Verschleissfesteste Federung in kleinst-Dimensionen (Tastenrückfederung)

Technik Mechanik & Konstruktion
#1

Hallo,
ich plane ein Eingabegerät und frage mich jetzt, wie ich am besten die Tasten abfedere, die Tasten müssen kräftig und langanhaltend zurückgefedert werden, es sind zudem sehr kleine Elemente, ich habe teilweise nur 1x1x1 mm Platz für das Tastenfederelement

die drei Möglichkeiten die ich soweit in Betracht ziehe:

  1. Ein stück federndes glattes Metall - bspw ein Rundprofil
  2. Eine klassische Spiralfeder (meiner Meinung nach die schlechteste Variante da es ja nur ein dünner Faden gewundenen Metalls ist)
  3. Ein weiches Material wie Silikon

Gibt es weitere Varianten und welche davon ist die langlebigste

#2

Bei heutigen Tasten ist die mechanische Lebensdauer etwa 10x höher als diejenige der Kontakte.

Ich denke du übernimmst dich hier etwas. Hinter den heutigen Tasten stecken Jahrzehnte der Forschung und Entwicklung.

Wie lange ein Feder durchhält ist heute nicht eine Frage des Prinzips, sondern der Konstruktion und vor allem Herstellung.

Ich habe schon eine Menge defekte Schalter, Tasten und Tastaturen in meinem beruflichen Leben gesehen. Ich kann mich aber kaum an defekte Federelemente als Ursache erinnern.

Silikon-Tastaturen werden heute hauptsächlich verwendet, weil die Herstellung am günstigsten ist.

So langsam denke ich aber, dass du dich mit deinem Projekt etwas übernimmst, scheinbar willst du auch noch die ganze Taste selber konstruieren.

Möglicherweise bist du auch auf einem Holzweg.

Mit 1x1x1mm für das Federelement bekommt man nur eine Kurzhuptaste hin mit ein paar 0,1mm Weg. Das gibt dann aber wieder Probleme mit dem Schaltelement.
Da macht es dann langsam Sinn z.B. Piezo zu verwenden, dann hat man nur noch einen theoretischen Schaltweg und spart sich die ganze Mechanik.

MfG Peter(TOO)

#3

ich will ja nicht selber herstellen, ich will nur einen Entwurf machen der auch gebaut werden kann, im Moment mach ich sowas wie ein Machbarkeitsmodell

heißt Piezo dass der Rückfederungswiderstand nur über das Isolatormaterial kommt?

Im Moment hab ich eine kombiination vor, der Federer hält quasi nur die Taste an seinem Ort und gibt minimalen Widerstand, der Hub darf ruhig extrem Kurz sein - darum bedarf es ja auch keiner komplizierten Mechanik, nur eines kleinen mechanischen Widerstandselements

also ist Silikon kein gutes, beständiges Federmaterial? vielleicht irgendwie Gummi?

#4

PS das Federelement ist von der Elektronik komplett getrennt, für die Elektronik hab ich so eine klassische Bi-Schicht also mit zwei Kontaktschichten und Trennelement

#5

Im Prinzip Ja, der „Betätigungsweg“ beträgt nur ein paar µm, für menschliches empfinden reagiert die Taste auf etwas Druck.

Jetzt kennt hier keiner deine Vorgaben?

Es gibt auch Folientastaturen in diversen Varianten, mittlerweile auch kapazitiv, ganz ohne Mechanik.
Mit Folientastaturen hat man die grösste mögliche Freiheit beim Design.

Im einfachsten Fall hat man eine Leiterplatte mit einer aufgeklebten Folie als Dicke, kommt also mit 1.5-2mm aus Die Elektronik hat irgendwo auf der ganzen Rückseite platz. Macht das Ganze aber noch entsprechend dicker. Entspricht dann von der Haptik einem Touchscreen. Die Lebensdauer ist aber bei kapazitiven Tasten unbegrenzt. Praktisch ist irgendwann die Folie abgewetzt.

Eine haptische Rückmeldung bekommt man mit Knackfröschen, die machen das Ganze aber einige Zehntelmillimeter dicker. Allerdings hat man Mechanik und somit eine begrenzte Lebensdauer.
Dicker geht natürlich immer, man kann auch Tasten dahinter montieren.

Hier mal eine Übersicht, was es so an fertigen Tasten gibt:
http://www.knitter-switch.com/eng/Products/Group/4
Die kleinste hier hat 4x2mm und da ist alles drin!

