DE1640444B1 - Druckbetaetigbare elektrische schalteranordnung - Google Patents
Druckbetaetigbare elektrische schalteranordnungInfo
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Description
Γ 640 444
1 2
Die Erfindung betrifft eine druckbetätigbare elek- schenschicht aufweist, die die genannten Nachteile
irische Schalteranordnung, bei der auf einer Unter- ' kompressibler Materialien vermeidet,
lage aus Isoliermaterial mindestens ein Kontakt- Diese Aufgabe wird entsprechend der Erfindung
element angeordnet ist, über dem mit Abstand je ein dadurch gelöst, daß die Zwischenschicht eine vor-
zweites Kontaktelement an der Unterseite einer 5 gegebene konstante Dicke aufweist und aus einem
Membran befestigt ist, die auf einer auf der Unter- formbeständigen, den Ruheabstand jeweils zweier
lage befindlichen, im Bereich der Kontaktelemente zusammengehöriger Kontaktelemente mit Sicherheit
pro Kontaktstelle ein Loch aufweisenden isolieren- aufrechterhaltendem Werkstoff besteht,
den Zwischenschicht aufliegt und mit einer Deck- Weitere Ausgestaltungsmöglichkeiten der Erfin-
schicht aus einem Elastomer bedeckt ist. io dung, insbesondere Anordnungen mit mehr als einer
Eine Schalteranordnung nach der vorliegenden Er- Kontaktgabe in flächiger oder gar räumlicher Anfindung
gestattet, Schalter in Reihen oder Flächen Ordnung sind in den Unteransprüchen genannt,
zusammenzustellen, wobei jedes einzelne Schalter- Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der element wesentlich kleiner ist als herkömmliche Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher Hebel- oder Druckknopfschalter. Die einzelnen 15 beschrieben. Es zeigt
zusammenzustellen, wobei jedes einzelne Schalter- Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der element wesentlich kleiner ist als herkömmliche Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher Hebel- oder Druckknopfschalter. Die einzelnen 15 beschrieben. Es zeigt
Schaltelemente können so klein gestaltet werden, Fig. 1 den Querschnitt eines einzelnen Schalters
daß sie nur mit Hilfe eines spitzen Griffels, eines in geöffneter Stellung,
Bleistiftes oder eines Federhalters betätigt werden Fig. 2 den Querschnitt des in Fig. 1 gezeigten
können. Der erforderliche Betätigungsdruck ist dabei Schalters in geschlossenem Zustand und
relativ klein. Auch bei Anwendung eines stärkeren 20 F i g. 3 mehrere in einer Tafel angeordnete Schalter
Druckes mit einem spitzen Griffel darf die Membran nach den Fig. 1 und 2.
keinen Schaden erleiden. Es ist daher zweckmäßig, Die Unterlage 10 ist mit streifenförmigen Kontaktentweder
eine von sich aus starke Membran oder elementen 12 (im folgenden kurz als Kontaktstreifen
noch besser eine schützende Deckschicht auf dieser bezeichnet) aus leitendem Material plattiert und
zu verwenden. Eine starke Membran ohne Deck- »5 trägt die Zwischenschicht 14 aus Isoliermaterial,
schicht könnte die mögliche Schalterdichte pro Län- welche im Gebiet des Kontaktstreifens 12 Löcher
gen- oder Flächeneinheit begrenzen. Eine enge aufweist. Auf der Zwischenschicht 14 liegt die Mem-Packung
