DE2106732C3 - Elektrische Membran-Tastatur - Google Patents

Description

Diese Erfindung betrifft eine elektrische Membran-Tastatur, insbesondere in miniaturisierter Ausführung mit hoher Packungsdichte der Eintaststellen, bei der auf einer Unterlage aus Isoliermaterial wenigstens ein unteres Kontaktelement und mit Abstand darüber wenigstens ein oberes Kontaktelement an der Unterseite einer Membran befestigt ist die auf einer auf der Unterlage befindlichen im Bereich der Kontaktelemente jeweils ein Loch aufweisenden isolierenden Zwischenschicht aufliegt und bei der über der Membran eine auf diese einwirkende Betätigungseinrichtung vorgesehen ist

Derartige bekannte elektrische Tastaturen, die mit einem Membran-Schaltsystem versehen sind, haben außer den bekannten Vorzügen, z. B., daß sie nur eine geringe Betätigungskraft und einen kleinen Betätigungshub bzw. Schaltweg erfordern, kleine Abmessungen und nur wenige Bauteile aufweisen und auch preisgünstig herstellbar sind, auch Nachteile. Insbesondere wenn diese bekannten Tastaturen in sehr kleinen Abmessungen hergestellt werden, so daß sie auf einer Flächeneinheit eine große Packungsdichte von Eintastbzw. Schaltstellen aufweisen, besteht die Möglichkeit, daß bei einer Betätigung einer Eintastzelle auch eine benachbarte Schaltstelle kurzzeitig schließt, so daß sich unerwünschte Schaltvorgänge ergeben.

Durch diese erfindungsgemäße elektrische Membran-Tastatur wird eine wesentliche Verbesserung derartiger Schaltsysteme bezweckt, indem die vorstehend erwähte Störung nicht mehr auftreten kann; außerdem wird noch eine weitere Miniaturisierung derartiger Tastaturen erreicht, so daß in einem üblichen Tastaturformat gegenüber den bekannten Ausführungen eine mehrfache Anzahl von Eintaststellen untergebracht werden kann.

Membran-Tastaturen enthalten druckbetätigbare elektrische Schalteranordnungen. Eine bevorzugte Ausführungsart die als Eingabestation bei Datenverarbeitungsanlagen gebräuchlich ist, wurde durch die amerikanische Patentschrift 33 08 253 bekannt Das dort beschriebene durch Druckkraft zu betätigende Membran-Schaltersystem hat im Prinzip den folgenden, kurz beschriebenen Aufbau: Auf einer etwa 1,5 mm dicken Unterlage aus stabilem Isoliermaterial ist eine perforierte, ebenfalls aus Isoliermaterial bestehende, etwa 0,1 mm dicke, nicht verformbare Zwischenschicht angeordnet, durch deren Dicke der Abstand der geöffneten Kontakte bestimmt wird. Auf dieser Zwischenschicht liegt die elastische Membranschicht auf, die aus einer etwa 0,10 mm dicken Polyesterfolie bestehen kann. In den Perforationen bzw. den Löchern in der Zwischenschicht werden die Kontakt-Schaltstel-

len gebildet Die an diesen Schaltstellen einander gegenüberliegenden Seiten der Unterlagschicht und der Membran sind verkupfert und mit einer dünnen Goldauflage versehen, wodurch sich Kontakf;,lemente ergeben. Je nach Gestaltung des druckempfindlichen Schalters, durch Anordnung von einem oder mehreren Kontaktelementen in den Schaltstellen ist die Goldauflage direkt mit den gedruckten Leiteranschlüssen verbunden, oder sie kann sich als Kontaktstreifen über die Unterseite der Membran und/oder die Oberseite der ι ο Unterlagschicht erstrecken. Das obere und das untere Kontaktelement einer Schalt- oder Kontaktstelle sjnd in ihrer Ruhelage durch die Zwischenschicht nur geringfügig voneinander getrennt Das Schließen eines derartigen in der Ruhestelle normal offenen druckempfindli- chen Schalters erfolgt durch die Einwirkung einer Druckkraft auf die elastische Membran am Ort über der Schaltstelle, wodurch diese so weit in das Loch der Zwischenschicht gedrückt wird, bis das obere Kontaktelement das untere Kontaktelement berührt

