DE2006176B2

DE2006176B2 - Elektrische schalteranordnung

Info

Publication number: DE2006176B2
Application number: DE19702006176
Authority: DE
Inventors: Der Anmelder Ist
Original assignee: Sudduth, William B., Gloucester, Mass. (V.StA.)
Priority date: 1969-02-24
Filing date: 1970-02-11
Publication date: 1973-04-19
Also published as: CA950016A; FR2033892A5; DE2006176C3; NL7001544A; DE2006176A1; GB1298089A

Description

liedriger Leistung von Bedeutung, wie sie bei elektronischen Festkörperkreisen auftreten, wobei die Eingangsgrenzschichtkreise des Transistors und integrierter logischer Systeme normalerweise ein Schalten bei niedrigem Strom, beispielsweise wenigen Milliampere, bei 30 Volt oder weniger erfordern.

Die Schalteranordnung nach der Erfindung weist außerdem eine verminderte elektromagnetische Interferenz auf, da die gespeicherte, der Streukapazität und Induktanz zugeordnete Energie im Verdrahtungsund Eingangskreis verzehrt oder verbraucht wird.

Ein weiterer wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Schalteranordnung besteht darin, daß die Überbrückungskontakte bestimmte elektrische Widerstandseigenschaften aufweisen können, so daß eine Halbleiterbrücke geschaffen werden k.".nn, die sicher stellt, daß die Schaltstromschwelle nicht erreicht wird, ivenn die Überbrückungskontakte nicht eine bestimmte Bewegung ausgeführt haben. Dadurch besteht bei Verwendung in einem Tastenfeld die Moglichkeil, i'aisclK digitale Zilfern zu vermeiden, so daß zusatzliche Schaltkreise zur Beseitigung dieses Problems nicht erforderlich sind.

Die Schalteranordnung nach der Erfindung läßt sich vorzugsweise mit auswechselbaren gedruckten Sclialumgsplatten verwenden, um eine Tastenfeldaiioidnung mit auswechselbaren logischen Kodierungen zu schaffen. Audi ist eine Digitalkodierung in Verbindung mit eine, einzigen gedruckten Schaltungsplatte möglich.

')ic elastomere Folic kann auf der den Überbrüki-.'.iiigskontaklen gegenüberliegenden Seite mit einer i oüerschicht versehen sein. Diese läßt sich als Über- /ULi aufbringen, kann jedoch auch aus einzelnen, wahlweise miteinander verbundenen knopl'artigcii Abschnitten bestehen.

Die mit den Überbriickungskontaktcn zusammenwirkenden festen Kontakte können entweder aus Metall oder aus einem leitenden Elastomer bestellen. Melallkontakte sind vorzuziehen, und zwar auf Grund mechanischer Gesichtspunkte. Auch vereinfachen sich die äußeren Anschlüsse, und die Kodierung laßt sieh ohne weiteres verändern, z. B. durch Änderung des metallischen Kontaktniusters auf einer gedruckten Schaliungsplatle.

Die erfindungsgemälJe Schalteranordnung ist im Zusammenhang mit einem De/hnaltasienleld verwendbar. Dabei kann mit sehr niedrigen Arbeitsdrücken und kleinen Verschiebungswegen gearbeitet werden. Weiterhin ergibt sich eine ausreichende Abdichtung gegen Schmutz und Fremdmaterial. Wie erwähnt, lassen sieh dabei gedruckte Schaltungsplaii.cn zur Erzielung unterschiedlicher Kodierungen ohne weiteres auswechseln.

Auch kann man die Digitalkodierung dadurch erreichen, daß mau eine isolierende Folie verwendet, die durch Öffnungen nach einem vorgewählten Music·" kodiert ist, und zwar im Zusammenhang mii einem einzigen Schaltkreis, der auf eine Seite einer Schalungsplatte aufgedruckt ist. wobei ein gemeinsames Schaltkieiselemcni al'Wechselnd mit einer Vielzahl gesonderter Sehallkieiseiementc angeordnet ist. Fine Veränderung der Kodierung wird durch Verwendung von unterschiedlich gemusterten, isolierenden Folien erzielt.

