DE2541231A1

DE2541231A1 - Schalteinrichtung und verfahren zu ihrer herstellung

Info

Publication number: DE2541231A1
Application number: DE19752541231
Authority: DE
Inventors: Wendell C Johnson
Original assignee: Xerox Corp
Current assignee: Xerox Corp
Priority date: 1974-09-23
Filing date: 1975-09-16
Publication date: 1976-04-08
Also published as: SU609490A3; JPS5160967A; US3968336A; GB1520899A; FR2285697B1; US3979568A; IT1042753B; CH600529A5; BE833459A; FR2285697A1; NL7511164A; US3969595A; CA1045664A; US3950846A

Description

PATENTANWÄLTE A. GRUNECKER

DIPL.-ΙΝβ.

H. KINKELDEY V H I 4 3 1 W. STOCKMAlR

DR.-INS. · AeE(CAUTECH)

K. SCHUMANN

DR. RER..NAT. · DIPL..-PHYS.

«, P. H. JAKOB

DIPL.-INQ.

G. BEZOLD

DR. RER NAT. · DIPt-.-CHEM.

MÜNCHEN

E. K. WEIL

DR. RER. OEC INQ.

LINDAU

MÜNCHEN 22

MAXIMILIANSTRASSE 43

16. September 1975 P 9586

XEROX COEPORATION

Xerox Square, Rochester, New York 14-644-, USA

Schalteinrichtung
und Verfahren zu ihrer Herstellung

Die Erfindung betrifft eine Schalteinrichtung und bezieht sich ebenfalls auf ein Verfahren zu ihrer Herstellung. Die Erfindung bezieht sich weiterhin auf eine Mehrfach-Schalteinrichtung, welche zwei federähnliche Schaltelemente aufweist, die in einer Tandem-Anordnung angeordnet sind, wobei jedes Schaltelement mit seinem metallischen Träger ein Stück bildet. Der zentrale Bereich von jedem der Schaltelemente ist

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TELEFON (OSB) 22SB 62 TELEX O5-2938O TELEGRAMME MONAPAT

auch durch eine Mehrzahl von Schlitzen festgelegt, welche in dem Träger ausgebildet sind, wobei die Länge und die Verlagerung der Schlitze die Kraft-Verlagerungs-Charakteristik jedes Schaltelementes festlegt und demgemäß auch für die Tandem-Anordnung. Das oberste Schaltelement bewegt sich abitfärts, bis es eine erste Schaltfunktion hervorruft, wonach eine weitere Bewegung des obersten Schaltelementes eine Bewegung des zweiten Schaltelementes herbeiführt derart, daß eine zweite Schaltfunktion ausgeübt wird.

Der bewegbare Kontakt kann ein integrales Teil eines metallischen Trägersubstrats sein, d.h., kann damit aus einem Stück bestehen, und er kann oberhalb des Trägersubstrats durch eine Vielzahl von federähnlichen Stützbeinen gehalten sein, welche durch die gekrümmten Schlitze ausgebildet sind, wobei die Beine auch ein Stück mit dem Trägersubstrat bilden. Die Stützbeine erstrecken sich in radialer Richtung von dem bewegbaren Kontakt nach außen und berühren das Substrat und den bewegbaren Kontakt an Punkten, die auf gleichmäßigen Abständen liegen. Der bewegbare Kontakt fluchtet mit entweder einem stationären Kontakt oder mit einem weiteren bewegbaren Kontakt und einem stationären Kontakt, um entweder eine einfache oder eine mehrfache Schaltoperation auszuführen. Diese Art einer Schalteinrichtung kann auch dazu verwendet werden, entweder als Berühlungsschalter oder als kapazitiver Schalter zu dienen. Eine Mehrzahl solcher Schalteinrichtungen können auf dem Träger hergestellt werden, wodurch die Schalteinrichtung insbesondere zur Verwendung in einem Tastenfeld besonders gut geeignet wird. Ein Teil jedes Stützbeines kann in der Weise dünner ausgebildet sein, daß eine negative Kraft-Verlagerungs-Charakteristik geschaffen wird, wodurch ein Schalter entsteht, bei welchem eine gate Tast-Rückführsignal-Anzeige gewährleistet ist.

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Eine oder mehrere der Schalteinrichtungen werden dadurch hergestellt, daß eine oder mehrere Gruppen von gekrümmten, nicht miteinander verbundenen, sich in radialer Richtung erstreckenden Schlitzen in einem metallischen Substrat ausgebildet werden, daß die Stützbeine plastisch verformt werden, welche durch die Schlitze festgelegt werden, indem eine Dehnung über ihre Elastizitätsgrenze hinaus erfolgt, und dann kann gegebenenfalls eine Ausscheidungshärtung der fertiggestellten Anordnung herbeigeführt werden. Die Schlitze können durch eine Photomaskierungstechnik erzeugt werden, wonach mit Säure geätzt wird, wobei die Ätzung von beiden Seiten des metallischen Trägers aus erfolgen kann. Um eine Bewegung des zentralen Bereichs des bewegbaren Kontaktes an der Ebene des Trägersubstrats vorbei zu ermöglichen, wird ein Teil jedes Stützbeins dünner ausgebildet, bevor die Stützbeine plastisch verformt werden.

Bisher bestanden die meisten Tastaturen oder Tastenfelder aus einer Anordnung von Schaltern, die eine Mehrzahl von diskreten Bauelementen aufwiesen, die derart miteinander vereinigt waren, daß eine verhältnismäßig komplexe elektromechanische Verbindung vorhanden war. Normalerweise haben solche Schalter ein Bauteil wie einen Stift od.dgl., der dann, wenn er niedergedrückt wird, einen elektrischen Kreis vervollständigt oder schließt. Im allgemeinen wird eine diskrete Feder, welche beim Niederdrücken des Stiftes zusammengedrückt wird, dazu verwendet, den Stift in seine normale Stellung zurückzubringen.

Solche Tastaturen oder Tastenfelder, welche diskrete Bauteile haben, die in entsprechender Weise miteinander vereinigt sind, um eine elektromechanische Verbindung zu schaffen, haben sich bisher nicht als zufriedenstellend erwiesen. Ein Grund besteht darin, daß die Anbringung einzelner Stifte oder Tasten, Federn

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und Hebel eng benachbart zeitaufwendig und mühsam ist. Außerdem haben solche Tastaturen eine fragwürdige Zuverlässigkeit, und zwar aufgrund der großen Anzahl von mechanischen Elementen, die für jeden Schalter erforderlich sind, und aufgrund der Abnutzung, welche diesen mechanischen Elementen eigen ist. Außerdem liegen die Kosten für solche Tastaturen oder Tastenfelder verhältnismäßig hoch.

Um die Probleme im Zusammenhang mit Tastaturen oder Tastenfeldern zu überwinden, welche Schalter mit diskreten Bauteilen verwenden, ist versucht worden, die Schalter in großen, verhältnismäßig flachen, plattenähnlichen Bänken zusammenzufassen. Eine solche Tastatur bzw. ein solches Tastenfeld ist in der US-PS 3 600 528 beschrieben, wo eine Mehrzahl von bewegbaren Kontaktelementen auf einer Platte bzw. einem Blech aus gehärtetem Berylliumkupfer ausgebildet sind. In einer beschriebenen Ausführungsform haben die bewegbaren Kontaktelemente eine feste bzw. massive flache Mitte, welche mit einer Vielzahl von speichenartigen Fingern ausgestattet ist, die sich in radialer Richtung nach außen erstrecken, um einen nachgebenden Kontakt mit einem ringartig ausgebildeten festen Kontaktelement zu bilden, welches auf einer gedruckten leiterplatte ausgebildet ist. Jede Taste ist durch Abstandsstücke festgelegt, welche sich zwischen dem festen Kontakt und dem beweglichen Kontakt erstrecken. Durch diese Anordnung wird erreicht, daß dann, wenn ein abwärts gerichteter Druck gegen den festen Mittenbereich wirkt, die Speichenbeine, welche diesem Bereich zugeordnet sind, durchgebogen werden, während der Mittenkontakt sich in spiralförmiger Weise senkrecht zu den festen Kontaktelementen der gedruckten leiterplatte bewegt. Dadurch wird erreicht, daß ein Schleifkontakt zwischen dem bewegbaren Kontaktelement und dem festen Kontaktelement darunter hergestellt wird, und dieser Kontakt wird mit einem Minimum an Kosten hinsichtlich Zusammenbau und Material erreicht.

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Die relativ flache Bank von Schaltern, welche durch die Anordnung nach der US-PS 3 600 528 gebildet wird, ist aus einer Anzahl von Gründen nicht zufriedenstellend. Erstens erfordert die Herstellung der Mehrzahl von speichenähnlichen Fingern jedes Kontaktelenentes einen nennensv/arten Aufwand beim Ätzen oder Stanzen, um einen sehr großen Teil zwischen diesen fingerartigen Elementen von der Metallschicht zu entfernen· Typischerweise müssen vier Sätze von vier speichenartigen Beinen geätzt werden, um jedes bewegbare Kontaktelement auszubilden. Offensichtlich ist die Herstellung dieser Tastatur kompliziert und teuer. Da außerdem nur ein sehr kleiner Teil der Metallplatte oder des Metallblechs als bewegbarer Kontakt ausgenutzt wird, ist dieser Kontakt nur schwach abgestützt und daher gegen Versagen anfällig, wenn er wiederholt niedergedrückt wird. Um diese Schwäche teilxireise zu überwinden, werden die Kontaktelemente oberhalb der gedruckten Leiterplatte durch ein Gitter von Abstandselementen unterstützt, was zusätzliche Kosten verursacht und die Anordnung insgesamt komplizierter werden läßt. Außerdem liefern die bewegbaren Kontakte keinen guten Schleifkontakt mit den stationären Kontakten, da anzunehmen ist, daß nur eine leichte Drehung des bewegbaren Kontaktes ausgeführt wird, wenn er niedergedrückt wird. Außerdem ist eine solche Tastatur nicht 3eLcht für "Vielfach-Schaltoperationen zu modifizieren.

Andere elektromechanisehe Schalter sind hergestellt worden, indem ein Muster von Öffnungen in ein elektrisch leitendes Blech oder eine elektrisch leitende Platte eingeschnitten wurde. Die US-PS 3 697 711 lehrt die Verwendung von Kreisbogen, um einen flexiblen Schalter herzustellen, und zwar ebenso wie die US-PS 3 4-67.923· Diese Schalter führen jedoch nicht zu einem ausreichend nachgiebigen bewegbaren Element, wie es für die Schalter einer Tastatur oder eines Tastenfeldes erforderlich ist. In der US-PS 3 594· 522 werden eine Vielzahl von kontinuierlichen Spiralleitern verwendet, und zwar in einem Schalter mit einer elastischen Membran, wobei die Spiralleiter mit einer zentralen Stütze verbunden sind. Der kontinuierliche spiralförmige

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Weg :sfc' sehr flexibel, da er nur an einem Punkt abgestützt ist, und würde daner wiederholtem Niederdrücken nicht standhalten können, wie es für einen Taster erforderlich ist bzw. für einen Schalter erforderlich ist, der in einem Tastenfeld eingesetzt werden soll.

