DE8901047U1

DE8901047U1 - Membrantastatur

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Publication number: DE8901047U1
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Priority date: 1989-01-31
Filing date: 1989-01-31
Publication date: 1989-04-06

Description

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FAvonSAMSWWflMMaSTJEHNA — - D-&bgr;&Ogr;&Ogr;&Ogr; MÜNCHENS DIPL-PHYS. PATFNTANWAI TiICANTT PI "lELBOM: 088/22 94 61 DRTAMAXELvonBOLOW FATENTANWALTSKANZLEI mEGFIAMM: SAMPAT D(PL-ING, DfPL-WIRTSCH.-ING. TaEX: 8214940 egsad

FA)C:089/299465

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Anmelder
Wilhelm Ruf KG
Schwanthalerstr. 18
8000 München 2

IHRZBCHBI/YOUSHEF.: UNSB) ZBCHBf/OUR RB-: DATUM/DATE

R10-82-B 88 Gm 31.01.1989

vB/13/ma

Membrantastatur

Beschreibung

Die Neuerung betrifft eine Membrantastatur gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1. Eine derartige Membrantastatur ist in der US 4,449,023 beschrieben. Diese besteht aus zwei aufeinanderliegender mit elektrischen Leitern in Form von Leiterbahnen versehenen Folien. Als Abstandshalter (Spacer) wird eine isolierende Kunststoffmasse verwendet, die nach dem Aufbringen der Leiterbahnen in bestimmten Sereichen der Folien angeordnet wird. Der Nachteil dieser Konstruktion liegt zum einen in dem großen technischen Aufwand bei der Herstellung und damit in den relativ hohen Kosten und zum anderen in dor geringen Anwendungebireite des fertigen Produktes. Bin Druckkontakt der beiden Leiterbahnen ist nur in den nicht mit der Kunststoffmasse bedeckten Leiterbahnbereich tan möglich.

Das DE-GM 76 24 175.3 zeigt eine aus zwei Elementen bestehende Tastatur, wobei nur ein Element als Träger von

elektrischen Leitern dient- Dieses Trägerelement ist eine feste Grundplatte, die mit sich zum Teil kreuzenden elektrischen Leitern in Form von Leiterbahnen mit speziellen Kontaktzonen versehen ist. Das zweite Element ist eine flexible Matte mit tastenförmigen Erhebungen, die an ihrer Unterseite mit leitfähigen Kontakten bestückt sind und die durch elastische Verformung als Kontaktbrükken für die darunterliegenden Leiterbahnen verwendet werden. Diese Tastatur ist aufwendig in Bezug auf die Herstellung der Grundplatte.

In der EP 0 072 446 ist eine Tastatur beschrieben, die in zwei Ebenen liegende Leiter aufweist, die derart ausgerichtet sind, daß sich die elektrischen Leiter in der Draufsicht kreuzen. Zwischen diesen Ebenen befindet sich eine isolierende Zwischenlage, die an den jeweiligen Kreuzungsstellen Löcher aufweist. Die Tastatur ist beidseitig mit Deckfolien abgedeckt. Durch einen Druck

&Bgr; auf die Deckfolie im Bereich der Kreuzungsstellen können

20 <H-^e sich kreuzenden Leiter miteinander in Kontakt gebracht werden. Als nachteilig erweist sich hierbei der erhebliche Bauaufwand (zwei Deckfolien, zwei Leitersätze, eine

&iacgr; Zwischenlage) und die störanfällige Montage.

25 Die DE-OS 34 24 060 zeigt ein druckempfindliches Flachma-

terial, das ein gewelltes Netz aufweist, das aus elek-

< trisch leitfähigen Drähten gebildet ist, wobei diese mit

einer elektrisch icolierenden Schicht überzogen sind.

Diesem gewellte Netz 1st derart in ein elektrisch

isolierendes Material eingebettet, daß die an den

Wellenrücken des Netzes befindlichen Drahtbereiche von

der Isolierschicht sowie von dem Isoliermaterial befreit werden können. Unter dem Netz und von diesem durch ein

Teil des IsoliArmaterials getrennt verläuft eine elek-

gg trisoh leitfähige Schicht. Durch einen Druck auf das isoliermaterial können elektrisch nicht isolierte

Abschnitte der Drähte des gewellten Netzes mit der

elektrisch leitfähigen Schicht in Kontakt gebracht

werden* Der Nachteil dieser Konstruktion ist die komplizierte Herstellung. Erst naoh mehreren aufwendigen Arbeitedurchgängen erhalt man das fertige Produkt. Auch kann man dieses Flechmaterial nloht für Tastaturen

B einsetzen, bei denen ja der Ort der aktivierten Kontakt' stelle maßgeblich für eine selektive Auswahl unterschiedlicher Kontakte ist.

