Beschreibung description
Sensorvorrichtung und Verfahren zum Betrieb einer solchen Sensorvor¬ richtungSensor device and method for operating such a Sensorvor¬ direction
Anwendungsgebiet und Stand der TechnikField of application and state of the art
Die Erfindung betrifft eine Sensorvorrichtung zur Erzeugung eines Schaltsignals oder Auslösesignais bei Annäherung und/oder Berührung mit einem Finger oder dgl., sowie ein Verfahren zum Betrieb bzw. zum Auswerten einer solchen Sensorvorrichtung.The invention relates to a sensor device for generating a switching signal or triggering signal when approaching and / or touching a finger or the like, and to a method for operating or evaluating such a sensor device.
Die EP 859 467 B beschreibt eine Sensorvorrichtung mit einem aus leit¬ fähigem Schaumstoff bestehenden kapazitiven Sensorelement, das an die Rückseite einer Blende angedrückt ist.EP 859 467 B describes a sensor device with a capacitive sensor element consisting of conductive foam, which is pressed against the rear side of a panel.
Die DE 201 197 00 U beschreibt eine Sensorvorrichtung, bei der auf der Rückseite einer durchsichtigen Blende eine elektrisch leitfähige Schicht vorgesehen ist, die mittels eines Kontaktteils kontaktiert wird.DE 201 197 00 U describes a sensor device in which an electrically conductive layer is provided on the back of a transparent panel, which is contacted by means of a contact part.
Aufgabe und LösungTask and solution
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine, Sensorvorrichtung so¬ wie ein entsprechendes Betriebs- bzw. Auswerte-Verfahren zu schaffen, die eine große Freizügigkeit in der Gestaltung der durch die Annäherung oder Berührung aktivierten Schaltfläche ermöglichen, wobei vorzugswei¬ se die Sensorvorrichtung kostengünstig auch in großen Stückzahlen herzustellen und zu montieren ist.The invention is based on the object of providing a sensor device and a corresponding operating or evaluation method which enable a large freedom of movement in the design of the button activated by the approach or contact, the sensor device preferably being cost-effective also in large quantities manufacture and assemble is.
Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Sensorvorrichtung mit den Merk- malen des Anspruchs 1 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 12. Vorteilhafte sowie bevorzugte Ausgestaltungen derThis object is achieved by a sensor device with the features of claim 1 and by a method having the features of claim 12. Advantageous and preferred embodiments of
Erfindung sind Gegenstand der weiteren Ansprüche und werden im fol-
genden näher erläutert. Der Wortlaut der Ansprüche wird dabei durch ausdrückliche Bezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht. Manche Merkmale, die die Sensorvorrichtung sowie das Verfahren betreffen, werden im folgenden teilweise nur einmal beschrieben. Sie gelten jedoch unabhängig davon und allgemein sowohl für die Sensor¬ vorrichtung als auch für das Betriebs- bzw. Auswerte-Verfahren.Invention are the subject matter of the further claims and are described below. described in greater detail. The wording of the claims is made explicit reference to the content of the description. Some features concerning the sensor device and the method will be described in part only once in the following. However, they apply independently and generally both for the sensor device and for the operating or evaluation method.
