DE3245803A1

DE3245803A1 - Capacitive contact switch, particularly for domestic electrical appliances

Info

Publication number: DE3245803A1
Application number: DE19823245803
Authority: DE
Inventors: Gerhard Dipl.-Ing. 8420 Kehlheim Schulze
Original assignee: Bosch Siemens Hausgerate GmbH
Current assignee: Schulze Gerhard Dipl-Ing (fh) 8420 Kelheim D
Priority date: 1982-12-10
Filing date: 1982-12-10
Publication date: 1984-06-14

Abstract

On the dielectric switch panel, a capacitor-type area element is arranged in the approach or contact area, which is arranged in the circuit on the control path between a resistor, following an oscillator circuit, and an evaluating circuit; the capacitor area, together with the approaching or applied switching body (finger), and the resistor following the oscillator circuit acts as low-pass circuit for the frequency generated by the oscillator circuit. <IMAGE>

Description

Kapazitiver Beriihrungsschalter insbesondere für elektrischeCapacitive touch switch especially for electrical

Ilausge räte Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen kapazitiven Berührungsschalter, insbesondere fiir elektrische Hausgeräte, vorzugsweise zur Ansteuerung der Heizbereiche in Kochmulden aus Glas oder Keramik mit auf einem aus dielektrischem, plattenartigem Material bestehenden Schaltertableau angebrachten Kondensatorflächen.Ilausge devices The present invention relates to a capacitive Touch switches, in particular for electrical household appliances, preferably for control the heating areas in hobs made of glass or ceramic with a dielectric, plate-like material existing switch panel attached capacitor surfaces.

Es sind kapazitive Berührungsschalter bekannt, bei denen auf beiden gegenüberliegenden Flächen einer, ein Schalttableau darstellenden Platte aus dielektrischem Material Kondensatorflächen oder Allgemeinelektroden aufgebracht, z.B. aufgedampft sind. Durch mittelbare oder unmittelbare Berührung der äußeren Kondensatorflächen durch den Finger der Bedienungsperson wird die kapazitive Anordnung verstimmt und es erfolgt die Abgabe eines Schaltsignals, das z.B. durch eine nachgeschaltete Relaissehaltung zur Durchführung eines Schaltvorgangs auswertbar ist. Bei derartigen Anordnungen besteht eine gewisse Problematik darin, daß die beiden beidseitig des elektrischen Materials angeordneten Kondensatorflächen an die angeschlossene Auswerteeinheit ankontaktiert werden müssen.Capacitive touch switches are known where both opposite surfaces of a panel representing a panel made of dielectric Material applied to capacitor surfaces or general electrodes, e.g. vapor-deposited are. By direct or indirect contact with the outer capacitor surfaces the capacitive arrangement is detuned by the operator's finger A switching signal is issued, e.g. through a downstream relay can be evaluated to carry out a switching process. With such arrangements there is a certain problem that the two sides of the electrical Material arranged capacitor surfaces to the connected evaluation unit need to be contacted.

Dies bedeutet, daß eine dieser Kondensatorflächen, nämlich die, die auf der Bedienseite angeordnet ist, durch das dielektrische Material hindurch kontaktiert werden muß.This means that one of these capacitor surfaces, namely those that is arranged on the operating side, contacted through the dielectric material must become.

