DE102016120849B4

DE102016120849B4 - Input device with an array of force sensors

Info

Publication number: DE102016120849B4
Application number: DE102016120849.3A
Authority: DE
Inventors: Michael Martin; Jochen Schlereth
Original assignee: Preh GmbH
Current assignee: Preh GmbH
Priority date: 2016-11-02
Filing date: 2016-11-02
Publication date: 2018-07-05
Anticipated expiration: 2036-11-03
Also published as: CN207937988U; DE102016120849A1

Abstract

Eingabegerät (1) mit einer ein Array von Betätigungsflächen (10) definierenden flächigen Blende (8) und einem Array von kapazitiven Kraftsensoren (14) sowie einem Träger (2), wobei die Betätigungsflächen (10) auf einer dem Bediener zugewandten Oberfläche (11) der Blende (8) und der Träger (2) auf einer dem Bediener abgewandten Seite der Blende (8) angeordnet sind und wobei jeweils einer der kapazitiven Kraftsensoren (14) eine Messkapazität zwischen Blende (8) und Träger (2) ausbildet, die einer der Betätigungsflächen (10) zugeordnet ist und jeder der Kraftsensoren (14) jeweils wenigstens eine erste, der Blende (8) zugeordnete Elektrode (9) und wenigstens eine zweite, dem Träger (2) zugeordnete Elektrode (3) zum Ausbilden der Messkapazität aufweist, wobei zwischen der Blende (8) und dem Träger (2) wenigstens ein an Blende (8) und Träger (2) haftendes Kissen (6) aus elastisch nachgebenden und/oder komprimierbaren Kissenmaterial angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Kissen (6) eine Hülle und einen Kissenkern aufweist, wobei Hülle und Kissenkern stoffschlüssig verbunden sind.Input device (1) having an areal panel (8) defining an array of actuating surfaces (10) and an array of capacitive force sensors (14) and a carrier (2), the actuating areas (10) being arranged on an operator-facing surface (11). the diaphragm (8) and the carrier (2) are arranged on a side of the diaphragm (8) facing away from the operator, and wherein in each case one of the capacitive force sensors (14) forms a measuring capacitance between the diaphragm (8) and the carrier (2) the actuation surfaces (10) is assigned and each of the force sensors (14) has at least one first electrode (9) associated with the diaphragm (8) and at least one second electrode (3) associated with the carrier (2) for forming the measurement capacitance, wherein between the panel (8) and the support (2) at least one of the diaphragm (8) and support (2) adherent pad (6) is arranged from elastically yielding and / or compressible pad material, characterized in that s the cushion (6) has a shell and a cushion core, wherein shell and cushion core are materially connected.

Description

Die Erfindung betrifft ein Eingabegerät mit einem Array von Kraftsensoren. Vorbekannte Eingabegeräte weisen eine berührempfindliche Eingabefläche auf, d.h. der berührempfindlichen Eingabefläche sind ein oder mehrere Berührsensoren zugeordnet. Diese Art von Eingabegeräten stellt auf die ausschließliche Detektion der Berührung ab, eine Information über die dabei durch den Bediener aufgebrachte Betätigungskraft steht nicht zur Verfügung. Es besteht aber zunehmend Bedarf nach solchen Eingabegeräten, bei denen der Bediener ein haptisches Feedback dann erhält, wenn der Bediener eine Eingabe auf der Eingabefläche vornimmt. Um zufällige Berührungen der Eingabefläche von intendierter Betätigung besser unterscheiden zu können und um dem an althergebrachte, mechanische Bedienelemente gewohnten Bediener ein ähnliches haptisches Feedback liefern zu können, wurden solche Eingabegeräte entwickelt, die eine Betätigungskraftmessung gestatten, um in Abhängigkeit der gemessenen Betätigungskraft ein haptisches Feedback erzeugen zu können. Bei Eingabegeräten mit einem Array von Bedienflächen, d.h. mit mehreren in einer ausgedehnten Eingabefläche aufgenommenen Bedienflächen, ist zur „Ortsauflösung“ ein Array aus mehreren Kraftsensoren vorgesehen. Bevorzugt ist jeder Bedienfläche möglichst ein Kraftsensor zugeordnet, um einer Betätigung der einzelnen Bedienfläche, im Folgenden auch Betätigungsfläche genannt, beispielsweise bei Überschreiten einer gemessenen Mindestbetätigungskraft der Betätigung eine Schaltfunktion zuordnen zu können. Kapazitive Sensoren sind im Vergleich zu beispielsweise piezoelektrischen Sensoren kostengünstig und eine Kraftmessung mit dieser Art von Sensor ist bauraumsparend zu realisieren. Nachteilig bei dieser Art von Sensoren ist jedoch, dass sie empfindlich auf Veränderung durch Eindringen von Fremdkörpern, wie Flüssigkeiten, in die durch sie definierte Messkapazität und Veränderung ihrer Elektrodengeometrie, beispielsweise aufgrund von Temperaturschwankungen, reagieren. Die US 2008 / 0 018 611 A1 offenbart ein Eingabegerät gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to an input device with an array of force sensors. Previously known input devices have a touch-sensitive input surface, ie one or more touch sensors are associated with the touch-sensitive input surface. This type of input devices is based on the exclusive detection of the touch, information about the thereby applied by the operator operating force is not available. However, there is an increasing need for such input devices in which the operator receives haptic feedback when the operator makes an input on the input surface. In order to be able to differentiate accidental touches of the input surface from intended actuation and to be able to provide the operator familiar with traditional mechanical controls with similar haptic feedback, such input devices have been developed which permit actuation force measurement in order to generate haptic feedback in dependence on the measured actuation force to be able to. For input devices with an array of control surfaces, ie with multiple control surfaces recorded in an extensive input surface, an array of several force sensors is provided for the "spatial resolution". Preferably, each control surface is preferably assigned a force sensor in order to be able to assign a switching function to an actuation of the individual control surface, also referred to below as an actuating surface, for example when the measured minimum actuating force is exceeded. Capacitive sensors are inexpensive compared to, for example, piezoelectric sensors and a force measurement with this type of sensor can be realized to save space. A disadvantage of this type of sensors, however, is that they are sensitive to changes due to the penetration of foreign bodies, such as liquids, into the measuring capacity defined by them and their electrode geometry changes, for example due to temperature fluctuations. The US 2008/0 018 611 A1 discloses an input device according to the preamble of claim 1.

