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Datum 19.12.1997Date 19.12.1997
Die Erfindung betrifft einen elektrischen Taster mit einem in einem äußeren Gehäuse angeordnetenPiezo-Schaltelement.The invention relates to an electrical button with a piezo switching element arranged in an outer housing.
Derartige eiektrische Schalter unter Verwendung eines Piezo-Schaltelements sind bekannt.Piezo-Schaltelemente haben den Vorteil, daß sie sehr robust sind und dabei die Forderungenhinsichtlich Vandalen- und Einfriersicherheit sowie Sicherheit gegen das Eindringenvon Flüssigkeiten erfüllen. Nachteilig bei den bekannten Piezo-Tastern ist jedoch, daß siekeinen Hub besitzen.Such electric switches using a piezo switching element are known.Piezo switching elements have the advantage that they are very robust and meet the requirementswith regard to protection against vandalism and freezing as well as protection against the ingress of liquids. The disadvantage of the known piezo switches, however, is that theyhave no stroke.
Davon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Piezo-Taster miteiner verbesserten Bedienung zu schaffen.Based on this, the invention is based on the object of creating a piezo button with improved operation.
Ais technische Lösung wird mit der Erfindung vorgeschlagen, daß dem Piezo-Schaltelementein Federelement für einen mechanischen Hub des Tasters bei dessen Betätigung zugeordnet ist.As a technical solution, the invention proposes that the piezo switching element is assigned a spring element for a mechanical stroke of the button when it is actuated.
Der Vorteil eines derartigen Piezo-Tasters besteht darin, daß er nicht nur die Forderungenhinsichtlich Vandalen-, Einfrier- sowie Flüssigkeitssicherheit erfüllt, er besitzt außerdemdurch das zusätzliche Federelement einen Hub. Dadurch wird dem Benutzer ein verbesserterBedienungskomfort vermittelt, da er beim Betätigen des Tasters den Eindruck bekommt,er betätige einen herkömmlichen Schalter mit einem konventionellen Auslösemechanismus.Beim Durchlaufen des Hubs erhält er das taktile Gefühl, daß er einen Schaltvorgangauslöst.The advantage of such a piezo button is that it not only meets the requirements for protection against vandalism, freezing and liquids, it also has a stroke thanks to the additional spring element. This provides the user with improved operating comfort, as when the button is pressed, the user has the impression that he is operating a conventional switch with a conventional trigger mechanism. When the button is pressed through the stroke, the user has the tactile feeling that he is triggering a switching process.
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Eine bevorzugte Weiterbildung des erfindungsgemäßen elektrischen Tasters schlägt vor,daß der mechanische Hub von dem Piezo-Schaltelement entgegen der Kraft des Federelementsdurchführbar ist. Die Erfindungsidee liegt dabei darin, das Piezo-Schaltelement vorne, d.h. frontseitig einzubauen, so daß ein Ausfall der Hubmechanik keine Auswirkungauf die Funktion des Piezo-Schaltelements und der damit verbundenen Signalabgabe(Spannung, Öffnen/Schließen eines Halbleiterkontaktes etc.) hat.A preferred development of the electrical button according to the invention proposes that the mechanical stroke of the piezo switching element can be carried out against the force of the spring element. The idea of the invention lies in installing the piezo switching element at the front, i.e. on the front side, so that a failure of the stroke mechanism has no effect on the function of the piezo switching element and the associated signal output (voltage, opening/closing of a semiconductor contact, etc.).
Vorzugsweise ist das Federelement ein bezüglich des Piezo-Schaltelements separatesBauteil. Dies hat den Vorteil, daß bisher bekannte und im Handel erhältliche Piezo-Schaltelementeverwendet werden können, da es lediglich erforderlich ist, dem Piezo-Schaltelementein separates Federelement zur Erzeugung des mechanischen Hubs zuzu-' ordnen.Preferably, the spring element is a separate component from the piezo switching element. This has the advantage that previously known and commercially available piezo switching elements can be used, since it is only necessary to assign a separate spring element to the piezo switching element to generate the mechanical stroke.