Dadurch, dass das Sensorelement, das mit einer Andruckfläche an die Rückseite einer Blende angedrückt ist, mit einer auf der Vorderseite der Blende im Bereich dieser Andruckfläche aufgebrachten leitfähigen Schicht zusammenarbeitet, kann gemäß einem vorteilhaften Merkmal der Erfindung die dadurch entstehende Schaltfläche eine andere Form und/oder Größe haben als die Andruckfläche und vorzugsweise aufge¬ druckt werden. Dies ermöglicht es, die Schaltflächen den jeweiligen Er- fordemissen anzupassen, sie beispielsweise lang rechteckig zu machen oder auch selbst nach Art eines Piktogramms auszubilden, ohne das hinter der Blende liegende Sensorelement entsprechend gestalten zu müssen. Hier ist also die Form und Größe der Schaltfläche, die vorteil¬ haft wesentlich größer ist als die Andruckfläche, von der Form des Sen- sorelementes selbst abgekoppelt. Trotzdem ist die Schaltfläche bis an den Rand heran als solche nutzbar. Diese Ausbildung konzentriert also die kapazitive Wirkung, die die Schaltfunktion auslöst, auf einen Kern, der von dem Sensorelement gebildet wird. Dieses kann vorteilhaft zy¬ lindrisch sein und mit seiner einen Stirnfläche die Andruckfläche und mit der anderen Stirnfläche eine Kontaktfläche zur Elektronik bilden. Das Sensorelement kann ein Querloch aufweisen, durch dessen Größe die Andruckkraft festgelegt werden kann, ohne dass die Größe des Sensor¬ elementes selbst oder sein Material zu ändern ist. Unter Blende wird in dieser Anmeldung auch eine sonstige Bedienfläche oder Abdeckung verstanden, beispielsweise auch eine Vorderseite eines Elektrogerätes oder eine Kochfeldplatte eines Kochfeldes, beispielsweise aus Glaske¬ ramik.
Es ist auch festgestellt worden, dass die Schaltfunktion dadurch nicht beeinträchtigt, sondern sogar verbessert wird, dass zwischen die leitfä¬ hige Schicht und das Sensorelement die Blende zwischengeschaltet ist.Due to the fact that the sensor element, which is pressed against the rear side of a diaphragm with a pressure surface, cooperates with a conductive layer applied to the front side of the diaphragm in the area of this pressure surface, according to an advantageous feature of the invention, the resulting button can have a different shape and / or or size have to be printed as the pressure surface and preferably on. This makes it possible to adapt the buttons to the respective requirements, for example to make them long rectangular or even to form themself in the manner of a pictogram, without having to configure the sensor element located behind the panel accordingly. Here, therefore, the shape and size of the button, which is advantageously substantially larger than the pressure surface, is decoupled from the shape of the sensor element itself. Nevertheless, the button is usable as such up to the very edge. This training thus concentrates the capacitive effect that triggers the switching function on a core that is formed by the sensor element. This can be advantageously cylindrical and form the contact surface with its one end face and with the other end face a contact surface with the electronics. The sensor element can have a transverse hole, by the size of which the pressure force can be determined without the size of the sensor element itself or its material having to be changed. In this application, the term "cover" also refers to another operating surface or cover, for example also a front side of an electrical appliance or a cooktop plate of a hob, for example made of glass ceramics. It has also been found that the switching function is not impaired thereby, but even improved, that the diaphragm is interposed between the conductive layer and the sensor element.
Nach einem weiteren vorteilhaften Merkmal der Erfindung kann die als leitfähige Schicht auf der Vorderseite der Blende aufgebrachte Schaltflä¬ che von einer Deckschicht überdeckt sein. Diese Deckschicht kann die leitfähige Schicht optisch abdecken und ggf. ein Dekor, Beschriftung odgl. enthalten. Sie ist als Beschichtung, oder bevorzugt durch Bedru¬ ckung, aufzubringen.According to a further advantageous feature of the invention, the switching surface applied as a conductive layer on the front side of the panel can be covered by a cover layer. This cover layer may optically cover the conductive layer and possibly a decor, lettering or the like. contain. It is to be applied as a coating, or preferably by printing.
