[0001] Die Erfindung betrifft eine Eingabetastatur nach dem Oberbegriff des Anspruches 1
für ein elektrisches Gerät der Unterhaltungselektronik.
[0002] Geräte der Unterhaltungselektronik enthalten immer häufiger Eingabetastaturen sowohl
für die Ortsbedienung am Gerät selbst als auch zur Fernbedienung in einem Fernbedienungsgeber,
die eine Leiterplatte mit aufgedruckten Schaltkontakten zur Basis haben. Diese Ausbildung
einer Eingabetastatur erleichtert die Herstellung einer derartigen Eingabetastatur
und senkt die Herstellungskosten. Eine derartige Eingabetastatur für einen Fernbedienungsgeber
ist beispielsweise aus der deutschen Zeitschrift rme, 1980, Heft 11, Seiten 311 bis
315 bekannt. Dieser bekannte Fernbedienungsgeber enthält auf einer Leiterplatte in
Kupfer-Kohle-Technik aufgebrachte Kontakte für mehrere Tastschalter des Fernbedienungsgebers
und eine zwischen die Leiterplatte und die in der Abdeckplatte des Fernbedienungsgebers
geführten Tasten gelegte Kontakt-Gummimatte. An der Stelle der Tasten des Fernbedienungsgebers
sind in der Kontaktmatte Gummidome als Federelemente ausgebildet, die beim Niederdrücken
der Taste einen Knack-Effekt erzeugen und
die an der den Kontakten der Leiterplatte zugewandten Seite einen Kohlekontakt einvulkanisiert
enthalten.
[0003] Vielfach müssen an solchen Eingabetastaturen nicht nur Funktionen eingestellt, sondern
auch Werte verstellt werden. Eine derartige Werteverstellung geschieht immer häufiger
mittels elektronischer Mittel, beispielsweise mittels elektronischer Wähler, deren
Schrittgeschwindigkeit nach der Anwahl dieses Wählers einstellbar ist, oder mittels
Triggerschwellen, deren Schwellwert einstellbar ist.
[0004] Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, in einer Eingabetastatur gemäß
dem Oberbegriff des Anspruches 1 Tastschaltereinrichtungen vorzusehen, über die nicht
nur ein Schaltvorgang, sondern auch ein Einstellvorgang erzeugt wird, und die den
Herstellvorgang einer derartigen Eingabetastatur nicht wesentlich erschweren.
[0005] Diese Aufgabe wird nach der Erfindung durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruches
1 angegebenen Merkmale gelöst.
[0006] Eine nach der Erfindung gestaltete Eingabetastatur kann im wesentlichen genauso ausgebildet
werden, wie eine herkömmliche, nur Schaltfunktionen enthaltende Eingabetastatur. Die
zusätzlich erforderliche karbonisierte Kunststoffolie mit der zusätzlichen Leiterschicht
erfordert nur wenige 10 Mikrometer zusätzliche Bauhöhe, die selbst bei einer gesamten
Bauhöhe von nur einigen Millimetern einer derartigen Eingabetastatur überhaupt nicht
ins Gewicht fallen.
[0007] Es ist das Verdienst des Erfinders, erkannt zu haben, daß der Übergangswiderstand
an den Auflageflächen der Kontaktelemente in weitem Bereich von weit über zwei Zehnerpotenzen
mit nahezu linearem Verlauf druckabhängig ist und dieser Widerstandsverlauf senkrecht
zur karbonisierten Kontaktfolie durch die Kontaktfolie hindurch abgegriffen und dieser
Widerstandsverlauf einer an den Tastenkontakt angeschlossenen Steuerschaltungsanordnung
zur Auswertung zugeführt werden kann, ohne daß die Längsausdehnung der karbonisierten
Kunststoffolie einen wesentlichen Einfluß auf diesen Verlauf bewirkt.
[0008] Aus der EP-Patentanmeldung 0050231 A2 ist zwar ein Schaltorgan bekannt, das im wesentlichen
zwei mit elektrisch leitenden Partikeln durchsetzte Schichten aus Elastomer-Substanz
enthält, deren Durchgangswiderstand einen druckabhängigen Widerstandswert aufweist.