Soll mehr als ein einziger Schaltkreis durch Betätigung eines bestimmten Überbrückungskontaktes geschlossen werden, wie dies bei kodierten Systemen allgemein der Fall ist, so ist es vorteilhaft, einen Mechanismus zu verwenden, der sicherstellt, daß sämtliche regionalen Schaitkreiselemente während der Aktivierung des Überbrückungskontaktes in Kontakt kommen. Solch ein Mechnismus kann aus geson derte Federn, Schwenkzapfen oder Hebel aufweisenden Überbrückungskontakten bestehen, die so angeordnet sind, daß sie die von Hand aufgebrachte Betätigungskratt gleichmäßig auf die beschriebene, ίο federnde Schalteinrichtung übertragen.

Die Schaltungsanordnung nach der Erfindung kann auch derart konstruiert sein, daß die Kontaktwirkung erreicht wird durch eine gleitende, wischende oder rollende Wirkung des beweglichen Elementes. Beispielsweise könnte eine Schalteranordnung konstru iert sein aus einem festen Schaltkreiselement mit wenigstens einem Koniakt und einem flexiblen, federn den, elektrisch leitfähigen, nichtmetallischen Element, welches gegen das Schaltkreiselemenl gleitet, wischt oder rollt, um den elektrischen Anschluß oder die elektrische Verbindung hervorzurufen.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand von

Ausfühiungsbeispielen im Zusammenhang mit der

Zeichnung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in 1 ι ; leine Draufsicht auf eine Schalteranordnung nach der Erfindung,

F i g. 2 eine Stirnansicht der Schalteranordnung nach Fig. 1,

F i g. 3 eine Draufsicht auf eine Knöpfe tragende Überbrückungskontaktfolie,

Fig. 4 eine Draufsicht auf eine Schalungsplatte,

F i ti. 5 einen auseinandergezogenen Schnitt entlang der Linie 5-5 in F i g. 1,

Fig. 6 einen Schnitt durch eine Digitalkodiereinrichtung nach der Erfindung,

F i g. 7 eine Vorderansicht zu F i g. 6.

F i g. 8 eine Draufsicht auf eine isolierende Folie,

Fig.') eine Drautsicht auf eine Schalungsplatte,

Fig. 10 eine Draufsicht auf eine Schaltungsplatte mit Abtastung«,

F i g. 11 eine Draufsicht auf eine isolierende Folie zur Verwendung mit der Schaliungsplatle nach Fig. in.

Die Ausführungsform der Erfindung nach den F i g. 1 bis - stellt eine einfache Dezimaltastenfeldanordnung dar. Die Erfindung läßt sich aber, wie ohne weiteres einzusehen ist. auch auf kodierte Tasicnfelder anwenden.

Die Schalteranordnung 11 umfaßt in Kombination eine äußere, starre Platte 20 mit einer Vielzahl von Öffnungen 21, eine elektrisch leitfähige Silikonkautschuk-tlbcrbruckungskontaktfolic 30 gleicher Erstreckung wie die Platte 20 und mit einer Vielzahl von vorspringenden Überbrückungskontakten 31, die jeweils von einer knopfförmigen Isolierschicht 32 überdeckt und auf die Öffnungen 21 ausgerichtet ■ ' eine dünne isolierende Folie 40 gleicher Er-Streckung wie die Platte 20 und die Überbrückungs· kontaktfolie 30 mil einer Vielzahl von Öffnungen 41 ßn die auf (lic f'berbrückungskontakte 31 ausgerichte sind, und eine Schaltungsplatic 50 mit einer Vielzah \on zu Paaren angeordneten festen Kontakten 5' und 52. die auf die Öffnungen 41 ausgerichtet sind Es ist nicht unbedingt erforderlich, die Überbrückungs kontakte 31 als vorspringende Bereiche auszubilder Man kann den Druck vielmehr auch auf die flach Oberfläche der Überbrückungskontaktfolie 30 am üben.

