekannt.
  • Eine entsprechende, rein elektronische Drucktasteneinrichtung ist z. B. die sogenannte Piezotaste (»Funkschau«, 1977, Heft 22, Seiten 1045 bis 1047; DE-AS 23 14 420). Diese Taste enthält einen aktiven piezokeramischen Druckwandler. Als Druckwandler dient ein dünnwandiger, in Dickenrichtung polarisierter Körper aus einem piezokeramischen Werkstoff. Bei der Druckbetätigung der Taste wird die mechanische Leistung von der Keramik teilweise in elektrische Energie umgesetzt und dabei ein Spannungsimpuls erzeugt, der einem nachgeschalteten elektronischen Verstärker zugeführt wird. Die Herstellung dieser Tasten ist jedoch verhältnismäßig aufwendig und dementsprechend kostenintensiv. Außerdem sind die verwendeten piezokeramischen Werkstoffe im allgemeinen sehr spröde und somit leicht brüchig. Es sind deshalb nur Deformationen des Druckwandlers durch die Tastenbetätigung vorgesehen, die unter 1 ,um liegen.
  • Die Betätigung einer solchen Taste erfolgt somit praktisch ohne Auslöseweg, d. h., eine haptische Rückmeldung eines Druckpunktes ist bei dieser Drucktasteneinrichtung nicht ohne weiteres möglich.
  • Die sich aus der Sprödigkeit von piezokeramischen Werkstoffen ergebenden Schwierigkeiten treten bei Verwendung von piezoelektrischen Kunststoffolien nicht auf. Eine entsprechende Drucktasteneinrichtung nach dem piezoelektrischen Wandlungsprinzip ist aus der DE-OS 26 23 930 bekannt. Sie enthält einen Trägerkörper, der auf seiner Bedienseite eine der gewünschten Anzahl von Signalgebern entsprechende Zahl flacher Mulden aufweist, über die eine piezoelektrische Kunststoffolie gespannt ist. Diese Kunststoffolie ist auf der Bedienseite zweckmäßig von mindestens einer Schutzfolie aus einem Kunststoff überzogen. Insbesondere kann diese Schutzfolie im Bereich der Berührungsstellen so gestaltet sein, daß bei Aufhebung der den Schaltvorgang auslösenden Druckkraft die Rückstellung der Kunststoffolie in ihre Ausgangslage unterstützt wird. Hierzu weist die Schutzfolie eine Schnappcharakteristik mit bistabilem Charakter ähnlich wie bei einem Mikro-Switch auf.
  • Unter Druckeinwirkung auf die bekannte Drucktasteneinrichtung wird die piezoelektrische Kunststoffolie gedehnt und erzeugt so ein elektrisches Spannungssignal, das von an der Folie angebrachten Elektroden abgenommen und einer Verstärkereinrichtung zugeführt wird. Bekanntlich verliert jedoch eine solche piezoelektrische Folie mit der Zeit an piezoelektrischer Kopplung, so daß das von ihr bei Betätigung hervorgerufene Spannungssignal dann entsprechend schwächer und somit immer störanfälliger wird.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, diese bekannte Drucktasteneinrichtung mit piezoelektrischer Kunststoffolie dahingehcnd zu verbessern, daß das bei einer Druckausübung auf die Piezofolie hervorgerufene Spannungssignal kaum von einer Ermüdung des Folienmaterials beeinflußt wird. Die mit der Verwendung einer piezoelektrischen Kunststoffolie verbundenen Vorteile wie billige Fertigung und einfache Kombinationsmöglichkeiten mit elektronischen Bauelementen wie beispielsweise integrierten Schaltungen sollen dabei erhalten bleiben.
  • Diese Aufgabe wird für eine Drucktasteneinrichtung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das rückstellende Bauteil auf der der Bedienseite abgewandten Seite der piezoelektrischen Kunststoffolie angeordnet ist und von ihm eine ständige, elastische, der Druckkraft entgegengesetzt gerichtete Gegenkraft auf die piezoelektrische Kunststoffolie derart ausgeübt ist, daß die Kunststoffolie in ihrer Ausgangslage vorgespannt ist.