Eine derartige Anordnung benötigt jedoch einen für Eingabetastaturen nach dem Oberbegriff
des Anspruches 1 viel zu große Ausdehnung in der Höhe. Außerdem sind die Substanzen
nicht genügend alterungsbeständig, weder gegenüber den Umwelteinflüssen, noch gegenüber
der Zahl der Druckwechsel, wie Untersuchungen zeigten. Die bei der Eingabetastatur
nach der Erfindung verwendete karbonisierte Kunststoffolie weist in dieser Hinsicht
um ein Vielfaches bessere Ergebnisse auf.
[0009] Die Unteransprüche kennzeichnen vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung. Danach
ist es vorteilhaft, zwischen dem Tastenfuß einer Taste und deren Gegenkontakt ein
Federelement anzuordnen, das den Tastendruck der betätigten Taste gleichmäßig auf
die Oberfläche der als Gegenkontakt wirkenden karbonisierten Kunststoffolie verteilt.
Bei einer bestimmten Bemessung der Dicke dieses Federelementes wirkt dieses Federelement
gleichzeitig als Weg-Druckwandler, der dem Benutzer der Eingabetastatur das Gefühl
vermittelt, mit einem bestimmten, wenn auch kleinen Tastenweg die mit der Taste gesteuerte
Einstellgeschwindigkeit oder Einstellhöhe in psychologisch gewohnter Weise zu erfassen.
[0010] Die Ausbildung der leitenden Schichten als Graphitschicht wirkt sich dahingehend
vorteilhaft aus, daß derartige Graphitschichten gegen Umwelteinflüsse wenig empfindlich
sind und über lange Zeit und über viele Betätigungen hinweg die Übergangseigenschaften
der Tastkontaktanordnung höchstens unwesentlich ändern.
[0011] Eine besonders vorteilhafte Ausbildung der Auflage der karbonisierten Kunststoffolie
gegenüber den zu überbrückenden Kontaktflächen ist der Rand eines Ausschnittes einer
zwischen der Leiterplatte und der Kunststoffolie angeordneten dünnen Isolierplatte,
deren Ausschnitte im Bereich der zu überbrückenden Kontaktflächen in der dünnen Isolierplatte
angebracht sind. Eine derartige Isolierplatte erfordert wegen ihrer geringen Dickenabmessung
ebenfalls keine zusätzliche Ausdehnung der Eingabetastatur zwischen der Leiterplatte
und der Tastaturabdeckplatte und außerdem nur einen geringen Hub der karbonisierten
Kunststoffolie.
[0012] Die Erfindung und deren Vorteile werden nachfolgend anhand vorteilhafter Ausführungsbeispiele
näher erläutert. In der zugehörigen Zeichnung zeigen
- Fig. 1
- eine Schnittzeichnung einer schematischen Darstellung eines Ausschnittes einer Eingabetastatur,
deren dargestellte Kontaktanordnung an eine Steuerschaltungsanordnung angeschlossen
ist;
- Fig. 2
- eine der in Figur 1 dargestellten Kontaktanordnung entsprechende Schaltungsanordnung.
[0013] Von einer Eingabetastatur 1 ist in Figur 1 ausschnittsweise der Bereich einer Taste
22 dargestellt, die in einer Lochdurchführung 26 einer Tastaturabdeckplatte 23 geführt
ist und die zum drucksensitiven Verbinden zweier Kontaktbeläge 11.1 und 11.2 einer
Schalteranordnung 3 vorgesehen ist. An der Unterseite des Tastenfußes 27 der Taste
22, der seitlich über den Tastenkörper der Taste 22 hinausragt und im Ruhezustand
der Taste 22 gegen die Unterseite 28 der Tastaturabdeckplatte 23 anliegt, ist ein
plattenförmiges Federelement 20 aus einem druckelastischen Kunststoff angebracht.
Die Unterseite 19 des Federelementes 20 ist zunächst mit einer elektrisch leitenden
Schicht 17 hoher Leitfähigkeit und abschließend mit einer karbonisierten Kunststoffolie
14 belegt. Die karbonisierte Kunststoffolie 14 und die darauf befindliche elektrisch
leitende Schicht 17 bilden zusammen den Gegenkontakt 16 der von der Taste 22 betätigten
Schalteranordnung 3. Die von dem Gegenkontakt 16 zu verbindenden Kontakte der Schalteranordnung
3 sind als Kontaktbeläge 11.1 und 11.2 auf im Bereich der Kontaktbeläge zu entsprechenden
Flächen verbreiterten Leiterbahnen 12.1 und 12.2 einer Leiterplatte 10 der Eingabetastatur
aufgebracht und bestehen im dargestellten Ausführungsbeispiel aus einem Graphitbelag.