Die DE-OS 36 19 035 zeigt zwei durch Grundfolien verstärk-

te elektrisch iaoiiarende Folien, in deren jeweilige

Oberflächen Metalldrähte eingesetzt sind. Diese beiden

elektrisch isolierenden Folien liegen derart aufeinander, daß die mit den Metalldrähten versehenen Seiten sich gegenüberliegen. Dabei sind zwischen den Folien zahlreiche elektrisch isolierende Abstandshalter angeordnet. Auch diese Konstruktion hat den Nachteil, daß zwischen den

Elementen noch separate Abstandshalter eingebaut werden

müssen. Außerdem ist die Anwendungsbreite des fertigen

Produkte eingeschränkt, da in den Bereichen, die einen Abstandshalter aufweisen, ein Druckkontakt der beiden Leiterbahnen nicht möglich ist.

Die US-PS 3 056 005 zeigt zwei Lagen eines elektrisch leitfähigen Drahtgeflechtes mit einer dazwischenliegenden "Spacerfolie". Da hier auch die Schußfäden leitend sind, können diese keine Abstandhalter- bzw. Spacerfunktion übernehmen. Damit ist eine Spacerfolie zwingend erforderlich. Darüber hinaus ist mit solchen in allen Koordinatenricht'Uigen elektrisch leitfähigen Drahtgeflechten keine

Tastatur realisierbar.

Das DE-GM 69 32 723 zeigt zwei Lagen elektrischer Leiter, wobei eine Lage aus einem elektrisch leitenden Drahtgeflecht besteht. Daher ist auch hier der Einbau einer Spacerfolie zwingend erforderlich. Auch hier handelt es sich nicht um eine Tastatur.

Der Neuerung liegt die Aufgabe zugrunde, eine extrem

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7 flache Membrantastatur zu realisieren.

Diese Aufgabe wird neuerungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Schutzanspruches 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Neuerung gehen aus den Unteransprüchen 2 bis 11 hervor.

Mit der Neuerung ergibt sich unter anderem der Vorteil, daß das Ausrichten von zwei Leiterebenen und einem Spacer entfällt bzw. daß keine genaue Justierung erforderlich ist. Als weiterer Vorteil ergibt sich auch, daß die Membrantastatur gemäß der Neuerung besonders einfach herzustellen und leicht zu montieren ist.

In vorteilhafter Weise werden sowohl die Abstandshalter-Funktion (Spacer) als auch die Funktion eines Trägers für elektrische Leiter von einem einzigen Bauteil, dem gewellten Isoliermaterial ausgeübt. Neben der einfacheren und besonders preisgünstigen Herstellung ergeben sich breite Anwendungsmöglichkeiten durch die extrem flache Bauart und eine mühelose Montage.

Die Neuerung eignet sich auch für Drucksensoren oder für die elektrische Lagebestimmung eines Objektes in einem Koordinatensystem. Diese Lagebestimmung erfolgt durch Druckausübung und kann auch durch das Eigengewicht des Objektes auf die Oberfläche der Membrantastatur ausgelöst

3Q werden.

Nach einer ersten Variante der Neuerung besteht der gewellte Träger aus Kunststoff ( z.B. Mylar der Firma Du Font), wobei auf einer Seite liegende Wellentäler zu einem Teil ihrer Tiefe mit elektrisch leitfähigem Material wie z.B. leitfähigem Lack gefüllt sind. Das Aufbringen dieser Leiterbahnen kann z. B. mit einem aus der Siebdrucktechnik bekannten Rakel erfolgen. Außerdem kann der

mit Leiterbahnen versehene Träger typenunabhängig vorgefertigt werden. Die Montage ist besondere rationell, da der mit Leiterbahnen versehene, gewellte Träger nntr noe» zugeschnitten, montiert und kontaktiert zu werdüm braucht.

Nach einer zweiten Variante der Neuerung besteht das gewellte Isoliermaterial aus den Schußfäden eines Gewebe», dessen Kettfäden elektrisch leitend sind. Die Kettfaden können z. B. Kohlenstoffasern sein, während die Schußfäden z. B. aus Polyesterfasern bestehen. Hierdurch entsteht ein sehr einfach zu handhabender Träger, da beide Gewebeseiten gleich sind und damit eine Vertauschung dor Seiten für die Funktion der Membrantastatur ohne Bedeutung ist. Der Bau eines Schaltelementes ist hier sehr einfach, da die beiden Gewebe nur in ihren Kettrichtungen kreuzend aufeinandergelegt zu werden brauchen, wobei sie punktweise verklebt werden können. Danach kann das benötigte Element einfach ausgestanzt werden. Bei entsprechenden Einrichtungen können die Arbeitsgänge auch gleichzeitig erfolgen.

