DE9012407U1 - Druckschaltelement - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein Druckschaltelement aus mindestens zwei im Abstand voneinander angeordneten
Trägermaterialschichten, die mindestens einseitig elektrisch leitend beschichtet sind und zwischen den
einander zugewandten elektrisch leitenden Schichten einen elastischen Abstandhalter aufweisen, wobei sich
die elektrisch leitenden Schichten bei Druckbelastung der oberen flexiblen Trägermaterialschicht in einem
Kontaktbereich berühren.
Derartige Druckschaltelemente sind als Touch-Panels in Anzeige-Displays bekannt. Die Touch-Panels bestehen
15 üblicherweise aus transparenten Kunststoff-Folien, deren Innenoberflächen elektrisch leitend beschichtet
sind. Zum Abstützen dieser Folien werden im Luftzwischenraum Abstandhalter eingeklebt, wobei ein außen an
dem Kontaktbereich umlaufender Abstandhalter luftdicht
20 mit den Kunststoff-Folien zur Stabilisierung des inneren
Luftdrucks verschweißt wird und dadurch gleichzei-
Telefon: (02 21) 131041 Telex: 888 2307 dopa d Telefax: (02 21)134297
(0221)134881 Telegramm: Dompatent Köln
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Postgiro Köln (BLZ 37010050) Kto. Nr. 654-500
tig die obere Folie abstützt. Innerhalb des Kontaktbereichs sind zusätzlich elastische Spacer angeordnet, um
eine Rückstellung der Folien zu gewährleisten. Das bekannte Druckschalteleraent hat den Nachteil, einen hermetisch
abgeschlossenen Luftraum zu benötigen, der keinen Druckausgleich zuläßt. Bei erheblichen Abweichungen
vom normalen atmosphärischen Druck, z.B. bei der Anwendung in Unterwasserfahrzeugen oder in der
Luft- und Raumfahrt, und bei hohen Temperaturen erzeugen die Luftdruckveränderungen Haarrisse in der aufgedampften
elektrisch leitfähigen Kontaktschicht, was zu einem Funktionsausfall führt. In großen Höhen dehnt
sich der Spacer im Kontaktbereich aus. Dadurch wird der Schaltweg der Kontaktfolie verändert und die vorgegebenen
elektronischen und mechanischen Parameter, wie z.B. Druckpunkt, werden nicht eingehalten. Weitere Nachteile
der bekannten Touch-Panels bestehen darin, daß die Kunststoff-Folien mechanisch und chemisch nur eine begrenzte
Widerstandsfähigkeit aufweisen und im übrigen nicht antistatisch sind. Auch besteht bei größeren Temperaturschwankungen
die Gefahr einer Rißbildung in der elektrisch leitenden Schicht auf Grund erheblich unterschiedlicher
Ausdehnungskoeffizienten zwischen der leitenden Schicht und dem Kunststoffträger.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Druckschaltelement zu schaffen, dessen Funktionsfähigkeit
auch bei hohen Druck- und Temperaturschwankungen zuverlässig gewährleistet ist.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen,
daß das Trägermaterial aus Glas besteht,
daß eine Trägermaterialschicht aus einer dünnen Deckscheibe und die andere Trägermaterialschicht
daß eine Trägermaterialschicht aus einer dünnen Deckscheibe und die andere Trägermaterialschicht
aus einer dicken Trägerscheibe besteht und
daß der Abstandhalter aus einer Zwischenschicht aus elastischem Kunststoff besteht.
daß der Abstandhalter aus einer Zwischenschicht aus elastischem Kunststoff besteht.
Die Verwendung einer elastischen Zwischenschicht zwischen einer Trägerscheibe aus relativ dickem Glas und
einer Deckscheibe aus relativ dünnem Glas ermöglicht es in vorteilhafter Weise, ein Druckschaltelement aus Glas
zu schaffen, das ohne Glasbruch betätigt werden kann.
Auf Grund des natürlichen Rückstellverhaltens der Deckscheibe aus relativ dünnem Glas wird kein Spacer benötigt.