Da die leitfähige Schicht häufig eine Bedruckung mit einer Silber enthal¬ tenden Farbe ist, ist es möglich, dass insbesondere bei Haushaltsma- schinen, wie Waschmaschinen, Geschirrspülmaschinen oder dgl., durch Reinigungsmittel oder auch durch Lichteinwirkung die leitfähige Schicht nachdunkelt oder sich in anderer Weise verfärbt oder abnutzt. Durch die Deckschicht wird die Wirkung der Schaltfläche als Berührungsschalter nicht beeinträchtigt, aber die nachteiligen Wirkungen können gänzlich beseitigt werden. Dabei kann die Deckschicht durch einen hoch strapa¬ zierfähigen Lack oder eine ähnliche Schicht gebildet sein, wobei sie möglichst dünn sein sollte.Since the conductive layer is often printed with a silver-containing ink, it is possible that, especially in household machines, such as washing machines, dishwashers or the like, by cleaning agents or by exposure to light, the conductive layer darkens or otherwise discolored or worn. The cover layer does not affect the effect of the button as a touch switch, but the adverse effects can be eliminated altogether. In this case, the cover layer may be formed by a high-straightenable lacquer or a similar layer, wherein it should be as thin as possible.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betrieb bzw. zum Auswer- ten der Sensorvorrichtung weist die Sensorvorrichtung eben die vorge¬ nannte Steuerung auf. Diese kann kapazitive Ableitströme bzw. deren Veränderungen erfassen, die über das Sensorelement mit der Andruck¬ fläche fließen, wobei sie durch die Blende hindurch kapazitiv in die leit¬ fähige Schicht hindurchgekoppelt werden. Sie fließen über direkten oder nahezu direkten ohmschen Kontakt durch einen aufgelegten Finger ei¬ ner Bedienperson ab.
Die Ableitströme zwischen Sensorelement bzw. Andruckfläche können also kapazitiv in die leitfähige Schicht übertragen werden, während sie von der leitfähigen Schicht an den Finger im wesentlichen durch ohm- schen Kontakt übertragen werden.In the method according to the invention for operating or evaluating the sensor device, the sensor device has just the aforementioned control. The latter can detect capacitive leakage currents or their changes, which flow via the sensor element to the pressure surface, whereby they are capacitively coupled through the diaphragm into the conductive layer. They flow via direct or almost direct ohmic contact by an applied finger of an operator. The leakage currents between the sensor element and the contact surface can therefore be transmitted capacitively into the conductive layer, while they are transmitted from the conductive layer to the finger essentially by ohmic contact.
Die Steuerung kann ein mittel- bis hochfrequentes Wechselsignal als Signal an das Sensorelement geben, insbesondere mit einer Frequenz zwischen 10 kHz und 500 kHz, vorzugsweise mit etwa 50 kHz bis 100 kHz. Dies verbessert eine kapazitive Kopplung bzw. Signalübertragung.The controller can provide a medium to high frequency alternating signal as a signal to the sensor element, in particular with a frequency between 10 kHz and 500 kHz, preferably with about 50 kHz to 100 kHz. This improves a capacitive coupling or signal transmission.
Die vorstehenden und weitere Merkmale gehen außer aus den Ansprü¬ chen auch aus der Beschreibung und den Zeichnungen hervor, wobei die einzelnen Merkmale jeweils für sich allein oder zu mehreren in Form von Unterkombinationen bei einer Ausführungsform der Erfindung und auf anderen Gebieten verwirklicht sein und vorteilhafte sowie für sich schutzfähige Ausführungen darstellen können, für die hier Schutz bean¬ sprucht wird. Die Unterteilung der Anmeldung in einzelne Abschnitte sowie Zwischen Überschriften beschränkt die unter diesen gemachten Aussagen nicht in ihrer Allgemeingültigkeit.The foregoing and other features will become apparent from the description and the drawings as well as the claims, the individual features of which are themselves or several, in the form of sub-combinations, realized and advantageous in one embodiment of the invention and in other fields represent protections for which protection is claimed here. The subdivision of the application into individual sections and between headings does not limit the general validity of the statements made thereunder.
Kurzbeschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen schema¬ tisch dargestellt und werden im Folgenden näher erläutert. Die Zeich- nungen zeigen:Embodiments of the invention are shown schematically in the drawings and will be explained in more detail below. The drawings show:
Fig. 1 einen Schnitt durch eine Sensorvorrichtung,1 shows a section through a sensor device,
Fig. 2 eine Draufsicht, in Richtung des Pfeils Il in Fig. 1 gesehen,2 is a plan view, seen in the direction of arrow II in Fig. 1,
Fig. 3 einen Schnitt entsprechend Fig. 1 durch eine Sensorvorrich- tung mit einer anders gestalteten Blende,FIG. 3 shows a section corresponding to FIG. 1 through a sensor device with a differently shaped diaphragm, FIG.
