DE102009058592A1 - Operating and / or control element with capacitive sensor - Google Patents

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Abstract

Es wird ein Bedien- und/oder Steuerelement mit einem kapazitiven Sensor vorgeschlagen, insbesondere für Eingabe- oder Steuerungselemente in einem Fahrzeug, mit einem auf einem dreidimensionalen Element (2) angeordneten Sensor, der mit mindestens einem kapazitiven Sensorelement zur Annäherungserkennung ausgestattet ist. Der dreidimensionale Sensor weist eine Mehrzahl von separaten Sensorfeldern (3, 4) auf, die zumindest in Richtung des Bedienraumes und in vorgegebenen Richtungen seitlich dazu so ausgerichtet sind, dass eine Annäherung oder eine Berührung eines Bedieners innerhalb des Bedienraums dreidimensional selektiv detektierbar ist.An operating and / or control element with a capacitive sensor is proposed, in particular for input or control elements in a vehicle, having a sensor arranged on a three-dimensional element (2) and equipped with at least one capacitive sensor element for detection of approach. The three-dimensional sensor has a plurality of separate sensor fields (3, 4) which are oriented laterally at least in the direction of the operating space and in predetermined directions such that an approach or a touch of an operator within the operating space can be selectively detected three-dimensionally.

Description

Stand der TechnikState of the art

Die Erfindung betrifft ein Bedien- und/oder Steuerelement mit einem kapazitiven Sensor, insbesondere für Eingabe- oder Steuerungselemente in einem Fahrzeug, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to an operating and / or control element with a capacitive sensor, in particular for input or control elements in a vehicle, according to the preamble of claim 1.

Solche Bedien- und/oder Steuerelemente dienen insbesondere als Eingabeelemente in einem Fahrzeug und sind überwiegend als mechanisch bewegliche Teile, z. B. als Drehknopf, Taster/Schalter oder Schiebesteller etc., ausgeführt und in Verbindung mit elektromechanisch kontaktierenden Elementen realisiert.Such controls and / or controls are used in particular as input elements in a vehicle and are predominantly as mechanically moving parts, eg. B. as a knob, button / switch or sliding plate, etc., executed and realized in conjunction with electromechanically contacting elements.

Zur Erkennung einer Annäherung von Bedienern an diese Bedien- und/oder Steuerelemente werden durchaus auch kapazitive Näherungserkennungssysteme eingesetzt. Beim Einsatz von solchen kapazitiven Erkennungssystemen beschränkt sich die geometrische Anordnung in der Regel auf zwei Dimensionen oder auf eine sehr eingeschränkte dreidimensionale Anordnung, wodurch sich diese Einschränkung sich negativ auf die Ergonomie und die Auffindbarkeit und Betätigung im Fahrbetrieb auswirkt.Capacitive proximity detection systems are also used to detect an approach of operators to these controls and / or controls. When using such capacitive detection systems, the geometric arrangement is usually limited to two dimensions or a very limited three-dimensional arrangement, whereby this restriction has a negative impact on the ergonomics and the findability and operation in driving.

Es ist für sich gesehen lediglich aus der DE 10 2008 014 463 A1 bekannt, dass eine Bedieneinheit für eine Belüftungs- oder Klimaanlage eines Fahrzeugs einen dreidimensionalen Vorsprung aufweist, der mit einer sogenannten Schaltmatte zur Bedienung von elektrischen Kontakten mechanisch verbunden ist. Diese Schaltmatte weist im Bereich des Vorsprungs auch eine kapazitiv wirkende Elektrode auf, die bei Annäherung eines Bedieners einen Schaltkontakt auf der Schaltmatte beeinflussen kann.It is only from the DE 10 2008 014 463 A1 It is known that an operating unit for a ventilation or air conditioning system of a vehicle has a three-dimensional projection which is mechanically connected to a so-called switching mat for the operation of electrical contacts. In the region of the projection, this switching mat also has a capacitively acting electrode which, when an operator approaches, can influence a switching contact on the switching mat.