Bei beiden obigen Varianten der Neuerung sieht eine Weiterbildung vor, daß nur einer der beiden Träger bsw Isolierimterialien gewellt ist, während der andere Träger eben ist, womit eine noch flachere Ausführung der Membraiitastatur erreicht werden kann.

Wird dabei das ebene Isoliermaterial mit nur einem flächendeckenden Leiter versehen, kann mit der Neuerung

QQ auch eine großflächige Kontaktzone erreicht werden. Damit können z.B. Fußmatten zur Auslösung von Schaltfunktionen für automatische Türen oder für das Einschalten von Rolltreppen hergestellt werden. Durch entsprechende Dimensionierung der den Abstandshalter bildenden Wellenberge und damit durch Einstellung der für eine Kontaktauslösung benötigte Kraft kann die Membrantastatur der Neuerung für Alarmanlagen z. B. in Bodenplatten eingesetzt werden. Damit kann ein radialarm durch kleinere Tiere

ausgeschlossen werden, wie sie bei Infrarot- bzw. Ultraschall-Systemen auftreten können. Die Membrantastatur nach der Neuerung kann in Bandform in der Straßendecke eingearbeitet zum Zählen von Fahrzeugen und damit auch zur Ampelsteuerung anstelle von Induktionsschleifen verwendet werden.

Durch den Abgriff mehrerer paralleler Leiter kann auch bei der Neuerung auch ein Redundanz-Effekt erreicht werden, da der Membrantastatur dadurch unempfindlicher gegenüber eventuellen fertigungsbedingten Kurzschlüssen bzw. Unterbrechungen wird.

Bei einem beliebigen Kreuzungswinkel der übereinander verlaufenden Leiter zwischen 20° und 90° ist ein größerer Spielraum für eine Anordnung einzelner Schalter möglich.
Werden gewellte Isoliermaterialien verwendet, die aufgrund ihres Materials oder ihrer Struktur transluzent sind, kann durch Beleuchtung von hinten oder durch seitliche Lichteinspeisung parallel zu den Wellen eine flächenhafte Beleuchtung von Bedienfeldern erreicht werden.

Im folgenden wird die Neuerung anhand von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit eier Zeichnung ausführlicher erläutert. Es zeigt:

Fig.l einen Schnitt durch zwei übereinanderliegende Träger aus homogenen Isoliermaterial gemäß einer ersten Variante der Neuerung;

Fig.2 eine perspektivische Darstellung des in Fig. 1

im Schnitt gezeigten Isoliertnaterials.

Fig.3 einen Schnitt durch zwei übereinanderliegende, elastische Gewebe, die an einer Basisplatte

oder an einem Gehäuse befestigt sind, gemäß einer zweiten Variante der Neuerung;

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Fig.4 einen Schnitt der in Fig. 3 gezeigten Gewebe

mit einer dazwischenliegenden Spacerfolie.

In Fig. 1 sind zwei übereinanderliegende Isoliermaterialien 1 in Form von flexiblen, gewellten Folien dargestellt, die aus Kunststoff bestehen. Die gewellten Isoliermaterialien 1 sind in ihren, dem jeweils anderem Isoliermaterial zugewandten Wellentälern 3 zu einem Teil daren Tiefe mit elektrischen Leitern 2 in Form von Leiterbahnen versehen. Diese bestehen z.B. aus Kohlenstoff-Lacken und werden z. B. analog zur Siebdrucktechnik mit einem Rakel aufgebracht. Das eine Isoliermaterial 1 wird derart auf das jeweils andere Isoliermaterial 1 gelegt, daß die Seiten mit den elektrischen Leitern 2 zueinander gewandt sind und sich diese Leiter 2 in einem Winkel von z. B. 90° kreuzen. Bei den. jeweils anderen | Isoliermaterial 1 kann es sich, wie in Fig. 1 und 2 I dargestellt, um eine zweite flexible, gewellte Folie | gleichen Aufbaus handeln. Die sich kreuzenden Leiter- § bahnen 2 der beiden übereinanderliegenden Isoliermateria- | lien 1 haben in Ruhelage einen Abstand zueinander, der | von den überstehenden, dem jeweils anderem Isoliermaterial § zugewandten Wellenbergen 4 gebildet wird. Wird auf eines §