5 J 6

Wird ein vorgewählter Knopf, im vorliegenden Fall keine Anschlüsse oder Verbindungen aufweisen muß, der Knopf »6«, heruntergedrückt, d. h., übt man die durch die Platte hindurchführen. Sämtliche Aneinen Druck auf die zugehörige Isolierschicht 32 aus, Schlüsse liegen vielmehr auf ein und derselben Oberso erstreckt sich der Überbrückungskontakt 31 durch fläche wie die aufgedruckten Schaltkreiselemente. Das die Öffnung 41 in der isolierenden Folie 40 und ge- 5 ineinander verschachtelte System von Schaltkreislangt in Berührung mit dem Paar von festen Kontak- elementen bietet weiterhin die Möglichkeit, eine ten Sl, 52 des »6«-Kreises, so daß diese elektrisch unterschiedliche Kodierung lediglich dadurch zu ermiteinander verbunden werden. Beim Aufheben des zielen, daß man das Öffnungsmuster in der isolieren-Druckes sorgt das Federungsvermögen der aus Silikon- den Folie verändert. Diese Folie kann als gesonderkautschuk bestehenden Überbrückungskontaktfolie 31 io tes, selbsttragendes Element ausgebildet sein, oder dafür, daß der Überbrückungskontakt ohne elek- als dünne Schicht auf der Schaltungsplatte niedertrisches Rückprallen oder Prellen nach oben zurück- geschlagen werden, beispielsweise nach einem Siebkehrt und die Verbindung zwischen den festen Kon- druck- oder Fotowiderstandsverfahren,
takten 51 und 52 unterbricht. In ähnlicher Weise Bei der in den Fig. 10 und 11 dargestellten Aussorg'i ein Druck auf einen Knopf 101, der im vor- 15 führungsform ist ein zusätzliches .Schaltkreiselement liegenden Fall dem Wert »Null« entspricht, dafür, 170 zwischen einem zusätzlichen Zweig 160 g des gedaß sich der entsprechende Überbrückungskontakt meinsamen Schallkreiselementes 160 eingeschachtelt, durch die isolierende Folie 40 erstreckt und in Be- Die isolierende Folie 140 weist dementsprechend eine rührung entweder mit beiden oder mit einem der Reihe zusätzlicher, oberhalb des Schaltkreiselementes Paare von festen Kontakten 151/152 und 251/252 20 170 angeordneter Öffnungen 207 bis 211 auf. Bei kommt, wodurch eine elektrische Verbindung für die Betätigung einer beliebigen Taste werden sowohl die »Null«-Kreise geschaffen wird. gesonderten Schaltkreiselemente 161 bis 163 mit dem Die eine gedruckte Schaltung tragende Schaltungs- gemeinsamen Schallkreiselement 160 verbunden als platte 50 kann ohne weiteres gegen eine andere Schal- auch letzteres mit dem zusätzlichen Schaltkreistungsplatte mit unterschiedlicher Kodierung ausge- 25 element 170. Dieses Schaltkreiselement 170 kann wechselt werden, wobei man die gleiche starre Platte somit als »Abtastung« arbeiten und ein Empfänger-20. die gleiche Überbrückungskontaktfolie 30 und die system darüber informieren, daß korrekte Eingabegleiche isolierende Folie 40 verwenden kann. Eine daten verfügbar sind, und auf diese Weise die Empsolche als Tastenfeld ausgebildete Schalteranordnung fängervorrichtung betätigen, um die Eingabedaten nach der Erfindung kann auf diese Weise extrem viel- 30 aufzunehmen.

seitig verwendbar sein und eine große Vielzahl unter- Im allgemeinen ist es wünschenswert, das Schließen

schiedlicher Kodierungen bei minimalem Preis der Abiastkontakte, bezogen auf das Schließen des

schaffen. Eingangsdatenkreises, zu verzögern, um sicherzu-

Bei dem in den F i g. 6 bis 9 dargestellten Ausfüh- stellen, daß die gewählten Datenkreise bereits zu dem

rungsbeispiel ist die Schalteranordnung 111 als Digi- 35 Zeitpunkt richtig geschlossen sind, zu dem der Ab-

talkodierungsanordnung ausgebildet. Sie weist eine tastkreis geschlossen wird. Gemäß Fig. 11 wird eine

federnde, leitfähige Überbrückungskontaktfolie 130 solche Verzögerung dadurch geschaffen, daß die Ab-

aus polymerem Silikonkautschuk auf mit im Abstand tastöffnungen 207 bis 211 schmaler ausgebildet sind

angeordneten Knöpfen 131 bis 125 für die Ziffern 1 als die Minimalbreite, die für die Datenschaltkreis-

bis 5. Unterhalb der Überbrückungskontaktfolie 130 40 öffnungen verwendet wird. Es muß also eine propor-

befindet sich mit gleicher Erstreckung eine dünne, tional größere Kraft auf die Übcrbrückungskontakt-

isolierende hohe 140 mit Öffnungen 201 bis 204 sowie folie ausgeübt werden, wenn man ein Schließen der

einem Paar von Öffnungen 205/206. wobei die Öff- Abtastkontakte erzielen will.