In einigen Schaltern der oben diskutierten Art wird das Schliessen des elektrischen Kreises durch einen mechanischen Kontakt zwischen zwei Kontaktelementen erreicht. In einer weiteren Art eines Sehalters wird eins Metallplatte zu zwei getrennten, elektrisch angeschlossenen stationären Platten bewegt, um eine Veränderung in der kapazitiven Kopplung zwischen jeder der stationären Platten und der bewegbaren Platte hervorzurufen, so daß dadurch eine kapazitive Schaltwirkung erreicht wird. Da die zwei getrennten Platten, die an eine elektrische Energieversorgung angeschlossen sind, mit der bewegbaren Platte wie in Reihe liegende Kondensatoren arbeiten, ist die Veränderung in der kapazitiven Kopplung sehr klein. Es sind Versuche unternommen worden, kapazitive Schalter zu verwenden, in welchen eine geladene Elektrode des Kondensators in Richtung auf die andere geladene Elektrode des Kondensators bewegt wird. Während diese Anordnung eine größere kapazitive Kopplung gewährleistet, als es bei der Verwendung von Kondensatoren in Reihe der Fall .ist, ist es bisher nicht möglich gewesen, eine Leitung an ein bewegbares Element in einer Tastatur anzuschließen, weil beispielsweise das Erfordernis des hinreichend kleinen Abstandes herkömmlicher Tastaturen nicht erfüllt werden konnte.

Es gibt viele Anwendungsfälle für Schreibmaschinen und andere Dateneingabeeinrichtungen, für die eine Mehrfach-Schaltoperation erwünscht ist. Beispielsweise ist in der US-PS 3 780 846 eine Mehrfach-Schaltanordnung beschrieben, welche einen Tastenhebel verwendet, der zwei Kontaktpunkte hat, wobei weiterhin ein erstes und ein zweites Federelement vorhanden sind und ein erster und ein zweiter Tastenschalter vorhanden ist, die räumlich ent-

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lang der Längsachse des Tastenhebels angeordnet sind. Eine anfängliche Bewegung des Tastenhebels bewirkt, daß der erste Tastenschalter geschlossen wird, und ein weiteres Niederdrücken des Tastenhebels bewirkt, daß der zweite Tastenschalter geschlossen wird.

Die Yerwendung von zwei diskreten Federn und zwei diskreten Schaltern läßt die Vielfach-Schaltanordnung in der Herstellung teuer werden. Außerdem führt die Längsverlagerung der Tastenschalter dazu, daß die Tastatur unförmig groß wird. Weiterhin liefert die Vielfach-Schaltanordnung, wie sie oben beschrieben wurde, kein zufriedenstellendes mechanisches Sensor-Rückführsignal über die Fingerspitzen einer Bedienungsperson, um dem Bedienungspersonal eine Anzeige zu liefern, daß eine oder beide der Schaltfunktionen ausgeführt wurden.

Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung ist das bewegbare Schaltelement-dazu geeignet, eine stabile Stellung oder eine Normalstellung in einer Ebene einzunehmen, welche im wesentlichen parallel zu der Ebene des Substrats liegt, ^eäjoch. auf Abstand davon angeordnet ist. Das zentrale Schaltelement oder der zentrale Schaltteil wird durch Stützbeine gehalten, welche mit dem zentralen Schaltteil und dem Metallsubstrat oder der Metallschicht ein Stück bilden. Das auf diese Weise ausgebildete Schaltelement liefert ein ausgezeichnetes Sensor-Rückführgefühl oder -signal durch die Fingerspitzen einer Bedienungsperson, so daß die Bedienungsperson sagen kann, wann eine Taste ausreichend niedergedrückt ist, um den gewünschten elektrischen Schaltvorgang auszulösen. Somit muß die Bedienungsperson nicht diejenige elektrische Schaltwirkung abtasten, welche auf dem mechanischen Kontakt mit einem anderen Schaltelement beruht oder welche durch das Erreichen eines harten Anschlages signalisiert wird.

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Aufgabe der Erfindung ist es, eine elektrische Schalteinrichtung der oben erläuterten Art zu schaffen, welche auch insbesondere dann außerordentlich einfach herzustellen und zusammenzubauen ist und zugleich eine besonders hohe Zuverlässigkeit gewährleistet, wenn die Einrichtung in einem Tastenfeld eingebaut wird und Mehrfach-Schaltoperationen ausführen soll.

Zur Lösung dieser Aufgabe dienen die im Patentbegehren niedergelegten Merkmale.

Gemäß der Erfindung ist der Vorteil erreichbar, daß ein Planaranordnung von wesentlich verbesserten Schalteinrichtungen ermöglicht wird.

Gemäß der Erfindung werden auch die oben aufgezeigten Nachteile bei der Herstellung von Planar-Tastatursehaltern überwunden.

Weiterhin lassen sich mit der erfindungsgemäßen Anordnung Mehrfaeh-Schaltfunktionen besonders leicht und vorteilhaft ausführen.

Weiterhin können mit der erfindungsgemäßen Einrichtung Mehrfach-Schaltfunktionen mit einer minimalen Anzahl von Teilen auf engstem Raum ausgeführt werden.

Weiterhin können gemäß der Erfindung Mehrfach-Schaltfunktionen von einer oder von mehreren Tasten ausgeführt werden.

Weiterhin wird gemäß der Erfindung eine Schalteinrichtung geschaffen, welche ein verbessertes Sensor-Ruckführ- und ein verbessertes Tastgefühl vermittelt. Außerdem wird gemäß der Erfindung ein besonders vorteilhaftes Verfahren zur Herstellung einer solchen Schalteinrichtung angegeben.

Weiterhin ist gemäß der Erfindung der Vorteil erreichbar, daß eine Schalteinrichtung mit einer veränderbaren Kraft-Verlagerungs-Charakteristik ermöglicht wird.

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Weiterhin ist gemäß der Erfindung die Kraft -'Verlagerungs-Charakteristik: auch steuerbar.

Die erfindungsgemäße Schalteinrichtung erweist sich insbesondere zur Anwendung in einem Tastenfeld mit einer Vielzahl von Tasten oder Schaltern als zweckmäßig, da sie äußerst zuverlässig ist und nur geringen Raum erfordert.

Eine gemäß der Erfindung aufgebaute Tastatur ist äußerst einfach und mit einem Minimum an Kosten herstellbar.

Die gemäß der Erfindung erreichbaren Torteile werden insbesondere dadurch erzielt, daß ein bewegbares Schaltelement oder ein Element vorgesehen wird, welches mit einem dieses Element umgebenden Substrat ein Stück bildet und koplanar zu diesem Substrat angeordnet ist, wenn das be*vfegbare Schaltelement in seinem nicht niedergedrückten Zustand oder seinem Normalzustand ist. Das erfindungsgemäße Schaltelement zeichnet sich durch einen Satz von nicht miteinander verbundenen kurvenförmigen Schlitzen oder Öffnungen aus, die von einem zentralen Tastbereich des Schaltelementes aus sich im wesentlichen in radialer Richtung erstrecken. Die Schlitze können in dem Metall— substrat mit einer Technik hergestellt werden, wie sie zur Herstellung von gedruckten Leiterplatten üblich ist. Die sich in radialer Richtung erstreckenden und nicht miteinander verbundenen gekrümmten oder kurvenförmigen Schlitze können Abschnitte einer Spirale sein, wobei zumindest einige dieser Abschnitte sich gegenseitig überlappen. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die kurvenförmigen Schlitze Kreisvolventen, welche um den (jeden der) zentralen Tastenbereich(e) herum in gleichmäßigen Abständen angeordnet sind. Eine Einstellung der Federkraft des Schalters wird durch Einstellung der Länge der kurvenförmigen Schlitze oder dadurch erreicht, daß die inneren Enden der Schlitze sich weiter in den zentralen Tastenbereich hineinerstrecken. Der zentrale Tastenbereich kann mit einer

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tiefung ausgestattet sein, wenn der bewegbare Kontakt dazu verwendet wird, ein mechanisches Schließen auszuüben.

Eine Mehrzahl von bewegbaren Schaltelementen können auf einem einsigen Metallsubstrat ausgebildet werden, und das verwendete Substrat kann als Bauteil eines Tastenfeldes dienen. Jedes der bewegbaren Schaltelemente würde benachbart zu einem weiteren Eontakt angeordnet, um entweder eine mechanische oder eine kapazitive Schaltwirkung hervorzurufen. Indem die länge der kurvenförmigen Schlitze und die Anordnung ihrer inneren Enden entsprechend eingestellt werden, kann erreicht werden, daß verschiedene Schalter des Substrats verschiedene Federkräfte haben· Das Metallsubstrat kann auf einem nichtmetallischen Substrat aufgebracht sein, beispielsweise auf einer Leiterplatte für eine gedruckte Schaltung, wobei Bereiche des Substrats entfernt v/erden, um die bewegbaren Schaltelemente elektrisch voneinander zu isolieren und um elektrische Verbindungen dazwischen herzustellen.

Eine nach der Erfindung aufgebaute Tastatur eignet sich gut für die Ausführung von Vielfaeh-Schaltoperationen. Indem zwei benachbarte Metallsubstrate vorgesehen v/erden, von denen jedes ähnlich angeordnete, nicht miteinander verbundene, kurvenförmige Schlitze aufweist, die von zentralen Tastenbereichen aus sich im wesentlichen radial erstrecken, kann mehr als eine Schaltwirkung beim Niederdrücken von einem der zentralen Tastenbereiche der obersten leiterplatte ausgeführt werden. Dies ist möglich, weil die große Flexibilität, die durch die bewegbaren Schalter oder Tasten gemäß der Erfindung gewährleistet ist, ihnen die Möglichkeit gibt, eine große Strecke zurückzulegen, bevor ihre Elastizitätsgrenze erreicht wird. Die Mehrfach-Schließvorgänge können eine Mehrfach-Schaltwirkung auf kapazitiver Basis hervorrufen oder auch eine Mehrfach-Schaltwirkung bei einem mechanischen Schaltvorgang oder aber eine Kombination zwischen einer kapazitive und einer mechanischen Schaltwirkung. Wo eine kapazitive Schaltung

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verwendet; wird, ist die kapazitive Kopplung größer als bei bekannten kapazitiven Schaltern, da beide Platten des Kondensators leicht mit Spannungsquellen verbunden werden können, wobei das bewegbare Schaltelement ein Potential über das metallische Substrat bekommt. Wenn beide Platten des Kondensators bewegt werden, wird dann, wenn eine vorgegebene Trennung dazwischen erreicht ist, die kapazitive Kopplung konstant bleiben, wenn auch eine weitere Bewegung beider Platten erfolgt.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung können zwei unter einer entsprechenden Kraft bewegbare Schaltelemente vorgesehen sein, und zwar in der V/eise angeordnet, daß axial fluchtend mit jedem Element eine Rückstellfeder vorhanden ist, welche das Element nach Abschalten der Kraft in seine Ausgangsstellung zurückbringt. Jedes der Schaltelemente zeichnet sich durch eine Mehrzahl von Schlitzen aus, die in einem kontinuierlichen metallischen Träger ausgebildet sind. Die Schlitzanordnung liefert einen flexiblen und aus ein-em Stück gebildeten Schalter, welcher es gestattet, daß das oberste Schaltelement und insbesondere ein zentraler Bereich desselben in Richtung auf die Ebene des metallischen Trägers und sogar daran vorbei bewegt werden kann, welcher das untere Schaltelement bildet.