Eine weitere Weiterbildung des erfindungsgemäßen elektrischen Tasters schlägt vor, daßdas Federelement in Betätigungsrichtung des Piezo-Schaltelements gesehen hinter demPiezo-Schaltelement angeordnet ist. Da somit das Piezo-Schaltelement frontseitig auf einefedernde Mechanik montiert wird, übernimmt diese Mechanik nur die Funktion des Hubs,während das Piezo-Schaltelement die Schaltfunktion übernimmt. Sollte die Mechanik fürden Hub ausfallen, ist zwar kein Hub mehr möglich, das Piezo-Schaltelement schaltet abertrotzdem bei Betätigung einwandfrei durch. Dies wird durch den frontseitigen Einbau desPiezo-Schaltelements ermöglicht. Würde im Gegensatz hierzu das Piezo-Schaltelementrückseitig eingebaut und somit über die Mechanik bedient, würde ein Ausfall der Mechanikzwangsläufig auch zum Ausfall des Tasters führen, da die Betätigung des Piezo-Schaltelementsdas Funktionieren der Mechanik voraussetzt. Selbstverständlich ist es auch alternativ denkbar, das Federelement frontseitig zu montieren, so daß die Rückstellungdurch eine Zugkraft bewirkt wird.A further development of the electrical button according to the invention proposes that the spring element is arranged behind the piezo switching element when viewed in the direction of actuation of the piezo switching element. Since the piezo switching element is thus mounted on a spring mechanism at the front, this mechanism only takes over the function of the stroke, while the piezo switching element takes over the switching function. If the mechanism for the stroke fails, stroke is no longer possible, but the piezo switching element still switches properly when actuated. This is made possible by the front installation of the piezo switching element. If, in contrast, the piezo switching element were installed at the back and thus operated via the mechanism, a failure of the mechanism would inevitably lead to the failure of the button, since the operation of the piezo switching element requires the mechanism to function. Of course, it is also conceivable to mount the spring element at the front so that the reset is caused by a tensile force.
Eine weitere Weiterbildung schlägt vor, daß in dem äußeren Gehäuse längsverschiebbarein Aufnahmegehäuse für das Piezo-Schaltelement angeordnet ist, wobei zwischen demäußeren Gehäuse und dem Aufnahmegehäuse oder dem in dem Aufnahmegehäuse befindlichenPiezo-Schaltelement das Federelement abgestützt ist. Dadurch ist eine technisch einfache Möglichkeit gegeben, um das Piezo-Schaltelement innerhalb des Außengehäusesentgegen der Kraft des Federelements für den Hub beweglich anzuordnen. Die Grundideeliegt dabei darin, daß das Piezo-Schaltelement fest in dem Aufnahmegehäuse angeordnetist und somit bei einer Druckbeaufschlagung des Aufnahmegehäuses bei Betätigen desTasters gleichzeitig auch das Piezo-Schaltelement mit dem notwendigen Druck für die Er-A further development proposes that a housing for the piezo switching element is arranged in the outer housing so that it can be moved longitudinally, with the spring element being supported between the outer housing and the housing or the piezo switching element located in the housing. This provides a technically simple way of arranging the piezo switching element within the outer housing so that it can move against the force of the spring element for the stroke. The basic idea is that the piezo switching element is fixedly arranged in the housing and thus when the housing is subjected to pressure when the button is pressed, the piezo switching element is simultaneously subjected to the pressure required for the stroke.
zeugung der elektrischen Spannung betätigt wird. Das Aufnahmegehäuse und das Piezo-Schaltelementbildet somit eine Baueinheit, welche durch das Federelement bezüglich des Außengehäuses abgestützt ist. Bei Betätigen des Aufnahmegehäuses durch Niederdrückenwird somit mittelbar auch das Piezo-Schaitelement betätigt, und zwar entgegen der Kraftder für den Hub verantwortlichen Feder.generation of the electrical voltage. The housing and the piezo switching element thus form a structural unit which is supported by the spring element in relation to the outer housing. When the housing is actuated by pressing it down, the piezo switching element is also indirectly actuated, namely against the force of the spring responsible for the stroke.