Hier eine Folien-Variante:
http://www.knitter-switch.com/var/pms/subgroup-40/E-2014knitterELKAT-low_210-211.pdf

Hier etwas in Gummi:
http://www.knitter-switch.com/var/pms/subgroup-40/E-2014knitterELKAT-low_210-211.pdf

Hier etwas zu Piezo:
http://www.algragroup.ch/technologien/algra-ndt-force-sensors/
Oben rechts ist unter „Technologien“ noch mehr zu finden.

Google findet noch weit mehr!

MfG Peter(TOO)

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#6

Nachtrag:

Ich habe keine Ahnung aus welcher Ecke du beruflich kommst?
Technik scheint es nicht wirklich zu sein.

Grundsätzlich ist praktische Technik immer ein Kompromiss aus, sich meist widersprechenden, Anforderungen.

Eine kapazitive „Taste“ hat eine praktisch unbegrenzte Lebensdauer, diese wird nur durch den Abgriff der Oberfläche und der Lebenserwartung der Elektronik begrenzt. Allerdings gibt es keine taktile Rückmeldung über die Betätigung. Eine Rückmeldung ist nur mit zusätzlicher Technik z.B. akustisch oder über Vibration möglich.

Mechanische Tasten gibt es mit unzähligen Betätigungskräften, auch nicht linear und Hüben. Allerdings benötigt Mechanik halt Platz und die Lebensdauer ist begrenzt, besonders sind die Kontakte das grösste Problem. Man unterscheidet deshalb die mechanische und elektrische Lebenserwartung. Stand der Technik ist, dass die elektrische Lebensdauer meistens die begrenzende Grösse ist. Wobei diese heute im Bereich von 0.1-1Mio. Betätigungen liegt.

Ein Problem bei mechanische Kontakten ist noch das Kontaktprellen. Das kann zwar problemlos mit der Elektronik eliminiert werden, begrenzt aber die Eingabegeschwindigkeit. Das Prellen liegt so im Bereich von 1/100 bis 1/10 Sekunde. Das Prellen hängt wiederum wesentlich von der Materialwahl und der Konstruktion ab. Mit der Alterung nimmt die Prellzeit zudem zu.
Auch hier wieder das Problem mit dem Kompromiss. Weiche Materialien, wie Gold, ergeben kürzere Prellzeiten, nutzen sich aber schneller ab als Harte. Ideal waren Quecksilberbenetzte Kontakte, was heute aber verboten ist.

Das Grundproblem bei Tasten ist der Mensch, er ist das Mass der Taste!
Die Verkleinerung der Tasten wird durch die Grösse der Finger nun mal begrenzt. Handschuhe sind ein weiteres Problem. Manche Tastaturen kann man nur mit einem Stift sinnvoll benutzen. Technisch könnte man viel kleinere Tastaturen entwerfen, diese könnte man so klein machen, dass sie selbst für Ameisen zu klein wären.

Die Grösse vieler Geräte wird heute durch den Menschen vorgegeben und nicht durch die Technik. Mit Spracheingabe kann man die Geräte verkleinern, aber wie hält man dann ein Passwort oder eine PIN geheim?

MfG Peter(TOO)

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#7

hatte mal Informatik studiert für 3 Jahre, ist aber lange her, du hast offenbar einen soliden Hintergrdund, sind ja druckreife Abhandlungen, danke schonmal :smiley:, auch für die Links, sehr hilfreich

ich glaube dem ganzen „produkt jahrelanger Forschung“ usw. Ding trotzdem nicht, warum sehen unsere Tastaturen immernoch wie vor 50 Jahren aus, mit einem allseits akzeptierten aber nirgendwo plausibel gemachten QWERTZ layout, das hat einfach keine rationale Basis, deucht mir mehr nach Kultur oder Tradition

ich löse das Feedback Problem ganz anders, aber in der Tat, das Prellen hab ich noch nicht in Betracht gezogen, der extrem kurze Hub ist nur meine Königsvariante, auch mit normalerem f.e. 2-mm Hub wäre das ganze noch sinnvoll

Meine Sorge ist einzig der Verschleiss, ich kann mir nicht vorstellen, dass ein winziges Stück gewundener Draht aka. Feder die 1 million Tastendrücke so einfach hinnimmt, aber vielleicht irre ich da ja auch. Bin halt wirklich net vom Fach.

Meine Tasten sind geschickt angeordnet, die geringe Größe ist kein Problem sondern Vorteil.

Ich werde mich mit dem Produkt schon an einen Fähigen Hersteller wenden. Liebäugel derzeit mit Roccat - sind ja aus Deutschland und hab selber eine - meiner Meinung nach die beste Maus derzeit (Nyth). Die haben hoffentlich langlebige Kontakte in der Produktion.