DE3103127A1 - Taktiles element sowie tasten und tastaturen mit solchen elementen - Google Patents

Description

DORNER & HUFNAGEL PATENTANWÄLTE

LANDWEHRSTR. 37 SOOO MÖNCHEN 2 TEL. 0 8β / PO 67 04

München, den 30. Januar 1981 Anwaltsaktenz.: 194-Pat. 41

Rogers Corporation, Main Street, Rogers, Connecticut 06263, Vereinigte Staaten von Amerika

Taktiles Element sowie Tasten und Tastaturen mit solchen Elementen

Die Erfindung bezieht sich auf Tastaturen mit Tasten, die der die Tasten betätigenden Person eine taktile Rückwirkung vermitteln. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf ein Schnappelement, das eine taktile Rückwirkung erzeugt. Ein solches Element kann in Einzeltasten oder in jeder Taste einer Tastatur mit einer Vielzahl von Tasten eingebaut sein. Derartige Tastaturen werden beispielsweise in Warenhäusern, Flughafenterminals, Terminals von Schnellimbißrestaurants, Datenterminal und Rechnern verwendet.

Die bekannten Tastaturen lassen sich in zwei grundsätzlich verschiedene Arten unterteilen. Die eine Art von Tastaturen besteht aus einer Anordnung von unabhängigen

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oder diskreten Tasten, die einen unter den Tasten angeordneten Stromkreis schließen, wenn die Tasten betätigt werden. Ein typisches Beispiel für Tastaturen mit diskreten Tasten sind elektronische Taschenrechner. Bei der zweiten Art von Tastaturen ist eine flache Kunststoffschicht mit Zeichen oder Symbolen bedruckt, die Abschnitte kennzeichnen, auf die man drücken muß, um eine der unterhalb der flachen Kunststoffschicht angeordneten Tasten zu betätigen.

Bei Tastaturen mit einer flachen Markierungsschicht kennzeichnet letztere eine Vielzahl von Punkten oder Bereichen auf der Schicht, die niedergedrückt werden können, um eine jedem Bereich oder Punkt zugehörige Taste zu betätigen. Dabei ist es wünschenswert, daß jede Taste einer Tastatur der Bedienungsperson eine taktile Rückwirkung vermittelt, wenn eine elektrische Verbindung durch Betätigung einer Taste hergestellt wird. Die unter der flachen Markierungsschicht angeordnete Taste bewirkt das Schließen eines elektrischen Stromkreises und die Vermittlung einer taktilen Rückwirkung zu der Bedienungsperson, wenn der elektrische Stromkreis geschlossen wird.

Ein Problem bei bekannten Tastaturen mit flachen Markierungsschichten besteht darin, daß die unterhalb der Markierungsschicht angeordneten Tasten einen verwickelten Aufbau haben, der viele Einzelteile und damit viel Zeit für den Zusammenbau erfordert. Der relativ große Zeitbedarf für den Zusammenbau der Tasten ist aber nicht nur durch die große Zahl von Einzelteilen der Taste, sondern ebenso durch die notwendige Justierung der Einzelteile bedingt, um ein einwandfreies Arbeiten der Tasten zu gewährleisten. Typisch für derartige Tastaturen ist eine Markierungsschicht zur Festlegung einer Vielzahl von Punkten, auf die eine Bedienungsperson drücken kann, um

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die unterhalb der Markierungsschicht angeordneten Tasten ZU betätigen. Unterhalb dieser Markierungsschicht ist eine zweite Schicht mit einer Vielzahl von Erhebungen angebracht. Diese zweite Schicht ist mit Bezug auf die Markierungsschicht so ausgerichtet, daß Jeder Markierungspunkt oder -bereich auf der Markierungsschicht einer Erhebung auf der zweiten Schicht entspricht. Diese Erhebungen zeigen nach unten in die Tastatur hinein und bewirken die Betätigung einer bogenförmig gestalteten, diskreten und umstülpbaren Auswölbung aus Metall. Eine solche Tastatur weist für jede Taste eine diskrete oder individuelle Auswölbung aus Metall auf. Diese Auswölbungen sind auf einer gedruckten Schaltungsplatte angeordnet. Auf dieser Schaltungsplatte ist ein erster Leiter

1ί· mit dem Rand der Auswölbung verbunden und ein zweiter Leiter ist unterhalb des^ Zentrums der Auswölbung angeordnet, so daß beim Umstülpen der Auswölbung eine Verbindung, zwischen den beiden Leitern hergestellt wird. Die einzelnen Auswölbungen aus Metall werden auf der Leiterplatte durch Klebestreifen mit Löchern gehalten, durch die die oberen Teile der Auswölbungen hindurchragen. Die Kosten für eine solche Tastatur sind wegen der relativ großen Anzahl von Einzelteilen und der damit verbundenen Montagearbeit sehr hoch. Beim Zusammenbau dieser bekannten Tastatur müssen die Zentren der Auswölbungen mit den kleinen Erhebungen genau fluchten, damit jede Taste die elektrische Verbindung herstellt und die taktile Rückwirkung erzeugt. Das erfordert einen hohen Grad an Präzision beim Zusammenbau. Außerdem ist eine solche Tastatür wegen der Vielzahl von Komponenten relativ dick und bietet dem Benutzer der Tastatur ein unschönes Aussehen. Auch beansprucht eine dicke -Tastatur einen größeren Raum auf der Oberfläche, auf der die Tastatur montiert werden soll. Des weiteren neigt diese bekannte Tastatur dazu, eine doppelte Eingabe zu registrieren, wenn eine Taste

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betätigt wird. Diese doppelte Eingabe ist häufig durch das Nichtfluchten der Auswölbimg mit der kleinen Erhebung bedingt. Ein anderer Grund für die doppelte Eingabe besteht darin, daß die bekannten Auswölbungen zum Schwingen oder Prellen neigen, wenn sie betätigt werden, und dadurch eine doppelte Betätigung der Taste bewirken. Außerdem neigen die bekannten Tasten dazu, ohne taktile Rückwirkung zu schließen. Dies ist häufig ebenfalls ein Ergebnis des Nichtfluchtens der kleinen Erhebungen mit Bezug auf die Auswölbung. Wird beispielsweise die kleine Erhebung versetzt vom Zentrum der Auswölbung angeordnet, so kann die Erhebung die Taste ohne Erzeugung einer taktilen Rückwirkung für den Benutzer betätigen.

