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Kontaktfederlose Schaltvorrichtung zur manuellen Erzeugung elektrischer Schaltvorgänge in Fernmeldeanlagen, insbesondere
Fernsprechteilnehmeranlagen
Die Erfindung bezieht sich auf eine kontaktfederlose Schaltvorrichtung zur manuellen Erzeugung elektrischer Schaltvorgänge in Fernmeldeanlagen, insbesondere auf eine Drucktaste für Tastaturen in Fernsprechteilnehmeranlagen.
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Betätigungsrichtung aufweist.
Bei den bekannten elektrischen Steuerungen für Aufzüge, Werkzeugmaschinen u. dgl. werden kontaktfederlose Schaltvorrichtungen in Form von Berührungskondensatoren verwendet, welche bei Berührung von Hand oder bei Annäherung derselben elektrische Daten eines die Steuermittel aufnehmenden Stromkreises ändern und damit Schaltvorgänge auslösen.
Es wurde bereits vorgeschlagen, derartige Berührungskondensatoren zur manuellen Erzeugung elektrischer Schaltvorgänge in Fernsprechanlagen zu verwenden.
Gemäss einem andern Vorschlag werden an Stelle von auf Kontaktfedern wirkenden Tasten für Tastaturen photoelektrische Lichtstrahlen verwendet, welche von Hand unterbrochen werden, um das gewünschte Schaltkriterium zu erzeugen.
Der Anwendung dieser vorgeschlagenen, an sich vorteilhaften Schaltvorrichtungen steht aber die Tatsache hindernd im Wege, dass diese Schaltvorrichtungen anders reagieren als die gewohnten normalen Tasten, welche auf einen Fingerdruck nachgeben und sich bis zu einem Endanschlag bewegen.
Nun ist aber schon vorgeschlagen worden, drucktastenähnlich arbeitende Schaltvorrichtungen zu verwenden, welche, statt auf die üblichen Kontaktfedern zu wirken, unmittelbar einen Schaltdraht auf einen andern aufdrücken. Doch erfordert diese Konstruktion eine entsprechende besondere Führung und Ausgestaltung der Verdrahtung bei dem zu beeinflussenden Stromkreis.
Um nun eine kontaktfederlose Schaltvorrichtung zu schaffen, bei welcher die Schaltdrähte wie an übliche, auf Kontaktfedern wirkende Tasten angeschlossen werden können und bei welcher gleichzeitig das von dem Bedienenden zu betätigende Betätigungselement wie ein üblicher Tastenknopf, Kipphebel oder Drehknebel wirkt, wird auf elektrische Bauelemente zurückgegriffen, bei welchen durch Änderung eines auf sie ausgeübten mechanischen Druckes die elektrischen Daten geändert werden und wie sie in Form von piezoelektrischen Widerständen bei elektroakustischen Wandlern und elektromagnetischen Relais bereits Anwendung finden. Diese auf mechanische Belastung reagierenden Halbleiter sind aber sehr empfindlich gegenüber einer Überbeanspruchung, welche gerade bei einer manuellen Betätigung auftreten kann.
Gemäss der Erfindung werden die Schwierigkeiten überwunden, welche sich einerseits aus den Betä-
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tigungseigenschaften der bisher vorgeschlagenen Ausführungen für kontaktfederlose Schaltvorrichtungen ergeben und anderseits bei Halbleitern entstehen, wenn sie durch nicht kontrollierbare Kräfte beeinflusst werden. Dies wird dadurch erreicht, dass ein im zu schaltenden Stromkreis liegender Halbleiter im Wir- kungsbereich eines durch das Betätigungselement der Schaltvorrichtung steuerbaren Federelementes an- geordnet ist.
Eine derart ausgebildete Schaltvorrichtung hat den Vorteil, dass sie genau wie die gewohn- ten üblichen Schaltmittel mit Tastenknopf, Kipphebel oder Drehknebel arbeitet und trotzdem eine kon- taktfederlose Schaltvorrichtung darstellt, so dass der Übergang von den bekannten auf kontaktfederlose
Schaltvorrichtungen für den Bedienenden keinen Unterschied in der Betätigung mit sich bringt. Diese
Halbleiter können in so kleinen Abmessungen ausgeführt werden, dass die gesamte Schaltvorrichtung den für das bewegliche Betätigungselement benötigten Platz nur wenig vergrössert. Es eignet sich daher be- sonders für Tastaturen in Fernsprechteilnehmeranlagen, z. B. für Wähltastaturen.