ist aber bei gewissen Anwendungen der- bran 18 auf, die an den Stellen der Löcher 16 an
artiger Schalteranordnungen, z. B. in Lochkarten- . ihrer Unterseite das Kontaktelement 20 (ebenfalls als
lesern oder bei Handschriftaufzeichnungs-Vorrich- 3° Kontaktstreifen ausgebildet und im folgenden so betungen,
erwünscht. Eine formbeständige isolierende zeichnet) aus leitendem Material trägt. Auf der
Zwischenschicht ist bei einer solchen Schalteranord- Membran 18 ruht die Deckschicht 22 aus einem
nung von Vorteil, damit ein schnelles Wiederöffnen elastischen Material, wobei zwischen die genannten
der einzelnen Kontaktelemente und eine definierte beiden Schichten die Schicht 24 aus einem Schmier-Kontaktöffnung
garantiert werden. Bei der Schalter- 35 stoff eingefügt ist. Die für die verschiedenen Schichanordnung
nach der vorliegenden Erfindung ist eine ten verwendeten Materialien und die Dicke derselben
Verunreinigung der leitenden Kontaktflächen durch sind abhängig von der Anwendung der Schalterorganische
Moleküle oder anderen Staub weitgehend anordnung. Die nachstehend angeführten Materialien
ausgeschlossen. Geringe Verunreinigung, die sich als ergeben eine. zufriedenstellende Arbeitsweise,
dünner Film über den Kontaktflächen bilden kann, 40 Die Unterlage 10 verkörpert eine kupferüberzogene wird beim walkenden Schließen durchbrochen, so Glasfolie oder eine papierverstärkte Harzfolie von daß eine gute Kontaktgabe gewährleistet ist. Schal- einer Dicke von etwa 1,5· mm. Die Zwischenschicht terhub, Andrückzeit und Öffnungszeit sind bei der 14 besteht aus einem Polyesterfilm lius Äthylenvorliegenden Anordnung besonders kurz. glykol und Terephtalsäure und ist 0,02 bis 0,1 mm
dünner Film über den Kontaktflächen bilden kann, 40 Die Unterlage 10 verkörpert eine kupferüberzogene wird beim walkenden Schließen durchbrochen, so Glasfolie oder eine papierverstärkte Harzfolie von daß eine gute Kontaktgabe gewährleistet ist. Schal- einer Dicke von etwa 1,5· mm. Die Zwischenschicht terhub, Andrückzeit und Öffnungszeit sind bei der 14 besteht aus einem Polyesterfilm lius Äthylenvorliegenden Anordnung besonders kurz. glykol und Terephtalsäure und ist 0,02 bis 0,1 mm
EssindbereitsnachderschweizerischenPatentschrift 45 dick.Die Membran 18 besteht aus einer Folie aus
319 093, nach der USA.-Patentschrift 3 056 005 und elastischem Polyesterfilm, der kupferbezogen sein
nach der britischen Patentschrift 923 891 Schalter- kann und 0,06 bis 0,12 mm dick ist. Die Kontaktanordnungen
ähnlicher Art bekanntgeworden. Der streifen 12 und 20 bestehen vorzugsweise aus Gold
wesentliche Nachteil aller dieser Anordnungen ist und sind 0,0006 bis 0,00075 mm dick. Die Deckjedoch,
daß sich-zwischen den beiden zusammen- 50 schicht 22 besteht aus einem uretansynthetischen
drückbaren Kontaktelementen gemäß den genannten Gummi oder aus einem anderen geeignetenlilastomer
Patentschriften elastisch nachgiebige, kompressible von einer Dicke zwischen 0,1 bis 0,6 mm. Die Schicht
und wieder rückfedernde Zwischenschichten befin-._ "..24 besteht aus einem Silikonschmierfett.