Die Mehrfach-Schalterschließvorgänge können eine Vielzahl von kapazitiven Schaltwirkungen auslösen oder auch eine Mehrzahl von mechanischen Schaltwirkungen oder eine Kombination aus kapazitiven und mechanischen Schaltwirkungen. Bei einer kapazitiven Schaltwirkung ist die kapazitive Kopplung größer als bei herkömmlichen kapazitiven Schaltern, da eine bewegbare Platte des kapazitiven Schalters leicht mit einer Spannungsquelle verbunden werden kann, und zwar über die metallische Trägerbasis. Da weiterhin beide Platten des kapazitiven Schalters bewegt werden können, sobald eine vorgegebene Trennung dazwischen erreicht ist,

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bleibt die kapazitive Kopplung auch dann konstant, wenn eine weitere Bewegung beider Platten erfolgt, woraus sich eine zuverlässige Schaltwirkung gewährleisten läßt.

Gemäß einein weiteren Merkmal der Erfindung werden die obengenannten Vorteile weiterhin durch eine Schalteinrichtung erreicht, welche ein bewegbares Schaltelement aufweist, das ein Stück eines planaren, metalliaiien Trägersubstrats bildetj jedoch einen zentralen lastenbereich hat, welcher von dem Substrat entfernt angeordnet ist. Der zentrale Tastenbereich wird· durch eine Mehrzahl von kurvenförmigen Stützbeinen gehalten, welche sich von dem zentralen Tastenbereich des Schaltelementes aus im wesentlichen radial nach außen erstrecken. Die Stützbeine und der zentrale Tastenbereich werden aus eineer metallischen Substratfläche gebildet und bleiben als ein Stück damit verbunden. Vorzugsweise sind die Stützbeine auf gleichmäßigen Abständen um den zentralen Tastenbereich herum angeordnet und berühren das Trägersubstrat an Punkten, welche gleiche Abstände haben. Der zentrale Tastenbereich fluchtet mit einem festen Kontakt oder einem weiteren beweglichen Kontakt, um die gewünschte Schaltfunktion auszuführen.

Eine veränderbare Kraft-Verlagerungs-Charakteristik wird dadurch erreicht, daß der zentrale Tastenbereich von dem metallischen Trägersubstrat aus in der.Weise verlagert wird, daß der zentrale Tastenbereich eine Ebene einnimmt, Vielehe im wesentlichen parallel zu der Ebene des Substrats angeordnet ist. Die Verlagerung wird dadurch erreicht, daß zunächst eine Vielzahl von nicht miteinander verbundenen, kurvenförmigen, sich in radialer Richtung erstreckenden Schlitzen in dem Substrat ausgebildet wird und daß dann das Substrat in eine entsprechend ausgebildete Form eingelegt wird und weiterhin der zentrale Tastenbereich solange gedrückt wird, bis die Beine bzw. Stützbeine (welche durch die Schlitze gebildet werden) den zentralen Tastenbereich in einer Stellung halten, in welcher die Stützbeine über

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ilire Elastizitätsgrenze hinaus gedehnt sind. Wenn die Stützbeine auf diese Weise über ihre Elastizitätsgrenze hinaus gedehnt sind, nimmt der zentrale Tastenbereich eine stabile Lage oder eine Normalstellung ein, in v/elcher er sich in einer Ebene befindet, die im wesentlichen parallel zu der Ebene des Substrats liegt, jedoch aus dieser Ebene herausgehoben ist. Der Abstand zwischen den zwei Ebenen und die Dicke der Stützbeine bestimmen die Kraft-Verlagerungs-Charakteristik: des bewegbaren Schaltelementes. Die Kraft-Verlagerungs-CharakteristiE kann modifiziert werden, und zwar in der Weise, daß ein härteres oder steiferes Tastgefühl entsteht, d.h., eine steilere Kraft-Verlagerungs-Charakteristik-Kurve, indem die Schaltelemente in entsprechender Weise gehärtet werden.

Wenn beispielsweise ein nach unten gerichteter Druck auf den zentralen Tastenbereich wirkt, ist es erwünscht, daß der zentrale Tastenbereich sich abwärts bewegt, bevor die Stützbeine sich abwärts bewegen. Um dies zu erreichen, ist ein kleiner Bereich jedes Stützbeins dünner ausgebildet als der übrige Teil dieses Stützbeins. Dies ermöglicht es, daß der zentrale Bereich fortschreitet oder sich nach unten bewegt, bevor ein nennenswerter Anteil jedes Stützbeins sich nach unten bewegt, so daß dadurch die gewünschte Kraft-Verlagerungs-Charakteristik und die erforderliche Schaltfunktion gewährleistet werden.

Es sei darauf hingewiesen, daß auch eine Vielzahl solcher durch Stützbeine abgestützter Schaltelemente auf einem metallischen Substrat aufgebracht sein könnten und daß das Substrat als Bauteil der Tastenfeldanordnung verwendet werden kann. Die zentralen Tastenbereiche jedes Schaltelementes des Tastenfeldes wurden in einer Ebene liegen, welche im wesentlichen parallel zu der Ebene des Substrats angeordnet ist. Es können mehrere solche Substrate verwendet werden» wobei die zentralen Tastenbereiche jeweils miteinander und mit einem festen Kontakt fluchten, so daß dadurch eine Vielfach-Schaltfunktion gewährleistet werden kann.

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Die Erfindung wird nachfolgend beispielsweise anhand der Zeichnung beschrieben; in dieser zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung einer Dateneingabeeinrichtung, welche ein Tastenfeld aufweist, das gemäß der Erfindung ausgebildete Schalter hat,

Fig. 2A und 2B jeweils eine Explosionsdarstellung einer bestimmten Ausführungsform eines Tastenfeldes, welches gemäß der Erfindung ausgebildet ist,

Fig. 20 eine perspektivische, vergrößerte Ansicht eines Ausschnitts der in Fig. 2B gezeigten Leiterplatte 19»

Fig. 3A eine Draufsicht auf einen Teil des in der Fig. 2 dargestellten Tastenfeldes,

Fig. 3B eine graphische Darstellung, welche die Form der Schlitze eines Teils des in der Fig. 3A dargestellten Tastenfeldes veranschaulicht,

Fig. 4 einen Querschnitt durch einen der Schalter des Tastenfeldes gemäß Fig. 2B in seiner Normalstellung,

Fig. 5 einen Querschnitt durch den Schalter gemäß Fig. 4-im niedergedrückten Zustand,

Fig. 6 einen Querschnitt eines kapazitiven Schalters gemäß der Erfindung,

Fig. JA und 7B jeweils eine Explosionsdarstellung einer Ausführungsform einer Tastatur für Mehrfachschaltung gemäß der Erfindung,

Fig. 8A einen Querschnitt durch ein Paar von Schaltelementen der Einrichtung gemäß Fig. 7A,

Fig. 8B einen Querschnitt durch eine Schalteinrichtung gemäß Fig. 7B,

Fig. 9A, B und C die Ausgangssignale, welche von den Einrichtungen gemäß Fig. 8A und 8B erzeugt werden,

Fig. 10 die Kraft-Verlagerungs-Kurve für die Einrichtungen gemäß Fig. 8A und 8B,

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j. 11 einen Querschnitt durch eine Abwandlung der Einrichtung gemäß Fig. SB,

Fig. 12 einen Querschnitt durch eine weitere Ausführungsforni einer Vielfach-Schalteinrichtung,

Fig. 13 die Kraft-Verlagerungs-Charakteristik der Einrichtung gemäß Fig. 12,

Fig.14A eine Draufsicht auf einen Teil der Einrichtung gemäß Fig. 2, wobei ein weiterer Aspekt der Erfindung eingeschlossen ist,

Fig.14B einen Querschnitt durch die Einrichtung der Fig.14-A entlang der Linie 14-14,

Fig.15A eine Draufsicht auf Schaltelemente gemäß Fig. 14 während einer Herstellungsstufe derselben,

Fig.i5B eine Seitenansicht der Schaltelemente der Fig. 15A während einer nachfolgenden Herstellungsstufe derselben,

Fig. 15c die Form der Schlitze gemäß Fig. 15-Ä·,

Fig. 16 die Kraft-Verlagerungs-Charakteristik der Schaltelemente der in den Fig. 14A und 14B dargestellten Einrichtungen,

Fig. 17 die Kraft-Verlagerungs-Charakteristik der Einrichtung nach den Fig. 14A und 14B, wenn solche Einrichtungen in einem Tandembereich verwendet werden, wie es in der Fig. 7B dargestellt ist, und

Fig. 18 eine perspektivische Darstellung eines Schaltelementes nach den Fig. 14A und 14B.

In der Fig. 1 ist eine Dateneingabe einrichtung 10 dargestellt, beispielsweise eine Schreibmaschine, eine Rechenmaschine oder eine Außenstelle einer elektronischen Datenverarbeitungsanlage, in welcher die Erfindung verwendet werden kann. Die veranschau-

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liclate Einrichtung weist eine Tastenfeldplatte 12 auf, die eine Vielzahl von Tasten 14- hat, welche in einer zweckmäßigen Weise so angeordnet sind, daß sie vom Bedienungspersonal mit den Fingerspitzen niedergedrückt werden können, um auf diese Weise die erforderlichen Daten in die Dateneingabeeinrichtung eingeben zu können. Jede Taste hat einen Stempel 15 > welcher gestrichelt dargestellt ist und welcher mit der beweglichen Taste oder den Schaltelementen, die zu beschreiben sind, in Berührung kommen würde oder benachbart dazu angeordnet wäre. Die Dateneingabeeinrichtung 10 kann auch eine allgemein bei 16 dargestellte Schiene für einen Abstand oder einen Zwischenraum aufweisen.