Auf den Leiterbahnen aufliegend ist im dargestellten Ausführungsbeispiel eine dünne
Isolierplatte 13 als Abstandshalter zwischen dem Gegenkontakt 16 der Taste 22 und
den Kontaktbelägen 11.1 und 11.2 der elektrischen Leiter 12.1 und 12.2 der Leiterplatte
10 angeordnet. Im Bereich der Konaktflächen 11.1 und 11.2 enthält die dünne Isolierplatte
13 eine Aussparung 25, auf deren Rand 26 der Gegenkontakt 16 der Schalteranordnung
3 im wesentlichen aufliegt.
[0014] Bei einer Betätigung der Taste 22 mit einer Betätigungskraft P in Richtung des in
Figur 1 dargestellten Pfeiles auf die Betätigungsfläche 29 wird das Federelement 20
derart verformt, daß der auf dem Rand 26 der dünnen Isolierplatte 13 auf lagernde
Gegenkontakt 16 mit seiner Kontaktfläche 18 zur Auflage auf die Kontaktflächen 15.1
und 15.2 der Kontaktbeläge 11.1 und 11.2 kommt. Dieser Schaltzustand ist in Figur
1 durch die gestrichelten Linien im Bereich der Schalteranordnung angedeutet. Zwischen
der Kontaktfläche 18 des Gegenkontaktes 16 und den Konaktflächen 15.1 und 15.2 der
Kontaktbeläge 11.1 und 11.2 tritt in diesem Schaltzustand ein Übergangswiderstand
Rk(P) auf, der vom Betätigungsdruck auf die Taste 22 abhängig ist.
[0015] Die Wirkungsweise des aus den Übergangswiderständen Rk(P) zwischen den Kontaktflächen
15 und 18 und des Widerstandes Rd des Gegenkontaktes 16 gebildeten Überbrückungswiderstandes
zwischen den zu verbindenden Leitern 12.1 und 12.2 wird anhand des in Figur 2 dargestellten
Schaltbildes näher erläutert. Die Dicke d der karbonisierten Kunststoffolie 14 des
Gegenkontaktes 16 ist so bemessen, daß der elektrische Widerstand Rd der karbonisierten
Kunststoffolie zwischen den beiden Oberflächen trotz der geringen elektrischen Leitfähigkeit
der Folie verhältnismäßig gering ist gegenüber dem gesamten Überbrückungswiderstand
und gegenüber einem aktuellen elektrischen Längswiderstand Ra der Folie. Deshalb ist
die Foliendicke d wesentlich kleiner als der Abstand a der beiden zu verbindenden
Kontaktbeläge 11.1 und 11.2 voneinander. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist
die Foliendicke etwa 20 Mikrometer. Aufgrund dieser Bemessungsverhältnisse und der
der karbonisierten Kunststoffolie hinterlegten elektrisch leitenden Schicht 17 einer
gegenüber der elektrischen Leitfähigkeit der karbonisierten Kunststoffolie hohen Leitfähigkeit
ist die Stromleitung in der karbonisierten Kunststoffolie 14 im wesentlichen senkrecht
zur Folie ausgerichtet, wie dies in Figur 2 durch die Widerstände Rd innerhalb des
die karbonisierte Kunststoffolie darstellenden Balkens 14 schematisch veranschaulicht
ist. Der darin eingezeichnete Längswiderstand Ra, der den Längswiderstand der Folie
zwischen den beiden vom Gegenkontakt 16 überbrückten Kontaktbahnen 11.1 und 11.2 darstellt,
ist um ein wesentliches Vielfaches größer als die Durchgangswiderstände Rd durch die
karbonisierte Kunststoffolie, sodaß eine Stromführung in der Folie parallel zu deren
Oberflächen nicht ins Gewicht fällt. Eine derartige Stromführung findet nur außerhalb
der karbonisierten Kunststoffolie, nämlich in der elektrisch leitenden Schicht 17
statt, wie dies durch die elektrische Leitung 21 innerhalb dieser Schicht schematisch
veranschaulicht wird. Der druckabhängige Übergangswiderstand zwischen der Kontaktfläche
18 der karbonisierten Kunststoffolie und den Kontaktflächen 15.1 und 15.2 der Kontaktbeläge
11.1 und 11.2 der Leiterbahnen 12.1 und 12.2 der Leiterplatte 10 wird in der Figur
2 schematisch durch die von einem Druck P steuerbaren Widerstände Rk(P) dargestellt.