den, bei denen unter verschiedenen Temperatur-und Wird auf die Deckschicht 22 ein Druck ausgeübt Alterungsbedingungen keine definierte Öffnungszeit 55 (Fig. 2),. wird die nach 'unten wirkende Druck- und kein definierter Öffnungsabstand garantiert wer- kraft P durch die Deckschicht in eine in der Verden kann. Des weiteren befassen sich die drei ge- tikalen wirkende Druckkömponente Pd und in Komnannten Patentschriften lediglich mit bodenbelagarti- ponentenPr zerlegt, wobei die letzteren in allen gen, mattenförmigen Vorrichtungen, die nur eine Richtungen in einer zur Unterlage 10 ^parallelen einzige Kontaktschließung nach außen melden. Sie 60 Ebene ausstrahlen. Dadurch wird das' Gebiet der sind im wesentlichen daher nur für solche Zwecke Membran 18, auf welches Druck ausgeübt wird, geeignet, wie etwa das automatische Öffnen einer vergrößert. Dieses Gebiet ist mit D bezeichnet, das Tür, wenn die davor befindliche Matte betreten wird, größer ist als die Fläche d des Schreibstiftes 26. In
den, bei denen unter verschiedenen Temperatur-und Wird auf die Deckschicht 22 ein Druck ausgeübt Alterungsbedingungen keine definierte Öffnungszeit 55 (Fig. 2),. wird die nach 'unten wirkende Druck- und kein definierter Öffnungsabstand garantiert wer- kraft P durch die Deckschicht in eine in der Verden kann. Des weiteren befassen sich die drei ge- tikalen wirkende Druckkömponente Pd und in Komnannten Patentschriften lediglich mit bodenbelagarti- ponentenPr zerlegt, wobei die letzteren in allen gen, mattenförmigen Vorrichtungen, die nur eine Richtungen in einer zur Unterlage 10 ^parallelen einzige Kontaktschließung nach außen melden. Sie 60 Ebene ausstrahlen. Dadurch wird das' Gebiet der sind im wesentlichen daher nur für solche Zwecke Membran 18, auf welches Druck ausgeübt wird, geeignet, wie etwa das automatische Öffnen einer vergrößert. Dieses Gebiet ist mit D bezeichnet, das Tür, wenn die davor befindliche Matte betreten wird, größer ist als die Fläche d des Schreibstiftes 26. In
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist eine dem Gebiet D wird der Kontaktstreifen 20 in Beeingangs
beschriebene druckbetätigbare Schalter- 65 rührung mit dem Kontaktstreifen 12 gebracht. Die
anordnung, die einerseits die dichte Packung von relativ große Kontaktfläche D reduziert den Kontaktgetrennten Kontaktelementen pro Längen- oder widerstand und die Stromdichte, so daß der Schalter
Flächeneinheit gestattet und andererseits eine Zwi- verwendbar ist für relativ große Ströme von etwa
1 Ampere, ohne daß ein Überhitzen eintritt. Mit
niedrigen Strömen in der Größenordnung von einigen Milliampere ist der Schalter für eine nahezu unbegrenzte
Anzahl von Schaltvorgängen verwendbar. Die Kontaktgabefähigkeit des Schalters ist außerdem
erhöht durch den Abrollvorgang, der dadurch entsteht, daß das Zentrum des Kontakistreifens 20 zuerst
den Kontaktstreifen 12 berührt und anschließend nach und nach benachbarte Teile dieses Kontaktstreifens
in Kontaktgabestellung geraten, bis schließlieh die gesamte Fläche D die Kontaktgabe übernimmt. Ein umgekehrter Abrollvorgang tritt ein,
wenn der Schalter geöffnet wird. Die anfängliche Punktkontaktgabe verursacht einerseits einen hohen
Druck über ein kleines Gebiet, wodurch ein etwaiger Verschmutzungsfilm, der sich auf den Kontaktflächen
gebildet haben könnte, durchstoßen wird, und verursacht andererseits einen hohen Kontaktwiderstand
und eine hohe Stromdichte über eine kurze Zeitspanne hinweg. Die Dauer dieses Zustandes reicht
aus für ein Abbrennen eines etwaigen Verschmutzungsfilmes, ist jedoch nicht so lang, um die Kontaktflächen
angreifen zu können.
Aus Fig. 1 ist ersichtlich, daß der Schalterhub sehr klein ist (0,07 bis 0,7 mm bei den vorher erwähnten
Abmessungen), so daß die Ansprechzeit des Schalters zufriedenstellend ist und die erforderliche
Betätigungskraft niedrig ist. Die zwischen der Membran 18 und der Deckschicht 22 befindliche Schmierschicht
24 verringert die Reibung zwischen den zuvor genannten Schichten, wenn dieselben sich relativ
gegeneinander bewegen, und verringert außerdem dadurch die erforderliche Betätigungskraft des Schalters
und seine Ansprechzeit. Dadurch, daß lediglich die dünne Membran 18 in die Öffnung 16 sich bewegen
muß, kann letztere relativ klein ausgebildet sein, wodurch wiederum die Anzahl von Schaltern
pro Flächeneinheit, d. h. die Schalterdichte' groß sein kann.
