EP2487699B1

EP2487699B1 - Kurzhubtaster

Info

Publication number: EP2487699B1
Application number: EP12000131.8A
Authority: EP
Inventors: Martin Zimmer; Roger Birost
Original assignee: Liebherr Elektronik GmbH
Current assignee: Liebherr Electronics and Drives GmbH
Priority date: 2011-02-09
Filing date: 2012-01-11
Publication date: 2016-01-06
Anticipated expiration: 2032-01-11
Also published as: DE102011010760A1; EP2487699A1; US20120199448A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Kurzhubtaster, der aus einem Tastkörper zur Betätigung des Kurzhubtasters besteht sowie aus wenigstens zwei redundant angeordneten Mikroschaltern (20,30) die über den Tastkörper betätigbar sind.
Gattungsgemäße Kurzhubtaster besitzen einen für den Bediener zugänglichen Tastkörper. Der Tastdruck bewirkt eine Bewegung des Tastkörpers, der mit einem Mikroschalter zusammenwirkt, um einen entsprechenden Schaltzustand auszulösen. Der Mikroschalter kann entweder elektrischer oder mechanischer Natur sein. Sogenannte taktile Kurzhubtaster erweisen sich als vorteilhaft, wenn eine Rückmeldung an den Tastenbediener gefordert ist. Taktile Kurzhubtaster besitzen einen für den Bediener spürbaren Druckpunkt, der das erfolgreiche Auslösen des Schaltzustands vermittelt. In der Regel wird das Erreichen des Druckpunktes zusätzlich durch ein akustisches Geräusch unterstützt, beispielsweise durch einen Klickton oder dergleichen.
Die gattungsgemäßen Kurzhubtaster werden insbesondere bei Funktionstastaturen oder speziellen Bedienfeldern verwendet. Derartige Tastaturen bzw. Bedienfelder werden insbesondere bei Arbeitsmaschinen als Eingabegeräte für die gezielte Maschinensteuerung verwendet. Das zunehmende Sicherheitsbedürfnis in der Industrie erfaßt auch die Auslegung der eingesetzten Tastaturen bzw. Bedienfelder. Die Funktionssicherheit wird dadurch garantiert, dass bei einem Ausfall einer oder mehrerer Komponenten die Tasterfunktion nicht mehr ausgelöst werden kann. Dadurch wird eine ungewollte Fehlbedienung (Fehlfunktion), verursacht durch einen Komponentenfehler des Tasters vermieden.
US 2003/0116411 A1 offenbart einen Zwei-Wege oder Doppelhubtaster, der von einer Ruhestellung ausgehend zwei aufeinanderfolgende und unterschiedliche Funktionen ausführen kann. Der Zweistufenschalter ist in der Lage in sukzessiver Weise einen bzw. zwei voneinander unabhängige Mikroschalter zu betätigen, wobei das Gehäuse und der Druckknopf zusammen eine dichte und flexible Haube bilden, welche die Verbindung zwischen den beiden hermetisch abschließt, ohne dabei beim Betätigen bzw. Loslassen des Druckknopfes durch den Bediener dessen geführten axialen Versatz mit Bezug auf das Gehäuse zu behindern.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ausgehend von einem aus der US 2003/116411 A1 bekannten Kurzhubtaster, einen Kurzhubtaster anzugeben, bei welchem die Funktions- und Bediensicherheit wesentlich erhöht wird.
Diese Aufgabe wird durch einen Kurzhubtaster mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Kurzhubtasters sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche 2 bis 7.
Der erfindungsgemäße Kurzhubtaster weist einen Tastkörper auf, der zur Betätigung des Kurzhubtasters dient sowie wenigstens zwei redundant angeordnete Mikroschalter. Die redundant zueinander angeordneten Mikroschalter, insbesondere Kurzhubmikroschalter, stehen mit dem Tastkörper in Berührung und sind durch die Hubbewegung des betätigten Tastkörpers betätigbar. Die Tastenfunktion ist nur dann gewährleistet, wenn beide Mikroschalter kontaktiert sind. Der erfindungsgemäße Kurzhubschalter weist einen taktilen Druckpunkt auf, so dass die Bediensicherheit des Kurzhubtasters wesentlich erhöht wird.