Die Tasten werden von einem Benutzer dadurch betätigt, daß dieser seinen Finger gegen einen Punkt auf der fLa-* chen flexiblen Markierungsschicht drückt. Von Nachteil dabei ist jedoch, daß an einer Stelle auf die Markierungsschicht gedrückt werden muß, die der darunterliegenden Erhebung zur Betätigung der Auswölbung aus Metall sehr naheliegt. Erfolgt dieser Druck mit dem Finger jedoch an einer gegenüber der darunterliegenden Erhebung versetzten Stelle, so wird bei den bekannten Tastaturen nicht nur die gewünschte Taste betätigt, sondern es besteht eine hohe Wahrscheinlichkeit, daß eine benachbarte Taste betätigt wird.

Eine zweite Art von Tastaturen ist die mit vielen diskreten Tasten. Eine solche Tastatur ist in dem US-Patent 3.898.421 beschrieben. Dieses Patent beschreibt eine Tastatur, bei der diskrete Tasten gedrückt werden können, um ein Element umzustülpen. Dieses Element weist eine kugelförmige Auswölbung mit einer ringförmigen Schulter auf, die von einem zentralen Bereich durch

3ϊ> einen Biegungsknotenbereich abgesetzt ist, so daß

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ein zweistufiges Schnappelement entsteht. Wenn das Element durch eine auf den zentralen Bereich ausgeübte Kraft niedergedrückt wird, dann bewegt sich die ringförmige Schulter und berührt ein Paar feststehender Elektroden zur Herstellung eines elektrischen Kontaktes bei Vollziehung eines ersten Schnappvorganges. Danach unterliegt der zentrale Bereich einem zweiten Schnappvorgang, wodurch der zentrale Bereich zwischen die beiden Elektroden gelangt. Es ist ein großer Nachteil des in dem genannten Patent beschriebenen Elementes, daß dieses zwei aufeinanderfolgenden Schnappvorgängen unterliegt. Das Niederdrücken einer Taste über zwei Schnappvorgänge hinweg kann nämlich den Benutzer solcher Tasten verwirren, da nicht erkennbar ist, ob der elektrische Kontakt einmal oder zweimal hergestellt worden ist. Die Verwendung eines zentralen Bereiches der umstülpbar ist, ist daher nicht wünschenswert.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein neuartiges Schnappelement für Tasten und Tastaturen, das durch eine Betätigungskraft umgestülpt werden kann und dabei eine taktile Rückwirkung zeigt, sowie Tasten und Tastaturen mit solchen Elementen zu schaffen, bei denen die bei bekannten Anordnungen bestehenden Probleme nicht gegeben oder aber weitgehend verringert sind.

Diese Aufgabe wird grundlegend dadurch gelöst, daß das Schnappelement eine Grundplatte aufweist, in die wenigstens eine Schnappausbuchtung eingeformt ist, daß die Ausbuchtung eine erste und eine zweite Gewölbeform aufweist, daß die erste Gewölbeform umstülpbar ist und die taktile Rückwirkung erzeugt und daß die zweite Gewölbeform nicht umgestülpt wird, wenn die Betätipungskraft auf das Schnappelement einwirkt.

Beide Gewölbeformen sind zweckmäßig als bogenförmig gestaltete Kuppelwölbungen ausgebildet, die miteinander

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eine Einheit bilden.

Davon ausgehend ist ein taktiles Schnappelement für elektrische Schalter dadurch gekennzeichnet, daß das Schnappelement eine Grundplatte aufweist, in die wenigstens eine sich über die Grundplatte erhebende Schnappausbuchtung eingeformt ist, daß die Ausbuchtung aus einer ersten bogenförmig gestalteten umstülpbaren Kuppelwölbung und einer zweiten bogenförmig gestalteten Kuppelwölbung besteht und daß die zweite Kuppelwölbung mit der ersten eine Einheit bildet und als nicht umstülpbares Betätigungsorgan für die erste Kuppelwölbung wirkt.

Eine taktile Schnapptaste, die sich zum Öffnen und Schließen eines elektrischen Stromkreises zwischen Stellungen offen und geschlossen bewegen läßt, ergibt sich gemäß der Erfindung, wenn die Taste eine Grundplatte und ein taktiles Element aufweist, das in die Grundplatte eingeformt ist und das eine erste bogenförmig gestaltete umstülpbare Kuppelwölbung sowie ein diese Kuppelwölbung beeinflussendes Ausbuchtungsgebilde aufweist, das aus einer zweiten bogenförmig gestalteten Kuppelwölbung besteht, die mit der ersten Kuppelwölbung eine Einheit bildet und nicht umstülpbar ist, daß die erste Kuppelwölbung eine taktile Rückwirkung erzeugt, wenn sie umgestülpt wird, daß der ersten Kuppelwölbung eine elektrisch leitende Anordnung, die durch die Umstülpung der Kuppelwölbung bewegt wird, und eine zweite leitende Anordnung zugeordnet ist,und daß durch Betätigung der Taste die erste Kuppelwölbung umgestülpt wird und ein elektrischer Kontakt zwischen den beiden leitenden Anordnungen herbeigeführt wird.