Fig. 4 eine Abwandlung der Anordnung gemäß Fig. 1 mit anders ausgebildeter leitfähiger Schicht und
Fig. 5 eine Draufsicht auf die Anordnung gemäß Fig. 4.Fig. 4 shows a modification of the arrangement of FIG. 1 with differently formed conductive layer and 5 is a plan view of the arrangement of FIG .. 4
Detaillierte Beschreibung der AusführungsbeispieleDetailed description of the embodiments
Die in den Figuren 1 und 2 dargestellte Sensorvorrichtung 11 gehört zu einem kapazitiven Berührungsschalter, der die Änderung der Kapazität durch die Annäherung eines Körpers, wie eines Fingers, an die Schalt¬ fläche oder dessen Berührung mittels einer hier nicht dargestellten elek¬ tronischen Schaltung zu einem Schaltvorgang auswertet. Das Funkti- onsprinzip und die Schaltung kann so sein, wie es in den eingangs er¬ wähnten Druckschriften enthalten ist, auf die hier Bezug genommen wird. Ein etwas abgewandeltes Funktionsprinzip wird hier später noch genauer erläutert.The sensor device 11 shown in FIGS. 1 and 2 belongs to a capacitive touch switch, which changes the capacitance by approaching a body, such as a finger, to the switching surface or touching it by means of an electronic circuit (not shown) Evaluates switching process. The functional principle and the circuit can be as contained in the publications mentioned at the beginning, to which reference is made here. A slightly modified functional principle will be explained in more detail later.
Eine Blende 12 aus nicht-metallischem Material, z.B. Kunststoff, meist undurchsichtigem thermoplastischem Kunststoff, der elektrisch nicht lei¬ tend ist, ist eine eingesetzte Blende eines Elektrogerätes oder auch Teil des Gehäuses eines solchen Gerätes, wie einer Waschmaschine, eines Geschirrspülers, eines Wäschetrockners oder ähnlicher Haushaltsgerä- te. Es kann sich aber auch um Blenden an einer Werkzeugmaschine oder anderen Geräten handeln. Diese Blende hat eine Vorderseite 13 und eine Rückseite 14, an die ein Sensorelement 15 angedrückt ist. Das Sensorelement ist ein Zylinder aus einem elektrisch leitfähigen elasti¬ schen Material, vorzugsweise einem Schaumstoff. Er hat eine in der Zeichnung obere Stirnfläche, die eine Andruckfläche (16) bildet, mit der das Sensorelement unter Druckvorspannung an der Rückseite 14 der Blende anliegt. Die gegenüberliegende Stirnfläche 17 des zylindrischen Sensorelementes ist mittels eines handelsüblichen Fixierklebers 18 für SMD-Bauteile (Surface Mounted Devices) auf einer Kontaktfläche 19 einer Platine 20 befestigt. Dieser sollte elektrisch leitfähig sein.
Die Kontaktfläche ist normalerweise Teil einer gedruckten Schaltung und die Platine ist gleichzeitig Träger der Auswertelektronik für den Berüh¬ rungsschalter und ggf. weitere Steuerelemente des zugehörigen Gerä¬ tes. Sie ist im Abstand etwa parallel zu der Blende montiert. Es ist aber auch möglich, dass die Platine 20 mit der Kontaktfläche 19 lediglich ein Träger für das bzw. die Sensorelemente ist und die zugehörige Schal¬ tung davon gesondert eingebaut ist.An aperture 12 made of non-metallic material, for example plastic, usually opaque thermoplastic material, which is not electrically conductive, is an inserted panel of an electrical appliance or even part of the housing of such a device, such as a washing machine, a dishwasher, a tumble dryer or similar household appliances. But it can also be about blades on a machine tool or other devices. This panel has a front side 13 and a rear side 14, to which a sensor element 15 is pressed. The sensor element is a cylinder made of an electrically conductive elastic material, preferably a foam. He has an upper end face in the drawing, which forms a pressure surface (16), with which the sensor element rests under pressure bias on the back 14 of the diaphragm. The opposite end face 17 of the cylindrical sensor element is fastened by means of a commercially available fixing adhesive 18 for SMD components (Surface Mounted Devices) on a contact surface 19 of a circuit board 20. This should be electrically conductive. The contact surface is normally part of a printed circuit and the board is at the same time a carrier of the evaluation electronics for the contact switch and possibly further control elements of the associated device. It is mounted at a distance approximately parallel to the diaphragm. However, it is also possible that the circuit board 20 with the contact surface 19 is merely a support for the sensor element (s) and the associated circuit is installed separately therefrom.
