CH645205A5 - Schaltmatte. - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltmatte nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Schaltmatten dienen der Herstellung von Tastaturen im Elektronikbereich, bei denen in einer Kunststoffolie meistens mehrere Tasten angeordnet sind, deren Federteil einen integralen Teil der Kunststoffolie bilden. Als Material für die Kunststoffplatte und den Federteil wird gewöhnlich ein Elastomer, vorzugsweise Silikonkautschuk, verwendet. Der Federteil bildet in der Ruhelage eine, einen Hohlraum umgebende Erhebung und trägt hohlraumseitig ein Kontaktplätt-chen. Wird nun die Schaltmatte auf einen Träger mit einer gedruckten Schaltung gelegt, so können die Tasten in geeigneter Lage angeordnet werden, so dass sie als Kontakte für die gedruckte Schaltung dienen. In der Ruhelage liegt hierbei das Kontaktplättchen mit Abstand über der Kontaktstelle auf der gedruckten Schaltung. Beim Betätigen des Kontaktelementes wird dessen Federteil zusammengedrückt, wobei durch diese Verformung eine Rückstellkraft erzeugt wird, die nach der Freigabe der Taste das Kontaktplättchen wieder in die Ruhelage bringt. Die Verformung des Federteils, der wie bereits erwähnt ebenfalls aus dem Elastomer der Kunststoffolie besteht, bestimmt die Lebensdauer der Taste, und zwar ist sie abhängig von der Grösse der Verformung, d.h. vom Hub der Taste. Für praktische Ausführungen beträgt der Abstand des Kontaktplättchens von der Kontaktstelle und damit der Hub der Taste etwa 0,5-1,5 mm. Mit diesem Hub können mehrere Millionen Schaltungen durchgeführt werden, bis ein Defekt des Federteils eintritt.

Die genannten Hübe für die Tasten von Schaltmatten erweisen sich bei bestimmten Anwendungen als zu klein, weshalb man durch entsprechende Vergrösserung des den Hohlraum umgebenden Federteils den Abstand des Kontaktplättchens zur Kontaktstelle und damit den Hub der Taste zu ver-grössern suchte. Dies hat jedoch eine spürbare Verringerung der Lebensdauer des Federteils zur Folge. Aus diesem Grunde ist eine Schaltmatte, die Tasten mit vergrössertem Hub aufweist, für eine ganze Anzahl von Anwendungsgebieten, z.B. bei der Kommunikationstechnik wie Telephon und Fernschreiber, nicht annehmbar. Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass wegen seines grösseren Schalthubs eine Vergrösserung des Durchmessers des Federteils unvermeidbar ist, wodurch der Abstand zwischen zwei Tasten entsprechend vergrössert wird.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Schaltmatte der eingangs beschriebenen Art so auszugestalten, dass eine Vergrösserung des Schalthubs der Tasten, ohne dass dadurch eine Verringerung der Lebensdauer gegenüber den bekannten Tasten eintreten würde und eine Vergrösserung des Durchmessers des Federteils erforderlich wäre, erreicht wird.

Diese Aufgabe wird gemäss der Erfindung dadurch gelöst, dass auf der Druckplatte ein mit federnden Wandpartien versehener Hohlkörper angeordnet ist, an dessen freier Stirnseite ein Drücker abgestützt ist. Dadurch wird erreicht, dass der Gesamthub der Taste sich aus zwei Teilhüben, und zwar aus dem Hub des Federteils einerseits und dem Hub des Hohlkörpers andererseits zusammensetzt, wodurch eine hohe Lebensdauer der Taste gewährleistet wird.

Die Erfindung ist in der Zeichnung in einigen Ausführungsbeispielen dargestellt und nachfolgend beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 einen Schnitt durch eine erste Ausführungsform einer Taste einer Schaltmatte in der Ruhelage,

Fig. 2 einen Schnitt gemäss Fig. 1, jedoch mit in Kontaktstellung befindlicher Taste,

Fig. 3 einen Schnitt durch eine weitere Ausführungsform der Taste einer Schaltmatte,

Fig. 4-8 einen Schnitt durch eine teilweise dargestellte Taste einer Schaltmatte mit verschiedenen Formen eines mit federnden Wänden versehenen Hohlkörpers und

Fig. 9 einen Schnitt durch eine teilweise dargestellte Taste mit einer weiteren Ausführungsform seines mit der Grundplatte der Schaltmatte verbundenen Federteils.

Die in den Figuren 1-3 dargestellten Tasten 1 sind Teil einer Schaltmatte, die sich aus einer Grundfolie 2 und einem mit der Grundfolie 2 integral verbundenen Federteil 3 der Taste 1 zusammensetzt. Die Grundfolie 2 liegt auf einer Leiterplatte 4, die beispielsweise aus einem Isolator besteht und Träger einer gedruckten Schaltung ist. Die Tasten 1 liegen hierbei über den Kontaktstellen der Schaltung. Es können demnach auf der Grundfolie 2 in beliebiger Anordnung ein oder mehrere Tasten 1 angeordnet sein. Die Grundfolie 2 weist leiterplattenseitig Nuten 5 auf, die die Hohlräume 6 unter den Federteilen 3 der Taste 1 als Verbindungskanäle miteinander verbinden und auch die Hohlräume 6 mit dem Aussenraum verbinden, so dass beim Niederdrücken der Taste 1 die Luft im sich verkleinernden Hohlraum 6 entweichen kann.