Das Tastenfeld 12 gemäß Fig. 1 ist in der Fig. 2A im einzelnen in einer Explosionsdarstellung veranschaulicht. Das Tastenfeld weist eine Isolierplatte 18 auf, in welcher eine Vielzahl von öffnungen 20 ausgebildet sind. Unter der. Deckplatte 18 ist ein dünnes, kontinuierliches Metallblech oder ein Substrat 22 angeordnet, vorzugsweise aus Berylliumkupfer, und zwar mit einer Dicke von etwa 0,25 mm, wobei darin eine Mehrzahl von bewegbaren Schaltelementen wie 25 ausgebildet sind. Der Aufbau der bewegbaren Schaltelemente 25 und als Beispiel ein Verfahren zu ihrer Herstellung werden nachfolgend im einzelnen erläutert. Unmittelbar unter dem Blech 22 und vorzugsweise damit in Berührung ist eine flache Isolierplatte 26 angeordnet, welche aus einem herkömmlichen Isoliermaterial wie Mylar hergestellt sein' kann. In der Platte 26 sind eine Mehrzahl von Öffnungen 28 angebracht. Das Blech bzw. die Platte 22 und die Platte 26 können fest miteinander verbunden sein oder ein Stück bilden, beispielsweise wie in einer gedruckten Leiterplatte, wobei die Oberseite der Isolierplatte mit einer dünnen Metallbeschichtung (0,25 mm dick) versehen ist, welche beispielsweise aus einer Berylliumkupferlegierung besteht. In einem solchen Falle würde gemäß Fig. 2B die Beschichtung 22a auf der gedruckten Leiterplatte 19 geätzt, um eine Mehrzahl von koplanaren me-

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tallisierten Bereichen 23 zu "bilden, von denen jeder ein bewegbares Schaltelement 25' aufweist, welches darin ausgebildet ist, und einen Leiter 27, welcher da hinführt, wobei die Leiter an (nicht dargestellte) Anschlüsse geführt sind, um die Schaltelemente 25' auf einem gewünschten Potential zu halten. Die Isolierplatte hat eine Öffnung 28', welche unter jedem der Schaltelemente 25' gestrichelt dargestellt ist. Der Aufbau der Schaltelemente 25' ist derselbe wie bei den Schaltelementen 25, mit der Ausnahme, daß die letzteren in einem einzigen Substrat 22 ausgebildet sind*

Gemäß Fig. 2A fluchten die Öffnungen 20 und die Öffnungen 28 jeweils mit einem anderen der bewegbaren Schaltelemente 25 der Platte bzw. des Blechs 22. Unterhalb der Isolierplatte 26 und vorzugsweise in Berührung damit ist eine Schaltungs- oder Kontaktplatte 30 angeordnet, die eine herkömmliche gedruckte Leiterplatte sein kann. Stationäre metallische Tasten oder Kontakte 32 werden beispielsweise durch Ätzen auf dem isolierenden Substrat 34 der gedruckten Leiterplatte 30 ausgebildet, und jeder dieser Kontakte fluchtet mit einer Öffnung 28, einem bewegbaren Schaltelement 25 tmd einer Öffnung 20, wie es in der 3?ig.2B dargestellt ist, wobei der Leiter 33 für jeden der Kontakte bzw. jede der Kontakttasten 32 vorhanden ist. Die Platte 18, die Metallplatte bzw· das Metallblech 22, die Isolierplatte 26 und die gedruckte Leiterplatte 30 bilden eine Sandwich-Anordnung, welche außerordentlich kompakt ist und nur eine dünne Oberschicht der Einrichtung 10 einnimmt.

Eine Draufsicht auf einen Seil der Platte 22 ist in der Fig.3A dargestellt. Jedes bewegbare Schaltelement 25 weist einen zen~ tralen Kontaktbereich 36 auf, welcher von einer Gruppe von nichtverbundenen Kurvenschlitzen 40 umgeben ist. Die Schlitze 40 erstrecken sich radial nach außen, vorzugsweise in einem stetig zunehmenden Maß, und zwar von den mittleren Bereichen 36 aus. Die Schlitze 40 können in der Form einer Spirale angeordnet sein und gehen vorzugsweise von Punkten aus, welche sowohl einen gleichmäßigen Abstand um den Umfang der Zentralbereiche 16

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herum haben als auch äquidistant von dem zentralen Abschnitt 42 der zentralen Bereiche 36 angeordnet sind. Wenn die bewegbaren Schaltelemente 25 als Kontaktschalter verwendet werden sollen, kann jeder der zentralen Bereiche 42 in der Form einer Vertiefung ausgebildet sein, welche sich nach unten in Richtung auf die gedruckte leiterplatte 3° erstreckt. Vorzugsweise sind die Schlitze 40 Kreisvolventen, welche dreimal auf 120-Grad-Intervallen um die zentralen Bereiche 36 herum wiederholt sind. Die Evolventen würden X- und Y-Abmessungen haben, welche den folgenden Formeln genügen: X = r_Q (sin 0-0 cos 0) und Y = r_Q (cos 0+0 sin 0), wobei r der Abstand von dem zentralen Abschnitt 42 zu dem Anfang jeder Spirale und der Winkel 0 von dem Punkt gemessen werden, an welchem jede der Spiralen beginnt, wie es in der Fig. 3B dargestellt ist.

Gemäß Fig. 3A sind benachbarte Schlitze 40 äquidistant zueinander angeordnet, wo sie benachbart zueinander liegen. Weiterhin ist aus der Fig. 3A ersichtlich, daß jedes der Schaltelemente 25 durch drei Schlitze 40 festgelegt ist, wobei jeder der Schlitze 40 0,5 mm breit ist und sich jeweils über etwa 325 Grad vom Anfang zum Ende erstreckt, so daß eine Anordnung entsteht, in welcher die drei Schlitze 40, welche jedes Schaltelement festlegen, Bereiche oder Abschnitte haben, die jeweils benachbart zueinander liegen und auf gleichem Abstand voneinander angeordnet sind, und zwar über Bereiche 44, welche auf gleichmäßigem Abstand um den zentralen Bereich 36 herum angeordnet sind. Das innere Ende jedes Schlitzes 40 kann nach innen oder nach außen erstreckt sein, d.h., r kann vermindert oder vergrößert sein, oder das äußere Ende jedes Schlitzes 40 kann nach außen oder nach innen erstreckt sein, um eine unterschiedliche Federkraft für die Schaltelemente 25 zu erreichen, d.h., eine größere oder eine kleinere Kraft, um das Schaltelement 25 über ein vorgegebenes

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Stück zu bewegen. Falls es erwünscht ist, können verschiedene Schaltelemente 25 unterschiedliche Federkraft haben. Wenn es erwünscht ist, ein einziges Tastenelement zu haben, beispielsweise wie bei der Schiene 16, so daß verschiedene Schalter gleichzeitig betätigt werden, um zwei Sehaltfunktionen hervorzurufen und dennoch dieselbe Kraft-Verlagerungs-Charakteristik des Tastenelementes wie bei den anderen Tasten14 zu haben, würde die Schiene 16 durch zwei Stempel 15 getragen, wobei jeder mit einem anderen bewegbaren Schaltelement 25 in Berührung steht und wobei die Schlitze 4-0 dieser bewegbaren Schaltelemente ihre inneren Enden näher an den Mittelabschnitten 42 haben, so daß die zwei Schaltelemente, welche auf das Niederdrücken der Taste 16 ansprechen, diese Taste 16 in die Lage versetzen, daß sie eine Kraft-Verlagerungs-Charakteristik hat, welche der Charakteristik der anderen Tasten 14 ähnlich ist.

Bei der in der Fig. 2A veranschaulichten Ausführungsform kann gemäß den obigen Ausführungen die Platte 22 aus Berylliumkupfer mit einer Dicke von 0,25 mm sein. Weiterhin würden gemäß den obigen Ausführungen die Schlitze 40 etwa 0,5 mm breit sein und in einer Art ausgebildet sein, welche der Herstellung herkömmlicher gedruckter Leiterplatten entspricht, d.h. sie könnten nach einem chemischen Verfahren hergestellt sein. Vorzugsweise wäre da3 innere Ende jedes Schlitzes 40 etwa 4 mm von dem Mittelabschnitt 42 der zentralen Bereiche 36 entfernt, obwohl ein größerer Abstand ein Element hervorbringt, welches starrer ausgebildet ist (mit geringerer Federung), als es der bevorzugten Ausführungsform entspricht, während ein geringerer Abstand ein bewegbares Element entstehen läßt, welches weniger starr ist (stärker federt) als die bevorzugte Ausführungsform. Der Abstand zwischen Mittelabschnitten 42 beträgt vorzugsweise 2 cm.

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In einem als Beispiel angeführten herkömmlichen chemischen Verfahren zur Herstellung der Schlitze 4-0 wird ein Chromat-Gelatinematerial oder ein anderer photoempfindlicher Film zunächst auf beide Seiten der Platte 22 aufgebracht, die gemäß den obigen Ausführungen eine Berylliumkupferlegierung sein kann. Danach werden beide Seiten der Platte 22 mit einem photographischen Negativ des Schlitzmusters der Schaltelemente 25 maskiert, anschließend erfolgt eine Belichtung durch eine Strahlung mit einer Frequenz, die beispielsweise im ultravioletten Bereich liegt, durch welche der photoempfindliche Film eingestellt oder gehärtet wird, und zwar in solchen Bereichen, die der Bestrahlung ausgesetzt sind- Dabei muß dafür Sorge getragen sein, daß das Muster, welches auf eine Seite der Platte 22 projiziert wird, mit dem Muster deckungsgleich ist, welches auf die andere Seite der Platte 22 projiziert wird. Danach werden die nichtbelichteten Teile des Films abgelöst, beispielsweise mit Alkohol oder Methanol. Anschließend werden diejenigen Teile der Berylliumkupferschient, welche nicht durch den Film geschützt sind, von beiden Seiten mit Hilfe einer Säure abgeätzt, beispielsweise mit Salpetersäure, um die Schlitze 40 herzustellen. Danach wird der Rest des gehärteten Schutzfilms mit einem geeigneten Lösungsmittel entfernt. Anstatt des chemischen Verfahrens, wie es oben beschrieben wurde, kann das Schlitzmuster nach einem Schablonen-Ätzverfahren ausgebildet werden, beispielsweise wie bei einem Siebdruck, wobei irgendein Lack oder eine Glasur verwendet werden kann, um einen Schutzfilm zu erzeugen, wonach das Berylliumkupferblech geätzt wird. Das Ätzen des Berylliumkupferbleches zur Ausbildung des gewünschten Schlitzmusters kann auch nach einem Verfahren erfolgen, bei welchem von nur einer Seite der Berylliumkupferplatte durchgeätzt wird.