Bisher wurde die Betätigung der druckempfindlichen Schalter manuell durch das Andrücken spitzer Gegenstände oder durch federnd vorgespannte stempeiförmige Druckstücke vorgenommen, die z. B. beim Anschlag einer Taste freigegeben werden und durch ihre Federkraft einen Stoßimpuls auf die Membran ausüben. Zur Schonung der dünnen Membran und der empfindlichen Leiterbahnen, die als Kontaktelemente dienen und die an der Unterseite der Membran befestigt sind, vor einer Überdehnung wurde über der Membran eine elastomere Schutzschicht angeordnet, auf die zunächst das Druck-Betätigungsglied einwirkte. Der Stoßimpuls wird in dieser Schutzschicht, die etwas weicher als die Membran ist, etwas gedämpft und von dieser auf die Membran übertragen. In einigen Anwendungsfällen dient die Schutzschicht zusätzlich noch dem Zweck, eine Untersetzung des Anschlag-Betätigungshubes zu bewirken, um der Bedienungsperson z. B. bei einem Tastenanschlag das Gefühl zu vermitteln, daß ein Schaltvorgang ausgelöst wurde. Während der Weg des -to beweglichen Kontaktelementes etwa der Dicke der trennenden Zwischen-Isolierschicht entspricht, ca. 0,1 mm wie vorstehend erwähnt wurde, kann die Wegstrecke des Betätigungsgliedes größer ausgelegt sein, etwa 0,5 bis 2 mm, je nachdem, welche Dicke und elastische Verformbarkeit das Material der über der Membran liegenden Schutzschicht aufweist. Damit ein schnelles öffnen der Kontaktelemente und ein bestimmter Kontaktabstand auch über längere Zeiträume gewährleistet wird, ist es zweckmäßig, wenn die isolierende Zwischenschicht aus einem harten, formbeständigen Material besteht. Bei derartigen Schaltern ist eine Verunreinigung der leitenden Kontaktflächen durch Staub weitgehend ausgeschlossen. Eine eventuell geringe Verunreinigung, die sich als dünner Film über den Kontaktflächen bilden kann, wird beim Schließvorgang bei Berühren der Kontaktflächen durchbrochen. Anstelle einzelner Schaltelemente in der vorstehend beschriebenen Ausführung, die zu kompakten Einheiten mit mehreren Schaltstellen zusammenfügbar sind, bo werden diese vorzugsweise als komplette Tastaturen mit jeweils einer einzigen Grundschicht, Zwischenschicht, Membran- und Schutzschicht hergestellt, wobei die Kontaktelemente als gedruckte oder geätzte Leiterbahnen ausgeführt sind,die sehr nahe beieinander h> liegen.

Bei Tastaturen, die beispielsweise zur Eingabe von Zeichen einer der asiatischen Sprachen dienen, sind eine große Anzahl von Eintaststellen erforderlich. Falls einer Eintaststeile jeweils ein Zeichen zugeordnet ist, werden für eine Tastatur mit japanischen Zeichen etwa 2500 bis 6000 Einzeltasten benötigt Würde eine derartige Tastatur in der üblichen, bekannten Ausführungsweise hergestellt werden, so würde diese eine unpraktische große Fläche einnehmen. Die Räche einer Tastatur wird letztlich durch die Reichweite der Arme von der Bedienungsperson begrenzt Um diese große Anzahl von Tasten in einer vorgegebenen Fläche unterzubringen, ist man gezwungen, eine Verkleinerung in der Größe der einzelnen Eintast- bzw. Schaltstellen vorzunehmen und auch die Abstände zwischen diesen auf ein Mindestmaß zu verringern. Da die Zeichen auch einander sehr ähnlich sehen, ist es bei der großen Anzahl zwecknjäßig, daß die einzelnen Eingabestellen jeweils durch das ihnen zugeordnete Zeichen an ihrer Oberfläche gekennzeichnet werden. Jedoch muß diese Kennzeichnung auch klein gehalten werden, man wählt demzufolge einen Kompromiß zwischen der Lesbarkeit dieser Tasten kennzeichnenden Schriftzeichen und dem Abstand der Eintaststellen zueinander.