Das Prinzip eins solchen kapazitiven Näherungssensors ist für sich gesehen bekannt, da hier die Beeinflussung der elektrischen Feldlinien zwischen Kondensatorplatten durch einen Bediener erfasst wird.The principle of such a capacitive proximity sensor is known per se, since here the influence of the electric field lines between capacitor plates is detected by an operator.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Die Erfindung geht von einem Bedien- und/oder Steuerelement mit einem kapazitiven Sensor aus, insbesondere für Eingabe- oder Steuerungselemente in einem Fahrzeug, mit einem auf einem dreidimensionalen Element angeordneten Sensor, der mit mindestens einem kapazitiven Sensorelement zur Annäherungserkennung ausgestattet ist. Erfindungsgemäß weist der dreidimensionale Sensor in vorteilhafter Weise eine Mehrzahl von separaten Sensorfeldern auf, die zumindest in Richtung des Bedienraumes und in vorgegebenen Richtungen seitlich dazu so ausgerichtet sind, dass eine Annäherung oder eine Berührung eines Bedieners innerhalb des Bedienraums dreidimensional selektiv detektierbar ist.The invention is based on an operating and / or control element with a capacitive sensor, in particular for input or control elements in a vehicle, with a sensor arranged on a three-dimensional element, which is equipped with at least one capacitive sensor element for proximity detection. According to the invention, the three-dimensional sensor advantageously has a plurality of separate sensor fields which are laterally aligned at least in the direction of the operating space and in predetermined directions such that an approach or a touch of an operator within the operating space can be selectively detected three-dimensionally.

Bevorzugt bestehen die Sensorfelder aus mindestens einem senkrecht in den Bedienraum ausgerichteten Sensorfeld und aus auf dem seitlichen Umfang des dreidimensionalen Elements verteilten Sensorfeldern.The sensor fields preferably consist of at least one sensor field oriented vertically in the operating space and sensor fields distributed on the lateral circumference of the three-dimensional element.

Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform sind die Sensorfelder auf einem drehknopfartigen Element angebracht, wobei die seitlichen Sensorfelder auf dem Umfang des Elements umlaufend gleichmäßig in einem Winkel von 0° bis 90° von der senkrecht in den Bedienraum weisenden Achse ausgerichtet sind.According to a particularly advantageous embodiment, the sensor fields are mounted on a knob-like element, wherein the lateral sensor fields on the circumference of the element circumferentially evenly aligned at an angle of 0 ° to 90 ° from the vertical pointing into the control room axis.

Bei einer anderen Ausführungsform können die Sensorfelder auch auf einem Schiebeelement angebracht werden, wobei die seitlichen Sensorfelder auf dem Element in der jeweiligen Schieberichtung ausgerichtet sind.In another embodiment, the sensor fields can also be mounted on a sliding element, with the lateral sensor fields being aligned on the element in the respective sliding direction.

Es ist auch möglich, dass die Sensorfelder auf einem Tastelement angebracht sind, wobei die Sensorfelder auf dem Element in der jeweiligen Tastrichtung ausgerichtet sind.It is also possible that the sensor fields are mounted on a probe element, wherein the sensor fields are aligned on the element in the respective scanning direction.

Die Sensorfelder können beispielsweise aus auf einem Kunststoffträger angebrachten Metallschichten bestehen, die über Kontaktelemente mit Leiterbahnen einer Leiterplatte in einer elektronischen Auswerteeinheit kontaktierbar sind. Die Sensorfelder können dabei aus einzelnen Metallelementen, aus Mehrkomponentenspritzelementen mit einer Metallisierung, aus räumlich verformbaren Kunststoffen, vorzugsweise Folien, oder aus einer Formgebung metallhaltiger Kunststoffe bestehen.The sensor arrays can, for example, consist of metal layers attached to a plastic carrier, which can be contacted via contact elements with conductor tracks of a printed circuit board in an electronic evaluation unit. The sensor arrays can consist of individual metal elements, of multicomponent injection elements with a metallization, of spatially deformable plastics, preferably foils, or of a shape of metal-containing plastics.