Die Arbeitsweise des Tastenfeldes gemäß der Erfindung läßt sich am besten anhand der Fig. 4·, 5 und 6 erläutern, in welchen ein Querschnitt durch einen der Schalter gemäß Fig. 2B

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dargestellt ist, welcher aus einem beweglichen Schaltelement 25' und einem stationären Kontakt 32 besteht. Aus der Fig. 4· ist ersichtlich, daß kein elektrischer Kontakt zwischen dem zentralen Abschnitt 36 des bewegbaren Kontaktelementes 25* und dem Kontakt 32 besteht. Wenn der zentrale Bereich 36 niedergedrückt wird, und zwar durch die Wirkung des Stempels 15» welcher durch die Kraft nach unten gedruckt wird, die auf die Taste 14- wirkt, welche mit diesem Stempel verbunden ist, bewegt sich der zentrale Abschnitt 36 gleichzeitig nach unten, und zwar in einer drehenden Weise in Richtung auf den Kontakt 32. Diese abwärts gerichtete Bewegung und Drehung werden durch die "Federwirkung" erreicht, welche von den Schlitzen 40 ermöglicht wird. Wenn der zentrale Bereich 36 niedergedrückt wird, werden die spiralförmigen Schlitze 40 in der Weise verdreht, daß Evolventen gebildet werden, welche annähernd die Form einer loxodromen Wendel haben, die auch als eine schräglaufende Wendel bezeichnet werden könnte, und zwar im niedergedrückten Zustand, wie es in der Fig. 5 veranschaulicht ist. Die Ausrichtung bzw. Anordnung der Schlitze 40, welche die loxodrome Wendel bilden, liefern eine nennenswerte Drehung des zentralen Bereiches 36 und erzeugen effektiv einen Schleifkontakt zwischen dem Abschnitt 36 und dem Kontakt 32, wenn diese sich treffen, wie es in der Fig. 5 dargestellt ist. Wenn sich daher der Abschnitt 36 und der Kontakt 32 treffen, wird über die Leitungen 33 und ein elektrischer Kreis geschlossen, wie es in der Fig. 2B dargestellt ist, um eine an diese Leitungen angeschlossene Schaltung zu erregen.

Wenn ein kapazitives Schalten verwendet wird, deckt gemäß Fig.6 ein Isolierstück 35 den Kontakt 32 ab. Wenn das Schaltelement 25* niedergedrückt wird, ist die Kapazität, welche zwischen dem zentralen Abschnitt 36 und dem Kontakt 32 vorhanden ist, wesentlich größer als dann, wenn sich das Schaltelement 25' in seiner Normalstellung befindet. Deshalb hat eine Schaltung, welche zwischen dem Schaltelement 25* und dem Kontakt 32 angeordnet ist,

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eine veränderbare Kapazität, welche von der Stellung des Abschnittes 36 und des Kontaktes 32 abhängt. Eine herkömmliche Kapazitatsveränderungs-Abtastschaltung kann dazu verwendet werden, diese Veränderung in der Kapazität zu ermitteln, um für die angeschlossene Schaltung einen Schaltvorgang zu liefern»

In der Fig. 7A ist das Tastenfeld 12 gemäß Fig. 1 in ^orm einer Explosionsdarstellung veranschaulicht, wobei ein Tandembereich von Schaltelementen verwendet wird. In gewisser Beziehung ähnlich wie bei dem Tastenfeld gemäß Fig. 2A weist dieses Tastenfeld eine Isolierplatte 18 auf, die -eine Mehrzahl von öffnungen 20 aufweist. Unter der Platte 18 ist eine erste, dünne, kontinuierliche Platte aus Metall angeordnet, welche mit 22 bezeichnet ist und eine Mehrzahl von bewegbaren. Schaltelementen 25 hat, die darin ausgebildet sind. ITnmibelbar unter der Platte 22 und vorzugsweise damit in Kontakt ist eine flache Isolierplatte 26 aus einem beliebigen herkömmlichen Isoliermaterial wie Mylar angeordnet, in welcher eine Mehrzahl von Öffnungen 28 ausgebildet sind. Unterhalb der Isolierplatte 26 und vorzugsweise in Berührung damit ist eine zweite, dünne, kontinuierliche Metallplatte oder ein Substrat 24 angeordnet, in welchem eine Mehrzahl von beweglichen Schaltelementen 25a ausgebildet sind. Die Schaltelemente 25a sind vorzugsweise in ihrem Aufbau identisch mit den Schaltelementen 25· Alle Abwandlungen, welche sich auf die Schaltelemente 25 beziehen, sind auch bei den Schaltelementen 25a anwendbar.

Unmittelbar unter der Platte 24· und vorzugsweise in Berührung damit ist eine zweite flache Isolierplatte 26' angeordnet, welche in ihrer Form und in ihrer Zusammensetzung mit der Platte 26 identisch sein kann und in welcher eine Mehrzahl von öffnungen 28a ausgebildet sind. Unter der Platte 26' ist eine herkömmliche gedruckte Leiterplatte 30 angeordnet, und zwar dieselbe wie in der Fig. 2A, welche metallische Kontakte oder

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Knöpfe 32 aufweist, die beispielsweise durch Ätzen auf ihrem isolierenden Substrat 34- hergestellt sind.

Gemäß Fig. 7A ist jede der Öffnungen 20, jede der Öffnungen 28 und 28" und jeder der Kontakte 32 in Deckung mit einem anderen, axial fluchtenden Paar der bewegbaren Schaltelemente 25 und 25a der Platten 22 bzw. 24. Wie aus der Fig. 7A und mit noch größerer Deutlichkeit aus der Fig. 8A ersichtlich ist, erfolgt die axiale Ausrichtung jedes Paares von Schaltelementen 25 und 25a entlang einer linie senkrecht zu jeder der Platten 22 und 24·. Die Platte 18, die Metallplatten 22 und 24-, die Isolierplatten 26 und 26' und die gedruckte Leiterplatte 30 wurden vorzugsweise eine sandwichartige Anordnung bilden, welche außerordentlich kompakt ist und nur eine dünne Oberschicht der Einrichtung 10 gemäß Fig. 1 einnimmt.

In der veranschaulichten Ausführungsform gemäß Fig. 7-A- können die Platten 22 und 24- aus Berylliumkupfer sein, welches eine Dicke von 0,25 mm aufweist. Gemäß den obigen Ausführungen sind die Einzelheiten der Schaltelemente 25a im Blech bzw. in der Platte 24- mit den in Verbindung mit der Platte 22 erwähnten identisch, einschließlich der Ausbildung der Schlitze 4-0.

In der Fig. 8A ist ein Querschnitt veranschaulicht, welcher durch einen Satz von axial fluchtenden Schaltelementen 25 und 25a in den Platten 22 und 24· der Vorrichtung gemäß Fig. 7A hindurchgelegt ist. Wenn sie für kapazitives Schalten verwendet werden, bedecken die dünnen Isolierschichten 50 und 51 vorzugsweise den Kontakt 32 und das bewegbare Schaltelement 25a jeweils in der Weise, daß ein Kurzschluß vermieden ist, wenn die Schaltelemente nach unten gedruckt werden. Mit der in der Fig. 8A dargestellten Anordnung können zwei Schaltfunktionen ausgeübt werden, wie es nachfolgend in Verbindung mit Fig. 9 erläutert wird, welche das elektrische Analogon der Einrichtung gemäß Fig. 8A veranschaulicht, d.h. zwei Kondensatoren in Reihe.

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Gemäß Fig. 7B und 8B können zwei Leiterplatten 50 und 52, welche ähnlich aufgebaut sind wie die Leiterplatte 19 gemäß Fig. 2B, benachbart zueinander angebracht sein, und zwar gemeinsam mit einer gedruckten Leiterplatte 5^, deren Kontakte 56 jeweils mit den beiden bewegbaren Schaltelementen 25" und 25"' der Leiterplatten 50 bzw. 52 fluchten. Die Schaltelemente 25" und 25"' können mit den Schaltelementen 25' identisch sein und vorzugsweise sind die Platten 50, 52 und 54· s.andwichartig miteinander verbunden. Aus der Fig. 8B ist ersichtlich, welche als Querschnitt durch einen Satz von Schaltern der Einrichtung gemäß Fig. 7 dargestellt ist, daß das isolierende Substrat der Leiterplatten 50 und 52 jeweils Öffnungen 28" bzw. 28'" aufweist, die jeweils unter den bewegbaren Federelementen 25" und 25"' angeordnet sind. Wenn die Einrichtung zum kapazitiven Schalten verwendet wird, bedecken dünne Isolatorschichten 58 und 59 jeweils den Kontakt 56 und das bewegbare Schaltelement 25" '.

Mit den in den Fig. 7B und 8B dargestellten Anordnungen können zwei Schaltfunktionen ausgeübt werden. Gemäß Fig. 9 ist ein elektrisches Analogon der Einrichtung gemäß den Fig. 7A und 7B dargestellt, welches auch für die Einrichtungen gemäß den Fig. 8A und 8B zutrifft, d.h., zwei Kondensatoren in Reihe. In der Fig. 9 wird auf die Ausführungsformen nach den Fig. 7 und 8 Bezug genommen.

Elektrische (nicht dargestellte) Leitungen liefern ein Signal an ein Schaltelement 25 oder 25" und'führen Ausgangssignale von dem Schaltelement 25a oder 25"' und dem Kontakt 32 oder 56. In derjenigen Betriebsstellung, in welcher weder ein Schaltelement 25 oder 25" noch ein Schaltelement 25a oder 25"' niedergedrückt ist, haben die Leitungen 60 und 62 kein Ausgangssignal, d.h., die kapazitive Kopplung dazwischen ist

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klein, und sie wirken wie offene Schalter, wie es in der Fig.9A dargestellt ist. Wenn das bewegbare Element 25 oder 25" niedergedrückt wird, nimmt die kapazitive Kopplung zwischen den Schaltelementen 25 oder 25" und 25a oder 25"' zu, und zwar in der Weise, daß die Abtastschaltung die Veränderung in der Kapazität abtastet und ein Aus gangs signal auf die leitung 60 bringt, während noch kein Ausgangs signal auf der Leitung 62 vorhanden ist, wie es in der Fig. 9B dargestellt ist. Wenn das bewegbare Schaltelement 25 oder 25" weiter niedergedrückt wird, berührt es die Schicht 51 oder 59» und eine weitere Abwärtsbewegung der Elemente 25 oder 25" dient dazu, die Schicht 51 oder 59 und ihr zugehöriges Element 25a oder 25"' zu bewegen. Nun nimmt die kapazitive Kopplung zwischen dem Element 25a oder 25"' und dem Kontakt 32 oder 56 zu, um ein zweites Aus gangs signal auf der Leitung 62 zu erzeugen, wie es in der Fig. 90 dargestellt ist. Es ist zu bemerken, daß das erste Signal, welches durch die Abwärtsbewegung des Elementes 25 oder 25" erzeugt wird, sich in seiner Amplitude nicht ändert, sobald das Element 25 oder 25" die Isolatorschicht 51 oder 59 über dem Element 25a oder 25"' trifft, wobei die bewegbaren Elemente 25 oder 25" und 25a oder 25"' sich paarweise bewegen, jedoch ihren Abstand voneinander beibehalten, sobald ein Element 25 oder 25" die Schicht 51 oder 59 berührt. Somit ändert sich das Aus gangs signal auf der Leitung 60 nicht in seiner Amplitude, sobald das Element 25a oder 25"' seine Abwärtsbewegung beginnt. Offensichtlich würden für die Kontaktschaltung die entsprechenden Isolierschichten 50 oder 58 und 51 oder 59 nicht benötigt.