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Schließlich ist eine Tastatur aus einer flexiblen gedruckten Leiteip latte mit einer Vielzahl von taktilen Elementen gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß jedes Element eine erste bogenförmig gestaltete umstülpbare Kuppelwölbung, die mit der Leiterplatte eine Einheit bildet, und ein die Kuppelwölbung beeinflussendes Ausbuchtungsgebilde aufweist, das mit der Kuppelwölbung eine Einheit bildet, nicht umstülpbar ist und aus einer zweiten bogenförmig gestalteten Kuppelwölbung besteht, daß ein Teil der gedruckten Schaltung von jeder der Kuppelwölbungen getragen wird, daß Schaltmittel mit Ausrichtung auf die taktilen Elemente und im Abstand von der Leiterplatte vorgesehen sind und daß die von den ersten Kuppelwölbungen getragenen Teile der gedruckten Schaltung mit den Schaltmitteln in Kontakt kommen, wenn irgendeine der ersten Kuppelwölbungen umgestülpt wird. ·

Die die Betätigung auslösende Ausbuchtung ist verhältnismäßig steif im Vergleich zur ersten Kuppelwölbung und widersteht daher unter normaler Belastung einer Umstülpung, während die Kuppelwölbung bei normaler Belastung umgestülpt wird. Bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, die im Nachhinein beschrieben wird, besteht die die erste Kuppelwölbung beeinflussende Ausbuchtung aus einer zweiten bogenförmigen oder gewölbten Ausbuchtung, die mit der ersten Kuppelwölbung eine Einheit bildet und sich vom Zentrum der ersten Kuppelwölbung aus erstreckt. Die zweite kuppeiförmige Ausbuchtung hat eine Geometrie, die Umstülpungen unter normaler Last widersteht, während die erste Kuppelwölbung eine Geometrie hat, die bei normaler Belastung umgestülpt wird.

Das vorangehend beschriebene Schnappelement kann als Betätigungsorgan für viele herkömmliche Tastenanwendungen

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bekannter Art verwendet werden. Wenngleich es auch in Anordnungen mit unabhängigen oder diskreten Tasten, wie Taschenrechner oder dergleichen, verwendet werden kann, so ist es insbesondere für die Verwendung von Tastaturen mit einer Markierungsschicht geeignet, die relativ flach ist und auf die eine Markierung aufgedruckt ist.

Bezüglich derartiger Tastaturen mit einer Markierungsschicht liefert die Erfindung eine vollkommen neue Tastatur. Diese Tastatur weist eine erste flexible Platte mit einem auf einer der Oberflächen angebrachten Leitermuster auf. Diese Platte ist des weiteren mit einer Vielzahl von gewölbten Betätigungsorganen versehen, die in die Platte eingeformt sind und mit dieser eine Einheit bilden. Diese erste Platte mit den ausgewölbten Betätigungsorganen fluchtet mit einer zweiten Platte mit aufgedruckten Leiterbahnen, die den Leiterbahnen auf der ersten Platte zugewandt sind und zu diesen so ausgerichtet sind, daß eine Verbindung zwischen den Leiterbahnen hergestellt wird, wenn das gewölbte Betätigungsorgan betätigt wird. Die zweite Platte kann flexibel oder steif sein. Vorzugsweise sind beide Platten mit Abstand zueinander angeordnet, wobei sie durch einen isolierenden Separator oder Kleber in ihrer gegenseitigen Lage gehalten werden. Dieser Kleber isoliert die Leiter auf der einen Platte gegenüber den Leitern auf der zweiten Platte. Dabei sind jedoch die Stellen ausgenommen, an denen das gewölbte Betätigungsorgan die zweite Platte berührt, wenn es betätigt wird.

Die Tastatur ist so angeordnet, daß die gewölbten Betätigungsorgane mit ihren Ausbuchtungen dem Benutzer der Tastatur zugewandt sind. In diesem Falle ist eine Markierungsschicht mit aufgedruckter: Markierungen über den gewölbten Betätigungsorganen angebracht, und die

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Punkte auf der gedruckten Markierungsschicht fluchten mit den Betätigungsorganen, so daß durch einen die Markierungsplatte niederdrückenden Benutzer das Betätigungsorgan nach unten gerichtet verformt wird.

Das Verfahren zum Zusammenbau der Tastaturen gemäß der Erfindung ist besonders einfach: Die erste flexible Leiterbahnplatte mit den darin eingeformten Auswölbungen braucht lediglich mit Bezug auf eine zweite Leiterbahnplatte und eine isolierende Zwischenschicht ausgerichtet zu werden, wobei diese Teile, falls erforderlich, zusammengeklebt werden können.

Weitere Einzelheiten der Erfindung seien nachfolgend anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert, wobei gleiche Bezugszeichen in den einzelnen Figuren sich auf gleiche Elemente beziehen. Im einzelnen zeigen

FIG 1 eine perspektivische Ansicht eines einzelnen taktilen Elementes, bei dem ein Viertel weggeschnitten ist,

FIG 2 eine seitliche Querschnittsansicht einer Taste mit dem in FIG 1 gezeigten gewölbten Betätigungsorgan,

FIG 3 eine seitliche Querschnittsansicht der in

FIG 2 gezeigten Taste bei Betätigung 30

FIG 4 eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht einer Tastatur mit Tasten gemäß FIG 2 und 3»

FIG 5 eine seitliche Querschnittsansicht einer weiteren Ausführungsform einer Taste,

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FIG 6 eine schematische Querschnittsansicht des in FIG 1 gezeigten Betätigungsorganes,

FIG 7 eine geschnittene Aufrißansicht einer weiteren Tastatur und

FIG 8 eine Teilansicht von FIG 7.