Vor diesem Hintergrund bestand Bedarf nach einer Lösung für ein Eingabegerät mit einem Array von Betätigungsflächen und einem zugehörigen Array von kapazitiven Kraftsensoren, welche kostengünstig hergestellt werden kann und deren Funktionssicherheit verbessert dauerhaft sichergestellt werden kann. Diese Aufgabe wird durch ein Eingabegerät gemäß Anspruch 1 gelöst. Eine gleichermaßen vorteilhafte Verwendung ist Gegenstand des nebengeordneten Verwendungsanspruchs. Ein entsprechend vorteilhaftes Herstellungsverfahren ist Gegenstand des Anspruchs 10. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind jeweils Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Es ist darauf hinzuweisen, dass die in den Ansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale in beliebiger, technologisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden können und weitere Ausgestaltungen der Erfindung aufzeigen. Die Beschreibung, insbesondere im Zusammenhang mit den Figuren, charakterisiert und spezifiziert die Erfindung zusätzlich.Against this background, there has been a need for a solution for an input device with an array of actuating surfaces and an associated array of capacitive force sensors, which can be manufactured inexpensively and whose reliability can be improved permanently improved. This object is achieved by an input device according to claim 1. An equally advantageous use is the subject of the independent use claim. A correspondingly advantageous production method is the subject matter of claim 10. Advantageous embodiments are the subject matter of the dependent claims. It should be noted that the features listed individually in the claims can be combined with each other in any technologically meaningful manner and show further embodiments of the invention. The description, in particular in connection with the figures, additionally characterizes and specifies the invention.

Die Erfindung betrifft ein Eingabegerät mit einer ein Array von Betätigungsflächen definierenden flächigen Blende und mit einem Array von kapazitiven Kraftsensoren sowie einem Träger. Die Blende ist beispielsweise im Vergleich zum Träger elastisch nachgebender ausgebildet und/oder gegenüber dem Träger beweglich gelagert. Erfindungsgemäß sind die Betätigungsflächen auf einer dem Bediener zugewandten Oberfläche der Blende angeordnet, also vom Bediener aus gesehen sichtbar angeordnet, während erfindungsgemäß der Träger auf einer dem Bediener abgewandten Seite der Blende, d.h. vom Bediener aus gesehen unter der Blende, angeordnet ist. Erfindungsgemäß ist jeweils einer der kapazitiven Kraftsensoren vorgesehen, eine Messkapazität zwischen Blende und Träger auszubilden, die jeweils einer der mehreren Betätigungsflächen zugeordnet ist. Der kapazitive Kraftsensor weist erfindungsgemäß jeweils wenigstens eine erste, der Blende zugeordnete Elektrode und wenigstens eine zweite, dem Träger zugeordnete Elektrode zum Ausbilden der Messkapazität auf.The invention relates to an input device having an areal surface defining an array of actuating surfaces and having an array of capacitive force sensors and a carrier. The diaphragm is formed, for example, in comparison to the carrier elastically yielding and / or movably mounted relative to the carrier. According to the invention, the actuating surfaces are arranged on an operator-facing surface of the diaphragm, that is, as seen from the operator visibly arranged, while according to the invention, the carrier on a side facing away from the operator of the diaphragm, i. from the operator's view, under the panel. According to the invention, in each case one of the capacitive force sensors is provided to form a measuring capacitance between the diaphragm and the carrier, which is assigned to one of the several actuating surfaces. According to the invention, the capacitive force sensor has at least one first electrode associated with the diaphragm and at least one second electrode assigned to the carrier for forming the measuring capacitance.