Es ist auch bekannt, beide Kondensatorflcichen auf derselben Seite, bevorzugterweise auf der der Bedienseite des dielektrischen Materials entgegengesetzten Seite anzuordnen. Damit sind die Kontaktierprobleme wesentlich vereinfacht, es ergibt sich aber in diesem Falle die Schwierigkeit, daß die Verstimmung der Kondensatoreigenschaft getrennt durch das Dielektrikum lediglich in schmalen Randbereichen erfolgen kann. Damit ist die ntionstütigkeit derartiger Anordnungen wesentlich beeinträchtig. Weiterhin ist es bekannt (EP 00 54 306) auf der der Bedienseite für die Eingabe des Scaltbefehls gegenüberliegenden Seite des dielektrischen, plattenartigen Materials je Eingabestelle zwei Kondensatorflächen aufzubringen, von denen eine erste Kondensatorfläche an einen Frequenzgenerator und eine zweite Kondensatorfläche an einer Auswerteschaltung angeschlossen sind, und auf der Bedienseite eine zumindest den Bereich dieser beiden Kondensatorflächen überdeckende weitere Kondensatorfläche anzuordnen. Der Vorteil dieser Anordnung besteht darin, daß die mit der Schaltungsanordnung zu kontaktierenden Kondensatorflächen des kapazitiven Berührungsschalters einfach kontaktierbar Sind und daß bei Annäherung bzw.It is also known to have both capacitor surfaces on the same side, preferably on the opposite side to the operating side of the dielectric material Page to arrange. This considerably simplifies the contacting problems, it results but in this case the difficulty that the detuning of the capacitor property separated by the dielectric can only take place in narrow edge areas. Thus, the functionality of such arrangements is significantly impaired. Farther it is known (EP 00 54 306) on the operating side for entering the switch command opposite side of the dielectric, plate-like material per input point to apply two capacitor surfaces, one of which is a first capacitor surface a frequency generator and a second capacitor surface on an evaluation circuit are connected, and on the operating side at least one area of these two To arrange other capacitor surfaces covering the capacitor surfaces. The advantage This arrangement consists in the fact that the circuit to be contacted with the circuit arrangement Capacitor surfaces of the capacitive touch switch are easy to contact and that when approaching or

I3erührung der auf der Bedienseite des dielektrischen Materials angeordneten Kondensatorfläche in weiten Betätigungsbereichen jedweils gleiche Kondensator-Verstimmungen, die durch die Auswerteschaltung zu erfassen und zu verarbeiten sind, erfolgen.I3 touch of the arranged on the operating side of the dielectric material Capacitor area in wide operating areas always the same capacitor detuning, which are to be recorded and processed by the evaluation circuit.

Die beidseitige Anbringung von Kondensatorflächen auf dem dielektrischen Material in der entsprechenden Zuordnung ist herstellungstechnisch aber aufwendig.The attachment of capacitor surfaces on both sides of the dielectric Material in the corresponding assignment is, however, complex in terms of production.

Aufbauend auf diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen lrapazitiven Berührungsschalter bereitzustellen, welcher zum einen bedientechnisch günstige Eigenschaften aufweist und zum anderen insbesondere herstellungstechnisch einfach zu realisieren ist.Building on this prior art, it is the task of the present one Invention to provide an infrared touch switch, which on the one hand Has favorable properties in terms of operating technology and, on the other hand, in particular in terms of manufacturing technology is easy to implement.

Ein kapazitiver Berührungsschalter, der diesen Anforderungen gerecht wir, ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß an dem dielelctrischen Schaltertableau im Annäherungs- bzw.A capacitive touch switch that meets these requirements we, is characterized according to the invention in that on the dielectric switch panel in the approach or

Beriihrungsbereich ein Kondensator-Flächenelement angeordnet ist, welches am Steiierpfad zwischen einem einer Frequenzgenerator-Schaltung nachgeschalteten Widerstand und der Auswerteschaltung angeschlossen ist.A capacitor surface element is arranged in the contact area, which is connected on the Steiierpfad between a frequency generator circuit Resistor and the evaluation circuit is connected.