  • Die Vorteile dieser Gestaltung der Drucktasteneinrichtung bestehen insbesondere darin, daß die piezoelektrische Kunststoffolie auch dann noch von dem auf ihre Unterseite drückenden Bauteil vorgespannt bleibt, wenn sie sich aufgrund einer Materialermüdung mit der Zeit geringfügig gedehnt haben sollte. Das von ihr bei einer Betätigung erzeugte Spannungssignal ist somit praktisch unabhängig von Materialermüdungserscheinungen.
  • Vorteilhaft kann ein die Gegenkraft ausübendes Bauteil aus einem elastischen Material vorgesehen sein.
  • Beispielsweise besteht dieses Bauteil aus Schaumgummi oder ist eine Feder. Mit diesen Bauteilen kann auf leichte Weise die gewünschte Vorspannung und Wölbung der piezoelektrischen Kunststoffolie hervorgerufen werden.
  • Soll die Drucktasteneinrichtung auch die gewünschte Tastcharakteristik mit Druckpunkt und haptischer Rückmeldung aufweisen, so kann hierzu zweckmäßig ein Element mit einer Schnappcharakteristik, beispielsweise eine Schnappfeder, vorgesehen sein. Gemäß einer Weiterbildung dieser Drucktasteneinrichtung ist es besonders vorteilhaft, wenn die piezoelektrische Kunststoffolie mit dem Element mit Schnappcharakteristik so flächig verbunden ist, daß ein Biegewandler mit bei fehlender Druckkraft zur Bedienseite hin konvexer Wölbung gebildet ist. Das von der piezoelektrischen Kunststoffolie des Biegewandlers bei Betätigung der Tasteneinrichtung dann hervorgerufene Spannungssignal läßt sich nämlich deutlich von Störsignalen unterscheiden. Solche Störsignale ergeben sich beispielsweise aufgrund des sogenannten Pyroeffektes.
  • Neben der Ladungserzeugung durch Dehnung treten nämlich in der piezoelektrischen Folie durch Temperaturänderungen sogenannte Pyroladungen auf. Sie lassen sich auf eine temperaturabhängige, reversible Änderung der eingeprägten Polarisation der Folie zurückführen.
  • Weitere Störsignale können auch durch Körperschall verursacht werden, da bekanntlich in piezoelektrischen Werkstoffen auch unter Schalleinwirkung Ladungen erzeugt werden. Enthält nun die Drucktasteneinrichtung nach der Erfindung einen Biegewandler, so wird bei Betätigung während des Übergangs von der konvexen in die konkave Wölbung die piezoelektrische Kunststofffolie kurzzeitig gestaucht. Diese Stauchung äußert sich in einem entsprechenden Zwischenimpuls einer bestimmten Polarität. Im konkav gewölbten Zustand hat hingegen die an den Elektroden liegende Spannung die entgegengesetzte Polarität, da die Folie dann gedehnt ist. Die so erzeugte Impulsform mit einem Polaritätswechsel stellt vorteilhaft ein Signal dar, das sich mit Hilfe nachgeschalteter elektronischer Bauelemente von den Störsignalen eindeutig unterscheiden läßt.
  • Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Drucktasteneinrichtung nach der Erfindung sind in den übrigen Unteransprüchen gekennzeichnet.
  • Anhand der schematischen Zeichnung wird nachfolgend die Erfindung noch weiter erläutert. Dabei zeigen die F i g. 1 und 2 zwei prinzipielle Ausführungsbeispiele einer Drucktasteneinrichtung gemäß der Erfindung. In Fig.3 ist in einem Diagramm die Spannungs- bzw.