Erfindungsgemäß ist zwischen der Blende und dem Träger wenigstens ein an Blende und Träger haftendes Kissen aus elastisch nachgebenden und/oder komprimierbaren Kissenmaterial angeordnet. Bei Einwirken einer Betätigungskraft auf die jeweilige Betätigungsfläche der Blende kommt es aufgrund der Nachgiebigkeit des Kissens zur einer Annäherung der ersten und zweiten Elektrode und damit zu einer Veränderung der Messkapazität, welche durch eine Auswerteinheit detektiert wird und bei Überschreiten einer vorgegebenen Mindeständerung einer Schaltzustandsänderung eines mit dem Eingabegerät zu steuernden Aggregats bewirkt. Bevorzugt weist das Eingabegerät ferner einen Aktor zur Erzeugung eines haptischen Feedbacks auf, der gleichzeitig oder im Nachgang mit der Zuordnung der Schaltzustandsänderung durch die Auswerteinheit aktiviert wird. Durch die konstruktive Auslegung insbesondere durch die Verwendung eines Kissens wird eine zuverlässige Funktion des Kraftsensors sichergestellt, da das Eindringen von Fremdkörpern oder Fluiden durch das Kissen erschwert oder ausgeschlossen ist. Eine Veränderung der Messkapazität aufgrund äußerer Einflüsse abgesehen von gewollter, durch die Einwirkung der Betätigungskraft bewirkter, relativer Lageveränderung von erster und zweiter Elektrode ist somit weitgehend ausgeschlossenAccording to the invention, at least one pad adhering to the panel and the carrier is arranged between the panel and the carrier made of elastically yielding and / or compressible cushion material. Upon the action of an actuating force on the respective actuating surface of the diaphragm occurs due to the flexibility of the pad for an approximation of the first and second electrode and thus to a change in the measuring capacity, which is detected by an evaluation and when exceeding a predetermined minimum change a switching state change of one with the Input device to be controlled aggregate causes. Preferably, the input device further comprises an actuator for generating a haptic feedback, which is activated simultaneously or subsequently with the assignment of the switching state change by the evaluation unit. The constructive design, in particular through the use of a pad, ensures reliable operation of the force sensor, as the penetration of foreign bodies or fluids through the pad is made more difficult or impossible. A change in the measuring capacity due to external influences apart from the intentional, caused by the action of the actuating force, relative change in position of the first and second electrodes is thus largely excluded

Es obliegt dem Fachmann in Abhängigkeit der Materialien von Blende und Träger ein geeignetes das entsprechende Haftvermögen, d.h. die entsprechende Adhäsion, bereitstellendes Material für das Kissen und/oder für die mit der Blende oder dem Träger in Berührkontakt stehende Schicht des Kissens auszuwählen. Beispielsweise kann das Kissen eine die entsprechende Adhäsion bereitstellende Beschichtung, beispielsweise eine Klebstoffschicht, aufweisen. Als ein geeignetes Haftvermögen wird beispielsweise eine Haftfestigkeit (peel strength) von mehr als 1 N/cm angesehen. Bevorzugt ist vorgesehen, dass das Kissenmaterial, das Material der Blende und das Material des Trägers so gewählt sind, dass jeweils ein Haftvermögen von mehr als 1 N/cm bereitgestellt wird. Dieses Haftvermögen wird beispielsweise bei einer auf das Kissen wirkenden Zugkraft mit Ausrichtung von 90° zur jeweiligen Haftoberfläche, d.h. Blendenoberfläche bzw. Trägeroberfläche gemessen. It is up to the skilled person, depending on the materials of the visor and the carrier, to select a suitable adhesive, that is to say the corresponding adhesion, providing material for the pad and / or for the layer of the pad which is in touching contact with the diaphragm or the carrier. For example, the pad may have a coating providing the corresponding adhesion, for example an adhesive layer. As a suitable adhesion, for example, a peel strength of more than 1 N / cm is considered. It is preferably provided that the cushion material, the material of the diaphragm and the material of the carrier are selected so that an adhesion of more than 1 N / cm is provided in each case. This adhesion is measured, for example, with a tensile force acting on the pad with an orientation of 90 ° to the respective adhesive surface, ie the mask surface or carrier surface.

Durch das Haftvermögen des Kissens wird ein Eindringen von Fremdstoffen, wie Flüssigkeiten und Feststoffen, in die durch die Elektroden definierte Messkapazität unterbunden, so dass die Messkapazität des unbelasteten Kraftsensors dauerhaft aufrechterhalten werden kann und Kalibrierungen auf ein Mindestmaß reduziert werden können. Darüber hinaus wirkt die Haftung einer Trennung des Kissens von Blende bzw. Träger entgegen. Dieses Problem tritt beispielsweise bei einem unbelasteten Kraftsensor auf, wenn ein benachbarter Kraftsensor belastet wird. Dabei kann es ohne die Haftung beispielsweise zu einem Abheben der Blende von dem Kissen kommen, wodurch die Gefahr des Fremdkörpereindringens erhöht wird. Dies wird durch das erfindungsgemäße Haftvermögen vermieden.The adhesiveness of the pad prevents the penetration of foreign substances, such as liquids and solids, into the measuring capacity defined by the electrodes, so that the measuring capacity of the unloaded force sensor can be permanently maintained and calibrations can be reduced to a minimum. In addition, the adhesion of a separation of the pad from the panel or carrier counteracts. This problem occurs, for example, in an unloaded force sensor when an adjacent force sensor is loaded. In this case, it can come without the liability, for example, to a lifting of the diaphragm of the cushion, whereby the risk of foreign body penetration is increased. This is avoided by the adhesion according to the invention.