Die Fig. 10 zeigt die Kraft-Yerlagerungs-Kurve der Schalteinrichtungen gemäß Fig. 7 und 8. Gemäß der Darstellung nimmt die Kraft-Verlagerungs-Kurve mit einem ersten Steigungsmaß linear zu, bis das Schaltelement 25 oder 25" die Schicht 51 oder 59 (Punkt A) trifft, wobei zu dieser Zeit die Kraft-Verlagerungs-Kurve mit einem zweiten, größeren Steigungsmaß zunimmt, und zwar aufgrund des kombinierten Widerstandes der Reihenkontaktelemente 25 oder 25" und 25a oder 25"', welche als Federn parallel wirken,

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bis das Element 25a oder 25"' die Schicht 50 oder 58 berührt. Nach dem letztgenannten Kontakt (Punkt B) bewirkt eine zusätzliche Kraft keine zusätzliche Verlagerung. Aus der Fig. 10 ist klar ersichtlich, daß die Tandem-Schaltanordnung gemäß der Erfindung zufriedenstellende Abtast-Rückführsignale (Punkte A & B) liefert, und zwar über die Fingerspitzen des Bedienungspersonals, um anzuzeigen, daß entweder eine oder beide der gewünschten Schaltfunktionen ausgeführt sind. Wenn nur eine Schaltfunktion erwünscht ist, würde die Verlagerung des Schaltelementes 25 oder 25" etwa am Punkt A aufhören.

Eine Vielfach-Schaltung kann auh durch Verwendung eines Federelementes der in der Fig. 4- dargestellten Art und eines weiteren Federelementes wie beispielsweise einer kuppeiförmigen elastischen deformierbaren Vertiefung erreicht werden, wie sie in der US-Patentschrift 3 64-3 041 beschrieben ist und in der Fig. 11 veranschaulicht ist. Wenn das Schaltelement 25b den leitenden Schnappkontakt 68 erreicht, wird ein Ausgangssignal erzeugt. Der Schnappkontakt oder Vertiefungskontakt 68 leistet einer Abwärtsbewegung solange Widerstand, bis eine bestimmte vorgegebene Kraft darauf ausgeübt wird, worauf die Vertiefung mit einer Schnappwirkung nachgibt, was dazu führt, daß der konvexe Abschnitt der Vertiefung konkav ausgebildet wird (gestrichelt dargestellt) und den leitenden Kontakt 70 berührt. Für ein kapazitives Schalten und ein Kontaktschalten oder Berührungsschalten würde ein dünner Isolator die Oberseite des Knopfes 70 bedecken, wie es in Verbindung mit den Anordnungen der Fig. 8A und 8B dargestellt ist.

Es ist ersichtlich, daß der Schalter gemäß der Erfindung, soweit er oben beschrieben wurde, eine planare Anordnung verwendet und mit einem Minimum an Metallentfernung hergestellt werden kann. Außerdem kann der auf diese Weise erzeugte Federkontakt wiederholt niedergedrückt werden und ist sehr stark bzw. fest. Außerdem eignet sich die planare Anordnung gut für Mehrfach-Schaltun-

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gen. Weiterhin bewirkt die drehende Bewegung der Schaltelemente 25, 25a, 25" oder 25"' aufgrund der Spiralschlitze eine nennenswerte Schleifwirkung mit einer Kontaktplatte, wenn der Schalter als Kontaktschalter verwendet wird, was zu dem Ergebnis führt, daß eine sichere Signalgebung gewährleistet ist, und zwar aufgrund der Drehbewegung der in den Kontakt 32 oder 56 hineinragenden Vertiefung 42·

Der Schalter gemäß der Erfindung liefert auch ein zufriedenstellendes mechanisches Sensor-Rückführsignal durch die !Pin— gerspitzen des Bedienungspersonals, während eine minimale Tastenauslenkung für eine Einfach- oder eine Mehrfach-Schaltfunktion erforderlich ist. Die Drehbewegung des bewegbaren Schalters führt zu einer Kontaktreinigung, so daß während der Schaltfunktion ausgezeichnete elektrische Eigenschaften gewährleistet sind.

Während nur drei sich in radialer Richtung erstreckende Schlitze dargestellt sind, können auch mehr oder aber auch weniger Schlitze verwendet werden, was von der Kraft-Verlagerungs-Charakteristik abhängt, welche erwünscht ist, und von dem Mittenabstand zwischen den Schaltelementen, wenn die Schaltelemente in einer Tastenfeldeinrichtung verwendet werden.

Bei Verwendung in einem Tastenfeld kann eine Mehrzahl von planaren Schaltelementen mit einem Minimum an Kosten und Problemen beim Zusammenbau vorgesehen werden. Das Tastenfeld würde selbst dann, wenn es zur Mehrfach-Schaltung verwendet wird, nur sehr geringen Raum einnehmen, was zu einer verhältnismäßig flachen Eingabeeinrichtung führt. Eine Druckvorbelastung der Tasten eines Tastenfeldes kann dadurch erreicht werden, daß der Tastenstempel die Schaltelemente oder 25" berührt oder sie etwas nach unten verlagert.

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In den Fig. 14 bis 18 ist das bewegbare Schaltelement 25 im wesentlichen identisch mit den oben veranschaulichten Ausführungsformen, mit der Ausnahme, daß die Kontakt- oder die Tastenfläche in bezug auf die Ebene der Trägerplatte 22 versetzt ist.

Gemäß Pig, 14A, in welcher eine Draufsicht auf einen Teil der Platte 22 dargestellt ist, und gemäß der Darstellung in der Fig. 14B, welche einen Schnitt entlang der Linie 14-14 in der Fig. 14A zeigt, hat jedes bewegbare Schaltelement 25 einen zentralen Kontakt- oder Tastenbereich 36 und eine Mehrzahl von kurvenförmigen Schlitzen, welche ähnlich wie in der Fig. 3A den Kontaktbereich 36 in bezug auf die Ebene der Platte 22 beweglich werden lassen. Die Schlitze legen jedoch eine Mehrzahl von gekrümmten Beinen 43 fest, welche auf gleichmäßigem Abstand voneinander angeordneten Punkten der Platte 22 um den zentralen Punkt 42 ausgehen. Die Beine 43 erstrecken sich radial nach innen, und zwar vorzugsweise mit stetig zunehmendem Maß, und zwar aus den TJmgebungsbereichen der Metallplatte 22, um eine Abstützung für den zentralen Tastenbereich 36 festzulegen und zu bilden. Die Beine können die Form von ausgedehnten oder gestreckten Spiralen gleicher Länge haben, welche den zentralen Tastenbereich 36 an Punkten unterstützen, welche auf gleichem Abstand um den Umfang des zentralen Tastenbereiches herum angeordnet sind ■ und äquidistant von einem zentralen Abschnitt 42 des zentralen Tastenbereiches angeordnet sind. Wenn die bewegbaren Schaltelemente 25 als Kontaktschalter verwendete werden sollen, und zwar im Unterschied zu kapazitiven Schaltern, kann jeder der zentralen Bereiche oder Punkte 42 in der Form einer Vertiefung ausgebildet sein, welche sich nach unten in Richtung auf die Leiterplatte 30 erstreckt, wie es in der Fig. 2A dargestellt ist.

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Wie es klar in den Fig. 14-B und 18 dargestellt ist, liegt jeder der zentralen Tastenbereiche 36 in einer Ebene, welche oberhalb der Ebene liegt, von welcher die Stützbeine 4-3 ausgehen, d.h. oberhalb der Ebene der Platte 22. Wie oben bereits ausgeführt wurde, sind drei Stützbeine 4-3 vorhanden, und sie haben eine gleiche Breite von etwa 1 mm. Jedes der Stützbeine erstreckt sich vorzugsweise über 325°» so daß das äußere Ende Jedes Stützbeins, d.h. der Abschnitt des Stützbeins benachbart zur Platte 22, benachbart zu dem inneren Ende von einem der anderen Stützbeine liegt, d.h. zu dem Bereich des Stützbeins benachbart zu dem zentralen Tastenbereich 36. Vorzugsweise ist der Abstand D gemäß Fig. 14-B zwischen der Ebene der Platte 22 und der Ebene des zentralen ^astenbereiches 36 etwa 3 mm, wobei das innere Ende der Stützbeine 4-3 etwa 4· mm radial auswärts vom zentralen Abschnitt 4-2 ausgeht und etwa 7 mm radial auswärts vom Abschnitt 4-2 endet. Die Breite und die Dicke der Stützbeine und das Maß, um welches sie ge treckt sind, d.h. der Abstand D zwischen der Ebene der Platte 22 und der Ebene des zentralen Tastenbereiches 36 bestimmen die Kraft-Verlagerungs-Charakteristik der Schaltelemente 25- Wenn es erwünscht ist, daß verschiedene zentrale Tastenbereiche 36 der Schaltelemente 25 nach Fig. 14- verschiedene Kraft-Verlagerungs-Oharakteristika haben, können der Abstand D oder die Breite und die Dicke der Stützbeine oder eine Kombination dieser Parameter verändert werden.

Nachfolgend wird das Verfahren der Herstellung der bewegbaren Schaltelemente 25 nach Fig. 14- anhand der Fig. 15A, 15B und 15G beschrieben. Zunächst werden gemäß Fig. 15A eine Gruppe von kurvenförmigen oder gekrümmten, nicht miteinander verbundenen Schlitzen 37 (ähnlich wie die Schlitze 4-0 gemäß -^ig. 3A) um jeden der zentralen Tastenbereiche 36 herum ausgebildet. Die Schlitze 37 legen Beine 4-3 fest.