  • Ladungs.Weg-Abhängigkeit einer Drucktasteneinrichtung gemäß Fig.2 wiedergegeben. Die Fig.4 bis 6 zeigen weitere Ausführungsbeispiele von Drucktasteneinrichtungen nach der Erfindung, während in F i g. 7 in einem Diagramm der sich bei Betätigung der Drucktasteneinrichtung nach F i g. 6 ergebende Spannungsverlauf angedeutet ist.
  • In F i g. 1 ist als Querschnitt der prinzielle Aufbau eines Teils eines Drucktastensystems mit zwei Drucktasteneinrichtungen nach der Erfindung veranschaulicht.
  • Dieser Aufbau enthält einen plattenförmigen Trägerkörper 2, der an Stellen, an denen die Drucktasteneinheiten vorgesehen sein sollen, jeweils mit einer nach der Bedienseite hin offenen Aussparung 3 versehen ist, die sich im wesentlichen senkrecht zur oberen Flachseite 4 der Trägerplatte 2 erstreckt Diese Aussparungen dienen als Führungskanäle für Tastenstößel 5, die von der oberen Flachseite 4, d. h. von der Bedienseite her, in den jeweiligen Führungskanal hineinragen. Der Querschnitt jedes Tastenstößels 5 ist dabei an den entsprechenden Querschnitt des Führungskanals 3 angepaßt und kann beispielsweise kreisförmig oder rechteckig sein. Jeder Führungskanal ist an seinem der Bedienseite 4 abgewandten Ende von einem piezoelektrischen Kunststoffolienteil 6 abgeschlossen. Hierzu ist an der der Bedienseite 4 abgewandten Flachseite 7 der Trägerplatte 2 eine piezoelektrische Kunststoffolie 8 angeordnet, die im Bereich der Aussparungen 3 mit zwei in der Figur nicht ausgeführten Elektroden zur Abnahme eines Spannungssignals bei Verformung der Folie kontaktiert ist. Das Kunststoffolienteil 6 ist im unbetätigten Zustand nach der Bedienseite hin konvex gewölbt und somit entsprechend vorgespannt. Diese Vorspannung wird dadurch erreicht, daß unterhalb der Trägerplatte 2 und der Kunststoffolie 8 parallel eine Bodenplatte 9 befestigt ist, die mit nach der Bedienseite 4 hin offenen Vertiefungen 10 an den Stellen der Aussparungen 3 versehen ist In diesen Vertiefungen 10 befindet sich jeweils ein Bauteil 11 aus einem elastischen Material, z. B. aus Schaumgummi, mit konvexer Oberfläche. Mit Hilfe eines in der Figur nicht ausgeführten Spannringes ist die piezoelektrische Kunststoffolie über die konvexe Oberfläche des Schaumgummiteils 11 gespannt, wobei das Schaumgummiteil in Betätigungsrichtung der Drucktasteneinrichtung so gestaucht ist, daß auf das piezoelektrische Kunststoffolienteil der Taste eine ständige Kraft ausgeübt wird, welche einer auf die Drucktasteneinrichtung auszuübenden Druckkraft entgegengerichtet ist.