Das in FIG 1 gezeigte taktile Schnappelement wird von einer bogenförmig gestalteten umstülpbaren Kuppelwölbung 11 und einer die Kuppelwölbung beeinflussenden Ausbuchtung 12, die mit der Kuppelwölbung eine Einheit bildet und nicht umstülpbar ist, gebildet. Die die Kuppelwölbung beeinflussende Ausbuchtung 12 ist im Vergleich zur Kuppelwölbung 11 steif und widersteht bei normaler Belastung der Umstülpung, während die Kuppelwölbung 11 bei normaler Belastung umgestülpt wird. Die Ausbuchtung 12 hat eine im wesentlichen zylindrische Gestalt, die in einer flachen kreisförmigen Fläche 13 endet. Die zylindrisehen Wände der die Kuppelwölbung beeinflussenden Ausbuchtung 12 sind von einer Geometrie, die einer Umstülpung widersteht, wenn eine Betätigungskraft in Richtung der Längsachse der zylindrischen Wände auf sie einwirkt. Dagegen weist die Kuppelwölbung eine Geometrie auf, die bei normaler Belastung umstülpt. Jedoch sei angemerkt, daß neben der beschriebenen Form auch andere Formen von die Kuppelwölbung beeinflussenden Ausbuchtungen verwendet werden können, die sich ebenfalls nicht umstülpen lassen, wenn das Betätigungsorgan betätigt wird. Das Element oder das Betätigungsorgan 10 wird vorzugsweise auf herkömmlichem Wege aus einer Isoliermaterialplatte geformt, auf die elektrisch leitende Leiterbahnen 16 aufgebracht sind. Unter dem Ausdruck Leiterbahnen sind dabei gedruckte Leiterbahnen oder oder gedruckte Schaltungen zu verstehen. Diese Leiter-

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bahnen sind von herkömmlicher Art. Sie werden in bekannter Weise nach in der Leiterplattenherstellimg angewandten Verfahren oder nach irgendeinem anderen bekannten Verfahren hergestellt, beispielsweise durch leitenden Farbauftrag oder durch Plattendruck. Diese gedruckten Leiterbahnen 16 können die gesamte innere Oberfläche des Betätigungsorgans 10 oder aber nur einen Teil davon bedecken. Die Schicht 15 wird vorzugsweise aus einem isolierenden Kunststoffmaterial hergestellt, das flexibei und elastisch ist. Ein bevorzugtes Material für die Schicht 15 ist ein von der Firma Du Pont unter dem Handelsnamen Mylar vertriebenes Polyestermaterial. Andere verwendbare Materialien sind: Celenar (Celanese Inc.), Polysulfone (Union Carbide), Polyethersulfone (ICI Inc.), und Lexan (General Electric Comp.).

Die FIG 2, 3 und A beziehen sich auf eine Tastatur mit einer Vielzahl von Tasten. Die Tastatur 17 weist eine Vielzahl von taktilen Schnappelementen 10 der vorangehend beschriebenen Art auf. Bestandteil dieser Tastatur 17 ist eine flexible Platte 18 mit auf die eine Seite aufgedruckten Leiterbahnen 19. Eine Klebeschicht 20 isoliert die Leiterbahnen 16 gegenüber den Leiterbahnen 19 und hält die beiden Platten 15 und 18 in einer vorgegebenen Lage zueinander. Die Klebeschicht 20 weist eine Vielzahl von Löchern 21 auf, so daß die Betätigungsorgane 10 durch diese Löcher hindurch betätigt werden können und dadurch die Platte 15 mit der Platte 18 in Berührung bringen, wobei die gedruckten Leiterbahnen 16 mit den gedruckten Leiterbahnen 19 verbunden werden.

Die Klebschicht kann aus einer Folie mit passend gestanzten Löchern 21 bestehen. Diese Folie klebt auf beiden Seiten, wobei die eine Seite der Folie zunächst auf eine der Platten 15 oder 18 aufgebracht wird und dann anschließend die andere Platte auf der anderen Seite

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der Folie aufgelegt wird. Die Folie kann abhängig von der jeweils besonderen Anwendung vorzugsweise von folgender Art sein: Trockenkleber mit synthetischer Gummiunterlage, Trockenkleber mit Acrylpolymerunterlage und Trockenkleber mit Silikonpolymerunterlage. Daneben können aber auch Kleber ip. flüssiger Form verwendet wer den, die mittels einer geeigneten Maske für die Löcher auf die Oberfläche der Platte 18 aufgebracht werden. Anschließend wird dann die Platte 15 auf die Klebeschicht 20 aufgelegt. Die Tastatur 17 wird auf einer Tragfläche 22 angebracht und befestigt. Diese Tragfläche 22 kann beispielsweise durch die Oberfläche einer Registrierkasse gebildet werden, mit der zusammen die Tastatur benutzt wird. Ebenso kann die Oberfläche ein integraler Bestandteil der Tastatur sein.