Die Vorgabe, den Kurzhubtaster mit einem einzigen taktilen Druckpunkt zu versehen, wird dadurch erreicht, dass der Kurzhubtaster einen einzigen taktilen Mikroschalter und wenigstens einen nicht-taktilen Mikroschalter umfasst. Der für den Bediener spürbare Druckpunkt wird demnach ausschließlich durch den taktilen Mikroschalter erzeugt.
Ein oder mehrere Mikroschalter arbeiten nach einem mechanischen und/oder elektrischen Schaltprinzip. Die Schaltprinzipien zumindest eines Teils der verwendeten Mikroschalter können voneinander abweichend oder identisch sein. Vorzugsweise sind genau zwei Mikroschalter zueinander redundant angeordnet.
Die Rückmeldung des Kurzhubtasters zur Signalisierung der erfolgreichen Schalterbetätigung soll trotz der redundant ausgelegten Mikroschalter eindeutig sein. Erfindungsgemäß ist es daher vorgesehen, dass der Kurzhubtaster nur einen taktilen Druckpunkt aufweist. Die Anordnung der redundant ausgeführten Mikroschalter erfolgt demnach derart, so dass trotz Parallelbetätigung der mindestens zwei Mikroschalter nur ein einziger taktiler Druckpunkt spürbar ist.
Der verwendete Tastkörper ist vorzugsweise quaderförmig, insbesondere würfelförmig, ausgeführt, wobei die Unterseite mit den Mikroschaltern zur Betätigung dieser in Berührung tritt. Im unbelasteten Zustand, d.h. ohne Krafteinwirkung des Bedieners, berührt der Tastkörper zweckmäßig wenigstens einen Mikroschalter. Bevorzugt ist die oben liegende Frontseite des Tastkörpers zum Einsatz einer Tastkappe ausgespart. Die Tastkappe bildet den Druckpunkt für den Bediener des Kurzhubtasters.
Vorzugsweise besteht im unbelasteten Zustand des Kurzhubtasters nur eine Berührung zwischen dem oder den nicht-taktilen Mikroschaltern und dem Tastkörper.
Es kann vorteilhaft sein, wenigstens eine Auflagefläche derart am Tastkörper anzuordnen, um die maximal mögliche Hubbewegung des Tastkörpers zur Mikroschalterbetätigung zu begrenzen. Der Tastkörper steht mit dem beweglich gelagerten Schaltelement des vorzugsweise als Druckschalter ausgeführten Mikroschalters in Kontakt. Der ausgeübte Druck des Tastkörpers auf das Schalt- bzw. Druckelement des Mikroschalters löst bei Erreichen eines definierten Druckniveaus einen Schaltzustandswechsel aus. Die Berührung zwischen wenigstens einer Auflagefläche und dem feststehenden Teil des Mikroschalters begrenzt den maximalen Hub des Tastkörpers. Ein vollständiges Eindrücken des Mikroschalter-Druckelements wird unterbunden, was zur Materialschonung der verwendeten Kurzhubmikroschalter beiträgt.
In einer besonders vorteilhaften Ausführung des Kurzhubtasters ist wenigstens eine Auflagefläche nicht mittig im Bereich aller Mikroschalter angeordnet, sondern außermittig im Berührungsbereich des Tastkörpers mit dem oder den nicht-taktilen Mikroschaltern. Die resultierende ausschließliche Berührung der Auflagefläche mit dem oder den nicht-taktilen Mikroschaltern bewirkt eine Hebelarmfunktion der Auflagefläche. Der Tastkörper neigt sich in Richtung des taktilen Mikroschalters, was die Funktion des Kurzhubtasters im Zusammenspiel beider Mikroschalter verbessert.
Vorteilhafterweise ist wenigstens eine Führung am Tastkörper vorgesehen, die mit wenigstens einem Mikroschalter in Eingriff steht. Durch die Führung wird eine stabile Lage des Tastkörpers auf dem oder den Mikroschaltern erreicht. Insbesondere wird eine Zentrierung des Tastkörpers auf dem nicht-taktilen Kurzhubmikroschalter erreicht. Dies ermöglicht die Führung des Tastkörpers über die gesamte Höhe bis hin zur Frontplattenaussparung des Tastkörpers, was die Funktion des Kurzhubtasters verbessert und die Gefahr eines Verklemmens ausschließt. Als besonders vorteilhaft erweist sich eine Kugelführung.