Der elastische Abstandhalter im Umfeld des Kontaktbereiches kann derart verkleinert werden, daß
eine Folie als Zwischenschicht genügt. Die Verwendung von Glas als Trägermaterial hat des weiteren den Vorteil,
ein kratzfestes Druckschaltelement zu schaffen, das eine hohe chemische Beständigkeit aufweist und
antistatisch ist. Die Temperatur-Ausdehnungskoeffizienten und das Verformungsverhalten unter Druck von
Glas und elektrisch leitender Schicht weisen einen geringeren Unterschied im Vergleich zu Kunststoff-Folien
auf, so daß die Gefahr einer Rißbildung in der elektrisch leitenden Schicht erheblich verringert ist.
Bevorzugt ist vorgesehen, daß das Verhältnis der Trägerscheibendicke zur Deckscheibendicke ca. 8 bis 16,
vorzugsweise 12 beträgt. Bei diesem Verhältnis läßt sich für die Deckscheibe eine ausreichende Elastizität
und für die Trägerscheibe eine ausreichende Steifheit erzielen.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, daß die Deckscheibe eine Dicke von ca. 0,3 mm
bis 0,7 mm, vorzugsweise 0,5 mm aufweist. Eine derartige Deckscheibendicke ist geeignet, um ein bruchsicheres
Druckschaltelement für manuelle Betätigung zu schaffen.
Die elastische Zwischenschicht kann zum Druckausgleich an mindestens einer Seite offengehalten sein. Auf diese
Weise ist die Betätigung des Druckschaltelementes von den atmosphärischen Druckbedingungen unabhängig. Die
Rückstellung des Druckschaltelementes erfolgt allein auf Grund der Elastizität des Glasträgermaterials,
gegebenenfalls mit der Unterstützung des elastischen Abstandhalters.
Die Träger- und/oder die Deckscheibe können thermisch oder chemisch gehärtet sein. Dies erhöht die Druckstabilität
des Druckschaltelementes aus Glas.
Bei einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß der Randbereich von Träger- und Deckscheibe mit
einer Randabdeckung abgedichtet ist.
Vorzugsweise ist dabei die Randabdeckung mit Belüftungsöffnungen versehen, die einen Druckausgleich mit
der Umgebung ermöglichen.
Dabei kann zwischen Träger- bzw. Deckscheibe und Randabdeckung ein Filtermaterial angeordnet sein. Dieses
rückseitig auf die Randabdeckung eingearbeitete Filtermaterial schützt das Druckschaltelement vor Verschmutzung.
Außerdem kann zwischen Träger bzw. Deckscheibe und Randabdeckung ein Entfeuchtungsmittel, z.B. Silikagel,
angeordnet sein. Dieser Entfeuchter schützt vor einer Korrosion der elektrisch leitenden Schichten.
Bei einem Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, daß der Zwischenraum über die Zwischenschicht im Kontaktbereich
hermetisch abgedichtet ist. Dabei können in der Trägerscheibe Durchlässe zum Zwischenraum angeordnet sein,
die einen Druckausgleich ermöglichen. Ein solches Druckschaltelement eignet sich zur Verwendung in aggressiver
Umgebung z.B. bei hoher Luftfeuchte.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, daß die elektrisch leitenden Schichten bei einer Mittelkontaktierung
im Randbereich eine isolierende Unterbrechung aufweisen. Die Unterbrechungen dienen zur Vermeidung
von Korrosion der elektrisch leitenden Schichten an der Klebekante der elastischen Zwischenschicht
durch Wasserdampfdiffusion, die zur Zerstörung der Schaltmatrix führen kann. Die umlaufende isolierende
Unterbrechung weist vorzugsweise eine Breite von ca. 150 bis 500 &mgr;&pgr;&igr; auf.