der Isollermateriallen 1 im Bereich eines vom jeweils _h anderen Isoliermaterial abgewandten Wellenberges 5 ein f Druck ausgeübt, so verformt sich dieses derart, daß die beiden jeweils gegenüberliegenden sich kreuzenden Leiterbahnen 2 miteinander in Berührung kommen und einen elektrischen Kontakt herstellen, wird der Druck beendet, verformt sich das Isoliermaterial 1 durch seine Rückstellkraft zu seiner gleichmäßigen Wellenstruktur der Auegangelage zurück, womit in Ruhelage der Abstand der Leiterbahnen 2 zueinander wiederhergestellt ist.

3g Bei einem der ieollermaterlMllen 1 kann es eich auch um ein etarree, nloht gewelltes isoliermaterial handeln. Die Funktion des elastischen Abstandshalter» wird dann nur von einem gewellten Isoliermaterial 1 übernommen.

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Außerdem kann der Kreuzungswinkel der übereinanderliegenden Leiter 2 einen beliebigen Wert zwischen 20" und 90" haben.

Fig. 2 zeigt zwei übereinanderliegende flexible, gewellte Isoliermaterialien 1, bei denen sich die Leiterbahnachsen des jeweils einen und des jeweils anderen Isoliermaterials 1 in einem Winkel von 90° kreuzen.

Fig. 3 zeigt ein flexibles, gewelltes Gewebe als Isoliermaterial 1 bei dem die Schußfäden 6 aus elektrisch nicht leitfähigem Material bestehen, die Kettfäden dagegen leitfähig sind und z.B. aus Kohlenstoffäden bestehen. Dabei übernehmen die Kettfäden die Funktion der elektri sehen Leiter 2. Dieses Gewebe liegt derart über einem zweiten Gewebe derselben Art, daß die elektrischen Leiter 2, d.h. die Kettfäden der beiden Gewebe, sich in einem beliebigen Winkel kreuzen. Diese sich kreuzenden elektrischen Leiter 2 haben in Ruhelage einen Abstand zueinander, der von den die leitfähigen Kettfäden umschließenden, isolierenden Schußfäden 6 gebildet wird. Durch die gewellte Form der Schußfäden 6 werden auch Wellenberge 4 und Wellentäler 3 gebildet, wobei die Wellenberge 4 die Funktion eines Spacers übernehmen. Die Gewebe sind auf einer Basisplatte 7 oder an einem Gehäuse befestigt. Wird auf eines der Gewebe ein Druck ausgeübt, so verformen sich die beiden flexiblen Gewebe derart, daß die beiden jeweils übereinanderliegenden sich kreuzenden elektrischen Leiter 2, d.h. die Kettfäden 2 in Berührung kommen und einen elektrischen Kontakt herstellen. Wird der Druck beendet, verformen sich die beiden Gewebe in ihre gleichmäßige Wellenstruktur der Ausgangelage :surück, womit in Ruhelage der Abstand der elektrischen Leiter 2, d.h. der Kettfäden zueinander wieder hergestellt ist.

Die Kontaktierung der Kohlenstoffaeern kann durch den

Einbau von Klammern in das Gewebe bzw. durch Leitkleber vorgenommen werden. Die Kontaktierungskiammern können

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12 beispielsweise auch In das Gehäuse eingespritzt sein.

Die Fertigung vcn Membrantastaturn kann durch das automatische Abspulen zweier Endlosbänder vorgenonansn werden. Das Gewebe der beiden Endlosbänder unterscheidet sich nur hinsichtlich seiner Kettfadenrichtung. Die beiden Gewebe können punktförmig geklebt und dann zusammengepreßt werden. Gleichzeitig kann das Membrantastaturelement ausgestanzt werden.

Fi£j. 4 zeigt zwei übereinanderliegende flexible, gewellte Gewebe, wie in Fig. 3 beschrieben. Der Unterschied besteht darin, daß hler zwischen den beiden Elementen zusätzlich eine beidseitig selbstklebende Spacerfolie 8 eingebracht iat. Diese Spacerfolie weis& an den Stellen, an denen die beiden übereinanderliegenden sich kreuzenden elektrischen Leiter 2, d.h. die Kettfäden durch Druck in Berünrung kommen sollen, jeweils eine öffnung 9 auf. Durch dieren zusätzlichen Einzug der Spacerfolie 8 kann auch ein locket gewebtes Gewebe verwendet werden, bei dem ohne Spacerfolie 8 ein elektrischer Kontakt der beiden übereinanderliegenden, sich kreuzenden elektrischen Leiter 2, d.h. der Kettfäden auch In Ruhelage befürchtet werden müßte.