Zur Bereitstellung einer ausreichenden mechanischen Haltbarkeit, weist das Kissenmaterial ein Schermodul von weniger als 50 kPa auf. In Kombination einer aus Kunststoffmaterial ausgebildeten Blende hat sich ein Kissenmaterial mit einem Elastizitätsmodul von 1 bis 50 kPa, bevorzugt von 10 bis 30 kPa, meist bevorzugt von 15 bis 25 kPa, wie etwa 20 kPa als geeignet erwiesen.To provide sufficient mechanical durability, the pad material has a shear modulus of less than 50 kPa. In combination with a diaphragm formed of plastic material, a cushion material having a modulus of elasticity of 1 to 50 kPa, preferably 10 to 30 kPa, most preferably 15 to 25 kPa, such as 20 kPa, has been found suitable.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung weist das Kissenmaterial des Kissens ein Gel auf. Als Gel wird ein viskoelastisches Fluid verstanden. Ein Gel im Sinne der Erfindung ist ein disperses System, das aus mindestens zwei Komponenten besteht. Die feste Komponente bildet dabei ein schwammartiges, dreidimensionales Netzwerk, dessen Poren durch eine Flüssigkeit (Lyogel) oder ein Gas (Xerogel) ausgefüllt sind. Die flüssige Komponente ist dadurch in der festen immobilisiert. Ist das Netzwerk hochporös und Luft das eingelagerte Gas, so wird das Gel auch als Aerogel bezeichnet. Beide Komponenten durchdringen sich dabei vollständig (bikohärent). Gelmassen für die Verwendung in druckverteilenden Elementen, z.B. in Polstern für Rollstühle, sind vor allem auf der Basis von Polyvinylchlorid, von Polyorganosiloxanen und von Polyurethanen beschrieben, d.h. Umsetzungsprodukten aus Polyolen und Polyisocyanaten. Eine weitere bevorzugte Variante des verwendeten Gels wird auf Basis eines Reaktionsgemisches erhältlich aus NCO-Prepolymeren und Polyolkomponenten hergestellt.According to a preferred embodiment, the cushion material of the pad on a gel. Gel is understood as meaning a viscoelastic fluid. A gel according to the invention is a disperse system consisting of at least two components. The solid component forms a sponge-like, three-dimensional network whose pores are filled by a liquid (lyogel) or a gas (xerogel). The liquid component is thereby immobilized in the solid. If the network is highly porous and air is the stored gas, the gel is also referred to as an airgel. Both components penetrate completely (bi-coherently). Gelled for use in pressure-distributing elements, e.g. in upholstery for wheelchairs are described mainly on the basis of polyvinyl chloride, polyorganosiloxanes and polyurethanes, i. Reaction products of polyols and polyisocyanates. Another preferred variant of the gel used is prepared on the basis of a reaction mixture obtainable from NCO prepolymers and polyol components.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weist das Kissenmaterial einen Schaumstoff auf. Bevorzugt handelt es sich um einen geschlossenporigen Schaumstoff, beispielsweise Moosgummi, Polypropylen-Schaumstoff (ein derartiger Schaumstoff wird unter der Marke Neopolen der BASF AG vertrieben), Polyethylen-Schaumstoff), Zellgummi.According to a further preferred embodiment, the cushion material comprises a foam. It is preferably a closed cell foam, for example sponge rubber, polypropylene foam (such a foam is sold under the brand Neopolen of BASF AG), polyethylene foam), cellular rubber.

Erfindungsgemäß weist das Kissen eine Hülle und einen Kissenkern auf, wobei die Hülle und der Kissenkern stoffschlüssig verbunden sind. Beispielsweise handelt es sich um einen Polyurethan-Schaumstoff mit verdichteter Haut als Hülle, derartige Schaumstoffe sind auch als Integralschaumstoff bekannt. Der Kissenkern kann hierbei aufgrund der schützenden Wirkung der Hülle aus einem offenporigen Schaumstoff bestehen.According to the invention, the cushion has a shell and a cushion core, wherein the shell and the cushion core are materially connected. For example, it is a polyurethane foam with compacted skin as a shell, such foams are also known as Integralschaumstoff. The cushion core may consist of an open-cell foam due to the protective effect of the shell.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist zwischen der Blende und dem Träger eine Distanzschicht aus einem Distanzmaterial, wie Kunststoff vorgesehen, die ein Array aus den Betätigungsflächen zugeordneten Hohlräumen definiert, beispielsweise ist jeweils ein Hohlraum einer Betätigungsfläche zugeordnet. Der Hohlraum ist erfindungsgemäß jeweils mit dem zuvor beschriebenen Kissen aus im Vergleich zum Distanzmaterial elastisch nachgebenden und/oder komprimierbaren Kissenmaterial ganz oder teilweise gefüllt.According to a preferred embodiment, a spacer layer made of a spacer material, such as plastic, is provided between the panel and the carrier, which defines an array of cavities associated with the actuating surfaces, for example a respective cavity is assigned to an actuating surface. According to the invention, the cavity is completely or partially filled, in each case, with the previously described cushion of cushion material yielding elastically and / or compressible in comparison to the spacer material.

Beispielsweise füllt das Kissen den Hohlraum zu 80% oder mehr, bevorzugt 90% oder mehr, noch bevorzugter 95% oder mehr aus. Der verbleibende Resthohlraum dient beispielsweise als Ausweichraum für das bei Einwirkung der Betätigungskraft sich verformende Kissen.For example, the pad fills the cavity to 80% or more, preferably 90% or more, more preferably 95% or more. The remaining residual cavity, for example, serves as an alternative space for the under the action of the actuating force deforming pillow.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Distanzschicht als Folie ausgebildet. Als Folien- d.h. Distanzmaterial werden bevorzugt PVC (Polyvinylchlorid) und PP (Polypropylen) verwendet.According to a preferred embodiment, the spacer layer is formed as a film. As films - i. Spacer materials are preferably used PVC (polyvinyl chloride) and PP (polypropylene).