Die Trägerscheibe kann im Verhältnis zur Deckscheibe im Kontaktbereich konkav gekrümmt sein. Eine derartige
Gestaltung der Trägerscheibe ist bei einem hermetisch abgedichteten Druckschaltelement vorteilhaft, wobei die
Wölbung in einem bestimmten Verhältnis zum Luftvolumen
3Q des Systems steht.
Bei einer Weiterbildung ist vorgesehen, daß die Trägerscheibe unterhalb des Kontaktbereiches auf der der
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Deckscheibe entgegengesetzten Seite beleuchtete Sacklochbohrungen aufweist. Die Sacklöcher können mit einer
seitlichen oder senkrechten Lichtquelle beleuchtet sein, wodurch auf Grund der Lichtbrechung an den Innenwänden
des Sackloches eine beleuchtete Schaltermarkierung erzeugt wird.
Im folgenden werden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert.
10
einen Querschnitt durch das Druckschaltelement,
Fig. 2 einen Querschnitt durch das Druckschaltelement
gemäß Fig. 1 bei Druckausübung auf die Deckscheibe,
ein zweites Ausführungsbeispiel mit konkav
gekrümmter Trägerscheibe,
gekrümmter Trägerscheibe,
Fig. 4 ein Ausführungsbeispiel mit in der Randabdichtung vorgesehenen Belüftungsöffnungen,
die Anwendung der Druckschaltelemente in einer Anzeigetafel,
einen Querschnitt durch eine Trägerscheibe
die Anwendung der Druckschaltelemente in einer Anzeigetafel,
einen Querschnitt durch eine Trägerscheibe
mit zwei Druckschaltelementen und
ein weiteres Ausführungsbeispiel.
Das Druckschaltelement 1 besteht aus einer unteren relativ
dicken Trägerscheibe 12 und einer parallel dazu und mit Abstand von der Trägerscheibe 12 verlaufenden Deckscheibe
14 aus Glas, zwischen denen eine Zwischenschicht 10 vorzugsweise aus einer Polyvinylbutyralfolie als
Es | zeigen |
Fig | . 1 |
Fig | . 2 |
Fig | . 3 |
Fig | . 4 |
Fig | . 5 |
Fig | . 6 |
Fig | . 7 |
Abstandhalter 6 angeordnet ist. Als Zwischenschicht 10 kann auch ein doppelseitig klebendes, vorzugsweise transparentes
Band verwendet werden. Die Zwischenschicht 10 läßt zwischen der Trägerscheibe 12 und der Deckscheibe
14 einen Kontaktbereich 22 frei, der in der Draufsicht vorzugsweise kreisförmig aber auch anders z.B. rechteckig
oder quadratisch gestaltet sein kann.
Die Trägerscheibe 12 und die Deckscheibe 14 sind auf den einander gegenüberliegenden Innenflächen mit elektrisch
leitenden Schichten 2,3 versehen, die bei Berührung einen Schaltvorgang ermöglichen. Hierzu kann,
wie aus Fig. 2 ersichtlich, die relativ dünne Deckscheibe 14 durch Druckbeaufschlagung in dem Kontaktbereich
22 soweit eingedrückt werden, daß sich die elektrisch leitenden Schichten 2,3 berühren. Bei einer
Deckscheibe 14 mit ca. 0,5 mm Dicke und einer Trägerscheibe 12 mit einer Dicke von ca. 6 mm beträgt die
Dicke der Zwischenschicht 10 0,3 bis 0,5 mm, vorzugsweise ca. 0,38 mm.
Dabei ist wesentlich, daß die den Abstandhalter 6 bildende Zwischenschicht 10 elastisch ist und dadurch die
Glasbruchgefahr bei der dünnen Deckscheibe 14 verringert.
Die Zwischenschicht 10 weist einen Durchlaß 30 nach außen auf, so daß bei Betätigung des Druckschaltelementes
1 ein Druckausgleich im Raum des Kontaktberei-2Q ches erfolgen kann.
Zur zusätzlichen Druckstabilität des Druckschaltelementes
1 können Träger- und Deckscheibe 12,14 thermisch oder chemisch gehärtet sein.