Auch die Membrantastatur mit einer zwischen den beiden Geweben liegenden Spacerechlcht kann automatiach gefertigt werden. Dabei benötigt man zwei Endloagewebebänder und einen Spacer als gelochtes Endlosband. Der Transport der drei Bänder kann automatisch erfolgen. Beim Einlauf werden die Schutzpapiere der doppelseitig klebenden Spacerfolie abgewickelt. Danach wird das Gewebe-Spacer-Gewebe-Element zusammengepreßt und eventuell gleichzeitig auegestanzt. Die Fertigung einer Membrantastatur aus g zwei durch eine Spacerfolie 8 getrennten Geweben kann auch drucktechnisch erfolgen. Dabei wird ein Gewebeband über eine Baelsplatte gespannt. Danach wird eine Spacerechlcht aufgedruckt. Das Gewebe wird dadurch gleichzeitig auf der

Basisplatte fixiert, rieser Vorgang kann auch durch eine modifizierte Druckmaschine durchgeführt werden. Darüber wird das zweite Gewebeband gespannt und wieder drucktechnisch fixiert oder auf einer geeigneten Spacerschicht durch Druck und/oder Temperatur geklebt. Danach wird das Membrantastaturelement ausgestanzt.

Claims

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F.R. von SAMSON-HIMMELSTJERNA &udiagr;·8000 MÖNCHEN 22

DlPL-PHYS. TtATRNTANw-At TSK&Agr;&Ngr;71 Pt TELEFON:089/2294et

DR. &Tgr;&Agr;&Mgr; AXEL von BOLOW PATEIN IAINWALISKAINZ₁LtH TELEGRAMM-SAMPAT

DIPL-INQ., 0IPL-WIRTSCK-INq. TELEX: 52149*0 egMd

FAX: 089/299465

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vB/13/ma

Membrantastatur

Schutzansprüche

1. Membrantastatur mit in zwei Ebenen in Ruhelage im Abstand übereinander angeordneten elektrischen Leitern, von denen mindestens die Leiter einer Ebene an Isoliermaterial befestigt sind, wobei das Isoliermaterial mindestens einer Ebene flexibel ist, derart, daß bei elastischer Verformung dieses Isoliermateriales Leiter dieser Ebene mit Leitern der anderen Ebene in Kontakt sind, dadurch gekennzeichnet, daß das flexible Isoliermaterial (1) in einer Querschnittsebene gewellt ist, und daß die den Leitern (2) der anderen Ebene zugewandten Wellenberge (4) des flexiblen Isoliermateriales (1) über die in den Wellentälern (3) angeordneten Leiter (2) hinausragen.
2. Membrantastatur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das mindestens eine flexible gewellte

Isoliermaterial (1) aus einem homogenen, Isolierenden Material, vorzugsweise aus Kunststoff, 1st.
3. Membrantastatur nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiter (2) aus leitfähigem

Lack in Form von Leiterbahnen sind.
4. Membrantastatur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das mindestens eine flexible, gewellte Isoliermaterial (1) die Schußfäden eines Gewebes

sind, dessen Kettfäden die Leiter (2) sind.
5. Membrantastatur nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiter (2) aus Kohlenstoff&agr;&idigr; 5 sern sind.
6. Membrantastatur nach einem der Ansprüche 1, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Leitern der beiden Ebenen zusätzlich eine mit Aussparungen versehene Abstandhaltefolie (8) angeordnet ist.
7. Membrantastatur nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß nur das Isoliermaterial (1/ für die Leiter der einen Ebene gewellt, während das Isoliermaterial für die Leiter der anderen Ebene eben ist.
8. Membrantastatur nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das ebene Isoliermaterial einen

3Q einzigen, seine Oberfläche bedeckenden elektrischen

Leiter aufweist.
9. Membrantastatur nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils mehrere in

3g einer Ebene nebeneinanderliegende Leiter (2) elektrisch miteinander verbunden sind, d. h. elektrisch parallel geschaltet sind.
10. Membrantastatur nach einem der Ansprüche 7 oder 9, dadurch gekerjnsseichnet, daß sieh die elektrischen Leiter (2) der beldon Ebenen In der Dtraufsicht unter einem Winkel von 20* bis 90* kreuzen.
11. Membrantastatur nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Isoliermaterial 1 transparent ist.