Bevorzugt ist die Distanzschicht über eine erste Haftkleberschicht mit dem Träger verbunden und/oder über eine zweite Haftkleberschicht mit der Blende verbunden. Dadurch wird eine Abdichtung und dauerhafte Haltbarkeit des Arrays aus Kraftsensoren erreicht.The spacer layer is preferably connected to the carrier via a first pressure-sensitive adhesive layer and / or connected to the diaphragm via a second pressure-sensitive adhesive layer. As a result, a seal and lasting durability of the array of force sensors is achieved.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung wird die erste Elektrode durch eine erste Elektrodenschicht der Blende aus elektrisch leitendem Material und/oder die zweite Elektrode durch eine zweite Elektrodenschicht des Trägers aus elektrisch leitendem Material ausgebildet. Bevorzugt ist die zweite Elektrodenschicht als durchgängige leitende Schicht ausgebildet und stellt somit eine gemeinsame Elektrode für alle Kraftsensoren des Arrays bereit. Die erste Elektrode ist in einer Ausgestaltung Teil einer zur Blende gehörigen Elektrodenstruktur, die ausgebildet ist, eine ortsauflösende kapazitive Detektion einer Berührung auf der Blende gegebenenfalls auch außerhalb der Betätigungsflächen durchführen zu können. According to a further embodiment, the first electrode is formed by a first electrode layer of the diaphragm of electrically conductive material and / or the second electrode by a second electrode layer of the carrier of electrically conductive material. Preferably, the second electrode layer is formed as a continuous conductive layer and thus provides a common electrode for all force sensors of the array. In one embodiment, the first electrode is part of an electrode structure belonging to the diaphragm, which is designed to be able to perform a spatially resolving capacitive detection of a contact on the diaphragm, possibly also outside the actuating surfaces.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist der Hohlraum jeweils nicht nur durch die zuvor erwähnte Distanzschicht sondern ferner durch die Blende und den Träger begrenzt. Bevorzugt ist vorgesehen, dass der Hohlraum jeweils durch die Distanzschicht, die zur Blende gehörige erste Elektrodenschicht und die zum Träger gehörige zweite Elektrodenschicht begrenzt ist.According to a preferred embodiment, the cavity is bounded not only by the aforementioned spacer layer but also by the diaphragm and the carrier. It is preferably provided that the cavity is bounded in each case by the spacer layer, the first electrode layer belonging to the diaphragm and the second electrode layer belonging to the carrier.

Zur Hinterleuchtung der Betätigungsfläche ist wenigstens das Kissenmaterial ein transluzentes Material. Bevorzugt sind ferner der Träger und die Blende wenigstens im Bereich der Betätigungsfläche aus transluzentem Material.For backlighting of the actuating surface at least the cushion material is a translucent material. Furthermore, the carrier and the diaphragm are preferably at least in the region of the actuating surface of translucent material.

Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung eines Eingabegeräts in einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen mit den folgenden Schritten. In einem ersten Bereitstellungsschritt wird der Träger bereitgestellt. In einem Aufbringschicht wird die Distanzschicht, beispielsweise über die erste Haftklebeschicht, mit ihrer ersten Hauptfläche auf den Träger aufgebracht. Die Distanzschicht, die bevorzugt als Folie ausgebildet ist, definiert das Array von den Betätigungsflächen zugeordneten Hohlräumen. In einer Ausgestaltung sind die Hohlräume in der Distanzschicht schon vor dem Aufbringen vorgesehen. Bevorzugt wird die Distanzschicht im Aufbringungsschritt vollflächig, d.h. als zusammenhängende, allenfalls vorgestanzte Folie auf den Träger aufgebracht und in einem zeitlich nachfolgenden Schritt werden die den Hohlräumen entsprechenden Bereiche der Distanzschicht, die beispielsweise als vorgestanzte Bereiche in der Distanzschicht beim vorhergehenden Aufbringen vorhanden sind, entfernt. Dadurch wird ein blasenfreies und gleichmäßigeres Aufbringen der Distanzschicht auf den Träger erleichtert.The invention further relates to a method for producing an input device in one of the previously described embodiments with the following steps. In a first providing step, the carrier is provided. In an application layer, the spacer layer is applied with its first main surface to the carrier, for example via the first pressure-sensitive adhesive layer. The spacer layer, which is preferably designed as a film, defines the array of cavities associated with the actuating surfaces. In one embodiment, the cavities in the spacer layer are provided before the application. Preferably, the spacer layer is applied over the entire area in the application step, i. As a contiguous, possibly pre-punched film applied to the carrier and in a temporal subsequent step, the cavities corresponding areas of the spacer layer, which are present for example as pre-punched areas in the spacer layer in the previous application removed. This facilitates a bubble-free and more uniform application of the spacer layer to the carrier.