nungen so angeordnet sind, daß sie durch Druck auf Materialien, die für die federnden, elektrisch leit-

die Knöpfe 131 bis 135 mit entsprechenden Digital- 45 fähigen Überbrückungskontaktfolien verwendet wer-

indizes 1 bis 5 betätigbar sind. Unterhalb der iso- den können, umfassen im Handel erhältliche elek-

Iierenden Folie 140 befindet sich eine Schaltungs- trisch leitfähige Silikon- oder Fluorsilikonelastomere

platte 150 gleicher Erstreckung. Solch ein Elastomer mit Kohlenstoff als Füllstoff hai

Die Schalungsplatte 150 trägt auf ihrer Oberseite die folgenden typischen Eigenschaften:

ein gedrucktes, gemeinsames Schaltkreiselement 160 50 _F| . . ,

in Form paralleler, eng nebeneinander unter Abstand tlektnscrier spezifischer

aneeordneter Zweige mit einer Klemme 160«. Zwi- _ ^ «Erstand 7 ohm-cm

sehen den Zweieen sind eesonderte Schaltkreisele- Zugfestigkeit 52 kg cm-(750 psi)

mcnte 161. 162 und 163 angeordnet, die jeweils ihre Dehnung 20CIbis 300« „

eigene, gesonderte Klemme aufweisen. Somit beauf- 55 ^5S (Shore A)

schlagt ein direkt odeT unter Verwendung einer Iso- Leitfahige Elastomere können auch mit feinver

lierschicht auf den vorgewählten Digitalbereich der kleinerten metallischen Partikeln gefüllt sein, un

Überbrückungskontaktfolie aufgebrachter Druck vor- niedrigere spezifische Widerstände zu erhalten. So ha

gewählte und kodierte Kontakte zwischen dem ge- selch ein Elastomer, wenn es mit metallischen Silber

meinsamen Schaltkreiselement 160 und den ceson- 60 partikeln gefüllt ist. die folgenden typischen E'cen

derten Schaltkreiselementcn 161 bis 163. Beim Auf- schäften:
heben des Druckes federt die Überbrückungskontakt-

folie zurück und unterbricht die Schaltkreisverbin- Elektrischer spezifischer

_dung Widerstand 0.001 bis 0.010 v.hin-cn

Ein derartiges Digitalsystem kann als Tastenfeld 6_S Zugfestigkeit 17 6 bis 28.1 kg cm*

zum manuellen Einspeisen von Daten in ein Daten- (—^ll ™^{s 4(1}^ P^S1)

Verarbeitungssystem verwendet werden. Ein wesent- Dehnung 60 bis 150° 0

lichcr Vorteil liegt darin, daß die Schalungsplatte Härte 30 bis 60 (Shore A)

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Elektrische Schalteranordnung mit mehreren, durch Druck betätigbaren Überbrückungskontakten zur Verbindung von festen Kontakten, gekennzeichnet durch eine Folie (30) aus einem leitfähigen Elastomer, die als Uberbrükkungskontakte (31) ausgebildete Bereiche aufweist, und eine zwischen der Überbrückungskontaktfolie und den festen Kontakten (Sl, 52)

daß ein Abstandselement (40) den leitfähigen Elastomer von den Kontakten (51,52) trennt.

3. SchaM-'ninordnung nach Anspruch 2. dadurch gekennzeichnet, daß die diskreten tiereiche jeweils verschiedenen Schaltkreisen zugeordnet sind und so ausgebildet sind, daß sie durch Fingerdruck betätigt werden können.

4. Schalteranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die durch den Überbrückungskontakt (31) verbundenen Kontakte (51, 52) elektrische Leiter in einer gedruckten Schaltung bild.n.

5. Schalteranoidnung ni'ch einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine iiul.iere starre Platte(20), die durch Öffnungen (21) di uekempi'iiidliche Schaltbereiche begrenzt.

t> Schalteranordnung nach Anspruch 5. gekennzeichnet durch eine isolierschicht (32), die auf dem Elastomer im Bereich der Öffnungen (21) angeordnet ist.

7. Schalteranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das leitfähige Elastomer die elektrischen Widerstandseigenschaften von Kohlenstoff enthaltenden Silikon- und Iluorsilikonelastomeren aufweist.

auf das elastische Element der metallische Kontakt mit einem festen Kontakt in Berührung gebracht

Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Schalteranordnung mit mehreren, durch Druck belätigbaren überbrückungskontakten /ur Verbindung von festen Kontakten.

Bei einer bekannten Anordnung dieser Art (deutsche Auslegeschrift 1 165 12¹') bestehen die festen Kontakte aus parallel zueinander angeordneten Leitern, und die Überbrückungskontakte werden von metallischen Kontaktstäben gebildet, welche an einem elastisch verformbaren Element angeordnet sind. Sobald man einen Druck auf einen Bereich des elastischen Elementes oberhalb eines Kontaktstabes ausübt, bewegt sich der Kontaktstab in Richtung auf die festen Kontakte, überbrückt diese und stellt somit eine leitende Verbindung her. Nach dem Aufheben des Druckes kehrt das elastische Element einschließlich des Kontaktstabes in seine Trennstellung zurück.

Ähnliche Verhaltnisse sind bei einer weiteren bekannten Vorrichtung (USA.-Patentschrift 3 267 233) der eingangs genannten Art gegeben. Dort handelt es sich um einen hydraulischen oder pneumatischen Schalter, in dessen Gehäuse eine als Membran wir- kende, geringfügig elastische Folie eingespannt ist. Die Folie trägt metallische Überbrückungskontakt. welche bei einer Druckbeaufschlasiunu mit zum.liöriwird. Abgesehen davon, daß es sich dabei nicht ι;τη die Überbrückung mehrerer fester Koniakte Ik:ndell, InUn hcrsiellungMerhnisch die obenerwahp,;jri Schwierigkeiten auf. Weiterhin muß das .!äst;-..^!;e Element durch ein zusätzliches, ebenfalls eiasii-c.cs Element gegen eine Beschädigung während der D: uekeinwirkrng geschützt werden. Dennoch läßt sie!·; die Gefahr einer Beschädigung nicht völlig ausschließen, so daß die Lebensdauer beschränkt ist.

Schließlich ist es bekannt (deutsche Auslegen -:iften 1017 252, 1060 455 und deutsche Paicntsci:_:;;i 1 03¹» 150), elektrisch leitfähige Elastomere ..K Ki;,-taktelementc zu verwenden, wobei diese Elastomere vorzugsweise von längslaufenden Drähten durci ..:, t sind, um ihre Leitfähigkeit zu erhöhen. Dieleituihii^n Elastomere sind als Streifen oder Schichten an damischen Stützelementen befestigt und lassen siel; .·.>',' diese Weise unter Druck aufeinander zu bewegen -.,y,a miteinander in Berührung bringen. Nach dem \i. heben des Druckes wirken die elastischen Elen_:„:v;c als Federn, welche die Kontakte in ihre Öffnung stellung zurückführen. Auch bei diesen hekaninen Anordnungen geht es nicht darum. Paare \on einander zugeordneten Kontakten zu überbrücken. Die leitenden Elastomere werden vielmehr als Stromzuführung und Siiomabi'ührung miteinander in Berührung gebracht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektrische Schalteranordnung der eingangs genannten Art zu schaffen, die bei verbilligter Herstellung und verlängerter Lebensdauer verbesserte elektrische Eigenschaften aufweist.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist die elektrische Schalteranordnung nach der Erfindung gekennzeichnet durch eine Folie aus einem leitfähigen Elastomer, die als Überbrückungskontakte ausgebildete Devicce aufweist, und eine /wischen der überbrückungskontaktfolie und den festen Kontakten angeordnete isolierende Folie, die im Bereich der Überbrückungskontakte und der festen Kontakte Öffnungen aufweist

Zweckmäßige Weiterbildungen des Gegenstande: des Anspruchs I sind in den Ansprüchen 2 bis 7 ent halten.

Die eriindung¹ gemäße Folie aus einem leilfähigei Elastomer übernimmt nicht nur die Funktion de Überbrückungskontakte, sondern auch die der Rück stellleder. Dabei sind keinerlei MeiallbcschichUingei od. dgl. erforderlich. Die Schalteranordnunn ist als> einfacher und billiger in der Herstellung.

Weilerhin kann ein Kontaktprellen vermieden wei den. Dies ist beim Schalten von Eirmaimssiunale