Der Federteil 3 setzt sich aus federnden Wänden 7 und

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einer Druckplatte 8 zusammen. Die Druckplatte 8 trägt auf der Seite des Hohlraums 6 eine Kontaktplatte 9, die beim Drücken der Taste 1 die auf der Leiterplatte 4 angeordnete Kontaktstelle (nicht dargestellt) nach Durchlaufen des freien Abstands a zwischen der Stellung der Kontaktplatte 9 in der Ruhelage und der Oberfläche der Leiterplatte 4 berührt.

Wie aus Fig. 1-3 ersichtlich ist, ist auf der dem Hohlraum

6 abgewandten Seite der Druckplatte 8 ein Hohlkörper 10 mit mindestens teilweise federnden Wandpartien 11 angeordnet; zweckmässig besteht der Hohlkörper 10 aus demselben Material wie die Grundfolie 2 und der Federteil 3. Der Hohlkörper 10 bildet einen Hohlraum 12, der durch einen Drücker 13, der einen ringförmigen Vorsprung 14 aufweist, abgedeckt ist, wobei der Vorsprung 14 zweckmässig an einer Abdeckung 15, z.B. aus Kunststoff anliegt. Ein am hohlraumseitigen Ende des Drückers 13 angeordneter Zapfen 16 weist in der Ruhelage gegenüber der Druckplatte 8 einen Abstand b auf.

Die beschriebene Taste weist somit zwei übereinanderliegende federnde Etagen auf: die federnden Wände 7 des Federteils 3 und die federnden Wandpartien 11 des Hohlkörpers 14. Dementsprechend setzt sich der Hub des Drückers 13 bis zur Berührung der Kontaktstelle durch die Kontaktplatte 9 aus den beiden Teilhüben a und b zusammen. In Fig. 2 ist die Taste 1 in der Kontaktlage dargestellt. Der Zapfen 16 liegt auf der Druckplatte 8, d.h. der Drücker 13 hat den Hub b zurückgelegt. Weiter liegt die Kontaktplatte 9 auf der Leiterplatte 4, d.h. die Kontaktplatte 9 und damit auch der Drücker 13 hat auch den Hub a zurückgelegt. Bei der Zurücklegung der beiden Teilhübe a und b werden sowohl der Federteil 3 als auch der Hohlkörper 10 verformt, siehe Fig. 2. Der Federteil 3 bildet eine Knickstelle 17, z.B. eine ausgewählte Zone, zu deren Bildung eine zusätzliche Kraft auf den Drücker 13 ausgeübt werden muss. Es entsteht dadurch die Wirkung eines Druckpunktes. Wie in Fig. 1 dargestellt ist, wird angenommen, dass beim Drücken des Drückers 13 zuerst der Hohlkörper 10 unter Zurücklegung des Teilhubes b in die gestrichelte Lage übergeht. Für die Verformung des Federteils 3 unter Zurücklegung des Teilhubes a ist dann eine etwas grössere Kraft erforderlich. Der Kraftverlauf kann jedoch in weiten Grenzen den jeweiligen Bedürfnissen angepasst werden. So zeigt Fig. 1 und 2 eine im Vorsprung 14 auf der dem Hohlkörper 10 zugewandten Seite liegende Ausnehmung 18, durch welche die Verformung des Hohkörpers 10 und damit der Druck des Drückers 13 beeinflusst werden kann. Der Druckverlauf kann jedoch auch in anderer Weise beeinflusst werden, insbesondere durch eine bestimmte Formgebung des Hohlkörpers 10, bzw. des Federteils 3. In Fig. 4-8 sind verschiedene Formen von Hohlkörpern von Tasten 1 dargestellt. Fig. 4 zeigt einen tonnenförmigen Hohlkörper 10, während die Hohlkörper 10 nach Fig. 5 und 6 aus einem einfachen und einem doppelten Balg bestehen. Der Hohlkörper 10 nach Fig.

7 weist Zylinderform und derjenige nach Fig. 8 Hyperboloidform auf. Beim Hohlkörper 10 nach Fig. 3 weist die federnde

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Wandpartie 11 die Form eines abgestumpften Kreiskegels auf, woran sich eine kreiszylindrische Partie anschliesst. Die Wandpartie 11 verformt sich somit in ähnlicher Weise wie die federnde Wand 7 des Federteils 3. Selbstverständlich ist es auch möglich, den Federteil 3 anders als einen abgestumpften Kreiskegel zu formen; Fig. 9 zeigt eine tonnenförmige Wand 7 für den Federteil 3.