Bei einer Tastatur für 3600 Zeichen ist für eine Eintaststelle eine Fläche von 6x6 mm vorgesehen, dabei beträgt das reine Flächenmaß einer Eintast- bzw. Schaltstelle 4,2 χ 4,2 mm und der Abstand zwischen zwei solchen Eingabestellen ist somit auf nur 1,8 mm begrenzt Bei einer derartigen miniaturisierten Tastatur werden die einzelnen Eintaststellen entweder mit einem in der Hand gehaltenen Druckstift oder mit einem auf die Finger aufgesetzten kurzen Betätigungsstift angeschlagen. Derartige miniaturisierte Tastaturen, die eine große Packungsdichte an Eingabestellen aufweisen, werden zweckmäßigerweise als Membran-Tastaturen mit den eingangs kurz beschriebenen elektrischen Druckschaltern hergestellt Außer ihrem einfachen Aufbau, der eine kompakte Bauweise erlaubt, haben diese Tastaturen noch den Vorzug, daß sie beim Anschlag nur eine kleine Betätigungskraft benötigen. Jedoch ergibt sich bei einer miniaturisierten Tastatur, bei der die einzelnen Eintast- bzw. Schaltstellen in großer Packungsdichte nach Art der eingangs erwähnten Konstruktion angeordnet sind, der Nachteil des sog. »Nebensprechens« »Nebensprchens« bzw. eine gegenseitige Beeinflussung benachbarter Schaltstellen oder in anderen Worten erläutert: Wird durch einen Druck- oder Betätigungsstift eine Eintaststelle angedrückt dann besteht infolge der nur sehr geringen Abstände der Schaltstellen voneinander die Möglichkeit, daß auch eine oder mehrere der unmittelbar benachbarten Schaltstellen in unerwünschter Weise schließen, wodurch sich Fehlschaltungen ergeben. Die Ursache der unerwünschten Fehlschaltungen ist darin zu suchen, daß von der Eintaststelle über die dämpfende Schutzschicht auch Druckkräfte als Spannungswellen auf die Membran zu den benachbarten Schaltstellen übertragen werden. Bei den bekannten Membran-Tastaturen wird somit an den Schaltstellen keine nur auf diese begrenzte Krafteinwirkung erzielt, sondern eine diffuse Kraftverteilung.

Es ist deshalb eine Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Membran-Tastatur zu schaffen mit einem Betätigungsmechanismus durch den die Gewähr gegeben ist daß beim Anschlag einer Eintaststelle keine der benachbarten Schaltstellen schließt und somit die Gefahr des unerwünschten Nebensprechens vermieden ist. Dieser neue Betätigungsmechanismus soll so ausgelegt sein, sein, daß er sowohl bei Schaltungsanord-

nungen, die nur wenige Schaltstellen aufweisen, als auch bei Tastaturen mit sehr großer Packungsdichte der Eintaststellen anwendbar ist. Weitere Forderungen bestehen darin, daß die eingeleitete Betätigungskraft eine oder mehrere voneinander isolierte Kontaktstellen einer Schaltstelle zuverlässig schließen kann, ohne daß deren Kontaktelemente überbeansprucht und im Langzeitbetrieb beschädigt werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Betätigungseinrichtung für jede Eintaststelle einen über der Schaltstelle und der Membran zugeordneten elastischen Stößel enthält, der in der öffnung einer über der Membran angeordneten Führungsplatte in vertikaler Richtung frei bewegbar ist, daß dessen untere, der Membran gegenüberliegende Fläche kleiner ist als das zugeordnete Loch in der Zwischenschicht und daß ein elastisches, den Stößel in seine Ruhelage zurückstellendes Glied vorgesehen ist.