Schließt die Zwischenschicht 10 den Zwischenraum 4 im Kontaktbereich hermetisch ab, ist die Trägerscheibe 12
vorzugsweise relativ zur Deckscheibe 14, wie aus Fig. 3 ersichtlich, konkav gewölbt.
Bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 4 ist eine Randabdeckung 16 für das Druckschaltelement 1 dargestellt,
das beispielsweise aus einem Randabdeckband bestehen kann. Das Randabdeckband weist Lüftungsöffnungen 18
auf, die in Verbindung mit einem oder mehreren Durchlässen 3 0 einen Druckausgleich in dem Zwischenraum 4 im
Kontaktbereich 22 ermöglichen.
Zwischen dem Randabdeckband, das sowohl Träger- als auch Deckscheibe 12,14 umfaßt und dem Druckschaltelement
1 kann zusätzlich ein streifenförmiges Filtermaterial 2 0 eingebracht sein, das die Belüftungsöffnungen
18 und den Spalt zwischen Träger- und Deckscheibe 12,14 abdeckt.
Anstelle des Filtermaterials 20 oder auch zusätzlich zu dem Filtermaterial kann zwischen Abdeckband und Druckschaltelement
1 auch ein Entfeuchtungsmittel vorgesehen sein, daß die elektrisch leitenden Schichten vor Korrosion
schützt.
Das Druckschaltelement 1 wird vorzugsweise in Glasflächen vor Anzeigeeinrichtungen, z.B. Bildschirmen, verwendet,
wobei es dort z.B. für eine frei programmier-3q
bare Menüauswahl eingesetzt werden kann.
Als großflächigeres Druckschaltelement in digitaler Ausführung können eine oder mehrere Druckpositionen
—» Q —
innerhalb des Kontaktbereiches mit Hilfe einer X-Y-Matrix
in der elektrisch leitenden Schicht festgestellt werden.
Das Druckschaltelement 1 kann durch Tönung der Trägerund/ oder Deckscheibe 12,14 bzw. des Kontaktbereichs 22
auch farbig gestaltet sein.
Um Doppelspiegelung des vorzugsweise transparenten Druckschaltelementes 1 vor einer Glasoberfläche der
Anzeigeoberfläche zu vermeiden, werden die äußeren Oberflächen der Träger- und Deckscheibe 12,14 vorzugsweise
zusätzlich mit aufgedampften Schichten oder geätzten Oberflächen entspiegelt.
Die Trägerscheibe 12 kann, wie aus Fig.6 ersichtlich,
auf der der Deckscheibe 14 gegenüberliegenden Seite Sacklochbohrungen 24 aufweisen, die von einer seitlich
und/oder unter der Trägerscheibe 12 angeordneten Lichtquelle 2 6 beleuchtet werden. Durch die Lichtbrechung an
den Innenwänden der Sacklochbohrungen 24 wird eine beleuchtete Druckpunktmarkierung im Kontaktbereich 22
in der transparenten Glasfläche des Druckschaltelementes 1 erzeugt.
Zur Verwendung in aggressiver Umgebung, z.B. bei hoher Luftfeuchte, wird die elastische Zwischenschicht 10
luftdicht ausgeführt. Der benötigte Druckausgleich im Druckschaltelement 1 wird durch mindestens zwei Durchlasse
32 in der rückwärtigen Trägerscheibe 12 hergestellt. Diese Durchlässe 32 können auch aus Langlöchern
bestehen und dienen gleichzeitig zur Durchführung der
Kontaktieranschlüsse auf den elektrisch leitenden Flächen 2,3. Die Belüftung kann ähnlich wie bei dem Durchlaß
3 0 durch ein Filtermaterial 2 0 hindurch erfolgen.
Zur Vermeidung von Korrosion der elektrisch leitenden Schichten 2,3 an der Klebekante der elastischen Zwischenschicht
10 durch Wasserdampfdiffusion an der kritischen Stelle 34, die zur Zerstörung der Schaltmatrix
führt, wird bei einer Mittelkontaktierung der elektrisch leitenden Schichten 2,3 die leitende Schicht 2,3
im Randbereich umlaufend durch eine isolierende Unterbrechung 35 in einer Breite von ca. 150 bis 500 &mgr;&idiagr;&eegr; geschützt.