Insbesondere sind auf der dem Mikroschalter zugewandten Seite des Tastkörpers ein oder mehrere senkrecht auf der Tastkörperfläche stehende Stege angeordnet. Die Stege vereinfachen die Montage des erfindungsgemäßen Kurzhubtasters, insbesondere die Bestückung der auf einer Platine befestigten Mikroschalter mit dem entsprechenden Tastkörper. Vorteilhafterweise weisen die Stege einen konischen Verlauf auf, mit ausgehend vom Tastkörper zulaufendem Umfang. Zweckmäßig bilden die Stege die Eckpunkte eines gedachten Rechtecks, das in seiner Mitte die wenigstens zwei Mikroschalter aufnimmt.
Denkbar ist es, dass die Mikroschalter sowie der Tastkörper derart angeordnet sind, dass bei deren Zusammenwirken eine definierte Schaltreihenfolge der Mikroschalter befolgt wird. Es kann zweckmäßig sein, dass die Mikroschalter nicht gleichzeitig, sondern hubverzögert durch den Tastkörper geschaltet werden.
Vorteilhaft ist die Schaltreihenfolge derart festgelegt, dass zuerst der nicht-taktile Mikroschalter durch den Tastkörper ausgelöst und der taktile Mikroschalter hubverzögert betätigt wird. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass eine taktile Rückmeldung erst nach dem erfolgreichen Schaltzustandswechsel beider Mikroschalter erfolgt.
Die Erfindung betrifft ferner eine Tastatur oder ein Bedienfeld mit wenigstens einem Kurzhubtaster gemäß einer der voranstehend erläuterten Merkmalskombinationen. Die Tastatur bzw. das Bedienfeld weisen offensichtlich dieselben Vorteile und Eigenschaften wie der zuvor beschriebene Kurzhubtaster auf, weshalb an dieser Stelle auf eine erneute Erläuterung verzichtet wird.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1:: eine perspektivische Unteransicht des Tastkörpers des erfindungsgemäßen Kurzhubtasters,
Figur 2:: den erfindungsgemäßen Kurzhubtaster in einer Draufsicht,
Figur 3:: eine Querschnittdarstellung des erfindungsgemäßen Kurzhubtasters,
Figur 4:: eine perspektivische Querschnittdarstellung des erfindungsgemäßen Kurzhubtasters und
Figur 5:: eine schematische Darstellung des Funktionsprinzips des erfindungsgemäßen Kurzhubtasters.

Die perspektivische Darstellung der Figur 1 zeigt den Tastkörper 10 den erfindungsgemäßen Kurzhubtaster in einer Ansicht von unten. Der Tastkörper 10 weist im Groben nahezu eine Würfelform auf, die Seitenwandung des Tastkörpers 10 den Hohlraum 13 im Innenraum bilden. Die Oberseite bzw. Frontplatte des Tastkörpers ist zur Aufnahme einer lösbaren Tastkappe vollständig ausgespart. Die unten liegende Seitenfläche 11 des Tastkörpers 10 ist in den Hohlraum 13 des Tastkörpers 10 unter Ausbildung des vorstehenden Randes 12 stückweise eingelassen.
Ferner sind auf der Unterseite 11 die beiden Auflageflächen 40 in Randnähe auf einer gemeinsamen Achse liegend angeordnet. Weiterhin sind in Randnähe vier konische Stege 51 befestigt, die senkrecht von der Unterseite 11 hervorragen und mit dem Rand 12 abschließen.
Als Verbindungsmittel zwischen Tastkörper und Mikroschaltern 20, 30 dient die Kugelführung 60, die mit gleichem Abstand mittig zwischen zwei konischen Stegen neben den Auflageflächen 40 angeordnet ist. Die Kugelführung 60 gewährleistet eine stabile und zentrale Positionierung des Tastkörpers 10 auf dem nicht-taktilen Kurzhubmikroschalter 30. Zur Bestückung wird der Tastkörper von oben auf die beiden Mikroschalter gesteckt und über die Kugelführung ausreichend am nicht-taktilen Kurzhubschalter 30 fixiert.