Die erfindungsgemäße Membran-Tastatur ist besonders zweckmäßig und vorteilhaft anwendbar bei solchen elektrischen Tastaturen, die eine große Packungsdichte von Eintaststellen aufweisen. Eine derartige verbesserte Tastatur hat im Prinzip folgenden Aufbau: Auf einer elektrisch isolierenden Trägerplatte befindet sich ein Muster von elektrischen Leiterbahnen, welche Bezirke aufweisen, die als stationäre untere Kontaktelemente dienen. Jeder Eintaststelle ist jeweils wenigstens ein derartiges Kontaktelement zugeordnet. Auf der Trägerplatte und dem Leitungsmuster liegt eine isolierende Zwischenschicht, die zweckmäßigerweise aus einem maßhaltigen, nicht zusammendrückbaren Material bestehen sollte. An den vorgesehenen Schaltstellen ist die Zwischenplatte mit Löchern versehen, die mit den unteren Kontaktelementen ausgerichtet sind. Über der Zwischenplatte ist die Membran angeordnet die an ihrer Unterseite ebenfalls ein Muster von Leitungsbahnen trägt, welches die oberen Kontaktelemente der Schaltstellen enthält Durch die Zwischenschicht sind die unteren und die oberen Kontaktstellen voneinander getrennt und liegen an deren Löchern übereinander. Über der Membran ist eine Führungsplatte angeordnet, die öffnungen aufweist, welche über den Löchern in der Zwischenplatte liegen. In jede der öffnungen der Führungsplatte ist jeweils ein Stößel eingesetzt, der aus einem oberen, in der Führungsöffnung frei beweglichen dicken Teil, und aus einem unteren dünneren Teil besteht, wobei dieses die Schaltstellen begrenzt und auf der Membran über den oberen Kontaktelementen liegt Von den Stößeln besteht insbesondere das untere Teil aus einem elastischen Material. Auf der Führungsplatte und über den Stößeln liegt eine blattförmige Bezeichnungsplatte aus elastischem Material. Diese Bezeichnungsplatte dient erstens als Schutzschicht, um das Eindringen von Staub oder Schmutz in die öffnungen der Führungsplatte zu verhindern, und zweitens als Nomenklatur, d.h., sie ist an den über den Stößeln liegenden Stellen mit den die darunterliegenden Schaltstellen kennzeichnenden Zeichen versehen. Auf der Bezeichnungsplatte liegt zweckmäßigerweise noch eine gelochte stabile Deckplatte, die an den Eintaststellen, welche über den Schaltstellen liegen, Öffnungen aufweist. In diese öffnungen, welche die Betätigungsfläche einer Eintaststelle begrenzen und die zur Führung des Betätigungsstiftes dienen, wird der Druck- bzw. Betätigungsstift beim sog. Tastenanschlag eingesetzt und ein geringer Druck ausgeübt, so daß der StöBei und die Membran sich nach unten bewegen, wodurch die oberen Kontaktelemente mit den unteren Kontaktelementen dieser Schaltstelle eine Kontaktverbindung herstellen.

Weitere Einzelheiten über den Aufbau, die konstruktiven Merkmale und Einzelheiten der erfindungsgemäßen Membran-Tastatur sind folgend in einem Ausführungsbeispiel an Hand von vier Figuren ausführlich beschrieben. Die Figuren stellen im stark vergrößerter Maßstab dar:
F i g. 1 eine Draufsicht der Bedienungsseite eines Teils der erfindungsgemäßen Membran-Tastatur,

F i g. 2 eine teilweise Schnittansicht entlang der Linie 2-2in Fig. 1,

Fig.3 eine Draufsicht eines Schnittes durch die Tastatur entlang der der Linie 3-3 in F i g. 2 und

Fig.4 ausschnittsweise eine vertikale Schnittansicht einer Eintaststelle und Schaltstelle, die durch einen Druckstift betätigt wird.

In F i g. 1 ist die vergrößerte Draufsicht eines Teiles der Bedienungsseite einer miniaturisierten Tastatur gezeigt, deren Abmessungen in Wirklichkeit so gewählt wurden, daß sie für die Zeichen der Sprachen, wie Japanisch oder Chinesisch, geeignet ist welche eine Tastatur mit 2500 bis 6000 Zeichentasten erfordern. Wie eingangs bereits erwähnt wurde, ist bei einer derartigen Tastatur für ein Tastenfeld etwa eine Fläche von 6x6 mm vorgesehen, dabei beträgt das reine Flächenmaß einer Eintast- bzw. Schaltstelle 4,8 χ 4,8 mm und der Abstand zwischen zwei solchen nebeneinanderliegenden Eintaststellen ist auf 1,8 mm begrenzt