Eine Weiterbildung hiervon schlägt vor, daß das Aufnahmegehäuse für das Piezo-Schaitelementin der Art eines Rohres, insbesondere eines Zylinders mit geschlossener, oberseitigerStirnwand ais Betätigungsfläche ausgebildet ist, wobei hinter der Stirnwand das Piezo-Schaitelementangeordnet ist. Somit ist das Piezo-Schaitelement in dem Rohr sicher untergebracht.Die oberseitige Stirnwand des Rohres ist dabei derart flexibel auszubilden, daß sie durch ihre Deformation bei Betätigung das Piezo-Schaitelement gleichermaßen für die" Spannungserzeugung deformiert.A further development of this proposes that the housing for the piezo switch element is designed in the form of a tube, in particular a cylinder with a closed, upper end wall as an actuating surface, with the piezo switch element being arranged behind the end wall. The piezo switch element is thus safely housed in the tube. The upper end wall of the tube is to be designed to be so flexible that its deformation when actuated deforms the piezo switch element in the same way for the" generation of voltage.
Eine weitere Weiterbildung schlägt vor, daß zwischen dem äußeren Gehäuse und demAufnahmegehäuse für das Piezo-Schaitelement bzw. zwischen dem äußeren Gehäuse und dem Piezo-Schaitelement ein Anschlag vorgesehen ist. Dabei drückt die Feder dasAufnahmegehäuse für das Piezo-Schaitelement bzw. das Piezo-Schaitelement gegen denAnschlag des Außengehäuses, so daß damit die Ruhestellung des Tasters definiert ist.Gleichzeitig verhindert der Anschlag, daß das Aufnahmegehäuse bzw. das Piezo-Schaitelementaus dem äußeren Gehäuse herausfallen kann.A further development proposes that a stop is provided between the outer housing and the housing for the piezo switching element or between the outer housing and the piezo switching element. The spring presses the housing for the piezo switching element or the piezo switching element against the stop of the outer housing, so that the rest position of the button is defined. At the same time, the stop prevents the housing or the piezo switching element from falling out of the outer housing.
Eine weitere Weiterbildung schlägt vor, daß zwischen der Außenmantelfläche des Aufnahmegehäusesund der Innenmantelfläche des äußeren Gehäuses bzw. zwischen der Außenmantelfläche des Piezo-Schaiteiements und der innenmantelfläche des äußeren Gehäusesein Dichtungselement angeordnet ist. Bei diesem Dichtungselement kann es sich um einen Dichtring handeln, welcher den Zwischenraum zwischen dem Außengehäuse unddem Aufnahmegehäuse bzw. dem Gehäuse für das Piezo-Schaitelement abdichtet, so daßkeine Flüssigkeit ins Innere des Tasters eindringen kann. Die Abdichtung kann auch alternativzu dem Dichtungsring mit einer Membran erfolgen.A further development proposes that a sealing element is arranged between the outer surface of the receiving housing and the inner surface of the outer housing or between the outer surface of the piezo switch element and the inner surface of the outer housing. This sealing element can be a sealing ring which seals the space between the outer housing and the receiving housing or the housing for the piezo switch element so that no liquid can penetrate into the interior of the button. The sealing can also be carried out with a membrane as an alternative to the sealing ring.
Schließlich wird in einer Weiterbildung vorgeschlagen, daß das Federelement eine zylindrischeWendelfeder, eine Kegelfeder, eine komprimierbare Masse oder ein sonstiges, eineRückstellung bewirkendes Medium ist. Der Vorteil der Kegelfeder liegt darin, daß sie imeingedrückten Zustand wenig Platz beansprucht, so daß der Taster relativ flach ausgebildetsein kann.Finally, in a further development it is proposed that the spring element is a cylindrical coil spring, a conical spring, a compressible mass or another medium that causes a return. The advantage of the conical spring is that it takes up little space when pressed in, so that the button can be designed to be relatively flat.