Das Sensorelement hat ein Querloch 21 , durch dessen Größe und/oder Lage die auf die beiden Stirnflächen 16 und 17 ausgeübte Druckkraft angepasst werden kann. Dadurch können auch unterschiedliche Ab¬ stände der Platine von der Blende berücksichtigt werden, ohne dass an¬ dere Sensorelemente notwendig wären.The sensor element has a transverse hole 21, through the size and / or position of which the pressure force exerted on the two end faces 16 and 17 can be adjusted. As a result, different distances of the printed circuit board from the diaphragm can also be taken into account, without the need for other sensor elements.
Auf die Vorderseite 13 der Blende 12 ist eine leitfähige Schicht 22 auf¬ gebracht, die eine Schaltfläche 23 bildet bzw. definiert. Die Aufbringung erfolgt durch Bedruckung mit einer elektrisch leitfähigen Farbe oder ei¬ ner anderen Beschichtungstechnik. Dabei ist es nicht notwendig, dass die Oberflächen elektrisch kontaktierbar sind, sondern es reicht eine Leitfähigkeit innerhalb der Schicht aus. Hier sind Farben auf Silberbasis bestens geeignet.On the front side 13 of the diaphragm 12, a conductive layer 22 is auf¬ brought forming a button 23 and defined. The application is carried out by printing with an electrically conductive paint or ei¬ ner other coating technology. It is not necessary that the surfaces are electrically contacted, but it is sufficient for a conductivity within the layer. Here silver-based colors are best suited.
Die Schaltfläche 23 ist, wie aus den Figuren zu erkennen ist, wesentlich größer als die Andruckfläche 16 des Sensorelementes 15 und hat auch eine andere Form. In Fig. 2 ist gezeigt, dass diese Form z.B. als ein „+" ausgebildet sein oder es könnten hier auch Zahlen, Buchstaben oder Piktogramme, Pfeile oder dgl. die Grundform bilden, aber auch Recht¬ ecke oder Kreise unterschiedlicher Größe sind sinnvoll. Die Größenver¬ hältnisse zwischen Schaltfläche und Andruckfläche können unterschied- lieh sein. Insbesondere bei unterschiedlichen Gestaltungen der Schalt¬ fläche kann diese bei einzelnen oder allen Schaltflächen auch kleiner sein als die Andruckfläche.
Die Schaltfläche 23 ist vorzugsweise so auf der Blende aufgebracht, dass das zugehörige Sensorelement 15 weitgehend flächenmittig darun¬ ter auf der anderen Seite der Blende angeordnet ist. Auch hier ist aber eine andere Anordnung möglich. Dies gibt eine große gestalterische Freiheit bei der Anordnung des Sensorelementes auf der Platine, eben¬ so wie bei der Gestaltung der Blenden-Vorderseite.The button 23 is, as can be seen from the figures, much larger than the pressure surface 16 of the sensor element 15 and also has a different shape. It is shown in FIG. 2 that this shape may be formed as a "+", for example, or numbers, letters or pictograms, arrows or the like could also form the basic form, but also rectangles or circles of different sizes make sense Size relationships between the button and the contact surface may be different, in particular in the case of different designs of the switching surface, this may also be smaller than the contact surface for individual or all buttons. The button 23 is preferably applied to the panel in such a way that the associated sensor element 15 is arranged substantially in the center of the area on the other side of the panel. Again, however, a different arrangement is possible. This gives a great creative freedom in the arrangement of the sensor element on the board, eben¬ as well as in the design of the front panel.