In der in F i g. 2 abgebildeten Schnittansicht durch die Tastatur wird der untere Teil in der Fig.2 im wesentlichen durch einen bekannten Membranschalter gebildet, wie er bereits in der amerikanischen Patentschrift 33 08 253 offenbart und eingangs kurz in seinem Aufbau beschrieben wurde; jedoch fehlt hier in dieser Ausführungsform die üblicherweise über der Membran liegende, elastomere Schutzschicht Ein derartiger Membranschalter besteht aus einer Trägerplatte 10, auf deren einen Oberflächenseite ein Muster aus elektrischen Leiterbahnen angeordnet ist das auch die unteren Kontaktelemente 12 und 12A enthält. Durch die mit geringem Abstand nebeneinanderliegenden unteren Kontaktelemente 12, 12Λ ist es möglich, an einer Schaltstelle einer Eintaststelle mehrere, in diesem Falle 2 voneinander getrennte Kontaktstellen zu schaffen. Diese beiden Kontaktstellen können zu verschiedenen Stromkreise einer Schaltungsanordnung gehören, können jedoch auch wieder zu einer einzigen Kontakt-Schaltstelle zusammengefaßt sein, je nach dem, wie es die Verhältnisse erfordern. Die Fig.3, welche eine Draufsicht auf die Leitungsmuster des Membranschalters darstellt zeigt die Leitungsführung der einzelnen Leiterbahnen und die Anordnung der Kontaktelemente. Auf der Trägerplatte 10 liegt eine Zwischenschicht 14 aus vorzugsweise nicht zusammendrückbarem Isoliermaterial, die an den vorgesehenen Schaltstellen Löcher aufweist Auf dieser Zwischenschicht 14 liegt eine Membran 18, deren Unterseite ebenfalls mit einem Muster elektrischer Leiterbahnen

wi versehen ist die die oberen Kontaktelemente 20 und 20Λ enthalten, welche so gelegt sind, daß sie mit dem unteren Kontaktelementen 12 und 12Λ elektrische Kontaktverbindungen herzustellen vermögen. An der Schaltstelle sind somit zwei Paare von Kontaktelemen-

6S ten vorgesehen. Der bisher beschriebene Membran-Schalteraufbau ist bekannt, und der wesentlichste Unterschied zwischen der bekannten und der errmdungsgemäBen Ausführung liegt im Betätigungsmecha-

nismus für die Membran-Tastatur. Während bei der bekannten Ausführung über der Membran eine sich über alle Tast- bzw. Schaltstellen erstreckende elastomere dämpfende Schutzschicht angeordnet ist, wird statt dessen bei der erfindungsgemäßen Ausführung für jede Eintaststelle jeweils ein elastischer Stößel verwendet. Die Trägerplatte 10 kann ein kupferplattiertes Glas oder ein papiergefülltes Epoxydlaminat sein und eine Dicke von etwa 1,5 mm aufweisen. Das auf dieser Trägerplatte 10 angeordnete Leitungsmuster kann aus einer dünnen niedergeschlagenen Kupferschicht bestehen, aus der das gewünschte Leitungsmuster herausgeätzt wurde. Die isolierende Zwischenplatte 14 kann je nach den vorliegenden Forderungen aus einem 0,03 bis 0,15 mm starken Polyesterfilm bestehen. Derartige isolierende Polyesterfilme sind beispielsweise unter der Handelsbezeichnung Mylar bekannt. (Mylar ist ein Warenzeichen der Firma Dupont.) Auch die Membran 18 kann aus einem Polyesterfilm bestehen, der etwa 0,05 bis 0,15 mm dick ist und der an seiner Unterseite mit einer dünnen niedergeschlagenen Kupferschicht versehen ist, aus der das Leitungsmuster durch ein photochemisches Verfahren oder durch Ätzung entstanden ist. Die Kontaktelemente 12A, 12 V, 20 und 20Λ in den Schaltstellen werden zweckmäßigerweise aus einer dünnen Goldschicht gebildet, um gute, zuverlässige Kontaktübergangsverbindungen zu bekommen.

Die über der Membran 18 an jeder Eingabestelle angeordneten Stößel 22 können eine zylindrische Form aufweisen und aus einem oberen dickeren 22A und einem unteren dünneren Teil 22S bestehen. Die Abmessungen s'nd so gewählt, daß der obere Teile 22/4 einen Durchmesser D und eine genauso große oder etwas kleinere Höhe aufweist und der untere Teil 22ß einen Durchmesser etwas von V2 D.