Der Druckverlauf der Taste 1 kann auch durch unterschiedliche Wandstärken beeinflusst werden. Durch die Kombination der Form des Federteils 3, des Hohlkörpers 10 und der Wandstärke 9 dieser beiden Teile können beliebige Hübe für die Taste 1, z.B. für Tastaturen, von etwa 2-10 mm erreicht werden. Wesentlich ist hierbei, dass durch die Aufteilung des Tastenhubs auf die Teilhübe a und b eine Ver-schleissminderung und damit eine entsprechende Erhöhung der Lebensdauer erreicht wird. Hierbei kann der Kraftverlauf, d.h. der Kraftanstieg beim Drücken des Drückers 13 in weiten Grenzen angepasst werden, wobei einfache oder doppelte Druckpunktwirkung erreicht werden kann. Auch kann die Druckpunktwirkung vor oder nach Berühren der Kontaktstelle durch die Kontaktplatte 9 erreicht werden. Durch die genannten zahlreichen Möglichkeiten wird erreicht, dass das an sich bewährte Element der Schaltmatte auch in Gebieten Eingang finden kann, die diesem Element bisher verschlossen waren.

Der Abstand b zwischen dem Zapfen 16 und der Druckplatte 8 kann auch dadurch erreicht werden, dass der Zapfen 16 an der Druckplatte angeordnet ist. Der Abstand b ist dann durch den Abstand zwischen dem mit der Druckplatte 8 verbundenen Zapfen 16 und dem stirnseitigen Ende des Drük-kers 13 definiert. Wesentlich ist jedoch, dass durch die Anordnung des Hohkörpers auf der Druckplatte 8 die Möglichkeit besteht, mit Hilfe des Zapfens 16 die Grösse des einen Teilhubes b beliebig zu variieren und damit den Druckverlauf der Taste 1 zu beeinflussen.

Der Drücker 13 ist in Fig. 1 und 2 als zylindrischer Körper angenommen, der durch die Abdeckung 15 ragt. Ist eine Führung des Drückers 13 in der Abdeckung 15 erforderlich, so kann zweckmässig an der Abdeckung 15 ein Kragen vorgesehen werden. Soll sich der Drücker 13 nicht drehen können, so kann sein Querschnitt quadratisch oder rechteckig sein. Das über die Abdeckung 15 bzw. den Kragen 19 ragende Ende des Drückers 13 kann beliebig geformt sein, z.B. als Druckknopf oder Druckplatte mit und ohne Beschriftung.

Für die einzelnen Teile der Schaltmatte eignen sich Kunststoffe, wobei die Grundfolie 2, der Federteil 3 und der Hohlkörper 10 ^us einem Elastomer, z.B. Silikonkautschuk hergestellt sein kann. Die Leiterplatte 4, der Drücker 13 und die Abdeckung 15 können beispielsweise aus einem formfesten Kunststoff hergestellt sein, während die Kontaktplatte 9, z.B. aus einem leitenden Silikonkautschuk hergestellt sein kann.

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1 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

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2. 2. Schaltmatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Drücker (13) oder an der Druckplatte (8) ein in den Hohlkörper (10) ragender Zapfen (16) angeordnet ist, dessen Abstand von der Druckplatte (8) bzw. von dem Drük-ker (13) einen Teilhub (b) des Tastenhubs (a + b) bildet.

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   PATENTANSPRÜCHE

   Schaltmatte mit mindestens einer Taste, welche Taste eine Grundfolie und einen Federteil aus einem elastischen, biegsamen Material und eine am Federteil angeordnete Kontaktplatte aufweist, wobei der Federteil in der Ruhelage einen über die Grundfolie ragenden Hohlraum mit federnden Wänden und mit einer die Kontaktplatte hohlraumseitig mit Abstand von der Kontaktebene tragenden Druckplatte bildet, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Druckplatte (8) ein mit federnden Wandpartien (11) versehener Hohlkörper (10) angeordnet ist, an dessen freier Stirnseite ein Drücker (13) abgestützt ist.
3. 3. Schaltmatte nach Anspruch l oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Drücker (13) einen ringförmigen Vorsprung (14) aufweist, an dem sich die freie Stirnseite des Hohlkörpers (10) abstützt.
4. 4. Schaltmatte nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorsprung (14) an der dem Hohlkörper (10) zugewandten Seite eine ringförmige Ausnehmung (18) aufweist, die sich über die freie Stirnseite des Hohlkörpers (10) erstreckt.
5. 5. Schaltmatte nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die federnden Wandpartien (11) des Hohlkörpers (10) eine über ihre Länge unterschiedliche Wandstärke aufweisen.
6. 6! Schaltmatte nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die federnden Wandpartien (11) des Hohlkörpers (10) in der Kontaktlage mindestens eine Knickstelle (17), z.B. eine gewellte Zone, bildet.
7. 7. Schaltmatte nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Verformungsdruck des Hohlkörpers (10) zur Überwindung eines Teilhubes (b) gegenüber demjenigen der federnden Wände (7) des Federteils (3) zur Überwindung eines weiteren Teilhubes (a) verschieden, z.B. kleiner,

   ist.
8. 8. Schaltmatte nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Federteil (3) und der Hohlkörper (10) aus verschiedenen Elastomeren bestehen.