Durch die auf dem dielektrischen Schaltertableau angeordnete Kondensatorfläche und in der Bedienungsperson wird eine Kapazität gebildet, welche sich bei Annäherung an die Kondensatorfläche im Nahbereich stark ventndert. Die dadurch gebildete Kapazität und der der Frequenzgenerator-Schaltung nachgeschaltete Widerstand bilden somit einen veränderlichen Tiefpaß für die von der Frequenzgenerator-Schaltung abgegebene Frequenz dahingehend, daß bei niedriger Kondensatorkapazität, also bei unbeeinflußtem Kondensator-Flächenelement der Durchlaßbereich der Tiefpaß-Schal tung die Generatorfrequenz umfaßt, während bei Annäherung an das Kondensator-Flächenelement die Kondensatorkapazität erhöht wird und der daraus resultierende Durchlaßbereich der Tiefpaß-Schaltung soweit abgesenkt wird, daß die Generatorfrequenz bereits stark gedämpft wird. Die anschließende Auswerteschaltung erfaßt diese jeweiligen Pegel der Frequenz am Ausgang der Tiefpaß-Anordnung und verarbeitet diese weiter. Diese Anordnung zeichnet sich dadurch aus, daß der Betätigungsbereich in Größe und Lage variierbar ist und daß insbesondere lediglich ein einziges Kondensator-Flächenelement am dielektrischen Schaltertableau angeordnet zu werden braucht. Eine starre Zuordnung zu weiteren Funktionsbereichen wird somit niht gefordert. Für die praktische Realisierung kann das Kondensator-Flächenelement entweder auf dem dielektrischen Schaltertableau fest aufgebracht, z.B. aufgedampft bzw. aufgewalzt sein oder aber lediglich als fest zugeordneter Bestandteil einer Schaltungsplatte an das Schaltertablean angelegt.ferden.Due to the capacitor surface arranged on the dielectric switch panel and a capacity is formed in the operator, which capacity increases upon approach to the condenser area in the vicinity strongly ventilates. The resulting capacity and the resistor connected downstream of the frequency generator circuit thus form a variable low-pass filter for the output from the frequency generator circuit Frequency to the effect that with a low capacitor capacity, that is, with unaffected Capacitor surface element of the pass band of the low-pass scarf device the generator frequency includes, while when approaching the capacitor surface element, the capacitor capacitance is increased and the resulting pass band of the low-pass circuit so far is lowered so that the generator frequency is already heavily attenuated. The subsequent Evaluation circuit detects these respective levels of the frequency at the output of the low-pass arrangement and processes it further. This arrangement is characterized in that the Operating area is variable in size and position and that in particular only a single capacitor surface element arranged on the dielectric switch panel needs to become. A rigid assignment to other functional areas is thus established not required. For practical implementation, the flat capacitor element either firmly attached to the dielectric switch panel, e.g. vapor-deposited or rolled on or only as a permanently assigned component of a Connect the circuit board to the switch panel.

Nach einer bevorzugten Weiterbildung ist der erfindungsgemäße kapazitate Berührungsschalter dahingehend ausgestaltet, daß zwischen dem Kondensator-Flächenelement und dem der Frequenzgenerator-Schaltung nachgcschal teten Widerstand einerseits und dem Eingang der Auswerteschaltung andererseits eine Hochpaßschatung zwischengeschaltet ist. Diese Hochpaßschaltung ist dahingehend ausgelegt, daß niedrige Frequenzen im Bereich der Stromversorgungs-GegeT,enheiten (50/60 IIz mit Oberwellen niedriger Ordnung) gedämpft, d.h. ausgefiltert werden. Störungen durch die Stromversorgungsfrequenzen werden somit ausgeschlossen.According to a preferred development, the capacitance according to the invention is Touch switch designed to the effect that between the capacitor surface element and the resistor downstream of the frequency generator circuit on the one hand and the input of the evaluation circuit, on the other hand, a high-pass circuit interposed is. This high-pass circuit is designed so that low frequencies in the Area of power supply units (50/60 IIz with lower harmonics Order) are attenuated, i.e. filtered out. Interference from the power supply frequencies are thus excluded.

Ein mit Merkmalen der Erfindung ausgestaltetes Ausführungsbeispiel ist anhand der Zeichnung im folgenden näher beschrieben. Es zeigen: Fig. 1 ein Blockschaltbild der Schaltungsanordnung, Fig. 2 Frequenzdiagramme und Fig. 3 einen Schaitungsaufbau mit erfindungswesentlichen Schaf tel ementen.An embodiment designed with features of the invention is described in more detail below with reference to the drawing. 1 shows a block diagram the circuit arrangement, FIG. 2 frequency diagrams and FIG. 3 a circuit structure with sheep elements essential to the invention.