Die Schaltfläche 23 ist von einer Deckschicht 24 überdeckt, die z.B. aus einem widerstandsfähigen Lack, vorzugsweise einem undurchsichtigen Lack, bestehen kann, der die darunter liegende leitfähige Schicht 22 ab¬ deckt und bevorzugt farbig und/oder mit Dekor oder Zeichen versehen sein kann. Die Deckschicht 24 überdeckt die Schaltfläche 23 an den Rändern nur mit einem geringen Überstand 25, um so die Schaltfläche 23 sowohl in Form als auch in der Größe zu repräsentieren.The button 23 is covered by a cover layer 24, e.g. may consist of a resistant lacquer, preferably an opaque lacquer, which covers the underlying conductive layer 22 and may preferably be colored and / or decorated or decorated. The cover layer 24 covers the button 23 at the edges with only a slight protrusion 25, so as to represent the button 23 in both shape and size.
Fig. 3 zeigt, dass eine noch bessere und auch fühlbare Begrenzung der Schaltfläche gegeben ist, wenn die Blende einen in die Blende plastisch eingeformten oder aufgebrachten abgegrenzten Bereich bildet, wie bei- spielsweise eine Erhöhung 26. Hier wäre auch eine entsprechende Ver¬ tiefung, Umrandung, Rundung, Wölbung oder dgl. möglich. Die Begren¬ zung der Schaltfläche 23 wird so besonders sinnfällig, indem ihre Gren¬ zen sowohl sichtbar als auch fühlbar sind. Zusammen mit einer Pikto¬ grammgestaltung ist somit die Sensorvorrichtung auch blindengerecht.FIG. 3 shows that an even better and also tactile limitation of the button is given if the diaphragm forms a demarcated region which is plastically formed or applied in the diaphragm, such as, for example, an elevation 26. Here, too, a corresponding depression would be present. Outlining, rounding, curvature or the like. Possible. The limitation of the button 23 becomes particularly obvious as its boundaries are both visible and palpable. Together with a Pikto¬ gram design is thus the sensor device also blind.
Die Deckschicht sollte von der Verschleißfestigkeit ihrer Oberfläche den Anforderungen genügen, die an die entsprechenden Geräte gestellt werden, als da sind Wasserdampf-, Wärme- bzw. Klimabeständigkeit, Wischfestigkeit, Beständigkeit gegen handelsübliche Reinigungsmittel, Abriebfestigkeit, Abreißbarkeit mittels Klebeband, Glanz, Licht- und UV- Beständigkeit etc..
Durch die Erfindung werden gegenüber bisherigen Sensorvorrichtungen erhebliche Vorteile erzielt: Bisher wurden die Schaltflächen auf der Rückseite der Blende durch Andruckflächen belegt, die in Form und Größe der Schaltfläche entsprachen. Das erforderte die unterschied- lichsten Gestaltungen der Sensorelemente, die somit unterschiedlich hergestellt, gelagert, sortiert oder vorbereitet und meist manuell montiert werden mussten. Dabei waren die Andruck- und Kontaktflächen und die gesamten Sensorelemente meist sehr groß und nahmen viel Platz auf den zugehörigen Platinen ein.The top layer should meet the wear resistance of its surface to the requirements that are placed on the appropriate equipment, as there are water vapor, heat or climatic resistance, smudge resistance, resistance to commercial cleaning agents, abrasion resistance, tear-off with tape, gloss, light and UV resistance etc .. Significant advantages are achieved by the invention compared to previous sensor devices: So far, the buttons on the back of the panel were occupied by contact surfaces, which corresponded in shape and size of the button. This required the most varied designs of the sensor elements, which thus had to be manufactured, stored, sorted or prepared differently and usually had to be assembled manually. The pressure and contact surfaces and the entire sensor elements were usually very large and took up a lot of space on the associated boards.