Die in Fig. 3 dargestellte Schaltertafel ist beispielsweise
in einem Lochkartenleser verwendbar. Bei Verwendung in einer Kurveniesvorrichtung kann
diese Schaltertafel eine Serie von X-F-Koordinaten festhalten. Bei dieser Schaltertafel sind die Schichten
10, 12, 14, 18, 20 und 22 in dem Rahmen 28 eingespannt, um ein Verschieben gegeneinander zu verhindern.
Die Kontaktstreif en 12 verlaufen zueinander parallel, und - die Kontaktstreifen 20 verlaufen
ebenfalls zueinander parallel und rechtwinklig zu den Kontaktstreifen 12. Mit jedem Kontaktstreifen 12
ist je eine Leitung 30, und mit jedem Kontaktstreifen
20 je eine Leitung 32 verbunden.
Die in Fig. 3 gezeigte Schaltertafel ist betätigbar
durch Bewegen des Schreibstiftes 26 über die Deckschicht 22 hinweg. Wenn der Schreibstift über eine
Öffnung 16 kommt, werden die Membran 18 und ein entsprechender Kontaktstreifen 20 durch die Öffnung
16 hindurchbewegt und in Berührung mit dem Kontaktstreifen 12 gebracht/Durch aufeinanderfolgendes
Anlegen eines Signals auf die Leitungen 30 und ein Abfühlen der auf den Leitungen 32 auftretenden
Ausgangssignale ist es möglich, zu bestimmen, welche der Öffnungen 16 zu einem bestimmten Zeitpunkt von dem Schreibstift 26 überfahren
wurden.
Die Schaltertafel ist leicht herstellbar durch Anwendung bekannter Dünnfihntechniken, wie beispielsweise
Photoätzen. Mit derartigen Verfahren sind extrem dünne Schaltertafeln herstellbar, wie
aus den weiter oben angegebenen Abmessungen ersichtlich ist. Außerdem ruft das Zusammenpressen
der einzelnen Schichten in dem Rahmen 28 ein Abgedichtetsein hervor, welches es der Schaltertafel
ermöglicht, auch unter ungünstigen Temperatur-, Feuchtigkeits- und Verunreinigungsverhältnissen ohne
nachteilige Wirkung zu arbeiten. Sollte weiterhin eine Sicherheit gegen schädliche Umgebungsverhältnisse
erwünscht sein, ist die geschilderte Schaltertafel hermetisch abzudichten. Irgendwelche Verunreinigungen
der Kontakte, die noch bestehen könnten, sind durch den weiter oben beschriebenen Abrollvorgang
für die Kontaktsicherheit unschädlich. Es kann auch über der Deckschicht 22 ein Blatt aus
Papier oder einem ähnlichen Material angeordnet werden, das beschreibbar ist ohne dabei in irgendeiner
Weise die Schalterbetätigung der Ebene zu behindern, so daß gleichzeitig mit der elektrischen
Aufzeichnung eine Aufzeichnung der gleichen Information in visuell wahrnehmbarer Form erfolgen
kann.
Während in der Fig..3 Kontakte 12 und 20 gezeigt sind, die als sich rechtwinklig kreuzende Streifen
aus leitendem Material bestehen, so daß die einzelnen Schalterpunkte matrixartig angeordnet
sind, ist es auch möglich, die Schaltertafel so auszubilden, daß beispielsweise die Unterseite der Membran
18 mit einem leitenden Material überzogen wird oder die Membran selbst aus einem leitenden Material
hergestellt wird und an jeder Indexposition ein einzelnes Kontaktelement 12 angeordnet wird. Hierbei
muß die leitende Fläche unter der Membran mit einer Leitung verbunden werden und an jedes
der Kontaktelemente 12 ist eine einzelne Ausgangsleitung anzuschließen. In diesem Falle kann die
Schaltertafel in jeder gewünschten Form ausgeführt werden.