In einem praktischen Beispiel ist beispielsweise die gesamte Höhe L der Stößel 22 (die Summe der Höhen des oberen Teiles 22Λ und des unteren Teiles 22ß) ungefähr gleich D, wobei D etwa 4 mm ist. In einem Stößel 22 können die beiden Teile 22A und 22ß miteinander ein Ganzes bilden und aus einem elastomeren Material, wie z. B. Neopren, bestehen und relativ hart sein (Härtewert 60 — 80 Shore nach der Α-Skala). Der obere Teil 22A braucht jedoch nicht aus elastomerem Material bestehen. Die Stößel 22 sind frei in den öffnungen einer Führungsplatte 24 geführt und können sich darin in vertikaler Richtung frei bewegen. Die Führungsplatte 24 besteht zweckmäßigerweise aus einem festen, stabilen Plastikgußstück mit guter Maßhaltigkeit z. B. aus Polycarbonatharzen. An der Unterseite der Führungsplatte 24 ist zur Halterung der Stößel 22 eine Haltescheibe 26 befestigt, die auch aus einem Kunststoff, z. B. Mylar, in einer Dicke von etwa 0,13 bis 0,25 nun bestehen kann. Diese Haltescheibe 26 ist an der Führungsplatte 24 angeklebt und sie dient außer als Haltung für die Stößel 22 auch als Führungsteil bei Zusammensetzen und beim Zerlegen der Tastatur.

Entsprechend der Anzahl der vorgesehenen Eintaststellen ist die Führungsplatte 24 und die Haltescheibe 26 mit der gleichen Anzahl von öffnungen, jedoch eo unterschiedlicher Größe, versehen. Die größeren öffnungen in der Führungsplatte 24 nehmen die oberen dickeren Teile 22A der Stößel 22 auf, and die unteren dünneren Teile 22S der Stößel 22 durchdringen die kleineren öffnungen in der Haltescheibe 26. Die Steifheit der Membran 18 ist so gewählt, daß sie die Stößel 22 mechanisch voll tragen kann. Das Gewicht eines Stößels 22 liegt bei ungefähr 0,1 g, während das zur Betätigung einer Schaltstelle erforderliche Gewicht etwa 20 bis 30 g beträgt.

Auf der Führungsplatte 24 liegt eine elastische Bezeichnungsplatte 28, die an den Eintaststellen jeweils mit einem entsprechenden, der Schaltstelle zugeordneten Zeichen versehen ist. Diese Zeichen können eingeprägt oder aufgedruckt sein. Die Bezeichnungsplatte 28, welche aus einem elastomeren Material, z. B. Polyurethan, besteht, hat eine Schichtdicke von etwa 0,4 bis 0,5 mm. Diese Bezeichnungsplatte 28 dient außer zur Kennzeichnung der Eintaststellen der Tastatur auch als Schutzabdeckung für die aus den Stößeln 22, Führungsplatte 24 und Haltescheibe 26 gebildete Betätigungseinrichtung, um das Eindringen von Staub oder Schmutz zu verhindern, außerdem wirkt sie als ein weiteres elastisches Element bei einer Betätigung der Tastatur. Auf der Bezeichnungsplatte 28 ist eine labile Deckplatte 30 angeordnet, die ebenfalls an den Eintaststellen öffnungen aufweist, die in ihrer Größe so gewählt sind, daß die Zeichen auf der darunterliegenden Bezeichnungsplatte 28 gut zu erkennen sind. Die Deckplatte 30. welche beispielsweise aus einem etwa 0,4 mm starkem Blech bestehen kann, hält die Bezeichnungstafel 28 in ihrer Lage fest und verhindert außerdem eine ungewollte, zufällige Betätigung der Tastatur, wenn sich beispielsweise die Bedienungsperson versehentlich auf die Tastatur stützt oder wenn ein Gegenstand auf die Oberfläche der Tastatur gelegt wird. Im Ruhezustand besteht normal zwischen der Bezeichnungsplatte 28 und der Oberseite der Stößel 22 ein Luftspalt von etwa 0,10 bis 0,25 mm.

Die F i g. 3 zeigt eine Schnittansicht entlang der Linie 3-3 der F i g. 2. Darin ist die Anordnung der unteren Kontaktelemente 12 und 12/4 auf der Trägerplatte 10 und der oberen Kontaktelemente 20 und 2OA auf der Unterseite der Membran 18 dargestellt Die. Breite der beiden Kontaktelemente 20 und 20Λ ist so gewählt, daß sie gleich oder größer als der Durchmesser des unteren Teiles 22S der Stößel 22 ist, d. h. eine Projektion des unteren Stößelteiles 22ß bedeckt wenigstens jeweils einen Teil der Breite beider Kontaktelemente. Aus der F i g. 3 ist außerdem die symmetrische Anordnung der beiden Kontaktelementpaare zur Mittelachse der Stößel zu ersehen. Desgleichen zeigt die Fig.3 die Anordnung und relative Größe der öffnungen in der Zwischenschicht 14. Diese öffnungen sind vorzugsweise so groß gewählt daß die Zwischenschicht 14 auf den Kontaktelementen 12 und 12/4 ruht. Die Öffnungen können jede beliebige zweckmäßige Form aufweisen, bevorzugt werden sie jedoch kreisförmig sein.