Diese Widerstände nehmen über einen Bereich von zwei bis drei Zehnerpotenzen etwa
linear mit steigendem Kontaktdruck ab. Dieser Kontaktdruck wird aus dem Betätigungsdruck
P auf die Taste 22 gebildet, der über das Federelement 20 auf die Kontaktfläche 18
der karbonisierten Kunststoffolie 14 übertragen wird.
[0016] Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist der elektrische Leiter 12.1 der Leiterplatte
10 ein Bezugspotentialleiter, wie in Figur 1 durch die Bezugspotentialleitung 4 schematisch
dargestellt ist. Der andere Kontaktbelag 11.2 ist über die Leiterbahn 12.2 mit dem
Steuereingang 5 einer Steuerschaltungsanordnung 6 verbunden. Bei einem Betätigen der
Taste 22 erzeugt die Steuerschaltungsanordnung 6 aufgrund des an ihrem Steuereingang
5 anliegenden Überbrückungswiderstandes einen Funktionsbefehl Bf zum Einstellen einer
bestimmten Funktion eines elektrischen Gerätes, das von der Eingabetastatur aus bedient
wird, und einen vom Wert des Überbrückungswiderstandes der betätigten Taste 22 abhängigen
Befehl Bw zur Einstellung eines bestimmten, der ausgelösten Funktion zugehörigen Wertes
oder des Wertes einer Einstellgeschwindigkeit.
[0017] Im dargestellten Ausführungsbeispiel der Figur 1 ist die Dicke und die Nachgiebigkeit
des Federkörpers 20 so bemessen, daß nicht nur ein etwa gleicher Auflagedruck über
die gesamte Auflagefläche der Kontaktfläche 18 des Gegenkontaktes 16 auf die Kontaktbeläge
11.1 und 11.2 der Schalteranordnung 3 erzielt wird, sondern daß das Federelement 20
zusätzlich als sensitiver Druck-Wegewandler für den Benutzer der Eingabetastatur dient
und dem Benutzer gefühlsmäßig eine Drucksteigerung durch einen zunehmenden Betätigungsweg
vermittelt.
[0018] In einem anderen vorteilhaften Ausführungsbeispiel einer derartigen Eingabetastatur,
das nicht in der Zeichnung dargestellt ist, ist zwischen dem Tastenfuß 27 einer Taste
22 und deren zugehörigem Federelement 20 die Deckenfläche eines Gummidomes einer Kontaktmatte
angeordnet, an dem das Federelement 20 angebracht ist. Der Gummidom stützt sich anstelle
der dünnen Isolierplatte auf der Leiterplatte 10 ab und bewirkt beim Betätigen der
zugehörigen Taste 22 zunächst einen Schaltvorgang mit einem Knackeffekt und läßt anschließend
eine druckabhängige Einstellung einer Funktionsgröße zu. Auf diese Weise ist es möglich,
mit einer Schaltmatte Schalteranordnungen mit und ohne einer zusätzlichen druckabhängigen
Einstellfunktion zu kombinieren.
[0019] In einem weiteren Ausführungsbeispiel einer Eingabetastatur erstreckt sich die karbonisierte
Kunststoffolie einstückig über den gesamten Tastenbereich der Eingabetastatur. In
diesem Fall ist entweder die Unterseite des Federelementes der einzelnen Tasten oder
die den Tasten 22 zugewandte Seite der karbonisierten Kunststoffolie im Bereich der
Schalteranordnung mit einer elektrisch leitenden Schicht hoher Leitfähigkeit beschichtet.
[0020] Die Verwendung von Graphitbelägen als Kontaktbelag gegenüber den Oberflächen der
karbonisierten Kunststoffolie hat sich als besonders günstig erwiesen, da der Graphitbelag
von Umwelteinflüssen und Betätigungseinflüssen unabhängig über eine lange Zeit weitgehend
reproduzierbare Übergangswiderstände mit einem linearen Verlauf über einen großen
Widerstandsbereich erzeugt.