Wenn Mehrpolschalter erwünscht sind, die durch ein einziges Glied betätigbar sind, trägt auch die
Oberseite der Membran ein Kontaktelement, das zusammenwirkt
mit einem Kontaktelement, das auf der Unterseite einer t weiteren über einen auf der erstgenannten
Membran liegenden Zwischenschicht angeordneten Membran befestigt ist. Bei einer derart
ausgebildeten Schaltertafel, bei der demnach zwei Membranschalter übereinander geschichtet sind,
schließt die obere Schicht zuerst und öffnet zuletzt, wenn auf die Deckschicht 22 Druck ausgeübt wird.
Auf diese Weise ist es ohne weiteres möglich, auch mehrschichtige Schaltertafeln zu bilden.
Claims (5)
1. Druckbetätigbare elektrische Schalteranordnung, bei der auf einer Unterlage aus Isoliermaterial
mindestens ein Kontaktelement angeordnet ist, über dem mit Abstand je ein zweites
Kontaktelement an der Unterseite einer Membran befestigt ist, die auf einer auf der Unterlage
befindlichen, im Bereich der Kontaktelemente pro Kontaktstelle ein Loch aufweisenden isolierenden
Zwischenschicht aufliegt und mit einer Deckschicht aus einem Elastomer bedeckt ist,
dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenschicht (14) eine vorgegebene konstante
Dicke aufweist und aus einem formbeständigen, den Ruhestand jeweils zweier zusammengehöriger
Kontaktelemente (12 und 20) mit Sicherheit aufrechterhaltendem
Werkstoff besteht.
2. Schalteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Unterlage (10)
mehrere Kontaktelemente (12) angeordnet sind, die als parallel zueinander verlaufende,, an je
eine Leitung (30) angeschlossene Streifen ausgebildet sind, und daß an der Unterseite der
Membran (18) mehrere Kontaktelemente (20) angeordnet sind, die ebenfalls als parallel zueinander
verlaufende, an je eine Leitung (32) angeschlossene Streifen ausgebildet sind und einen
Winkel mit den zuerst genannten Streifen (12) bilden, daß in der Zwischenschicht (14) an jedem
Kreuzungspunkt der beiden Streifenscharen (12, 20) ein Loch (16) angeordnet ist und daß auf
der Deckschicht (22) ein mit der Unterlage (10) verbundener Rahmen (28) aufliegt.
3. Schalteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenschicht
(14) eine Vielzahl von Löchern (16) aufweist, denen je ein auf der Unterlage (10) befindliches,
an je eine Leitung angeschlossenes Kontaktelement (12) zugeordnet ist, daß die gesamte
Unterseite der Membran (18) in an sich bekannter Weise mit einer an eine Leitung angeschlossenen Schicht aus elektrisch leitendem Material
überzogen ist und daß auf der Deckschicht (22) ein mit einer beliebig geformten Unterlage verbundener
Rahmen aufliegt.
4. Schalteranordnung nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß
die Oberseite der Membran (18) den Kontaktelementen (20) an ihrer Unterseite gegenüberliegende
Kontaktelemente aufweist und mit einer Zwischenschicht bedeckt ist, in der mit den
Löchern (16) der auf der Unterlage (10) aufliegenden Zwischenschicht (14) fluchtende Löcher angeordnet
sind, daß auf dieser weiteren Zwischenschicht eine zweite Membran aufliegt, die an
ihrer Unterseite Kontaktelemente aufweist, die den Kontaktelementen auf der Oberseite der zuerst
genannten Membran (18) gegenüberliegen und daß auf dieser zweiten Membran die Deckschicht
(22) aus einem Elastomer aufliegt.
5. Schalteranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß das Loch/die Löcher (16) in der/den Zwischenschichten)
(14) einen Durchmesser von einer Größe aufweist/aufweisen, durch die ein stiftförmiges
Betätigungselement (26), z. B. ein Bleistift, für die - Betätigung je einer Kontaktstelle
oder eines übereinanderliegenden Kontaktstellenpaares erforderlich ist.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
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