Aus der F i g. 4 sind die Zustände bei Betätigung einer Taste zu ersehen. Ein starrer Betätigungsstift 32 wird durch eine öffnung in der Deckplatte 30 geführt und drückt die elastische Bezeichnungsplatte 28 etwas nach unten, die sich dadurch an dieser Stelle verformt, den Luftspalt überbrückt und den Stößel 22 nach unten zwingt Der in vertikaler Richtung in der öffnung der Führungsplatte 24 frei bewegliche Stößel 22 bewegt sich nach unten und dessen unteres Stößelteil 220 lenkt die Membran 18 durch das Loch in der Zwischenplatte 14 so weit nach unten aus, daß die an ihrer Unterseite angeordneten Kontaktelemente 20 und 20Λ auf den stationären Gegen-Kontaktelementen 12 und 12A aufliegen und die Kontaktverbindung dieser betätigten Schaltstelle herstellen. Wenn der untere Stößelteil 22ß gegen die Membran 18 nach unten gedrückt wird, wird er durch seine elastische Eigenschaft verformt und verbreitert sich in seinem Unterteil nach außen. In

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diesem Betriebszustand beträgt das Verhältnis des Durchmessers des unteren Stößelteiles 22ßunter Druck zum Durchmesser in der Ruhestellung mehr als 1.

Bei der Betrachtung der Wirkungsweise dieser erfindungsgemäßen Einrichtung ist zu erkennen, daß durch die Stößel 22 die gleiche Kraftverteilungsfunktion ausgeübt wird, wie durch die auf der Membran liegende Schutz- oder Deckschicht in dem bekannten, eingangs erwähnten Membranschalter nach der amerikanischen Patentschrift 33 08 253, jedoch findet bei den elastischen Stößeln 22 eine selektive Krafleinleitung auf nur eine begrenzte Schaltstelle statt. Die Bezeichnungsplatte 28 wirkt zusammen mit dem Stößel 22 als Stoßdämpfer gegen Überlastung beim Betätigen einer Taste durch ein übermäßig kräftiges Andrücken des Betätigungsgriffes 32. Ein Stöße! 22 verteilt die Last über eine relativ große Fläche der Kontaktelemente 12,12/4 und 20,2OA Wenn die externe Belastung zunimmt, nimmt auch die Kontaktfläche zwischen der Membran 18 und Trägerplatte 10 weiter zu und dadurch verringert sich der Übergangswiderstand der Kontaktstellen. Der relativ dicke elastische Stößel 22 verformt sich kaum durch die Form des festen Betätigungsstiftes 32, so daß keine örtlich begrenzte Spannung erzeugt wird, die die Membran 18 beschädigen könnte. Die aus der Verformung der Membran 18 beim Anschlag einer Taste resultierende Rückstellkraft muß die kleine Reihung überwinden, die zwischen dem frei geführten Stößel 22 und der Führungsplatte 24 besteht. Zur Reduzierung dieser Reibung kann der Stößel 22 mit einem Schmiermittel versehen sein, oder sein unteres Teil 22B kann aus einem mit Silikon gefüllten Neoprenmaterial bestehen. Die Stößel 22 sollten, um ihre freie Bewegbarkeit in den Führungsöffnungen zu erhalten, aus einem elastomeren Material bestehen, das kein Wasser bzw. keine Feuchtigkeit aufnimmt bzw. durch derartige Einwirkungen aufquillt.

Aus der vorstehenden Beschreibung ist zu ersehen, daß mit der erfindungsgemäßen Membran-Tastatur durch die neue Betätigungseinrichtung eine zuverlässige