Figur 2 zeigt eine Draufsicht auf den erfindungsgemäßen Kurzhubtaster. In der gezeigten Ausführung ist der Kurzhubtaster ohne Tastkappe und Lichtleiter zur Ausleuchtung der Tastkappe dargestellt. Die Figur gewährt einen Einblick durch die ausgesparte Frontplatte in den Hohlraum 13 des Tastkörpers 10 bis zu den beiden Kurzhubmikroschaltern 20, 30.
Im Detail sind in der Figur die als Druckschalter ausgeführt Mikroschalter 20, 30 gut zu erkennen. Die Mikroschalter umfassen jeweils ein feststehendes Schalterelement 21, 31 und ein daran beweglich gelagertes Druckelement 22, 32 für Schalterbetätigung. Die auf den Tastkörper 10 bzw. auf die befestigte Tastkappe eingebrachte Druckkraft bewirkt eine Hubbewegung des Tastkörpers in Richtung der Mikroschalter 20, 30, deren Druckelemente 22, 32 von der Tastkörperunterseite 11 in die feststehenden Schalterelemente 21, 31 gedrückt werden.
Beide Mikroschalter können nach einem elektrischen oder mechanischen Schaltprinzip arbeiten.
Im zusammengesetzten Zustand liegen die Mikroschalter 20, 30 benachbart und parallel zueinander ausgerichtet im Bereich zwischen den vier symmetrisch zueinander angeordneten konischen Stegen 51. Eine entsprechende vorangehende parallele und benachbarte Ausrichtung der Mikroschalter auf der Platine 50 ist für die nachfolgende Bestückung mit dem Tastkörper 10 erforderlich.
Der Mikroschalter 30 ist als nicht-taktiler und der Mikroschalter 20 als taktiler Mikroschalter ausgeführt. Lediglich der taktile Mikroschalter 20 weist einen für die Bedienperson spürbaren Druckpunkt auf. Zusätzlich kann der taktile Mikroschalter 20 ein Klickgeräusch zur Signalisierung des Schaltzustandswechsels ausgeben. Weiterhin ist der Figur 2 zu entnehmen, dass lediglich der nicht-taktile Mikroschalter 30 bzw. das feststehende Schalterelement 31 im Kontaktbereich der Auflageflächen 40 liegt.
Die Figuren 3, 4 zeigen einen Querschnitt des erfindungsgemäßen Kurzhubtasters, wobei die Figur 3 eine Seitenansicht des Querschnitts und die Figur 4 eine perspektivische Ansicht des Querschnitts zeigt. Beide Darstellungen bilden den Kurzhubtaster ohne die Tastkappe und entsprechenden Lichtleiter ab. Die beiden Mikroschalter sind mit der Platine 50 elektrisch verbunden, insbesondere verlötet.
In beiden Figuren 3, 4 sind die beweglich gelagerten Druckelemente 22, 32 gut zu erkennen, die in unmittelbarem Kontakt zur Unterseite 11 des Tastkörpers 10 stehen. Die durch Krafteinwirkung erzeugte Hubbewegung des Tastkörpers 10 drückt die Druckelemente 22, 32 in die feststehenden Schalterelemente 21, 31 der Mikroschalter 20, 30. Die Kugelführung 60 trägt zur hinreichenden Führung des Tastkörpers 10 über die gesamte Höhe bis hin zur Frontplattenaussparung bei, was die Funktion des Kurzhubtasters verbessert und die Gefahr eines Verklemmens während der Hubbewegung ausschließt.
Die konischen Stege 51 und die zwei konischen Nasen 70 die im Rand 12 integriert sind dienen als Montagehilfe beim Bestücken der entsprechenden Mikroschalter 20, 30 mit dem Tastkörper 10.
Figur 5 zeigt eine schematische Darstellung der Funktionsweise des erfindungsgemäßen Kurzhubtasters. In der Ausgangsstellung, das heißt in der druckentlasteten Stellung des Tastkörpers 10, befindet sich die Unterseite 11 des Tastkörpers ausschließlich in Berührung mit dem Druckelement 32 des nicht-taktilen Mikroschalters 30. Die Schaltreihenfolge des erfindungsgemäßen Kurzhubtasters ist dabei derart definiert, so dass zuerst der nicht-taktile Mikroschalter 30 ausgelöst werden soll, bis dann hubverzögert der taktile Mikroschalter 20 betätigt wird. Die schematische Darstellung in Figur 5 unterteilt den stattfindenden Schaltvorgang des erfindungsgemäßen Kurzhubtasters in die drei chronologisch dargestellten Schaltwege.