  • Auf diese Weise ergibt sich die konvexe Wölbung des Kunststoffolienteils 6 nach der Bedienseite 4 hin. Diese einen Schaltvorgang auslösende Druckkraft und ihre von dem Schaumgummiteil 11 ausgehende Gegenkraft sind in der Figur jeweils durch einen Pfeil 12 bzw. 13 veranschaulicht Zur Betätigung der Drucktasteneinrichtung wird das zur Bedienseite 4 hin konvex gewölbte piezoelektrische Kunststoffolienteil 6 mit Hilfe des Tastenstößels 5 gedrückt, wobei sich das Folienteil und das unter ihm liegende Schaumgummiteil 11 soweit durchbiegen, daß sich eine nach der Bedienseite hin konkave Wölbung der Oberflächen dieser Teile ergibt. Der Weg des das Kunststoffolienteil 6 verformenden Stößels ist dabei auf ein vorbestimmtes Maß begrenzt, indem der Führungskanal 3 in seinem unteren Teil einen kleineren Durchmesser hat als in seinem oberen Teil und so einen Anschlag 14 für den Tastenstößel 5 bildet. Der Durchmesser des Tastenstößels ist hierzu an die Querschnittsform des Führungskanals 3 angepaßt. Beim Nachlassen der Druckkraft 12 auf den Tastenstößel 5 wird das piezoelektrische Kunststoffolienteil 6 aufgrund des sich entspannenden Schaumgummiteils 11 wieder in seine alte Lage zurückgedrängt Bei Betätigung der Tasteneinrichtung entsteht an den auf dem Kunststoffteil 6 angebrachten Elektroden ein elektrischer Spannungsimpuls, der zum Ansteuern eines C-MOS-Schaltkreises ausreicht Die vorgespannte piezoelektrische Folientasteneinrichtung zeichnet sich besonders dadurch aus, daß eine Materialermüdung sich nicht nachteilig auf die piezoelektrischen Parameter auswirken kann. Ferner wlrkt die Vorspannung verstärkend auf die bidirektionale Reckung der piezoelektrischen Folie. Außerdem werden Betätigungskraft verzehrende Auslösewege vermieden.
  • Die piezoelektrische Kunststoffolie kann beispielsweise aus Polyvenylidenfluorid (PVDF) bestehen, deren piezoelektrische Eigenschaften durch einen mechanischen Streckungsvorgang und durch elektrische Polarisation erzeugt worden sind. Die auf der Folie im Bereich der Drucktasteneinrichtungen angebrachten Elektroden können beispielsweise metallische Schichten sein, die durch Aufdampfen hergestellt sind. An diese Elektroden wird dann die in der Figur nicht dargestellte elektronische Schaltung angeschlossen. Die Trägerplatte 2 kann beispielsweise ein Spritzgußteil aus einem Kunststoff sein. Zur Material- und Gewichtsersparnis lassen sich dabei Versteifungsrippen vorsehen.
  • Im Gegensatz zu der in F i g. 1 dargestellten Ausführungsform einer Drucktasteneinrichtung mit indirekter Betätigung über einen Tastenstößel ist die Drucktasteneinrichtung nach F i g. 2 direkt zu betätigen.
  • In der Figur sind wiederum zwei solcher Drucktasteneinrichtungen eines Drucktastensystems schematisch als Querschnitt dargestellt. Dabei sind F i g. 1 entsprechende Bauteile mit den entsprechenden Bezugszeichen versehen. Eine Bodenplatte 9 enthält an der für eine Drucktasteneinrichtung vorgesehenen Stelle eine Vertiefung 10, in der ein Schaumgummiteil 11 mit nach der Bedienseite 15 hin konvexer Oberfläche angeordnet ist.
  • An der der Bedienseite 15 zugewandten oberen Flachseite der Bodenplatte ist über das Schaumgummiteil 11 mit Hilfe eines Spannringes 16 ein piezoelektrisches Kunststoffolienteil 17 befestigt, das nach der Bedienseite hin mit einer Schutzfolie 18 abgedeckt ist.
  • Aufgrund der von dem Schaumgummiteil 11 ausgeübten Gegenkraft 13 ist das Kunststoffolienteil 17 mit seiner Schutzfolie 18 nach der Bedienseite 15 hin ebenfalls konvex gewölbt. Zur Betätigung dieser so gebildeten Drucktasteneinrichtung kann dann eine den Schaltvorgang auslösende Druckkraft 12 beispielsweise mit einem Finger 19 direkt ausgeübt werden.