FIG 2 und 3 zeigen eine Taste dieser Tastatur in der Ruhelage und in der nach Betätigung eingenommenen Arbeitslage. Sobald eine nach unten gerichtete Kraft F auf die Platte 18 einwirkt, wird diese nach unten ververformt. Dabei sei unterstellt, daß die Platte 18 mit einer auf die Oberfläche aufgedruckten Markierung versehen ist, die einen der Betätigungsbereiche anzeigt. Der Benutzer einer solchen Tastatur richtet also die Betätigungskraft auf einen solchen Betätigungsbereich. Jedoch kann auch unterstellt werden, daß die Kraft versetzt ν"5m Zentrum des taktilen Elementes 10 einwirkt und dennoch die Taste betätigt. Auch in diesem Falle sorgt der ebene Flächenbereich 13 dafür, daß die einwirkende Kraft relativ gleichmäßig über die Fläche des Betätigungsorgans verteilt und dadurch die Taste betätigt wird. (Der Flächenbereich 13 ist am besten aus FIG 1 ersichtlich). Wie FIG 3 erkennen läßt, stülpt sich der bogenförmig gestaltete Auswölbungsteil

aie
11 um, während die/Kuppe!wölbung beeinflussende Aus-

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buchtung 12 sich nicht umstülpt. Der Grund hierfür besteht darin, daß die Wände eines Zylinders hohe Belastungen ohne Einknicken aushalten. Jedoch kann unterstellt -werden, daß die Ausbuchtung 12 - wie FIG 3 zeigt - in geringem Ausmaße verformt wird, um sich der Umstülpung des AuswÖlbungsteiles 11 anzupassen. Unter Umstülpen ist hierbei zu verstehen, daß die Richtung der Krümmung wenigstens eines Teiles der Wand der Kuppelwölbung 11 schnell wechselt. Das bedeutet, daß die Krümmung wenigstens eines Teiles der Wandung der Kuppelwölbung 11 einem Wechsel in der Richtung der Steigung ausgesetzt ist und daß der Wechsel plötzlich erfolgt und die taktile Rückkopplung erzeugt. Der Auswölbungsteil 11 bewegt sich nur eine sehr kurze Strecke nach unten, bevor die Umstülpung der Auswölbung erfolgt.

Wie FIG 3 zeigt, ändert· sich die Richtung· der Krümmung des bogenförmig gestalteten.AuswÖlbungsteiles 11, d.h. sie wechselt, dagegen wird die die Kuppelwölbung beeinflussende Ausbuchtung 12 nicht umgestülpt.

Wie die FIG. 2, 3 und 4 zeigen, dient die Platte 18 sowohl als gedruckte Leiterplatte als auch als Markierungsschicht. Jedoch sind auch Anwendungsfälle denkbar, bei denen eine zusätzliche Markierungsschicht 18 (a) die oberhalb der Platte 18 angebracht ist, wünschenswert ist. Ein solcher Anwendungsfall ist beispielsweise gegeben, wenn ein Benutzer die Markierung ändern, aber die unter der Markierungsschicht liegende Anordnung unverändert lassen möchte.

FIG 5 zeigt die seitliche Querschnittsansicht eines Betätigungsorganes, bei dem die Kuppelwölbung 11 so angeordnet ist, daß sie gegenüber dem Benutzer konvex erscheint, sich also in Richtung des Benutzers der Tastatur vorwölbt. In diesem Falle kann die Einwirkungs-

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kraft F entweder durch eine diskrete Taste, wie sie häufig bei Rechnern anzutreffen ist, oder durch eine vorangehend erläuterte Markierungsschicht 18 (a) ausgeübt werden. Die in FIG 5 gezeigte Tastatur unterscheidet sich von der in FIG 2 durch eine Drehung um 180°, und beide Tastaturen sind bis auf die Ausnahme, daß es nicht mehr notwendig ist, eine Markierung auf die Platte 18 aufzudrucken, identisch. Die gestrichelten Linien zeigen das Betätigungsorgan in der nicht betätigten Stellung mit einer wahlweise möglichen Markierungsschicht 18 (a), während die ausgezogenen Linien die Schaltstellung wiedergeben.

Wie Versuche ergeben haben, gibt es für das Betätigungsorgan entsprechend FIG 1 bis 6 eine Reihe von bevorzugten Dimensionierungen. Mit Bezug auf FIG 6 hat die bogenförmig gestaltete Kuppelwölbung vorzugsweise die Gestalt einer Kugel mit dem Radius R, der sich im Bereich zwischen etwa 5 und 25,A mm bewegen sollte.

2C Diese Kugel erhebt sich gegenüber der Platte mit der Höhe H, etwa zwischen 0,25 und 2,5 mm. Die Stärke t der Platte liegt etwa zwischen 0,05 und 0,18 mm. Der Durchmesser d der zylindrischen Ausbuchtung sollte im Bereich zwischen etwa 1,5 und 6,35 mm und dessen Höhe h im Bereich zwischen etwa 0,25 und 1,5 mm liegen. Der Durchmesser D ergibt sich als eine Funktion von R und H. Eine gegenwärtige Ausführungsform hat folgende Dimensionen: R = 19 mm, H = 0,76 mm, d =■ 3,17 mm, h = 0,5 mm.