Claims (18)
1. Druckschaltelement aus mindestens zwei im Abstand
voneinander angeordneten Trägermaterialschichten, die mindestens einseitig elektrisch leitend beschichtet
sind und zwischen den einander zugewandten elektrisch leitenden Schichten einen elastischen
Abstandhalter aufweisen, wobei sich die elektrisch leitenden Schichten bei Druckbelastung
der oberen flexiblen Trägermaterialschicht in einem Kontaktbereich berühren,
dadurch gekennzeichnet ,
daß die Trägermaterialschichten (8) aus Glas bestehen,
daß eine Trägermaterialschicht (8) aus einer dünnen Deckscheibe (14) und die andere Trägermaterialschicht
(8) aus einer dicken Trägerscheibe (12) besteht und
daß der Abstandhalter (6) aus einer Zwischenschicht (10) aus elastischem Kunststoff besteht.
2. Druckschaltelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Trägerscheibendicke
zur Deckscheibendicke ca. 8 bis 16, vorzugsweise 12 beträgt.
3. Druckschaltelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß die Deckscheibe (14) eine Dicke von ca.0,2 bis 0,7 mm, vorzugsweise 0,5 mm aufweist.
4. Druckschaltelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die elastische Zwischenschicht
(10) zum Druckausgleich an mindestens einer Seite einen Durchlaß (30) aufweist.
5. Druckschaltelement nach einem der Ansprüche 1 bis
3, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenraum (4) im Kontaktbereich (22) hermetisch abgedichtet
ist.
6. Druckschaltelement nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß in der Trägerscheibe (12)
mindestens zwei Durchlässe (32) zum Zwischenraum (4) angeordnet sind.
7. Druckschaltelement nach einem der Ansprüche 1 bis
6, dadurch gekennzeichnet, daß die Träger- und/oder die Deckscheibe (12,14) thermisch oder
chemisch gehärtet sind.
8. Druckschaltelement nach einem der Ansprüche 1 bis
7, dadurch gekennzeichnet, daß der Randbereich von Träger- und Deckscheibe (12,14) mit einer Randabdeckung
(16) abgedichtet ist.
9. Druckschaltelement nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Randabdeckung (16) mit Belüftungsöffnungen
(18) versehen ist.
10. Druckschaltelement nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Träger- bzw. Deckscheibe
(12,14) und Randabdeckung (16) ein Filtermaterial (2 0) angeordnet ist.
11. Druckschaltelement nach Anspruch 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Träger- bzw. Deckscheibe
(12,14) und Randabdeckung (16) ein Entfeuchtungsmittel,
z.B. Silikagel, angeordnet ist.
12. Druckschaltelement nach Anspruch 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß Träger- und Deckscheibe
(12,14) transparent sind.
13. Druckschaltelement nach Anspruch 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die elastische Zwischenschicht
(10) aus einer Polyvinylbutyral-Folie besteht.
14. Druckschaltelement nach Anspruch 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerscheibe (12) relativ
zur Deckscheibe (14) im Kontaktbereich (22) konkav gekrümmt ist.
15. Druckschaltelement nach Anspruch 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägermaterialschichten
(8) entspiegelt sind.
16. Druckschaltelement nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerscheibe
(12) unterhalb des Kontaktbereiches auf der der Deckscheibe (14) entgegengesetzten Seite beleuchtete
Sacklochbohrungen (24) aufweist.
17. Druckschaltelement nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrisch
leitenden Schichten (2,3) bei einer Mittelkontaktierung im Randbereich eine isolierende Unterbrechung
(35) aufweisen.
18. Druckschaltelement nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die kanalförmige Unterbrechung
(35) eine Breite von ca. 150 bis 500 &mgr;&idiagr;&eegr; aufweist.
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