Im ersten Schaltweg wird durch Kraftausübung auf den Tastkörper 10 dieser in Richtung der Mikroschalter 20, 30 bewegt, so dass das Druckelement 32 des nicht-taktilen Mikroschalters 30 in das feststehende Schalterelement 31 eingedrückt wird, bis eine Berührung zwischen dem Druckelement 22 des taktilen Mikroschalters 20 und der Unterseite 11 des Tastkörpers 10 hergestellt ist.
Im zweiten Schaltweg wird der Tastkörper 10 soweit in Richtung der Mikroschalter 20, 30 bewegt, bis der Schaltzustand des nicht-taktilen Mikroschalters 30 ausgelöst wird. Der anschließende dritte Schaltweg umfasst die Auslösung des taktilen Mikroschalters 20 aufgrund der fortschreitenden Hubbewegung des Tastkörpers, wobei eine taktile Rückmeldung an die bedienende Person des Tastkörpers 10 erfolgt. Zusätzlich kann eine unterstützende akustische Rückmeldung in Form eines Klicktons ausgegeben werden.
Die Auflage 40 steht in Kontakt mit dem feststehenden Schalterelement 31 des nicht-taktilen Mikroschalters 30 und begrenzt die maximale Hubbewegung des Tastkörpers 10. Hierdurch wird ein vollständiges Eindrücken der Druckelemente 22, 32 erfolgreich unterbunden, wodurch beide Kurzhubmikroschalter 20, 30 geschont werden. Ferner wirkt die außermittige Anordnung der Auflageflächen 40 als Hebelarmmechanismus. Die entsprechende Anordnung bewirkt ein Kippen des Tastkörpers 10 in Richtung des taktilen Kurzhubmikroschalters 20, was die Funktion des Kurzhubtasters im Zusammenspiel beider Mikroschalter 20, 30 verbessert.

Claims

Kurzhubtaster bestehend aus einem Tastkörper (10) zur Betätigung des Kurzhubtasters sowie aus wenigstens zwei redundant angeordneten Mikroschaltern (20, 30), die über den Tastkörper betätigbar sind,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Kurzhubtaster nur einen taktilen Druckpunkt aufweist, wobei die redundant zueinander angeordneten Mikroschalter (20, 30) einen taktilen (20) und wenigstens einen nicht-taktilen Mikroschalter (30) umfassen.
Kurzhubtaster nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Auflagefläche (40) derart am Tastkörper (10) angeordnet ist, so dass die maximale Hubbewegung des Tastkörpers (10) zur Mikroschalterbetätigung begrenzbar ist.
Kurzhubtaster nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Auflage fläche (40) nur mit dem oder den nicht-taktilen Mikroschalter (30) in Kontakt tritt, um eine geneigte Lage des Tastkörpers (10) gegenüber den Mikroschaltern in Richtung des taktilen Mikroschalters (20) zu erreichen.
Kurzhubtaster nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Führung, insbesondere Kugelführung (60), am Tastkörper (10) vorgesehen ist, die mit wenigstens einem Mikroschalter (20, 30) in Eingriff steht.
Kurzhubtaster nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein oder mehrere Stege, insbesondere konische Stege (51), an dem Tastkörper (10) angeordnet sind, um die Montage des Tastkörpers (10) auf den zum Kurzhubtaster gehörigen Mikroschaltern (20, 30) zu vereinfachen.
Kurzhubtaster nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikroschalter (20, 30) sowie der Tastkörper (10) derart angeordnet sind, so dass bei deren Zusammenwirken eine definierte Schaltreihenfolge der Mikroschalter (20, 30) befolgt wird.
Kurzhubtaster nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass bei Betätigung des Kurzhubtasters die Schaltreihenfolge zuerst ein Auslösen eines nicht-taktilen Mikroschalters (30) vorsieht, gefolgt durch das hubverzögerte Auslösen eines taktilen Mikroschalters (20).
Tastatur oder Bedienfeld mit wenigstens einem Kurzhubtaster gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7.