Der Empfindlichkeit dieser Art von Halbleitern gegen mechanische Überbeanspruchung wird in einfachster Weise durch Zwi- schenschaltung des genannten Federelementes Rechnung getragen. Es können auch bei solchen Schaltvor- richtungen besondere Einrichtungen für eine gegenseitige elektrische Abschirmung in Fortfall kommen, wie sie bei Berührungskondensatoren notwendig sind.
Bei einer Ausbildung der Erfindung ist der Halbleiter ein in der Ruhelage der Schaltvorrichtung durch das Federelement auf Zug beanspruchter piezoelektrischer Widerstand. Dabei kann der notwendige Hub des Betätigungselementes so gering gehalten werden, dass auch membranartige Betätigungselemente ver- wendet werden können.
In einer ändern Ausführungsform ist der Halbleiter ein durch das Federelement auf Druck beanspruch- ter Planartransistor. Derartige Halbleiter sind robuster als piezoelektrische Widerstände und weisen keine einseitig betonte Ausdehnung auf, weshalb sie sich gegebenen Raumverhältnissen leicht anpassen las- sen.
Bei einer dritten Ausführungsform weist das Betätigungselement einen mit ihm bewegbaren Anschlag auf, welcher das als federndes Zwischenglied ausgebildete Federelement berührt und ist der Betätigungs- anschlag schräg zur Betätigungsrichtung geneigt, so dass er nur eine, innerhalb eines bestimmten Minimums und eines bestimmten Maximums liegende Komponente der Betätigungskraft auf den Halbleiter überträgt. Da- durch wird die am Halbleiter wirksam werdende Kraft in grösserem Masse abhängig von der Anfangs - und Endstellung des Betätigungselementes, als bei den vorgenannten Ausführungen, was eine exakte Bedienung fördert.
Da die Halbleiter schon bei geringen Schwankungen der Zug- oder Druckkraft reagieren, kann es vorkommen, dass bereits durch eine unbeabsichtigte, halbe Betätigung des Betätigungselementes elektrische Schaltvorgänge ausgelöst werden können. Um dies zu vermeiden, ist gemäss einer Weiterbildung der Erfindung das Federelement eine Schnappfeder, welche mit dem Betätigungselement in Eingriff steht, so dass das Federelement bei Betätigung des Betätigungselementes seine Arbeitslage erreicht und ist ein auf den Halbleiter einwirkender Schaltarm vorgesehen und mit dem Federelement gekoppelt, so dass der Schaltarm in seiner Betätigungsstellung auf den Halbleiter drückt.
Durch diese Ausgestaltung wird eine Beeinflussung des Halbleiters erst ab, einem gewissen Betätigungsweg erreicht, ab welchem die Beeinflussung schlagartig erfolgt, ohne aber den Halbleiter übernormal zu beanspruchen. Dabei ist es lediglich eine Frage der Einstellung, ob die Betätigung zu einer dauernden oder vorübergehenden Beeinflussung des Halbleiters führt.
Im folgenden wird die Erfindung unter Anführung weiterer vorteilhafter Merkmale näher erläutert.
Es bedeuten : Fig. 1 den prinzipiellen Aufbau einer kontaktfederlosen Schaltvorrichtung, Fig. 2 den prinzipiellen Aufbau der Schaltvorrichtung in anderer Ausführungsform, Fig. 3 ein Ausführungsbeispiel der Schaltvorrichtung nach Fig. 2 im Schnitt A-A gemäss Fig. 4, Fig. 4 die Draufsicht auf das Ausführungsbeispiel nach Fig. 3, Fig. 5 den prinzipiellen Aufbau der Schaltvorrichtung in einer dritten Ausführungsform, Fig. 6 den prinzipiellen Aufbau der Schaltvorrichtung in einer vierten Ausführungsform, Fig. 7 einen Halbleiter und einen Schaltarm in Ruhelage für die Schaltvorrichtung nach Fig. 6. Fig. 8 ein Ausführungsbeispiel der Schaltvorrichtung nach Fig. 6 im Längsschnitt und Fig. 9 einen Querschnitt durch das Ausführungsbeispiel nach Fig. 8.