Zwei Ausführungsbeispiele eines erfindungsgemäßen Piezo-Tasters werden nachfolgendanhand der Zeichnungen beschrieben. In diesen zeigt:Two embodiments of a piezo button according to the invention are described belowwith reference to the drawings. These show:
Fig. 1 eine schematische Ansicht einer ersten Ausführungsform desFig. 1 is a schematic view of a first embodiment of the
Piezo-Tasters zur Verdeutlichung des Grundprinzips;Piezo button to illustrate the basic principle;
Fig. 2 eine konstruktive Realisierung des Piezo-Tasters einer zweitenFig. 2 a constructive realization of the piezo button of a second
Ausführungsform.embodiment.
Die Grundversion eines Piezo-Tasters ist in Fig. 1 dargestellt. Der Piezo-Taster weist einäußeres Gehäuse 1 im wesentlichen in Zylinderform auf. Im Innern dieses Gehäuses 1 befindetsich ein ebenfalls zylinderförmiges Aufnahmegehäuse 2. Dieses Aufnahmegehäuse 2* ist längsverschiebbar im Innern des Gehäuses 1 angeordnet. Das untere Ende des Aufnahmegehäuses2 definiert zusammen mit der Innenwandung des Gehäuses 1 einen Anschlag3. Während das innere Ende des Aufnahmegehäuses 2 offen ist, ist das äußere Ende des Aufnahmegehäuses 2 durch eine Stirnwand 4 abgeschlossen und schließt bündigmit der Oberseite des Gehäuses 1 ab. Sm Innern des Aufnahmegehäuses 2 befindetsich hinter der Stirnwand 4 ein Piezo-Schaltelement 5. Zwischen einer Rückwand 6 desPiezo-Schaltelements 5 und einem Boden 7 des Gehäuses 1 ist ein Federelement 8 inForm einer Wendelfeder derart abgestützt, daß dieses Federelement 8 das Aufnahmegehäuse2 gegen den Anschlag 3 drückt. Schließlich ist zwischen der Innenmantelfläche desGehäuses 1 und der Außenmantelfläche des Aufnahmegehäuses 2 ein Dichtungselement 9in Form eines Dichtungsringes angeordnet.The basic version of a piezo button is shown in Fig. 1. The piezo button has an outer housing 1 that is essentially cylindrical in shape. Inside this housing 1 there is a housing 2 that is also cylindrical in shape. This housing 2* is arranged so that it can be moved lengthwise inside the housing 1. The lower end of the housing 2 together with the inner wall of the housing 1 defines a stop 3. While the inner end of the housing 2 is open, the outer end of the housing 2 is closed off by an end wall 4 and is flush with the top of the housing 1. Inside the housing 2, behind the front wall 4, there is a piezo switching element 5. Between a rear wall 6 of the piezo switching element 5 and a base 7 of the housing 1, a spring element 8 in the form of a helical spring is supported in such a way that this spring element 8 presses the housing 2 against the stop 3. Finally, a sealing element 9 in the form of a sealing ring is arranged between the inner surface of the housing 1 and the outer surface of the housing 2.
Die Funktionsweise dieses Piezo-Tasters in Fig. 1 ist wie folgt:The functionality of this piezo button in Fig. 1 is as follows:
In Fig. 1 ist die Grundstellung des Piezo-Tasters dargestellt. Zum Betätigen des Piezo-Tasterswird auf die äußere Stirnwand 4 des Aufnahmegehäuses 2 gedruckt. Dadurch deformiertsich etwas diese Stirnwand 4 derart, daß das Piezo-Schaltelement 5 ebenfalls leicht durchgebogen wird und die gewünschte elektrische Spannung erzeugt. Gleichzeitigwird das Aufnahmegehäuse 2 ins Innere des Gehäuses 1 entgegen der Kraft des Federelements8 bewegt und erzeugt somit einen mechanischen Hub. Sollte die Federmechanik mit dem Federelement 8 einmal ausfallen, so daß das Aufnahmegehäuse 2 nicht mehr hineindrückbarist, ist der Piezo-Taster nach wie vor funktionstüchtig, da das Piezo-Schaltelement5 nach wie vor einwandfrei durchschaltet.The basic position of the piezo button is shown in Fig. 1. To operate the piezo button, press on the outer front wall 4 of the housing 2. This causes the front wall 4 to deform slightly, so that the piezo switching element 5 is also slightly bent and generates the desired electrical voltage. At the same time, the housing 2 is moved into the interior of the housing 1 against the force of the spring element 8, thus generating a mechanical stroke. Should the spring mechanism with the spring element 8 fail, so that the housing 2 can no longer be pressed in, the piezo button is still functional, since the piezo switching element 5 continues to switch through perfectly.