  • In Fig.3 ist als Ausführungsbeispiel die mit einer Drucktasteneinrichtung gemäß F i g. 2 zu erhaltende Spannung Uin Abhängigkeit von den Betätigungsweg x als Diagramm veranschaulicht. Ferner sind dem Diagramm die dabei erzeugten Ladungen Q zu entnehmen. Auf der Ordinate sind die Spannung in Volt bzw. die Ladungen in Nanocoulomb und auf der Abszisse der Betätigungsweg in Millimetern eingetragen. Aufgrund der Vorspannung der Piezofolie der Drucktasteneinrichtung nach der Erfindung ändert sich der in dem Diagramm angegebene Kurvenverlauf nur unwesentlich, während bei fehlender Vorspannung der Kurvenverlauf mit zunehmender Materialermüdung immer flacher wird. Ein solcher Kurvenverlauf für die Spannung einer nicht vorgespannten Kunststoffolie, die nach einer längeren Betätigungszeit eine Materialermüdung zeigt, ist in dem Diagramm als gestrichelte Linie U' angedeutet.
  • Falls eine Betätigungscharakteristik mit Druckpunkt und haptischer Rückmeldung erwünscht ist, kann dies durch Verwendung einer Schnappfeder erreicht werden. In den F i g. 4 bis 6 sind entsprechende Ausführungsbeispiele von Drucktasteneinrichtungen nach der Erfindung schematisch im Querschnitt veranschaulicht.
  • Gemäß F i g. 4 ist ein topfförmiges, zur Bedienseite 4 hin offenes Bodenelement 20 vorgesehen, das von einem Schaumstoffteil 11 mit konvexer Oberfläche ausgefüllt ist. Über die Oberfläche des Schaumstoffteil ist ein piezoelektrisches Kunststoffolienteil 21 mit in der Figur nicht dargestellten Elektroden gespannt, indem es mit Hilfe einer Spannverschraubung 22 am oberen Rand des Bodenelementes 20 befestigt ist. An diesem oberen Rand stützt sich eine im unbetätigten Zustand nach der Bedienseite 4 hin konvex gewölbte Schnappfeder 23 ab.
  • Diese Schnappfeder ist in ihrer Mitte an einem zentrischen unteren Endstück 24 mit verhältnismäßig kleinen Querschnitt einer Drucktaste 25 befestigt. Zur Betätigung der Drucktasteneinrichtung muß auf die zur Bedienseite 4 hin konvex gewölbte Schnappfeder eine vorbestimmte, durch einen Pfeil 26 angedeutete Druckkraft ausgeübt werden, damit die Schnappfeder eine konkave Wölbung annimmt. Beim Umschnappen wird dabei das piezoelektrische Kunststoffolienteil 21 entsprechend verformt und so an ihr das gewünschte Spannungssignal erzeugt.
  • Die erforderliche Vorspannung mit konvexer Wölbung eines piezoelektrischen Kunststoffolienteils 27 einer direkt zu betätigenden Drucktasteneinrichtung wird gemäß dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 5 über einen Stößel 28 erreicht. Dieser Stößel, der beispielsweise aus Metall oder Kunststoff besteht, ist auf der der Bedienseite 4 der Drucktasteneinrichtung abgewandten Seite des piezoelektrischen Kunststoffolienteils 27 in einem mit einer Bodenplatte 29 verbundenen, topfförmigen Führungsteil 30 gehaltert. Durch eine am Boden dieses Führungsteils angeordnete, im unbetätigten Zustand der Drucktasteneinrichtung konvex gewölbte Schnappfeder 31 wird der Stößel mit konvexer Oberfläche von unten gegen die piezoelektrische Kunststoffolie 27 gedrückt, so daß diese ebenfalls konvex gewölbt und entsprechend vorgespannt ist. Ein Abstandsring 32 am Stößel 28 verhindert dabei, daß die piezoelektrische Folie nicht beliebig weit nach oben durch die in einer Trägerplatte 33 vorgesehene Betätigungsöffnung 34 für die Drucktasteneinrichtung hindurchgedrückt wird. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel kann die Drucktasteneinrichtung entweder mit Hilfe eines in der Figur nicht dargestellten Tastenstößel wie beispielsweise gemäß dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 oder auch direkt betätigt werden, wie es beispielsweise gemäß dem Ausführungsbeispiel nach Fig.2 angedeutet ist. Hierzu kann die Kunststoffolie zumindest im Bereich der Betätigungsöffnungen mit einer Schutzfolie 42 nach der Betätigungsseite hin abgedeckt sein.