Von einer Frequenzgenerator-Schaltung FG wird ein variabler Tiefpaß VT mit Wechselstrom beaufschlagt, dessen Frequenz beispielsweise zwischen 10 und 200 KIIz liegt. Der Tiefpaß wird gebildet aus einen Ohmschen Widerstand RT und einer Kapazität CT. Eine Auswerteschaltung AS ist dem varialblen Tiefpaß nachgeschaltet. Durch diese Auswerteschaltung AS wird die Amplitude A des den variablen Tiefpaß passierenden Wechselstromes erfaßt und fiir Steuerzwecke, im vorliegenden Fall zur Ansteuerung von nicht dargestellten IIeizelementen über eine ebenfalls nicht dargestellte Schaltungsanordnung herangezogen.A variable low-pass filter is produced by a frequency generator circuit FG VT applied with alternating current, the frequency of which, for example, between 10 and 200 KIIz lies. The low-pass filter is formed from an ohmic resistor RT and one Capacity CT. An evaluation circuit AS is connected downstream of the variable low-pass filter. Through this evaluation circuit AS, the amplitude A of the variable low-pass filter passing alternating current detected and for control purposes, in the present case for Activation of heating elements, not shown, via a heating element, also not shown Circuit arrangement used.

Das Kondensatorelement CT mit der variablen Kapazität wird gebildet durch ein Kondensator-Fiächenelement FE einerseits und durch die Bedienungsperson P13 deren kapazitive Eigenschaft gestrichelt dargestellt ist, andererseits. Aus Fig. 2 ist die Änderung des Tiefpaß-Verhaltens auf frequenten Strom bei Veränderung des kapazitiven Verhaltens des Kondensators CT ersichtlich. Mit fO ist die dem variablen Tiefpaß VT zugeführte Generatorfrequenz bezeichnet. Die Kurve a repräsentiert den Zustand des variablen Tiefpasses VT auf die Generatorfrequenz f0 bei unbeeinflußtem Kondensator-Flächenelement FE, d.h. beim Fehlen der Bedienungsperson BP im Nahbereich. In diesem Falle ist die Amplitude A nicht gedämpft, so daß diese Amplitude zur Auswertung an der Auswerteschaltung AS zur Verfügung steht. Der Kurvenverlauf b für die Amplitude des frequenten Stromes gibt die Wirkung des variablen Tiefpasses VT bei Annäherung der Bedienungsperson BP an das Kondensator-Flächenelement SE wieder. Es ist ersichtlich, daß in diesem Falle die Generatorfrequenz fO stark gedämpft ist. Entsprechend niedrig ist der Amplitudenpegel, welcher in diesem Fall am Eingang der Auswerteschaltung AS zur Verfügung steht.The capacitor element CT with the variable capacitance is formed by a capacitor surface element FE on the one hand and by the operator P13 whose capacitive property is shown in dashed lines, on the other hand. the end Fig. 2 is the change in the low-pass behavior on frequency current when changing the capacitive behavior of the capacitor CT can be seen. With fO the dem is variable Designated generator frequency supplied to the low-pass filter VT. The curve a represents the State of the variable low-pass filter VT to the generator frequency f0 with unaffected Condenser surface element FE, i.e. in the absence of the operator BP in the vicinity. In this case, the amplitude A is not attenuated, so that this amplitude is used for evaluation is available on the evaluation circuit AS. The curve b for the amplitude of the frequency current gives the effect of the variable low pass VT when approaching the operator BP to the capacitor surface element SE again. It can be seen that in this case the generator frequency fO is strongly attenuated. Correspondingly low is the amplitude level, which in this case is at the input of the evaluation circuit AS is available.

In Fig 3 sind zwei Eingabestellen als Eingabepaar dargestellt, welche jeweils einen variablen Tiefpaß VT 1 und VT 2 aufweisen und welche in der Auswerteschaltung gegenläufige Schaltzustände verursachen. So ist der variable Tiefpaß VT i einer Einschaltefunktion und der variable Tiefpaß VT 2 der Ausschaltfunktion zugeordnet. Der Tatsache, daß aus betätigungstechnischen Gründen das Kondensator-Flachenelement FE 2 für die Ausschaltefunktion häufig größer ist als das Kondensator-Flächenelement FE 1, ist durch den Brückenwiderstand RI Rechnung getragen, welcher 1n der Widerstandskette liegt, über welche die Bezugspotentiale für die Operationsverstärker-Schaltungen OVS zugeführt werden.In Fig. 3, two input positions are shown as input pairs, which each have a variable low-pass filter VT 1 and VT 2 and which in the evaluation circuit cause opposing switching states. So the variable low-pass filter VT i is one Switch-on function and the variable low-pass filter VT 2 assigned to the switch-off function. The fact that for operational reasons, the capacitor flat element FE 2 for the switch-off function is often larger than the capacitor surface element FE 1, is taken into account by the bridge resistance RI, which is 1n of the resistance chain lies, over which the reference potentials for the operational amplifier circuits OVS are fed.