Vorteilhaft ist es hierbei auch, wenn die Kontaktelemente federnd ausgeführt sind. Über das Element mit den Sensorfeldern kann auf einfache Weise eine der Kontur des Elements angepasste Kunststofffront in Richtung des Bedienraums angeordnet werden.It is advantageous here, too, if the contact elements are designed to be resilient. About the element with the sensor fields can be arranged in a simple manner adapted to the contour of the element plastic front in the direction of the control room.

Das zuvor beschriebene erfindungsgemäße Bedien- und/oder Steuerelement ermöglicht somit eine uneingeschränkte dreidimensionale Anordnung von Felderzeugerelementen eines kapazitiven Sensors. Damit können geometrische Freiformflächen über Tast- oder Schaltelemente bzw. über dreidimensional greifbare Dreh- oder Schiebeelemente, ausgebildet werden. Dies ermöglicht eine ergonomisch günstige Gestaltung der Bedien- und/oder Steuerelemente mit optimalen Eigenschaften bezüglich der Auffindbarkeit und Betätigung seitens eines Bedieners.The above-described control and / or operating element according to the invention thus enables an unrestricted three-dimensional arrangement of field generator elements of a capacitive sensor. This geometric free-form surfaces via tactile or switching elements or three-dimensional tangible rotary or sliding elements can be formed. This allows an ergonomically favorable design of the controls and / or controls with optimal properties in terms of findability and operation by an operator.

Mit der Erfindung werden weiterhin verschiedene Methoden zur Umsetzung der Anordnung der Sensorfelder als felderfassende Antennen vorgeschlagen, wobei diese aus einzelnen Metallelementen, Mehrkomponentenspritzelementen mit Metallisierung, Metallisierung von räumlich verformbaren Kunststoffen (z. B. Folien), Formgebung metallhaltiger Kunststoffen sowie der Kontaktierung zu einer dahinter liegenden Anordnung, z. B. einer Leiterplatte, selbstfedernd oder einzelfedernd, bestehen kann. The invention furthermore proposes various methods for implementing the arrangement of the sensor fields as field-detecting antennas, these being made of individual metal elements, multi-component injection elements with metallization, metallization of spatially deformable plastics (eg foils), shaping of metal-containing plastics and contacting to one behind lying arrangement, for. B. a printed circuit board, selbstfedernd or einzelfedernd, may exist.

Kurze Beschreibung der ZeichnungShort description of the drawing

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert, wobeiThe invention will be explained in more detail with reference to an embodiment, wherein

1 eine erfindungsgemäße Ausführung eines Bedien- und/oder Steuerelements entsprechend eines Drehknopfs mit einem Sensorfeld an der Front und seitlich am Umfang angebrachten Sensorfeldern und 1 an inventive embodiment of an operating and / or control element corresponding to a rotary knob with a sensor array on the front and side of the circumference mounted sensor fields and

2 eine Darstellung eines Zusammenbaus des Bedien- und/oder Steuerelements nach der 1 zwischen einer Leiterplatte und einer Kunststoffform als Frontplatte zeigt. 2 a representation of an assembly of the control and / or control after the 1 between a printed circuit board and a plastic mold as a front panel shows.

Weg zur Ausführung der ErfindungWay to carry out the invention

1 zeigt ein Bedien- und/oder Steuerelement 1 mit einem weiter unten erläuterten kapazitiven Sensor, der in seiner Funktion einem Drehknopf entspricht und für Eingabe- oder Steuerungselemente in einem Fahrzeug besonders geeignet ist. Hier ist ein als Kunststoffkörper ausgebildetes dreidimensionales Element 2 vorhanden, das eine Mehrzahl von separaten Sensorfeldern 3 und 4 aufweist, wobei das Sensorfeld 3 in Richtung des Bedienraumes angeordnet ist und die Sensorfelder 4 seitlich dazu so ausgerichtet sind, dass eine Annäherung oder eine Berührung eines Bedieners innerhalb des Bedienraums dreidimensional selektiv über Kontakte 5 detektierbar ist. 1 shows a control and / or control 1 with a capacitive sensor explained below, which corresponds in its function to a rotary knob and is particularly suitable for input or control elements in a vehicle. Here is a trained as a plastic body three-dimensional element 2 present, which has a plurality of separate sensor fields 3 and 4 having, wherein the sensor field 3 is arranged in the direction of the control room and the sensor fields 4 are laterally aligned so that an approach or a touch of an operator within the control room three-dimensionally selectively via contacts 5 is detectable.