  • Besonders vorteilhaft ist es, wenn die piezoelektrische Kunststoffolie einer Drucktasteneinrichtung nach der Erfindung einen Teil eines piezoelektrischen Biegewandlers bildet. Ein entsprechendes Ausführungsbeispiel ist in Figur angedeutet. Dieser Biegewandler besteht aus einer zur Bedienseite 4 hin konvex gewölbten Schnappfeder 35, an deren Oberseite eine Piezofolie 36 zumindest zeitweise flächig befestigt, beispielsweise verklebt ist. Dieser aus den Teilen 35 und 36 konvex gewölbte Biegewandler ist am oberen Rand eines topfförmigen, mit einer Bodenplatte 37 verbundenen Bauteils 38 befestigt. Auf seine Unterseite wird eine ständige, einer betätigenden, durch einen Pfeil 39 angedeuteten Druckkraft entgegenwirkende Gegenkraft ausgeübt. Diese durch einen Pfeil 40 angedeutete Gegenkraft wird beispielsweise durch eine zylindrische Schraubenfeder 41 bewirkt. Bei dieser Ausführungsform einer Drucktasteneinrichtung wird vorteilhaft ein Kleber verwendet, der nie ganz verfestigt und auf längere Zeit gesehen ein gewisses Kriechverhalten zeigt. Es läßt sich so erreichen, daß die piezoelektrische Kunststoffolie zwar auf längere Zeit gesehen vorgespannt bleibt, beim kurzen Umschnappen jedoch mit der Schnappfeder flächig verbunden ist und so das Spannungssignal eines Biegewandlers abgibt Der bei dem Umschnappvorgang an den Elektroden des Biegewandlers nach Figur erhaltene Spannungsverlauf ist in F i g. 7 dargestellt. Im Diagramm der Figur sind auf der Ordinate die Spannung U und auf der Abszisse die Betätigungszeit t in willkürlichen Einheiten aufgetragen. Dabei sind drei verschiedene, mit I bzw. II bzw. III bezeichnete Betätigungsphasen unterschieden, die durch zur Ordinate parallele Linien abgegrenzt sind.
  • Im Bereich I während der Ausgangsstellung der noch unbetätigten Drucktasteneinrichtung wird an den Elektroden ihrer Piezofolie kein Spannungssignal erzeugt. Erst während einer verhältnismäßig kurzen Zwischenphase, in der auf den Biegewandler eine Druckkraft ausgeübt wird, nimmt dieser eine ebene Gestalt ein. Hierbei wird seine Piezofolie kurzzeitig gestaucht, und es entsteht der im Bereich II wiedergegebene kurze negative Zwischenimpuls. Im umgeschnappten Zustand ist dann die im Bereich III eingezeichnete Spannung positiv. Dabei wurde, was keine Einschränkung bedeutet, angenommen, daß sich die Streckung der Piezofolie des Biegewandlers in einer positiven Spannung äußert. Diese in F i g. 7 gezeigte, bei Betätigung der Drucktasteneinrichtung von ihrem Biegewandler erzeugte Impulsform ermöglicht bei ihrer Auswertung eine hohe Störsicherheit und unterscheidet sich vorteilhaft von allen durch Pyroeffekt und Körperschall erzeugten Störungssignalen.
  • Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform der Drucktasteneinrichtung mit Biegewandler besteht darin, parallel zu den Elektroden des Biegewandlers eine Diode zu legen. Dadurch wird der negative Zwischenimpuls im Bereich II stark unterdrückt und die anschließend positive Spannung im Bereich III entsprechend überhöht. Dieser Spannungsverlauf mit Diode ist im Diagramm der F i g. 7 punktiert eingezeichnet. Die in der Zwischenphase II erzeugte negative maximale Spannung, die bei Verwendung handelsüblicher Siliziumdioden beispielsweise 0,5 V beträgt, ist dabei immer noch ausreichend, um eine Impulsform hoher Störsicherheit zu gewährleisten.