Eine konkrete technische Realisierung des Piezo-Tasters ist in Fig. 2 dargestellt. Auch hierist ein äußeres, zylinderförmiges Gehäuse 1 vorgesehen, auf dessen unteres Öffnungsendeein Boden 7 aufgesetzt ist. Dieser Boden 7 weist eine zentrale Öffnung 10 für die Anschlußleitungen11 auf. Das Aufnahmegehäuse 2 ist ebenfalls zylindrisch ausgebildet undweist hinter seiner oberseitigen Stirnwand 4 das fest angeordnete Piezo-Schaltelement 5auf. Im Bereich der Stirnwand 4 weist das Aufnahmegehäuse 2 eine umlaufende Ringnutfür das Dichtungselement 9 auf. Auch hier ist ein Anschlag 3 zwischen dem Gehäuse 1 unddem Aufnahmegehäuse 2 vorgesehen. Als Federelement 8 dient eine Kegelfeder mit derSpitze nach unten. Diese Kegelfeder stützt sich oberseitig auf dem Umfangsrand des Aufnahmegehäuses2 ab, während unten die Kegelfeder eine Hülse 12 des Bodens 7 umgibt.A specific technical implementation of the piezo button is shown in Fig. 2. Here too, an outer, cylindrical housing 1 is provided, on the lower opening end of which a base 7 is placed. This base 7 has a central opening 10 for the connecting lines 11. The receiving housing 2 is also cylindrical and has the fixed piezo switching element 5 behind its upper end wall 4. In the area of the end wall 4, the receiving housing 2 has a circumferential annular groove for the sealing element 9. Here too, a stop 3 is provided between the housing 1 and the receiving housing 2. A conical spring with the tip pointing downwards serves as the spring element 8. This conical spring rests on the upper side on the peripheral edge of the receiving housing 2, while at the bottom the conical spring surrounds a sleeve 12 of the base 7.
Die Funktionsweise dieser Ausführungsform des Piezo-Tasters ist genau die gleiche wie die" Grundversion in Fig. 1, d.h. beim Betätigen der Stirnwand 4 des Aufnahmegehäuses 2 ergibtsich einerseits eine Schaltfunktion des Piezo-Schaltelements 5 und andererseits erfährtdas Aufnahmegehäuse 2 entgegen der Kraft der Kegelfeder einen Hub. Die Kegelfeder hatdabei den Vorteil, daß sie im eingedrückten Zustand nur wenig Platz beansprucht.The functionality of this embodiment of the piezo button is exactly the same as the" basic version in Fig. 1, i.e. when the front wall 4 of the housing 2 is actuated,on the one hand a switching function of the piezo switching element 5 occurs and on the other hand the housing 2 experiences a stroke against the force of the conical spring. The conical spring has the advantage that it takes up very little space when pressed in.
In den dargestellten Ausführungsbeispielen ist das Piezo-Schaltelement 5 in einem Aufnahmegehäuse2 angeordnet. Dies ist jedoch nicht zwingend. Es ist grundsätzlich auch denkbar, das Piezo-Schaltelement 5 direkt in dem Gehäuse 1 beweglich zu lagern.In the exemplary embodiments shown, the piezo switching element 5 is arranged in a receiving housing2. However, this is not mandatory. It is also conceivable in principle to mount the piezo switching element 5 directly in the housing 1 in a movable manner.
Der Vorteil des erfindungsgemäßen Piezo-Tasters liegt nicht nur darin, daß er einen Hubbesitzt, er ist außerdem vandalensicher sowie bedingt einfrier- und flüssigkeitssicher. DerHub geht zwar beim Einfrieren oder Verkleben verloren, nicht jedoch die Funktion des Tasters.The advantage of the piezo button according to the invention is not only that it has a stroke, it is also vandal-proof and partially freeze-proof and liquid-proof. The stroke is lost when it freezes or sticks, but the button's function is not.
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