Die in Fig. 1 im Prinzip dargestellte Schaltvorrichtung weist ein kappenförmig ausgebildetes, als Druckknopf wirkendes Betätigungselement 1 auf, das in einer als Ruheanschlag dienenden Platte 2 geführt und von Hand verschiebbar ist. Im Raumbereich des Betätigungselementes l liegt ein Einspann- glied 3, welches das freie Ende eines fest angeordneten, stabförmigen Halbleiters 4 bildet, und gegen welches ein als Wendelfeder ausgebildetes Federelement 5 über eine Scheibe 6 drückt. Das Federelement 5 beansprucht in Ruhestellung des Betätigungselementes 1 den Halbleiter 4 auf Zug. Als Halbleiter 4 wird ein piezoelektrischer Widerstand verwendet, welcher an einen nicht dar-
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gestellten Stromkreis elektrisch angeschlossen ist.
Beim Niederdrücken des Betätigungselementes l, welches auf die Scheibe 6 aufdrückt, wird bei Erreichung eines Gegenanschlages 7 die Zugkraft des Federelementes 5 aufgehoben und damit in einer in dem genannten Stromkreis wirksam werdenden Weise verändert. Je nach der elektrischen Ansprechempfindlichkeit der Stromkreise genügt zur Er- zeugung des gewünschten elektrischen Schaltvorganges schon eine geringe Minderung der Zugkraft, so dass an Stelle des dargestellten kappenförmigen Betätigungselementes 1 eine nur einen kleinen Be- tätigungsweg erfordernde Membran angeordnet werden kann. Eine Beanspruchung des Halbleiters 4 auf Biegung oder eine Überbeanspruchung in oder entgegen der Kraftrichtung ist ausgeschlossen.
Fig. 2zeigt eine Ausbildung der Schaltvorrichtung im Prinzip, bei welchem ein auf Druck beanspruchter Planartransistor als Halbleiter 8 verwendet wird. Das Betätigungselement 1, welches hier als voller Druckknopf ausgebildet ist, wird über die Scheibe 6 von dem Federelement 5 gegen die Platte 2 gedrückt. Gleichzeitig übt das Federelement 5 auf den an einer Traverse 9 angeordne- ten Halbleiter 8 einen ständigen Druck aus, welcher durch Anschläge 10 an dem in seiner Ruhelage durch die Platte 2 bestimmten Betätigungselement 1 begrenzt wird. Durch Verbiegen der Tra- verse 9 kann der Druck des Federelementes 5 auf den Halbleiter 8 genau eingestellt werden.
Der Planartransistor als Halbleiter 8 zeichnet sich gegenüber dem Halbleiter 4 (Fig. 1) durch grö- ssere Robustheit und durch eine nahezu gleichmässige Ausdehnung nach allen drei Koordinaten hin aus, weshalb er besonders für Schaltmittel geeignet ist, die möglichst klein zu halten sind und mit denen Tastaturen aufgebaut werden sollen, welche in ein Gerät, z. B. in ein Femsprechteilnehmergerät normaler Abmessung einzubauen sind.
Eine hiefür besonders geeignete Konstruktion ist in den Fig. 3 und 4 dargestellt. Der Halbleiter 8 ist in einem Träger 11 angeordnet, welcher verschraubbar und damit in Kraftrichtung verstellbar in einem Gehäuse 12 gelagert ist. Das Betätigungselement 1 übergreift das Gehäuse 12 kappenartig und nimmt eine leicht durchgebogene Blattfeder als Federelement 13 auf. Das Federelement 13 drückt mit seinem Scheitel auf einen am Halbleiter 8 befestigten Stift 14, vorzugsweise auf einen Saphirstift, mit einer durch die Einstellungen des Trägers 11 bestimmten Kraft.
Seitlich von dieser Stelle liegt das Federelement 13 mit seinen freien Enden 16 auf Anschlägen 15 am Gehäuse 12 auf. Mit seinen freien Enden steht das Federelement 13 mit dem Betätigungselement 1 in kraftschlüssiger Berührung. Bei Druck auf das Betätigungselement 1 werden die freien Enden 16 des Federelementes 13 abgebogen, wobei sich sein Scheitel in entgegengesetzter Richtung anhebt und damit den Druck auf den Halbleiter 8 mindert oder aufhebt. Das Federelement 13 wirkt, wie das Federelement 5 (Fig. 1 oder 2) gleichzeitig als Rückstellfeder für das Betätigungselement 1. Der dargestellte Aufbau zeichnet sich durch einen sehr geringen Platzbedarf aus.