  • Mit Hilfe der in F i g. 6 dargestellten speziellen Biegewandlerkonstruktion läßt sich eine rein elektronische Tastatur aufbauen, die konstruktionsbedingt eine ungewöhnlich hohe Betriebs- und Störsicherheit aufweist, die die gewünschte Tastcharakteristik besitzt und die sich billig fertigen und auf einfache Weise mit elektronischen Bauelementen wie integrierten Schaltungen kombinieren läßt. Aufgrund dieser Eigenschaften sind solche Drucktasteneinrichtungen nach der Erfindung insbesondere für Tastenwahlaggregate in Fernsprechern und für viele andere entsprechende Anwendungsfälle, wie beispielsweise in Rechnern, Rundfunkgeräten und Schreibmaschinentastaturen besonders geeignet.
  • Ferner können bei den in den F i g. 1, 2 und 4 bis 6 dargestellten Drucktasteneinrichtungen die Verbindungsleitungen zwischen mehreren Tasten eines Ta- stensystems und der erforderlichen elektronischen Schaltung als Leiterbahnen beispielsweise direkt auf die piezoelektrischen Kunststoffolien, z. B. durch Aufdampfen, aufgebracht werden.

Claims (14)

  1. Patentansprüche: 1. Drucktasteneinrichtung mit mindestens einem mit Elektroden zur Signalabnahme versehenen piezoelektrischen Wandler zur Ansteuerung eines nachgeschalteten Verstärkerelementes, welcher Wandler eine an einem Trägerkörper befestigte piezoelektrische Kunststoffolie enthält, die unter Einwirkung einer Druckkraft verformbar ist, und mit einem Bauteil zur Rückstellung der Kunststoffolie in ihre Ausgangslage bei Aufhebung der Druckkraft, dadurch gekennzeichnet, daß das rückstellende Bauteil (11) auf der der Bedienseite (4) abgewandten Seite der piezoelektrischen Kunststofffolie (6) angeordnet ist und von ihm eine ständige, elastische, der Druckkraft (12) entgegengesetzt gerichtete Gegenkraft (13) auf die piezoelektrische Kunststoffolie (6) derart ausgeübt ist, daß die Kunststoffolie (6) in ihrer Ausgangslage vorgespannt ist.
  2. 2. Drucktasteneinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein die Gegenkraft (13) ausübendes Bauteil (11) aus einem elastischen Material vorgesehen ist.
  3. 3. Drucktasteneinrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch ein Bauteil (11) aus Schaumgummi.
  4. 4. Drucktasteneinrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die piezoelektrische Kunststoffolie (17) mittels einer Spannvorrichtung (16) über die zur Bedienseite (15) hin konvex gewölbte Oberfläche eines die Gegenkraft (13) ausübenden Bauteils (11) gespannt ist (F i g. 2).
  5. 5. Drucktasteneinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Bauteil eine Feder (41) ist (F i g 6).
  6. 6. Drucktasteneinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch ein Element (23,31,35) mit einer Schnappcharakteristik.
  7. 7. Drucktasteneinrichtung -nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Element (35) mit Schnappcharakteristik Teil des die Gegenkraft ausübenden Bauteils ist (F i g. 6).
  8. 8. Drucktasteneinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die piezoelektrische Kunststoffolie (36) mit dem Element (35) mit Schnappcharakteristik so flächig verbunden ist, daß ein Biegewandler mit bei fehlender Druckkraft (39) zur Bedienseite (4) hin konvexer Wölbung gebildet ist.