1. Eingabetastatur für ein elektronisches Gerät der Unterhaltungselektronik
- mit senkrecht zur Tastaturabdeckplatte (23) geführten Tasten und einer isolierenden
Leiterplatte, auf die elektrisch zu verbindende, den Tasten zugeordnete Kontaktbeläge
aufgebracht sind,
- und mit zwischen den Tasten und der isolierenden Leiterplatte angeordneten, je einer
Taste zugeordneten Schalteranordnungen, von denen jede Schalteranordnung einen im
gedrückten Zustand der der Schalteranordnung zugeordneten Taste die zugehörigen Kontaktbeläge
großflächig elektrisch verbindenden Gegenkontakt enthält,
dadurch gekennzeichnet,
- daß der Gegenkontakt (16) eine karbonisierte, hochohmige Kunststoffolie (14) enthält,
die um den Bereich der der Taste (22) zugeordneten Kontaktbeläge (11.1, 11.2) auf
einem zwischen der Leiterplatte (10) und der Kunststoffolie angeordneten isolierenden
Rand (26) aufliegt, eine bestimmte, geringe Leitfähigkeit aufweist und deren Dicke
(d) um ein hohes Vielfaches geringer ist als der Abstand (a) der elektrisch zu verbindenden,
der entsprechenden Taste zugeordneten Kontaktbeläge,
- daß auf der den Kontaktbelägen abgewandten Seite der karbonisierten Kunststoffolie
eine elektrisch leitende Schicht (17) mit einer gegenüber der elektrischen Leitfähigkeit
der karbonisierten Kunststoffolie hohen elektrischen Leitfähigkeit angeordnet ist
- und daß die einer Taste zugeordneten Kontaktbeläge (11.1, 11.2) mit einer Steuerschaltungsanordnung
(6) zur Umsetzung des vom Betätigungsdruck (P) einer betätigten Taste (22) auf den
Gegenkontakt (16) der Taste abhängigen Wertes des zwischen dem von den Kontaktbelägen
und dem Gegenkontakt gebildeten Überbrückungswiderstandes (Rk) der Schalteranordnung
(3) in einen nach Steuer- oder Einstellfunktion und Steuer- oder Einstellgröße bestimmten
Steuerbefehl (Bf, Bw) verbunden ist.
2. Eingabetastatur nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß zwischen dem Tastenfuß (27) einer Taste (22) und deren Gegenkontakt (16) ein Federelement
(20) zur gleichmäßigen Druckverteilung auf die Kontaktfläche (18) des Gegenkontaktes
angeordnet ist.
3. Eingabetastatur nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Federelement (20) aus einem druckelastischen Kunststoff besteht.
4. Eingabetastatur nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß das einer Taste (22) zugeordnete Federelement (20) als Bestandteil der Taste auf
den Tastenfuß (27) aufgebracht ist.
5. Eingabetastatur nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß die elektrisch leitende Schicht (17) als Abschlußschicht auf das Fußende (27)
der Taste (22) aufgebracht ist.
6. Eingabetastatur nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß die elektrisch leitende Schicht (17) wenigstens im Bereich der Kontaktbeläge (11.1,
11.2) einer Schalteranordnung (3) auf die den Kontaktbelägen abliegende Seite der
karbonisierten Kunststoffolie (14) aufgebracht ist.
7. Eingabetastatur nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß die elektrisch leitende Schicht (17) eine Graphitschicht ist.
8. Eingabetastatur nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß die einer Taste (22) zugeordneten Kontaktbeläge (11.1, 11.2) aus einer Graphitschicht
bestehen, die auf entsprechende Leitflächen (12.1, 12.2) der Leiterplatte (10) aufgebracht
ist.
9. Eingabetastatur nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß der isolierende Rand, auf dem die karbonisierte Kunststoffolie (14) aufliegt,
der Rand (26) einer Aussparung (25) um den Bereich der einer Taste (22) zugeordneten
Kontaktbeläge (11.1, 11.2) einer dünnen Isolierplatte (13) ist, die zwischen der Leiterplatte
(10) und der karbonisierten Kunststoffolie angeordnet ist.