Erfindungsgemäß ist ein Schritt des Einbringens von jeweils einem Kissen aus dem im Vergleich zum Distanzmaterial elastisch nachgebenden und/oder komprimierbaren Kissenmaterial in den Hohlraum vorgesehen. Dieser Schritt erfolgt bevorzugt zeitlich nach dem Aufbringen der Distanzschicht auf den Träger. Es sind aber Ausführungsformen denkbar, bei denen die Kissen gleichzeitig mit der Distanzschicht auf den Träger aufgebracht werden, weil die Kissen in der Distanzschicht aufgenommen sind.According to the invention, a step of introducing in each case a cushion from the cushion material which yields elastically and / or compressible in comparison to the spacer material is provided in the cavity. This step preferably takes place after the spacer layer has been applied to the carrier. However, embodiments are conceivable in which the cushions are applied to the carrier simultaneously with the spacer layer because the cushions are accommodated in the spacer layer.

In einem weiteren Aufbringungsschritt erfolgt das Aufbringen der Blende auf die dem Träger abgewandte, zweite Hauptfläche der Distanzschicht und den in den Hohlräumen angeordneten Kissen beispielsweise über die zweite Haftklebeschicht. Es ist alternativ möglich die Distanzschicht zuerst auf die Blende und dann den Träger aufzubringen. Vor dem Aufbringen kann die jeweilige Haftklebeschicht mit einer Schutzfolie versehen sein, die vor dem jeweiligen Aufbringen entfernt wird.In a further application step, the diaphragm is applied to the second main surface of the spacer layer facing away from the carrier and the cushions arranged in the cavities, for example via the second pressure-sensitive adhesive layer. It is alternatively possible to apply the spacer layer first to the panel and then the carrier. Before application, the respective pressure-sensitive adhesive layer may be provided with a protective film, which is removed before the respective application.

Die Erfindung betrifft ferner die Verwendung des Eingabegeräts in einer seiner zuvor beschriebenen Ausführungsformen in einem Kraftfahrzeug.The invention further relates to the use of the input device in one of its previously described embodiments in a motor vehicle.

Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert. Die Figuren sind dabei nur beispielhaft zu verstehen und stellen lediglich eine bevorzugte Ausführungsvariante dar. Es zeigen:

1 eine Schnittansicht durch eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Eingabegeräts;
2 eine Aufsicht auf eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Eingabegeräts;
3a bis 3d jeweils Schnittansichten zur Veranschaulichung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung des Eingabegeräts aus 1.

The invention will be explained in more detail with reference to the following figures. The figures are to be understood only as an example and represent only a preferred embodiment. It shows:

1 a sectional view through an embodiment of the input device according to the invention;
2 a plan view of a second embodiment of the input device according to the invention;
3a to 3d each sectional views for illustrating the method according to the invention for the preparation of the input device 1 ,