Allgemein gilt, daß eine Vergrößerung des Durchmessers d der Ausbuchtung eine Betätigung des taktilen Elementes auch dann zuläßt, wenn die ausgeübte Betätigungskraft von dem Zentrum des taktilen Elementes weiter ent- fernt ist. Eine Vergrößerung des Durchmessers d sollte

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gleichfalls von einer Vergrößerung des Radius R und/ oder der Höhe H begleitet sein, damit die taktile Rückwirkung gegeben ist. Dagegen ist die Höhe h der Ausbuchtung im Hinblick auf das taktile Verhalten des EIementes nicht kritisch; sie sollte aber ausreichend groß sein, damit die zylindrische Ausbuchtung als eine getrennte Raumform in Erscheinung tritt. Die Höchstwerte der Höhe h werden durch die Dehnungseigenschaften der verwendeten Kunststoffolie bestimmt. Allgemein gilt, daß mit zunehmender Stärke t auch die Werte R, H und/oder d vergrößert werden sollten. Andererseits können bei Verringerung der erforderlichen Betätigungskraft der Wert t, was gleichbedeutend ist mit einer Verringerung der Werte für R, H und/oder d, oder aber auch das Verhältnis d/R verringert werden.

FIG 7 und 8 zeigen schließlich ein Tastaturteil und eine Tastaturanordnung gemäß der Erfindung. Die Tastaturanordnung nach FIG 7 weist eine steife Haupt- oder Stützplatte 110 auf, die aus Metall, Hartplastik, wie Bakelit, Faserstoff oder einem anderen geeigneten Trägermaterial bestehen kann. Eine Schicht aus flexiblem Kunststoff-Isolationsmaterial 112, wie Milar oder andere geeignete Isolationsstoffe, ist auf der einen Seite der Grundplatte 110 angebracht und vorzugsweise mit dieser verklebt. Gedruckte Leiterbahnmuster 114 aus Kupfer oder leitender Tinte sind auf der oberen Seite der Isolationsschicht 112 angebracht. Diese Kunststoffschicht 112 und die Leiterbahnmuster 114 wirken dabei wie eine einheitliche gedruckte Leiterplatte. Auf der Oberfläche der Schicht 112 ist eine Kunststoffzwischenschicht 116 angebracht, die ebenfalls miteinander verklebt sein können. Die Kunststoffzwischenschicht 116, die ebenso aus Milar bestehen kann, weist eine Reihe von kreisförmigen Öffnungen

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118 auf, von denen Jede mit einem Leiterbahnmuster und mit einem zugeordneten gewölbten Tastenelement fluchtet. Die gewölbten Tastenelemente 120 bestehen aus Ausbuchtungen, die in eine Schicht aus einheitlichem Kunststoffmaterial 122, z.B. Mylar, eingeformt sind, und gedruckten Leiterbahnmustern 124 aus Kupfer, Tinte oder anderem geeignetem leitfähigen Material, die sich entlang der Unterseite der Schicht 122 und wenigstens in einen Teil der Unterseite einer jeden Kuppelwölbung erstrecken. Die Schicht 122 ist ursprünglich ein flaches Stück einer gedruckten Leiterplatte mit den Leiterbahnnustern 124. In diese können die Auswölbungen mit Formwerkzeugen unter Wärmeeinwirkung und unter Druck miitels geeigneter Techniken eingeformt werden. Die flachen, d.h. die nicht ausgebuchteten Teile der Schicht 122 können mit der Zwischenschicht 116 verklebt sein.

Jede dieser Auswölbungen 120 besteht aus einem ersten bogenförmigen oder kugelförmigen Wölbungsteil 126 und aus einem zweiten bogen- oder kugelförmig gestalteten Wölbungsteil 128, der sich vom oberen Zentrum des ersten Wölbungsteiles 126 erstreckt. Der Wölbungsteil 126 bildet einen umstülpbaren Wölbungsteil, und der Wölbungsteil 128 wirkt als nicht umstülpbares, kuppeiförmig gestaltetes Betätigungsorgan für den umstülpbaren Wölbungsteil 126.

Eine flache Abdeckschicht 130 aus Kunststoff, etwa Mylar, ist so angeordnet und gelagert, daß sie mit den kuppeiförmig ausgebildexen Betätigungsorganen 128 am oberen Ende einer jeden Kuppelwölbung 120 in Berührung steht, und die Oberseite der Schicht 130, also die nicht mit den Auswölbungen in Kontakt stehende Seite, kann mit Ziffern, Buchstaben oder anderen die einzelnen Tasten kennzeichnenden Merkmalen versehen sein,

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die von dem Benutzer der Tastatur gelesen werden können.

Eine Jede der Ausbuchtungen 120 und die zugehörige Schaltkreisanordnung auf der Schicht 112 bilden im Ergebnis eine Tastenanordnung. Zur Benutzung der Tastatur nach FIG 7 bestimmt der Benutzer die jeweilige Tastenanordnung, die betätigt werden soll, z.B. durch. Lesen der Kennzeichen auf der Oberseite der Schicht

130. Der Benutzer drückt dann nach unten auf die Taste, um das Leitungsmuster 124 mit dem Leitungsmuster in Berührung zu bringen, so daß ein Schaltkreis geschlossen und ein elektrisches Signal von der Tastatur erzeugt wird. Die Ausübung einer Betätigungskraft auf die Oberseite der Schicht 130 für eine ausgewählte Taste führt zu einer Übertragung dieser Kraft über das kuppeiförmig ausgebildete Betätigungsorgan 128 auf das Kuppelsegment 126, so daß das Kuppelsegment 126 nach unten bewegt wird und einen Teil der Leiter 124 zwecks Schließung des elektrischen Schaltkreises mit den Leitern 114 in Kontakt bringt. Bei dieser Abwärtsbewegung wird wenigstens ein Teil der Kuppelwölbung 126 umgestülpt, was durch die gestrichelten Linien in FIG 8 angedeutet ist, die der Lage der Kuppelwölbung 120 in der unteren oder Schaltstellung entsprechen. Während also der Wölbungsteil 126 in seiner unbeeinflußten oder unbetätigten Lage eine konvexe Krümmung bei Draufsicht aufweist, wird in der Betätigungs- oder Schaltstellung wenigstens ein Teil des Wölbungsteiles 126 umgestülpt, so daß sich die Krümmung umkehrt, oder konkave Gestalt bei Draufsicht annimmt. Mit anderen Worten, in der unbetätigten Stellung ist die Neigung der Krümmung der Kuppelwölbung 126 positiv, während in der be-feätigten Stellung die Neigung wenigstens eines Teiles des Wölbungs-