Durch die selektiv unterschiedliche Beeinflussung der Sensorfelder 4 als Kondensatorplatten des kapazitiven Sensors kann somit quasi eine Drehbewegung detektiert werden, wenn die Sensorfelder 4 auf einem drehknopfartigen Element 2 angebracht sind, wobei die seitlichen Sensorfelder auf dem Umfang des Elements 2 gleichmäßig umlaufend in einem Winkel von beispielsweise 45° von der senkrecht in den Bedienraum weisenden Achse ausgerichtet sind und der Bediener mit dem Finger rotatorisch die Sensorfelder 4 umfährt. Mit dem Sensorfeld 3 kann darüber hinaus auch ein Tastenelement simuliert werden.Due to the selectively different influencing of the sensor fields 4 As capacitor plates of the capacitive sensor can thus be virtually detected a rotational movement when the sensor fields 4 on a knob-like element 2 attached, with the lateral sensor fields on the periphery of the element 2 are evenly aligned at an angle of, for example, 45 ° from the axis pointing vertically into the control room axis and the operator rotatorily with the finger the sensor fields 4 bypasses. With the sensor field 3 In addition, a key element can also be simulated.

Aus 2 ist eine Darstellung eines Zusammenbaus des Bedien- und/oder Steuerelements 1 nach der 1 zwischen einer Leiterplatte 6 und einer Kunststoffform 7 als Frontplatte zu entnehmen. Die Sensorfelder 3 und 4 sind hier auf dem Element 2 als Kunststoffträger aufgebrachte Metallelemente, die über eventuell federnd ausgeführte Kontaktelemente 8 mit Leiterbahnen der Leiterplatte 6 kontaktiert sind.Out 2 is an illustration of an assembly of the control and / or control 1 after 1 between a circuit board 6 and a plastic mold 7 as a front panel to remove. The sensor fields 3 and 4 are here on the element 2 as plastic carrier applied metal elements, which may have spring-mounted contact elements 8th with printed conductors of the printed circuit board 6 are contacted.

Die der Kontur des Elements 2 angepasste Kunststoffform 7 als Frontplatte kann dann über das Element 2 mit den Sensorfeldern 3 und 4 gestülpt werden, sodass hiermit ein Drehknopf ohne mechanisch bewegliche Teile simuliert werden kann.The contour of the element 2 adapted plastic mold 7 as a front panel can then over the item 2 with the sensor fields 3 and 4 be slipped so that hereby a knob without mechanically moving parts can be simulated.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 102008014463 A1 [0004] DE 102008014463 A1 [0004]

Claims (12)