1 zeigt eine Schnittansicht durch das erfindungsgemäße Eingabegerät 1. Das Eingabegerät 1 weist eine flächige Blende 8 auf. Diese Blende 8 definiert ein Array von Betätigungsflächen 10 auf seiner dem nicht dargestellten Bediener zugewandten, äußeren Oberfläche 11. Das Eingabegerät 1 weist ferner ein Array aus mehreren kapazitiven Kraftsensoren 14 auf, wobei jeder Betätigungsfläche 10 genau ein kapazitiver Kraftsensor 14 zugeordnet ist. Das erfindungsgemäße Eingabegerät 1 weist ferner einen Träger 2 auf. Blende 8 und Träger 2 sind so ausgebildet, dass bei einer Betätigung unter Aufbringung einer senkrecht auf die Betätigungsfläche 10 wirkenden Betätigungskraft es zu einer Annäherung zwischen Blende 8 und Träger 10 im Bereich der jeweiligen Betätigungsfläche 10 kommt. Dazu ist neben der Materialauswahl und Dimensionierung von Blende 8 und Träger 2 ferner zwischen der Blende 8 und dem Träger eine als Folie ausgebildete Distanzschicht 5 vorgesehen, die einerseits über die erste Haftklebeschicht 3 mit dem Träger 2 und andererseits über die zweite Haftklebeschicht 7 mit der Blende 8 verklebt ist, wobei die Haftklebeschichten 4, 7 in der 1 jeweils zur besseren Veranschaulichung überdimensional vergrößert dargestellt sind. Zur Bereitstellung der Nachgiebigkeit der Blende 8 in Richtung des Trägers 2 im Bereich der jeweiligen Betätigungsfläche 10 definiert die Distanzschicht 5 durch Ausnehmungen im Folienmaterial Hohlräume 15 die durch Kissen 6 aus Gelmaterial ganz oder teilweise gefüllt sind. Diese Kissen 6 ermöglichen aufgrund ihrer elastischen Kompressibilität die elastisch rückstellbare Annäherung der Blende 8 an den Träger 2 bei senkrechter Einwirkung einer Betätigungskraft auf die jeweilige Betätigungsfläche 10. Diese Annäherung wird durch den betreffenden Kraftsensor 14 kapazitiv erfasst, und stellt somit ein Maß für die einwirkende Betätigungskraft dar. Die Erfassung erfolgt, indem mittels einer trägerseitigen, zweiten Elektrode 3 und einer ersten, blendenseitigen Elektrode 9 eine Messkapazität definiert wird, deren kapazitiven Eigenschaften mit der Änderung der Relativbeabstandung der Elektroden 3, 9 variiert. Somit weist jeder der Kraftsensoren 14 jeweils wenigstens eine erste, der Blende 8 zugeordnete Elektrode 9 und wenigstens eine zweite, dem Träger 2 zugeordnete Elektrode 3 zum Ausbilden der zuvor erwähnten Messkapazität auf. Wie in 1 gezeigt ist diese zweite Elektrode 3 als durchgehende gemeinsame Elektrodenschicht aller Kraftsensoren 14 ausgebildet, während die erste Elektrode als sich lokal auf die jeweilige Betätigungsfläche 10 begrenzende und wechselseitig elektrisch isoliert zueinander angeordnete Elektrodenschicht 9 der Blende 8 ausgebildet sind. 1 shows a sectional view through the input device according to the invention 1 , The input device 1 has a flat aperture 8th on. This aperture 8th defines an array of actuation surfaces 10 on its side facing the operator, not shown, outer surface 11 , The input device 1 further includes an array of a plurality of capacitive force sensors 14 on, with each actuating surface 10 exactly one capacitive force sensor 14 assigned. The input device according to the invention 1 also has a carrier 2 on. cover 8th and carriers 2 are formed so that when actuated by applying a perpendicular to the actuating surface 10 acting actuation force it to an approximation between aperture 8th and carriers 10 in the area of the respective actuating surface 10 comes. This is in addition to the material selection and sizing of aperture 8th and carriers 2 further between the aperture 8th and the carrier formed as a film spacer layer 5 provided, on the one hand, via the first pressure-sensitive adhesive layer 3 with the carrier 2 and on the other hand via the second pressure-sensitive adhesive layer 7 with the aperture 8th is glued, wherein the pressure-sensitive adhesive layers 4 . 7 in the 1 are shown oversized for better illustration. To provide the compliance of the panel 8th in the direction of the carrier 2 in the area of the respective actuating surface 10 defines the distance layer 5 cavities through recesses in the film material 15 those by pillows 6 are completely or partially filled from gel material. These pillows 6 due to their elastic compressibility allow the elastically resettable approach of the aperture 8th to the carrier 2 with vertical action of an actuating force on the respective actuating surface 10 , This approach is made by the force sensor in question 14 capacitively detected, and thus represents a measure of the acting actuating force. The detection takes place by means of a carrier-side, second electrode 3 and a first diaphragm-side electrode 9 a measuring capacity is defined whose capacitive properties with the change in the relative spacing of the electrodes 3 . 9 varied. Thus, each of the force sensors points 14 in each case at least one first, the aperture 8th associated electrode 9 and at least a second one, the carrier 2 associated electrode 3 for forming the aforementioned measuring capacity. As in 1 this second electrode 3 is shown as a continuous common electrode layer of all force sensors 14 formed while the first electrode as being local to the respective actuating surface 10 delimiting and mutually electrically insulated from each other electrode layer 9 the aperture 8th are formed.

Wie in der in 2 gezeigten Ausführungsform gezeigt, kann das erfindungsgemäße Eingabegerät 1 als Touchpad ausgebildet sein, wobei die Betätigungsflächen 10 in eine berührempfindliche Eingabefläche 11 integriert sind. Wie in 2 gezeigt, sind die einzelnen Betätigungsflächen 10 zusätzlich durch Trennstege 12 voneinander separiert, um dem sich ausschließlich auf die haptische Sinneswahrnehmung konzentrierenden Bediener eine Orientierungshilfe bei der Betätigung zu geben.As in the 2 shown embodiment, the input device according to the invention 1 be designed as a touchpad, the actuating surfaces 10 in a touch-sensitive input surface 11 are integrated. As in 2 shown are the individual actuating surfaces 10 additionally by dividers 12 separated from each other to give the focusing exclusively on the haptic sensory perception operator guidance in the operation.

Anhand der 3a bis 3d wird nachfolgend das erfinderische Herstellungsverfahren zur Herstellung des in 1 gezeigten Eingabegeräts beschrieben. Zuerst wird der Träger 2 bereitgestellt. Wie in 3a gezeigt, wird die Distanzschicht 5 mit der ersten Hauptfläche der Distanzschicht auf den Träger über die erste Haftklebeschicht 4 aufgeklebt. Das Aufbringungen der Distanzschicht 5 erfolgt, um Verwerfungen der Distanzschicht 5 zu vermeiden, vollflächig auf den Träger 2. Die Distanzschicht 5 ist ihrerseits auf ihrer zweiten Hauptfläche mit der zweiten Haftklebeschicht 7 versehen. Diese kann während des Aufbringens auf den Träger 2 mit einer nicht dargestellten Schutzfolie bedeckt sein. Wie in 3a gezeigt, sind Stanzstellen 13 als Sollreißstellen in die Distanzfolie 5 eingebracht, um in einem in 3b gezeigten Schritt die den Hohlräumen 15 entsprechenden und durch die Stanzstellen 13 vorgegebenen Bereiche der Distanzschicht 5 entfernen zu können, wobei die Distanzschicht 5 somit das Array von den den Betätigungsflächen 10 zugeordneten Hohlräumen 15 definiert.Based on 3a to 3d In the following, the inventive production process for the production of the in 1 described input device described. First, the carrier 2 provided. As in 3a shown is the distance layer 5 with the first major surface of the spacer layer on the carrier over the first pressure-sensitive adhesive layer 4 glued. The application of the spacer layer 5 occurs to distortions of the distance layer 5 to avoid, over the entire surface on the carrier 2 , The distance layer 5 is in turn on its second major surface with the second pressure-sensitive adhesive layer 7 Mistake. This may occur during application to the wearer 2 be covered with a protective film, not shown. As in 3a shown are punching stations 13 as Sollreißstellen in the spacer film 5 introduced to an in 3b shown step the cavities 15 corresponding and through the punching stations 13 predetermined areas of the spacer layer 5 to be able to remove, with the distance layer 5 thus the array of the actuating surfaces 10 assigned cavities 15 Are defined.