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teiles 126 negativ ist. Die Umkehr erfolgt mit einer Schnappbewegung, so daß der Benutzer eine taktile Rückkopplung spürt, wenn das Wölbungssegment 126 nach unten bewegt wird, um einen elektrischen Kontakt zwischen den Leitern 124 und 114 herzustellen. Das obere Kuppelsegment 128 stülpt sich dagegen bei einer Betätigung der Kuppelwölbung nicht um. Es wirkt wie ein Betätigungsorgan für die Taste und überträgt die Betätigungskraft auf das untere Kuppelsegment 126.

Dieses Ergebnis, wonach das obere Kuppelsegment 128 zumindest bei normaler Kraftbeanspruchung nicht umstülpbar ist, während das untere Kuppelsegment 126 wenigstens zum Teil umgestülpt wird, ist bedingt durch die voneinander abhängige Dimensionierung der beiden Kuppelsegmente. Diese Dimensionierung sei im einzelnen anhand von FIG 8 erläutert, die eine bevorzugte Gestaltung der Kuppelauswölbung zeigt. Bei dieser Anordnung beträgt der Radius R des größeren Kuppelsektors 126 etwa 5 bis 25,4 mm und die Höhe H zwischen 0,25 und 2,5 mm. Der Radius r des kleineren Kuppelsegmentes 128 liegt im Bereich zwischen 0,76 und 3,175 mm und die Höhe h zwischen 0,25 und 1,5 mm. Die Dicke der Schicht beträgt zwischen 0,05 und 0,18 mm. Die Größe D für das größere Kuppelsegment 126 ergibt sich dabei als Funktion der Größen H und R, während sich die Größe d für das kleinere Kuppelsegment 128 als Funktion aus r und h ergibt. Als Beispiel für eine konkrete Ausführungsform können folgende Werte gewählt werden:

R = 19 mm, H = 0,75 mm, r = 1,59 mm und h = 0,51 mm.

Da die Stärke t der Schicht sich ändern kann, ist es ein kritisches Erfordernis, daß die Größen für das größere Kuppelsegment 126 und das kleinere Kuppeln segment 128 innerhalb des oben angegebenen Bereichs-

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Verhältnisses oder aber bei geeignetem Ausgleich für Änderungen der Stärke t unter dem hier erläuterten bleiben. Innerhalb dieser Bereiche arbeiten die Tastenanordnungen gemäß der Erfindung in der Weise, daß bei Einwirken normaler Betätigungskräfte wenigstens ein Teil der größeren Kuppelsegmente 126 bei normalen Betätigungskräften umstülpen wird, während das kleinere Kuppelsegment 128 als Kraftübertrager dient und sich nicht umstülpt.

Ein wesentlicher Vorteil aller Anordnungen gemäß der Erfindung besteht darin, daß auch bei einer außerhalb des Tastenzentrums einwirkenden Betätigungskraft eine angemessene Tastenfunktion mit taktiler Rückwirkung erzielt wird. Selbst wenn die auf ein einzelnes Kuppelelement ausgeübte Betätigungskraft etwas seitlich vom Zentrum des Kuppelelementes.einwirkt, also nicht direkt oberhalb des zu betätigenden Kuppelelementes auf die Schicht 130 und dicht direkt in abwärtiger Richtung mit Bezug auf das Kuppelelement einwirkt, dann überträgt das als Betätigungsorgan wirkende Kuppelelement 128 noch einen genügenden Anteil der Betätigungskraft in Richtung nach unten, um das größere Kuppelteil 126 zu betätigen und die gewünschte taktile Rückwirkung auszulösen. Das ist ein wesentlicher Vorteil gegenüber vielen bekannten Anordnungen, bei denen die taktile Rückwirkung sehr schwach ist oder überhaupt nicht mehr empfunden werden kann, wenn eine kugelförmige Kuppeltaste aus Kunststoff außerhalb ihres Zentrums betätigt wird.

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Claims (12)

Patentansprüche

1. Schnappelement für elektrische Schalter, das

■**..= .., durch eine Betätigungskraft umgestülpt werden kann, und dabei eine taktile Rückwirkung zeigt, dadurch gekennzeichnet , daß das Schnappelement eine Grundplatte (122) aufweist, in die wenigstens eine Schnappausbuchtung (120) eingeformt ist, daß die Ausbuchtung eine erste und eine zweite Gewölbeform (126/128) aufweist, daß die erste Gewölbgeform (126) umstülpbar ist und die taktile Rückwirkung erzeugt , daß die zweite Gewölbeform (128) nicht umgestülpt wird, wenn die Betätigungskraft auf das Schnappelement einwirkt.
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2. Schnappelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beide Gewölbeformen (126/128) als bogenförmig gestaltete Kuppelwölbungen ausgebildet sind, die miteinander eine Einheit bilden.