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Die Schlitze 37 sind vorzugsweise ebenso wie die Schlitze 40 dreifach vorhanden und 0,25 mm breit, erstrecken sich in radialer Richtung nach außen, vorzugsweise mit stetig zunehmendem MaS, und zwar von den Zentralbereichen 36 aus. Die Schlitze 37, welche durch einen chemischen Prozeß ausgearbeitet werden können, können die Form einer Spirale haben und gehen vorzugsweise von Punkten aus, welche sowohlgleiche Abstände um den Umfang der Zentralbereiche 36 als auch jeweils gleichen Abstand von dem Zentralbereich der Zentralbereiche 36 haben. Der letztgenannte Abstand beträgt vorzugsweise 4 mm. Vorzugsweise sind die Schlitze 37 Kreisvolventen, welche in Intervallen von 120° um die Zentralbereiche 36 herum dreimal wiederholt werden. Die Evolventen würden X- und Y-Abmessungen haben, welche den folgenden Formeln genügen:

X = r_Q (sin 0-0 cos) und Y = r_Q (cos 0+0 sin 0), wobei r der Abstand von dem mittleren Bereich 42 zu dem Anfang jeder Spirale und der Winkel 0 von dem Punkt gemessen werden, wo jede der Spiralen beginnt, wie es in der Fig.- 15C dargestellt ist. Gemäß Fig. 15A und 15C sind die Schlitze vorzugsweise auf gleichmäßigen Abständen in Bereichen angeordnet, wo sie benachbart liegen, und sie erstrecken sich gemäß der Zeichnung um etwa 325 Grad vom Anfang zum Ende. Diese Anordnung der Schlitze 37 liefert eine Anordnung, in welcher alle drei Schlitze Abschnitte haben, welche benachbart zueinander und auf gleichen Abständen voneinander liegen, und zwar über Bereiche 44, die auf gleichen Abständen um die zentralen Tastenbereiche 36 herum angeordnet sind. Wenn es erwünscht ist, können die äußeren Enden jedes Schlitzes 37 nach außen oder nach innen ausgedehnt sein, oder die inneren Enden der Schlitze können jeweils nach innen oder nach außen ausgedehnt sein, um eine unterschiedliche Federwirkung hervorzurufen, d.h. eine unter-

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schiedliche Kraft, um die Feder über ein vorgegebenes Abstandsintervall zu bewegen. Natürlich sind die angegebenen Abmessungen nur als Beispiel zu betrachten, und auch andere Abmessungen können im Rahmen der Erfindung zu zufriedenstellenden Ergebnissen führen.

Gemäß Fig. 15A hat jeder der Schlitze 37 einen kleinen Ausschnitt oder einen Abschnitt 38 vergrößerter Breite von etwa 0,01 mm, um die er breiter ist. Die Abschnitte 38, welche auf gleichmäßigen Abständen um den Umfang des Zentralbereiches

36 herum angeordnet sind, vermindern die Dicke eines kleinen Abschnittes von jedem der Stützbeine 4-3, welche die Schlitze

37 festlegen. Vorzugsweise liegen die Abschnitte 38 in der Nähe des äußeren Endes der Schlitze 37? d.h. vorzugsweise etwa 5 mm von dem äußeren Ende der Schlitze 37 entfernt (in der Fig. 15A mit 1 bezeichnet).

Gemäß den obigen Ausführungen können die Schlitze 37 durch einen chemischen Prozeß hergestellt werden, obwohl auch aiidere Möglichkeiten zur Herstellung der Schlitze 37 in der Platte oder dem Blech 22 oder in solchen metallisierten Bereichen wie 23 bestehen, wie sie in der Fig. 2B dargestellt sind, beispielsweise ein Verfahren nach Art eines Siebdrucks, welches ebenfalls zufriedenstellende Ergebnisse liefert.

Der chemische Prozeß zur Herstellung der Schlitze 37 ist ähnlich wie derjenige, welcher oben im Zusammenhang mit den Schlitzen 4-0 erwähnt wurde. Ein Chromat-Gelatinematerial oder ein anderer Film, welcher aushärtet, wenn er lacht mit einer vorgegebenen Wellenlänge ausgesetzt wird, wird auf beide Seiten des Bleches 22 oder in den Bereichen aufgebracht. Danach wird eine Photographie des Schlitzmusters über jede Seite des Bleches 22 oder die Bereiche

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aufgebracht, wonach die Seiten dem Licht ausgesetzt werden, beispielsweise ultraviolettem Licht, welches die Gelatine in den belichteten Bereichen festlegt. Es muß Vorsorge getroffen werden, daß das auf eine Seite projizierte Muster derart angeordnet ist, daß es demjenigen Muster entspricht, welches auf die andere Seite projiziert wird. Nach der Belichtung werden die nichtbelichteten Teile des Films, welche das Schlitzmuster festlegen, abgelöst, beispielsweise mit Alkohol oder Methanol. Anschließend werden die nicht geschützten Teile des Berylliumkupferbleches 22 oder der Bereiche 23 mit Hilfe einer geeigneten Säure weggeätzt, beispielsweise mit Salpetersäure. Danach wird der restliche Teil des ausgehärteten Schutzfilms mit einem geeigneten Lösungsmittel entfernt. Wenn es erwünscht ist, kann der Ätzvorgang von nur einer Seite des Metallblechs 22 oder der Bereiche 23 ausgeführt werden. Offensichtlich würde die Photographie des Sehlitzmusters die Bereiche 38 enthalten, oder diese Bereiche könnten bei einem nachfolgenden Ätzvorgang hergestellt werden, oder mit Hilfe eines mechanischen Vorgangs oder eines anderen beliebigen geeigneten Vorgangs.

Danach wird die in der Fig. 15A dargestellte Anordnung in eine entsprechende Form 61 gebracht, wie sie in der Fig.15B dargestellt ist, welche eine obere Hälfte 61A und eine untere Hälfte 61B hat. Die Metallplatte 22 oder die gedruckte Leiterplatte 19 ist in der Form derart angeordnet, daß die Oberseiten der sich nach oben erstreckenden Zähne 66 der unteren Hälfte 61B die zentralen Tastenbereiche 36 berühren. Danach wird die obere Hälfte 61A, welche Vertiefungen 67 aufweist, die den Zähnen 66 der unteren Hälfte 61B angepaßt sind, nach unten gedrückt, um das Metallblech der gedruckten Leiterplatte sandwichartig zwischen der oberen und der unteren Hälfte einzuschließen. Die Zähne 66 sind von gleichförmiger und aus-

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reichender Höhe, um die Stützbeine 43 plastisch zu verformen, wie sie durch die Schlitze 37 festgelegt sind, wenn die obere und die untere Hälfte der Form zusammengebracht werden, d.h., die Stützbeine 43 werden über ihre Elastizitätsgrenze hinaus gedehnt derart, daß nach dem Herausnehmen au3 der Form 61 die Normalstellungen oder stabilen Stellungen der zentralen Bereiche 36 der Anordnung gemäß Fig. 15A in einer Ebene liegen, welche in Richtung der Z-Achse aus der Ebene der Metallplatte 22 oder der gedruckten Leiterplatte 19 herausgeführt ist und parallel dazu angeordnet ist, wie es in der Fig. 14B veranschaulicht ist. Vorzugsweise haben die Zähne 66 eine Höhe von etwa 3 mm. Wenn es erwünscht ist, daß einige der Schaltelemente verschiedene Kraft-Verlagerungs-Charakteristika haben, können einige der Zähne 66 mit einer verschiedenen Höhe ausgestattet sein, d.h., sie können eine Höhe aufweisen, welche sich von der Höhe des Ausführungsbeispiels mit 3 n™ unterscheidet. Eine minimale Höhe ist natürlich erforderlich, um die notwendige plastische Verformung der Stützbeine 4-3 herbeizuführen. Unterschiedliche Kraft-Verlagerungs-Oharakteristika könnten auch dadurch erreicht werden, daß die Stützbeine mit unterschiedlichen Dicken ausgebildet werden oder daß die inneren Enden näher zu oder weiter von den Mittelabschnitten 42 der zentralen Tastenbereiche 36 gelegt werden. Die taktile Spannung oder die Tastspannung kann auch durch Ausfällhärtung der Platte 22 oder der metallisierten Bereiche 23 auf der gedruckten Leiterplatte 19 erhöht werden, beispielsweise durch Aufheizen in einem Ofen auf etwa 600° über etwa zwei Stunden, entweder nachdem die Beine 43 plastisch verformt sind oder vor deren Verformung.

Wenn die Schaltelemente 25 aus der Form 61 herausgenommen sind, sind gemäß den obigen Ausführungen die Stützbeine 43 permanent verformt und wirken als Federn, um die zentralen Bereiche 36 in einer parallelen Ebene zu halten, welche gegenüber der Ebene der Platte 22 oder der Ebene der ge-

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druckten Leiterplatte 19 verlagert ist. Wenn Druck entlang derZ-Achse aufgebracht wird, beispielsweise durch die Wirkung einer (Dastenstange oder eines Tastenstempels 15, wie er in der Fig. 1 dargestellt ist, wobei der Druck auf den zentralen Tastenbereich 36 ausgeübt wird, bewegt sich der zentrale Tastenbereich 36 abwärts. Der Abschnitt 38 mit verminderter Dicke der Stützbeine 4-3 ermöglicht es dem zentralen Abschnitt 36, sich nach unten zu bewegen, bevor sich die Stützbeine abwärts bewegen. Dadurch wird es dem zentralen Bereich ermöglicht, sich unter die Ebene der Metallplatte 22 oder der gedruckten Leiterplatte 19 zu bewegen, bevor die volle Ausdehnung der Beine 4-3 erreicht ist, um eine Bewegung durch diese Ebene zu erreichen. Aufgrund der Form der Stützbeine, welche in ihrem deformierten oder verformten Zustand annähernd die Form einer loxodromen oder schräglaufenden Wendel haben, dreht sich der zentrale Abschnitt 36 in einer Richtung, wenn er anfänglich niedergedrückt wird, und zwar unter der abwärts gerichteten Kraft, welche entlang der Z-Achse wirkt, und dann bei weiterem Niederdrücken an der Ebene der Platte 22 oder der gedruckten Leiterplatte 19 vorbei, während eine Drehung in entgegengesetzter Richtung erfolgt. Diese komplexe Drehbewegung bewirkt, daß das Schaltelement eine Kraft-Verlagerungs-Charakteristik mit einer "negativen Widerstand3^M-Charakteristik aufweist, d.h., ein Teil der gesamten Verlagerung erfordert, daß eine geringere Kraft eine weitere Verlagerung des zentralen Abschnittes 36 hervorruft.