Eine dritte Ausführungsform des Schaltmittel zeigt im Prinzip die Fig. 5, bei welcher eine Ruckzugfeder 17 für ein mit einem Schaft versehenes Betätigungselement 18 nicht unmittelbar auf den Halbleiter 8 einwirkt, sondern über ein als federndes Zwischenglied ausgebildetes Federelement 19. Das Federelement 19 hat die Form einer federnden Brücke und ist auf der Innenseite eines Gehäuses 20 gelagert, das den Halbleiter 8. vorzugsweise verstellbar, aufnimmt. Im Ruhestand übt das Federelement 19 einen bestimmten Druck auf den Halbleiter 8 aus und ragt mit einem Stift 21 winkelig zur Betätigungsrichtung des Betätigungselementes 18 nach aussen und damit in den Weg eines Betätigungsanschlages 22, der von einer konischen Fläche am Schaft des Betätigungselementes 18 gebildet wird.
Bei dieser Anordnung wirkt die Rückstellfeder 17 nur mit einer Komponente ihrer Kraft auf das Federelement 19 ein, die, durch die Lage und Ausbildung des Betätigungsanschlages 22 bestimmt, ein genau einjustierbares Minimum und Maximum aufweist.
Eine weitere Ausbildung der Schaltvorrichtung zeigen im Prinzip die Fig. 6 und 7. Mit dieser Ausbildung soll vermieden werden, dass bereits eine versehentliche, unvollkommene Betätigung des Betätigungselementes 18 zu einem Wirksamwerden des Schaltmittels führt. Zu diesem Zweck ist ein als Schnappfeder ausgebildetes Federelement 23 vorgesehen, welches in einen federnden Schaltarm 24 eingehängt ist. Der Schaltarm 24 trägt einen Betätigungsanschlag 25, in dessen Weg ein Stift 26 des Halbleiters 8 ragt. Am andern Ende ist das Federelement 23 mit dem Betätigungselement 18 gekoppelt, das unter dem Einfluss einer Blattfeder 27 als Rückstellfeder steht. Bei Druck auf das Betätigungselement 18 wird erst ab einer bestimmten Stellung der Schaltarm 24 schlagartig umgelegt und übt dabei mit seinem Betätigungsanschlag 25 einen Druck auf den Halbleiter 8 aus.
Ob dabei in der Arbeitslage eine dauernde oder während der Verstellung des Betätigungsanschlages 25 eine vor- übergehende Beeinflussung des Halbleiters 8 erfolgt, ist lediglich von der Einstellung der Teile zu-
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einander abhängig.
In den Fig. 8 und 9 ist eine zweckmässige, weil nur geringen Raum benötigende Ausgestaltung der vorbeschriebenen Schaltvorrichtung dargestellt. Hier ist ein Gehäuse 28 vorgesehen, das den Halbleiter 8 aufnimmt und gleichzeitig der Lagerung eines federnden Tragarmes 29 für das schnappfederar- tige Federelement 23 und für den Schaltarm 24 dient. An dem Gehäuse ist ferner ein Betätigungselement 30 gelagert, das, kipphebelartig bewegbar, die Form einer das Gehäuse 28 überdeckenden Haube aufweist. Im Betätigungselement 30 ist ein Anschlag 31 in Form einer Keilfläche vorgesehen, welche bei Betätigung auf den Tragarm 29 einwirkt und damit das Federelement 23 zur Wirkung bringt.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Kontaktfederlose Schaltvorrichtung zur manuellen Erzeugung elektrischer Schaltvorgänge in Fernmeldeanlagen, insbesondere Drucktaste für Tastaturen in Fernsprechteilnehmeranlagen, dadurch gekennzeichnet, dass ein im zu schaltenden Stromkreis liegender Halbleiter (4 oder 8) im Wirkungsbereich eines durch das Betätigungselement (1, 18 oder 30) der Schaltvorrichtung steuerbaren Federelementes (5,13, 19 bzw. 23) angeordnet ist.