ίο Schaltstelle an jeder Eintaststelle erzeugt wird, wobei die Schaltstelle ausmehreren einzelnen, voneinander getrennten Kontaktstellen bestehen kann und daß trotz der sehr nahe beieinanderliegenden Eintaststellen keine gegenseitige Beeinflussung der einander benachbarten Schaltstellen stattfindet. Die aktive Fläche der Membran einer Schaltsteile ist relativ groß im Vergleich zum Abstand der einzelnen Eintaststellen zueinander, und die Auslenkbewegung eines Stößels 22 ist vollständig von der benachbarten Eintaststelle isoliert und beeinflußt diese somit nicht. Der Stößel 22 konzentriert die beim Anschlag ausgeübte Betätigungskraft auf die Kontaktelemente nur dieser gewählten Schaltstelle, wobei sich eine streng örtlich begrenzte Auslenkung der Membran 18 auf dem zugeordneten Kontaktbereich ergibt, wie dies aus der F i g. 3 zu ersehen ist. Mit dieser erfindungsgemäßen Membran-Tastatur ist das Problem der unerwünschten Fehlschaltungen gelöst, wie dies beim Gebrauch bei den bekannten Membranschaltern möglich ist, wo durch Spannungswellen in der elastomeren Deckschicht benachbarte Kontakte von

nicht angeschlagenen Tasten schließen können.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Elektrische Membran-Tastatur, insbesondere in miniaturisierter Ausführung mit hoher Packungsdichte der Eintaststellen, bei der auf einer Unterlage s aus Isoliermaterial wenigstens ein unteres Kontaktelement und mit Abstand wenigstens ein oberes Kontaktelement an der Unterseite einer Membran befestigt ist, die auf einer auf der Unterlage befindlichen, im Bereich der Kontaktelemente jeweils ein Loch aufweisenden isolierenden Zwischenschicht aufliegt und bei der über der Membran eine auf diese einwirkende Betätigungseinrichtung vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungseinrichtung für jede Eintaststelle einen über der Schaltstelle und der Membran (18) angeordneten elastischen Stößel (22) enthält, der in der öffnung einer über der Membran angeordneten Führungsplatte (24) in vertikaler Richtung bewegbar ist, dessen untere, der Membran gegenüberliegende Fläche kleiner ist als das zugeordnete Loch in der Zwischenschicht und daß ein elastisches, den Stößel in seine Ruhelage zurückstellendes Glied vorgesehen ist

2. Membran-Tastatur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das die Stößel (22) in die Ruhelage zurückstellende Glied die Membran (18) ist, auf deren Oberseite die unteren Endflächen der Stößel aufliegen.

3. Membran-Tastatur nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stößel (22) eine zylindrische Form aufweise und aus einem oberen dickeren Teil (22A) und einem unteren dünneren Teil (22B) gebildet sind und daß wenigstens das untere Teil aus einem elastomeren Material besteht

4. Membran-Tastatur nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Führungsplatte (24) eine elastische Bezeichnungsplatte (28) liegt, die an den über den öffnungen der Führungsplatte liegenden Stellen jeweils mit dem der diese Eintaststelle zugeordneten Zeichen beschriftet ist, daß auf der Bezeichnungsplatte eine starre Deckschicht (30) angeordnet ist, die an den Eintaststellen jeweils eine öffnung aufweist, die so groß ist, daß das Beschriftungszeichen erkennbar ist und daß in der Ruhestellung ein kleiner Luftspalt zwischen der Unterseite der Bezeichnungsplatte und der Oberseite der Stößel (22) besteht.

5. Membran-Tastatur nach einem der Ansprüche 1 so bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsplatte (24) an ihrer Unterseite mit einer Halteplatte (26) versehen ist, die den Durchtritt der unteren Teile (22B) der Stößel (22) ermöglichende Löcher aufweist. ss

6. Membran-Tastatur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schaltstelle jeweils aus zwei übereinanderliegenden Kontaktelementen-Paaren (12 und 20,12Λ und 20A) gebildet wird, daß die Kontaktelemente wenigstens einer Ebene durch einen geringen Abstand voneinander getrennt sind, daß sie aus flachen Leiterbahnen bestehen, daß die Breite der oberen Kontaktelemente (20 und 20A) und die Dicke und Anordnung des unteren Stößelteiles (22B) so gewählt ist, daß die Projektion h5 der Stößeldruckfläche symmetrisch zu den Kontaktelementen liegt und diese wenigstens teilweise bedeckt.

7. Membran-Tastatur nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Stößel (22) aus Neopren bestehen und eine Härte von 60 — 80 Shore aufweisen.

8. Membran-Tastator nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (18) aus einem Polyesterfilm besteht

9. Membran-Tastatur nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das gewählte Verhältnis zwischen Gewicht des Stößels (22) zum erforderlichen Betätigungsgewicht im Bereich 1 :200 bis 300 Hegt