In der Fig. 16 ist die Kraft-Verlagerungs-Charakteristik der gerade beschriebenen Ausfuhrungsform des Schaltelementes 25 gemäß der Erfindung veranschaulicht. Gemäß der Darstellung hat das Schaltelement nach Fig. 14- eine positive Kraft-Verlagerungs-Gharakteristik, bis der zentrale Bereich 36 unter die Ebene der Platte 22 oder der gedruckten Leiterplatte 19 (Punkt A) bewegt wird, und es hat dann eine negative Kraft-Verlagerungs-Charakteristik für eine kurze zusätzliche Ver-

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lagerung, deren Teil mit "n" bezeichnet ist, bevor erneut eine positive Kraft-Verlagerungs-Charakteristik erreicht wird, welche zwischen A und H veranschaulicht ist. Für das Schaltelement, für welche spezielle Abmessungen angegeben wurden, beginnt der Teil "n" etwa 1 mm unter der Ebene der Platte 22 und endet etwa 3 mm nach dieser Ebene· Offensichtlich kann die negative Kraft-Verlagerungs-Charakteristik dadurch abgewandelt werden, daß die Breite der Vertiefung oder die Dicke der Beine 43 oder aber das innere oder das äußere Ende der Beine 4-3 verändert wird. Die Änderung von einer positiven Kraft-Verlagerungs-Charakteristik auf eine negative Kraft-Verlagerungs-Charakteristik erzeugt ein Sensor-Rückführsignal durch die Finger derjenigen Person, welche die Taste oder den Schalter betätigt, wodurch dem Bedienungspersonal angezeigt wird, daß die Taste um eine ausreichende Entfernung niedergedrückt ist, um die gewünschte Schaitwirkung auszulösen. Da diese Wirkung eintritt, bevor ein harter Anschlag erreicht wird, wie es am Verlagerungspunkt H in der Fig. 16 dargestellt ist, kann das Bedienungspersonal sicher sein, daß die Schalter betätigt sind, ohne daß erst ein harter Anschlag erreicht werden muß, was bei bekannten Einrichtungen lästig und störend ist. Offensichtlich können diese Schalter entweder für eine Kontaktschaltung oder Berührungsschaltung verwendet werden, bei welcher ein Schaltelement und ein Kontakt 32 gemäß Fig. 2B miteinander in Berührung gebracht werden, oder aber für eine kapazitive Schaltung, bei welcher das Element 25 sich nur einem leitenden Kontakt nähern würde, um eine Kapazitätsveränderung hervorzurufen, die durch eine herkömmliche Schaltung abgetastet würde, um einen Schaltvorgang auszulösen. Wenn die Einrichtung als kapazitiver Schalter verwendet wird, kann eine dünne Isolierschicht über die Kontakte 32 gelegt werden, um gemäß der oben veranschaulichten Anordnung einen Kurzschluß zu vermeiden.

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Anstatt nur eine der Schalteinrichtungen gemäß Fig. 14· und 18 zu verwenden, können zwei solche Einrichtungen in einer Tandem-Anordnung verwendet werden, wie es oben anhand der Schaltelemente der Fig. 7 und 8 bereits erläutert wurde. Die Schaltelemente für eine solche veranschaulichte Anordnung sind in der Fig. 12 dargestellt. Das erste bewegbare Kontaktelement 36 wird niedergedrückt, bis es das bewegbare Kontaktelement 25a darunter berührt, wobei an diesem Punkt beide Kontakte sich gemeinsam bewegen wurden, bis das Element 25a den festen Kontakt 32 berührt. Von dem Element 25a wird ein Ausgangssignal erzeugt, wenn der zentrale Kontaktbereich 36 des verformten Elementes 25 dieses zweite Element berührt, und es wird ein zweites Ausgangssignal erzeugt, wenn der zentrale Bereich des Elementes 25a den Kontakt 32 berührt. Das elektrische Analogon dieser zusammengesetzten Einrichtung gemäß Fig. 12 würde dasselbe sein wie dasjenige, welches in der oben diskutierten Fig. 9 dargestellt ist. Gemäß Fig. 13 hat das verformte Schaltelement 25 eine positive Kraft-Verlagerungs-Charakteristik, bis der zentrale Bereich 36 unter die Ebene der Platte 32 bewegt ist, und es hat dann eine negative Kraft-Verlagerungs-Charakteristik für eine kurze zusätzliche Verlagerung, bevor erneut eine positive Kraft-Verlagerungs-Charakteristik erreicht wird. Der Wechsel von einer positiven Kraft-Verlagerungs-Charakteristik auf eine negative Kraft-Verlagerungs-Charakteristik erzeugt ein Sensor-Rückführsignal durch die Fingerspitzen derjenigen Person, welche die Taste oder den Schalter betätigt, wodurch dem Bedienungspersonal angezeigt wird, daß die Taste um ein ausreichendes Stück niedergedrückt wurde, um eine gewünschte Schaltwirkung zu erreichen, die entweder kapazitiv oder mechanisch sein kann. In der Fig. 12 würde eine dünne Isolierschicht die Elemente 25a und 32 in einer Weise abdecken, welche ähnlich ist wie bei den Schichten 50 und 51 in der Fig. 8A, um eine kapazitive Schaltung zu erreichen.

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Es könnten auch beide Schaltelemente nach Fig. 12 als Verformungsschaltelemente ausgebildet sein. Mit anderen Worten, das Schaltelement 25a nach Fig.12 könnte auch ein Verformungsschaltelement wie 25 nach Fig. 14 und 18 sein, welches einen zentralen Kontaktbereich 36 aufweist, der durch Beine 4-3 in einer Ebene oberhalb der Ebene der Platte 24· abgestützt ist. Die Kraft-Verlagerungs-Charakteristik einer solchen Einrichtung ist in der Fig. 17 dargestellt. Weiterhin sei darauf hingewiesen, daß zwei kurze Abschnitte mit einer negativen Kraft-Verlagerungs-Oharakteristik vorhanden sind, von welchen der erste stärker ausgeprägt ist als der zweite.

Die Dicke der Stützbeine, die Härte des Metalls der Stützbeine und das Maß, um welches sie gedehnt sind, d.h., der Abstand von der Ebene der Platte 22 zu der Ebene des zentralen Bereiches des verformten Schaltelementes 25 nach Fig. 12, welcher vorzugsweise etwa 3 mm beträgt, bestimmt die Kraft-Verlagerungs-Charakteristik des verformten Schaltelementes 25· Durch Einstellung der Kraft-Verlagerung jedes Schaltelementes 25 und 25a nach Fig. 12 kann eine große Vielfalt von Gesamt-Kraft-Verlagerungs-Charakter ist ika erzeugt werden, welche den jeweiligen Erfordernissen angepaßt sind. Um eine abgewandelte Kraft-Verlagerungs-Charakteristik der Tandem-Schaltelemente zu erreichen, unabhängig davon, ob es sich um planare oder verfornrte Schaltelemente oder eine Kombination davon handelt, können entweder das obere oder das untere Schaltelement oder beide Schaltelemente mit einer nach unten gerichteten Vorspannung oder einer Vorbelastung ausgestattet sein, wobei beispielaweise 10 g als Vorlast verwendet werden.

- Patentansprüche -

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Claims

Patentansprüche

1.J Schalteinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß ein erstes elektrisch leitendes Kontaktelement (25) vorgesehen ist, welches eine Mehrzahl von nicht miteinander verbundenen gekrümmten Schlitzen (37) aufweist, welche von einem gemeinsamen Abschnitt aus im wesentlichen kontinuierlich radial nach außen gehen, daß weiterhin ein zweites elektrisch leitendes Kontaktelement (25a) vorhanden ist, von welchem wenigstens ein Abschnitt mit' wenigstens einem Teil des gemeinsamen Abschnittes des ersten Kontaktelementes (25) axial fluchtend angeordnet ist, und daß eine Einrichtung (43) vorgesehen ist, welche dazu dient, normalerweise das erste und das zweite der Kontaktelemente (25?25a) voneinander zu trennen, welche es jedoch ermöglicht, daß zumindest der gemeinsame Abschnitt des ersten Kontaktelementes (25) sich zu dem damit fluchtenden Abschnitt des zweiten Kontaktelementes (25a) bewegt, wenn eine Kraft auf den gemeinsamen Abschnitt des ersten Kontaktelementes (25) ausgeübt wird, um dadurch eine Schaltwirkung auszuüben.

2. Schalteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Schlitze (37) gleiche Länge haben.

3· Schalteinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß Linien, welche die inneren Enden der Schlitze (37) berühren, eine gleichseitige geometrische Form festlegen.

4. Schalteinrichtung nach Anspruch 3> dadurch gekennzeichnet, daß Linien, welche die äußeren Enden der Schlitze (37) berühren, eine gleichseitige geometrische Form festlegen.

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5- Schalteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die inneren Enden der Schlitze (37) gleichen Abstand von einem zentralen Punkt des ersten Kontaktelementes (25) haben und daß die äußeren Enden der Schlitze (37) gleichen Abstand von diesem zentralen Punkt haben.

6. Schalteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das innere Ende jedes Schlitzes (37) auf einem Kreisumfang eines ersten Kreises liegt und daß die äußeren Enden jedes der Schlitze (37) auf dem Kreisumfang eines zweiten Kreises liegen, wobei der erste und der zweite Kreis einen gemeinsamen Mittelpunkt haben.

7· Schalteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Schlitze (37) Kreisvolventen sind.

8. Schalteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß jeder Schlitz (37) über einen Teil ' seiner Ausdehnung einwärts von den übrigen Schlitzen (37) liegt, daß weiterhin jeder Schlitz über einen zweiten Teil seiner Ausdehnung außerhalb von den übrigen Schlitzen (37) liegt und daß jeder Schlitz über einen dritten Teil seiner Ausdehnung zwischen den übrigen Schlitzen (37) liegt.

9· Schalteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalteinrichtung Teil eines Tastenfeldes (wie 10) ist.

10. Schalteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein drittes elektrisch leitendes Kontaktelement vorgesehen ist, welches eine Mehrzahl von nicht miteinander verbundenen gekrümmten Schlitzen (37) aufweist, welche von einem gemeinsamen Abschnitt des Elementes aus im wesentlichen kontinuierlich radial nach außen

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geben, daß das dritte Kontaktelement in axial fluchtender Anordnung zwischen dem ersten und dem zweiten Kontaktelement (25j 25a) angeordnet ist, wodurch bei Anwendung einer Kraft auf die gemeinsamen Abschnitte des ersten und des dritten Kontaktelementes jeder der Abschnitte nacheinander aus seiner jeweiligen Normalstellung herausgebracht wird·

11. Schalteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das erste Kontaktelement (25) seinen bewegbaren gemeinsamen Abschnitt oberhalb einer Stützfläche durch eine Mehrzahl von wendelförmig ausgebildeten Stützbeinen (4-3) abgestützt hat, daß die Kontur der Stützbeine (43) durch die Schlitze (37) festgelegt ist und daß der Kontaktabschnitt, der Stützflächenabschnitt und die Stützbeine jeweils Teile eines einzigen Metallstückes sind.

12. Schalteinrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützbeine (43) einen Abschnitt (wie 38) verminderter Breite haben.

13· Verfahren zur Herstellung einer Schalteinrichtung, dadurch gekennzeichnet , daß in einem leitenden Substrat eine Mehrzahl von gekrümmten Schlitzen ausgebildet wird und daß die Abschnitte des leitenden Substrats plastisch verformt werden, welche von benachbarten Paaren der Schlitze begrenzt werden, so daß dadurch aus einem Abschnitt des Substrats ein unter Kraft bewegbarer Kontakt geschaffen wird, welcher von einem weiteren Abschnitt des Substrats durch die plastisch verformten Abschnitte,des Substrats getrennt ist.

.Verfahren nach Anspruch 13» dadurch gekennzeichnet, daß die plastisch verformten Abschnitte durch eine Seigerung gehörtet werden.

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