3. Taktiles Schnappelement für elektrische Schalter, insbesondere nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß das Schnappelement eine Grundplatte (122) aufweist, in die wenigstens eine sich über die Grundplatte erhebende Ausbuchtung (120) eingeformt ist, daß die Ausbuchtung aus einer ersten bogenförmig gestalteten umstülpbaren Kuppelwölbung (126) und einer zweiten bogenförmig gestalteten Kuppelwölbung (128) besteht und daß die zweite Kuppelwölbung

(128) mit der ersten eine Einheit bildet und als ein nicht umstülpbares Betätigungsorgan für die erste Kuppelwölbung (126) wirkt.

4. Taktile Schnapptaste, die sich zum Öffnen und Schließen eines elektrischen Stromkreises zwischen

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zwei Stellungen offen und geschlossen bewegen läßt, dadurch gekennzeichnet, daß die Taste eine Grundplatte (122) und ein taktiles Element (120) aufweist, das in die Grundplatte eingeformt ist und das eine erste bogenförmig gestaltete umstülpbare Kuppelwölbung (126) und ein diese Kuppelwölbung beeinflussendes Ausbuchtungsgebilde (128) aufweist, das aus einer zweiten bogenförmig gestalteten Kuppelwölbung besteht, die mit der ersten Kuppelwölbung

(126) eine Einheit bildet und nicht umstülpbar ist, daß die erste Kuppelwölbung (126) eine taktile Rückwirkung erzeugt, wenn sie umgestülpt wird, daß der ersten Kuppelwölbung (126) eine erste elektrisch leitende Anordnung (124),die durch die Umstülpung der Kuppelwölbung bewegt wird,und eine zweite leitende Anordnung (114) zugeordnet ist und daß durch Betätigung der Taste die erste Kuppelwölbung umgestülpt wird und ein elektrischer Kontakt zwischen den beiden leitenden Anordnungen (114 und 124) hergestellt wird.

5. Taste nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die erste leitende Anordnung (124) eine gedruckte Schaltung aufweist, die auf der Oberfläche der ersten Kuppelwölbung (126) angebracht ist,und daß die zweite leitende Anordnung (114) ebenfalls eine gedruckte Schaltung aufweist, die gegenüber der der ersten Anordnung (124) so ausgerichtet ist, daß es zur Kontaktgabe zwischen beiden gedruckten Schaltungen kommt, wenn die erste Kuppelwölbung (126) umgestülpt wird.

6. Tastatur aus einer flexiblen gedruckten Leiterplatte mit einer Vielzahl von taktilen Elementen, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Element (120) eine erste bogenförmig gestaltete

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umstülpbare Kuppelwölbung (126), die mit der Leiterplatte (122) eine Einheit bildet, und ein die Kuppelwölbung(126) beeinflussendes Ausbuchtungsgebilde (128) aufweist, das mit der Kuppelwölbung (126) ebenfalls eine Einheit bildet, nicht ums-cülpbar ist und aus einer zweiten bogenförmig gestalteten Kuppelwölbung (128) besteht, daß ein Teil der gedruckten Schaltung (124) von jeder der ersten Kuppelwölbungen (126) getragen wird, daß Schaltmittel (114) mit Ausrichtung auf die taktilen Elemente und im Abstand von der Leiterplatte (122) vorgesehen sind und daß die von den ersten Kuppelwölbungen (126) getragenen Teile der gedruckten Schaltung (124) mit den Schaltmitteln (114) in Kontakt kommen, wenn eine der Kuppelwölbungen (126) umgestülpt wird.

7. Tastatur nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltmittel eine zweite Platte (112) mit gedruckten Leiterbahnen (114) aufweisen, daß die Leiterbahnen (124 und 114) beider Platten (122 und 112) so voneinander isoliert sind, daß ein Kontakt zwischen ihnen nur möglich ist, wenn die Kuppelwölbungen (126) umgestülpt werden.

8. Tastatur nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet , daß beide Leiterbahnplatten (122, 112) lediglich auf jeweils einer Seite mit Leiterbahnen (124 bzw. 114) bedruckt sind, daß beide Leiterplatten mit einander zugekehrten Leiterbahnen angeordnet sind, daß die Leiterbahnen (124, 114) beider Leiterplatten (122, 112) voneinander durch Isoliermittel (116) getrennt sind, daß die Isoliermittel (116) eine Vielzahl von Öffnungen (118) in Ausrichtung auf die ersten Kuppelwölbungen (126) aufweisen und so einen Kontakt zwischen den beiden Leiter-

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bahnen (124 und 114) ermöglichen, wenn die ersten Kuppelwölbungen (126) umgestülpt werden.

Taste bzw.

9. Schnappelement bzw./ Tastatur nach einem der An-

sprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß sich die zweiten Kuppelwölbungen (128) vom Zentrum der ersten Kuppelwölbung (126) aus erstrecken.

10. Schnappelement bzw. Taste bzw. Tastatur nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Kuppelwölbungen (126, 128) Teil einer Kugel ist.

11. Schnappelement bzw. Taste bzw. Tastatur nach

Anspruch 10, dadurch gekennzeichn e t , daß die erste Kuppelwölbung (126) Teil einer Kugel mit größerem Radius als die zweite Kuppelwölbung (128) ist.

12. Schnappelement bzv/. Taste bzw. Tastatur nach

Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Radius (R) der ersten Kuppelwölbung (126) etwa zwischen 5 und 25,4 mm, die Höhe (H) der ersten Kuppelwölbung (126) etwa zwischen 0,25 und 2,5 mm, der Radius (r) der zweiten Kuppelwölbung (128) etwa zwischen 0,76 und 3»175 mm, die Höhe (h) der zweiten Pvuppelwölbung (128) etwa zwischen 0,25 und 1,5 mm und die Dicke (t) des Elementes etwa zwischen 0,05 und 0,18 mm beträgt.

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