Bedien- und/oder Steuerelement mit einem kapazitiven Sensor, insbesondere für Eingabe- oder Steuerungselemente in einem Fahrzeug, mit einem auf einem dreidimensionalen Element (2) angeordneten Sensor, der mit mindestens einem kapazitiven Sensorelement zur Annäherungserkennung ausgestattet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der dreidimensionale Sensor eine Mehrzahl von separaten Sensorfeldern (3, 4) aufweist, die zumindest in Richtung des Bedienraumes und in vorgegebenen Richtungen seitlich dazu so ausgerichtet sind, dass eine Annäherung oder eine Berührung eines Bedieners innerhalb des Bedienraums dreidimensional selektiv detektierbar ist.Operating and / or control element with a capacitive sensor, in particular for input or control elements in a vehicle, with one on a three-dimensional element ( 2 ), which is equipped with at least one capacitive sensor element for proximity detection, characterized in that the three-dimensional sensor comprises a plurality of separate sensor fields ( 3 . 4 ), which are aligned at least in the direction of the control room and in predetermined directions laterally thereto so that an approach or a touch of an operator within the control room is three-dimensionally selectively detectable. Bedien- und/oder Steuerelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorfelder (3, 4) aus mindestens einem senkrecht in den Bedienraum ausgerichteten Sensorfeld (3) und aus auf dem seitlichen Umfang des dreidimensionalen Elements umlaufend verteilten Sensorfeldern (4) bestehen.Operating and / or control element according to claim 1, characterized in that the sensor fields ( 3 . 4 ) from at least one vertically aligned in the control room sensor field ( 3 ) and on the lateral circumference of the three-dimensional element circumferentially distributed sensor fields ( 4 ) consist. Bedien- und/oder Steuerelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorfelder (3, 4) auf einem drehknopfartigen Element angebracht sind, wobei die seitlichen Sensorfelder (3, 4) auf dem Umfang des Elements gleichmäßig in einem Winkel von 0° bis 90° von der senkrecht in den Bedienraum weisenden Achse ausgerichtet sind.Control and / or control element according to claim 2, characterized in that the sensor fields ( 3 . 4 ) are mounted on a knob-like element, wherein the lateral sensor fields ( 3 . 4 ) are aligned evenly on the circumference of the element at an angle of 0 ° to 90 ° from the axis perpendicular to the operating space. Bedien- und/oder Steuerelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorfelder auf einem Schiebeelement angebracht sind, wobei die seitlichen Sensorfelder auf dem Element in der jeweiligen Schieberichtung ausgerichtet sind.Operating and / or control element according to claim 2, characterized in that the sensor fields are mounted on a sliding element, wherein the lateral sensor fields are aligned on the element in the respective sliding direction. Bedien- und/oder Steuerelement nach Anspruch 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorfelder auf einem Tastenelement angebracht sind, wobei die Sensorfelder auf dem Tastenelement in der jeweiligen Tastrichtung ausgerichtet sind.Operating and / or control element according to claim 2, 3 or 4, characterized in that the sensor fields are mounted on a key element, wherein the sensor fields are aligned on the key element in the respective scanning direction. Bedien- und/oder Steuerelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorfelder (4, 4) aus auf einem Kunststoffträger angebrachten Metallschichten bestehen, die über Kontaktelemente (8) mit Leiterbahnen einer Leiterplatte (6) in einer elektronischen Auswerteeinheit kontaktierbar sind.Operating and / or control element according to one of the preceding claims, characterized in that the sensor fields ( 4 . 4 ) consist of metal layers attached to a plastic carrier, which are connected via contact elements ( 8th ) with printed conductors of a printed circuit board ( 6 ) can be contacted in an electronic evaluation unit. Bedien- und/oder Steuerelement nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorfelder (3, 4) aus einzelnen Metallelementen bestehen.Operating and / or control element according to claim 6, characterized in that the sensor fields ( 3 . 4 ) consist of individual metal elements. Bedien- und/oder Steuerelement nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorfelder (3, 4) aus Mehrkomponentenspritzelementen mit einer Metallisierung bestehen.Operating and / or control element according to claim 6, characterized in that the sensor fields ( 3 . 4 ) consist of multi-component injection elements with a metallization. Bedien- und/oder Steuerelement nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorfelder (3, 4) aus räumlich verformbaren Kunststoffen, vorzugsweise Folien, bestehen.Operating and / or control element according to claim 6, characterized in that the sensor fields ( 3 . 4 ) made of spatially deformable plastics, preferably films exist. Bedien- und/oder Steuerelement nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorfelder (3, 4) aus einer Formgebung metallhaltiger Kunststoffe bestehen.Operating and / or control element according to claim 6, characterized in that the sensor fields ( 3 . 4 ) consist of a shape of metal-containing plastics. Bedien- und/oder Steuerelement nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktelemente (8) federnd ausgeführt sind.Operating and / or control element according to one of claims 6 to 10, characterized in that the contact elements ( 8th ) are designed resilient. Bedien- und/oder Steuerelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass über das Element (2) mit den Sensorfeldern (3, 4) eine der Kontur des Elements (2) angepasste Kunststoffform in Richtung des Bedienraums angeordnet ist.Operating and / or control element according to one of the preceding claims, characterized in that via the element ( 2 ) with the sensor fields ( 3 . 4 ) one of the contour of the element ( 2 ) adapted plastic mold is arranged in the direction of the operating space.
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