  9. 9. Drucktasteneinrichtung nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch eine Klebeverbindung zwischen der piezoelektrischen Kunststoffolie (36) und dem Element (35) mit Schnappcharakteristik mittels eines nicht vollständig sich verfestigenden und Kriechverhalten zeigenden Klebers.
  10. 10. Drucktasteneinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Trägerkörper (2) plattenförmig gestaltet ist und mehrere Aussparungen (3) enthält, an oder in denen jeweils mindestens ein piezoelektrischer Wandler (6) angeordnet ist.
  11. 11. Drucktasteneinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, gekennzeichnet durch einen Tastenstößel (5) zur Ausübung der Druckkraft (12) auf den Wandler (6).
  12. 12. Drucktasteneinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, gekennzeichnet durch einen Wandler mit an der Bedienseite (15) angeordneter piezoelektrischer Kunststoffolie (17), die von einer Schutzschicht (18) abgedeckt ist (F i g. 2).
  13. 13. Drucktasteneinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Wandler (6) an der der Bedienseite (15) zugewandten Oberfläche des Trägerkörpers (9) angeordnet ist.
  14. 14. Drucktasteneinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, gekennzeichnet durch mindestens eine Diode parallel zu den Elektroden des Wandlers.
    Die Erfindung bezieht sich auf eine Drucktasteneinrichtung mit mindestens einem mit Elektroden zur Signalabnahme versehenen piezoelektrischen Wandler zur Ansteuerung eines nachgeschalteten Verstärkerelementes, welcher Wandler eine an einem Trägerkörper befestigte piezoelektrische Kunststoff-Folie enthält, die unter Einwirkung einer Druckkraft verformbar ist, und mit einem Bauteil zur Rückstellung der Kunststoff-Folie in ihre Ausgangslage bei Aufhebung der Druckkraft.
    Eine entsprechende Drucktasteneinrichtung ist aus der DE-OS 26 23 930 bekannt.
    Eine weitere Drucktasteneinrichtung des Standes der Technik ist aus der DE-OS 28 05 332 bekannt, in der eine domförmige gewölbte piezoelektrische Kunststoff-Folie mit auf beiden Flächen elektrisch leitenden Elektroden verwendet ist. Beim Niederdrücken dieser bekannten Tasteneinrichtung wird der Dom eingedrückt, wobei der elektrische Impuls erzeugt wird. Die Betätigungseinrichtung dieser Tasteneinrichtung liegt z. B. auf der Spitze des Domes auf und der Dom ist selbst monostabil, daß er beim Aufhören des Druckes auf die Taste von allein wieder in seine Ausgangsposition zurückkehrt. Diese Monostabilität stellt entsprechende Anforderungen bezüglich einer gewissen Mindeststeifigkeit des Kunststoffmaterials und dessen Widerstandsfähigkeit gegen Zerstörung im Dauergebrauch. Der DE-OS 28 05 332 ist im Hinblick auf die noch unten näher zu erläuternde Erfindung nichts Wesentliches über Alterungseffekte im Zusammenhang mit dieser bekannten Tasteneinrichtung zu entnehmen.
    Mechanische Drucktasteneinrichtungen, wie beispielsweise Tastenwahlaggregate in Fernsprechanlagen, sind im allgemeinen mit mechanischen Kontakten ausgestattet. Bei Verwendung solcher Kontakte im Dauerbetrieb ergeben sich die ihnen spezifischen, bekannten Zuverlässigkeitsprobleme. Zusätzlich wird vielfach von Tasten mit diesen Kontakten eine besondere Tastcharakteristik gefordert. Danach soll die Taste erst unter einer vorbestimmten Druckkraft einen Schaltvorgang auslösen, d. h. sie soll einen Druckpunkt haben. Außerdem soll haptisch feststellbar sein, in welchem Schaltzustand sich die Taste befindet, d. h. die Taste soll eine haptische Rückmeldung ermöglichen.
    Ferner ist im allgemeinen auch eine gegenseitige Verriegelung von Tasten eines Tastensystems sowie eine Kodierung vorzusehen.
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