Wie in 3c gezeigt, erfolgt zeitlich nachfolgend das Einbringen von jeweils einem Kissen 6 aus dem im Vergleich zum Distanzmaterial der Distanzschicht 5 elastisch nachgebenden und/oder komprimierbaren Kissenmaterial in einen der Hohlräume 15, bis alle Hohlräume 6 gefüllt sind. In einer nicht dargestellten Variante des Verfahrens sind die Kissen 6 schon vor dem Aufbringen der Distanzschicht 5 auf den Träger 2 bereits in den die Hohlräume 15 definierenden Ausnehmungen der Distanzschicht 5 eingebracht.As in 3c shown, followed by the introduction of each time a cushion 6 from the compared to the spacer material of the spacer layer 5 elastically yielding and / or compressible cushion material in one of the cavities 15 until all cavities 6 are filled. In a variant of the method, not shown, the cushions 6 even before applying the spacer layer 5 on the carrier 2 already in the cavities 15 defining recesses of the spacer layer 5 brought in.

In einem in 3d gezeigten Schritt erfolgt das Aufbringen der Blende 8 auf eine der ersten Hauptfläche der Distanzschicht 5 gegenüberliegende zweite Hauptfläche der Distanzschicht 5 und den in den Hohlräumen 15 angeordneten Kissen 6 über die zweite Haftklebeschicht 7.In an in 3d shown step, the application of the aperture 8th on one of the first major surface of the spacer layer 5 opposite second major surface of the spacer layer 5 and in the cavities 15 arranged cushions 6 over the second pressure-sensitive adhesive layer 7 ,

Claims

Input device (1) having an areal panel (8) defining an array of actuating surfaces (10) and an array of capacitive force sensors (14) and a carrier (2), the actuating areas (10) being arranged on an operator-facing surface (11). the diaphragm (8) and the carrier (2) are arranged on a side of the diaphragm (8) facing away from the operator, and wherein in each case one of the capacitive force sensors (14) forms a measuring capacitance between the diaphragm (8) and the carrier (2) the actuation surfaces (10) is assigned and each of the force sensors (14) has at least one first electrode (9) associated with the diaphragm (8) and at least one second electrode (3) associated with the carrier (2) for forming the measurement capacitance, wherein between the panel (8) and the support (2) at least one of the diaphragm (8) and support (2) adherent cushion (6) is arranged from elastically yielding and / or compressible cushion material, characterized in that ss the cushion (6) has a shell and a cushion core, wherein shell and cushion core are firmly bonded.

Input device (1) according to Claim 1 wherein the pad material of the pad (6) comprises a gel.

Input device (1) according to Claim 1 wherein the pad material of the pad (6) comprises a foam.

Input device (1) according to one of the preceding claims, wherein the cushion material (6), the material of the diaphragm (8) and the material of the Carrier (2) are chosen so that in each case an adhesion of more than 1 N / cm is achieved.

Input device (1) according to one of the preceding claims, wherein between the diaphragm (8) and the carrier (2) a spacer layer (5) of a spacer material is provided, which defines an array of the actuating surfaces (10) associated cavities (15), wherein the cavity (15) in each case with a cushion (6) is completely or partially filled.

Input device (1) according to the preceding claim, wherein the spacer layer (5) via a first pressure-sensitive adhesive layer (4) to the carrier (2) is connected and / or via a second pressure-sensitive adhesive layer (7) with the diaphragm (8).

Input device (1) according to one of the two preceding claims, wherein the cavity (15) in each case further by the aperture (8) and by the carrier (2) is limited.

Input device (1) according to one of the preceding claims, wherein the first electrode by a first electrode layer (9) of the diaphragm (8) made of electrically conductive material and / or the second electrode by a second electrode layer (3) of the carrier (2) of electrically conductive material are formed.

Input device (1) according to one of the preceding claims, wherein the cushion material of the pad (6) is translucent.

Method for producing an input device (1) according to Claim 5 comprising the steps of: providing the carrier (2) or the diaphragm (8); Applying the spacer layer (5) to a first main surface of the spacer layer on the carrier (2) or the diaphragm (8), the spacer layer (5) defining the array of the cavities (15) associated with the actuating surfaces (10); Introducing in each case one cushion (6) from the pad material elastically yielding and / or compressible in comparison to the spacer material into one of the cavities (15); Applying the diaphragm (8) or the carrier (2) on one of the first main surface of the spacer surface opposite the second main surface of the spacer layer (5) and in the cavities (15) arranged cushion (6).

Method according to the preceding claim, wherein in the application layer, the spacer layer (5) over the entire surface of the support (2) or the diaphragm (8) is applied and temporally following the cavities (15) corresponding areas of the spacer layer (5) are removed.

Use of the input device (1) according to one of the preceding Claims 1 to 9 in a motor vehicle.