Hochpässe HP i und ilP 2 zwischen den variablen Tiefpässen VT 1 und VT 2 einerseits und den Opcrationsverstärkern OVS andererseits sind angeordnet um niederfrequente Wechselströme, welche durch Stromversorgungen verursacht sein können, ausblenden.High passes HP i and ilP 2 between the variable low passes VT 1 and VT 2 on the one hand and the operational amplifiers OVS on the other hand are arranged around low-frequency alternating currents, which caused by power supplies can be, hide.

Durch die Operationsverstarlçer-Schaltungen OVS wird eine bistabile Kippstufe BKS, bestehend aus zwei ODER-Verkniipfungsgliedern mit invertierendem Ausgang, angesteuert. Am Ausgang A der Schaltungsanordnung steht das weiter zu verarbeitende Ausgangssignal an. I)ie Rückkopplung über den Widerstand R2 dient der Erzeugung einer zweckmäßigen Schalt-Hysterese.The operation amplifier circuits OVS make it a bistable BKS flip-flop, consisting of two OR links with inverting Output, controlled. The output A of the circuit arrangement contains the information to be processed further Output signal on. I) The feedback via the resistor R2 is used for generation an appropriate switching hysteresis.

Durch die Anordnung der Kapazität C3 und des Widerstandes R3 wird beim Anschalten der Schaltungsanordnung an die Stromversorgung ein Reset-Impiils erzeugt, welcher die bistabile Kippstufe in eine definierte Lage versetzt, so daß am Ausgang A der Schaltungsanordnung ein '2Aus" Geschlossen-Signal ansteht.Due to the arrangement of the capacitance C3 and the resistor R3 a reset pulse when the circuit arrangement is connected to the power supply generated, which puts the bistable multivibrator in a defined position, so that A '2Out' closed signal is present at output A of the circuit arrangement.

Die Diode D verriegelt bei gleichzeitiger Beeinflussung der variablen Tiefpässe VT 1 und VT 2 einen Schaltvorgang.The diode D locks while influencing the variable Low-pass filters VT 1 and VT 2 a switching process.

Die nach den erfindungsgemäßen Merkmalen ausgestaltete Schaltungsanordnung ist unabhängig von einem Potential zwisehen Sensorfläche (Kondensator-Flächenelement FE) und der Umgebung . Es werden keine beriihrbaren leitenden Flächen zur Bereitstellung eines definierten Potentials benötigt.The circuit arrangement designed according to the features according to the invention is independent of a potential between the sensor surface (capacitor surface element FE) and the surrounding area. There are no touchable conductive surfaces available of a defined potential is required.

Claims

Claims 1. Capacitive touch switch, especially for electrical household appliances, preferably for controlling the heating areas in hobs made of glass or ceramic with on a dielectric, plate-like material existing switch panel attached capacitor surfaces, d u r c h g e k e n n z e i c Ii n e t that on the dielectric switch panel in the approach or. Touch switch a capacitor surface element (FE) is arranged, which on Control path between a frequency generator circuit (FE) connected downstream Resistor (RT) and the evaluation circuit (AS) is connected.

2. Capacitive touch switch according to claim 1, characterized in that that the capacitor surface element (FE) fixed on the dielectric switch panel is upset.

3. Capacitive touch switch according to claim i, characterized in that that the capacitor surface element (FE) as an integral part of a common Circuit board arranged switching assembly is applied to the switch panel.

Capacitive touch switch according to one of Claims 1 to 3, characterized characterized in that between the capacitor surface element (SE) and that of the frequency generator circuit (FG) - downstream resistor (RT) on the one hand and the input of the evaluation circuit (AS) on the other hand, a high-pass circuit (HP) is interposed.