Durch die Erfindung ist es nun möglich, identisch gleiche Sensorelemen¬ te für die unterschiedlichsten Größen und Formen von Schaltflächen zu verwenden. Da bei derartig berührungsschaltergesteuerten Geräten meist zahlreiche Schaltflächen vorhanden sind, können diese nun in ih- rer bestimmten Form z.B. durch einen Druckvorgang auf die Vorderseite aufgebracht und mit der Deckschicht versehen werden. Andererseits kann die Platine bereits bei der Bestückung der elektronischen Schal¬ tung mit einem entsprechenden Bestückungsautomaten mitbestückt werden, wobei nur ein einziger Typ von Sensorelementen vorgesehen werden muss. Es ist aber auch möglich, die Sensorelemente später ein¬ zusetzen. Danach wird die Platine durch entsprechende Abstandhalter mit Abstand zur Rückseite der Blende montiert und der Berührungs¬ schalter ist funktionsfähig.The invention makes it possible to use identically identical sensor elements for a wide variety of sizes and shapes of buttons. Since such buttons are usually provided with numerous buttons, these can now be used in their specific form, e.g. applied by printing on the front and provided with the cover layer. On the other hand, the board can already be equipped with a corresponding placement machine when the electronic circuit is equipped, wherein only a single type of sensor element has to be provided. However, it is also possible to insert the sensor elements later. Thereafter, the board is mounted by appropriate spacers with distance to the back of the panel and the Berührungs¬ switch is functional.
Dadurch ergeben sich erhebliche Einsparungen sowohl an Kosten für die Sensorelemente und vor allem durch die Erleichterung bei der Mon¬ tage. Auch die Platinenoberfläche kann viel besser ausgenutzt werden, so dass auch hier eine Einsparung möglich ist. Dennoch sind die Schalt¬ flächen bis zu ihrem Rand hin als solche nutzbar und die Übertragung des kapazitiven Signals zur Schaltung sichergestellt.
In Fig. 4 ist in Abwandlung der Anordnung aus Fig. 1 eine Sensorvorrichtung 111 dargestellt mit einer gebogenen Blende 112, die wiederum aus dem vorgenannten Material bestehen kann. An ihrer Rückseite 114 weist sie eine angeformte Aufnahme 129 auf. In diese kann das Sensorelement 115, welches wiederum ein Zylinder aus elektrisch leitfähigem elastischem Material wie beispielsweise elektrisch leitfähigem Schaumstoff ist, eingesetzt werden. Vorteilhaft wird er mit einer gewissen Klemmwirkung darin gehalten. Dies ist vor allem für die Montage vorteilhaft, bis die Platine 120 mit der Kontaktfläche 119 an das Sensorelement 115 angelegt wird zur endgültigen Fixierung desselben. In diesem Fall kann der leitfähige Kleber 18 gemäß Fig. 1 auch entfallen.This results in considerable savings both in costs for the sensor elements and, above all, in the ease of assembly. Also, the board surface can be exploited much better, so that even here a saving is possible. Nevertheless, the Schalt¬ surfaces are usable as such to the edge and the transmission of the capacitive signal to the circuit ensured. In Fig. 4 a sensor device 111 is shown in a modification of the arrangement of FIG. 1 with a curved aperture 112, which in turn may consist of the aforementioned material. At its rear side 114 it has an integrally formed receptacle 129. In this, the sensor element 115, which in turn is a cylinder made of electrically conductive elastic material such as electrically conductive foam, are used. Advantageously, it is held therein with a certain clamping effect. This is particularly advantageous for the assembly until the board 120 is applied with the contact surface 119 to the sensor element 115 for the final fixation of the same. In this case, the conductive adhesive 18 according to FIG. 1 can also be dispensed with.
Des weiteren weist auch diese Blende 112 eine Erhöhung 126 auf. Wie in Fig. 4 gut zu erkennen ist, bedeckt eine leitfähige Schicht 122, welche wiederum eine vorgenannte Farbe sein kann, genau und gerade diese Erhöhung 126. Im Gegensatz zu Fig. 2 ist hier die leitfähige Schicht 122 wesentlich kleiner als die Andruckfläche 116.Furthermore, this diaphragm 112 has an increase 126. As can be clearly seen in FIG. 4, a conductive layer 122, which in turn may be an aforementioned color, covers precisely and precisely this elevation 126. In contrast to FIG. 2, the conductive layer 122 is substantially smaller than the pressure surface 116.
Auf der leitfähigen Schicht 122 ist wiederum eine Deckschicht 124 dar- gestellt. Diese hat, wie gesagt, vor allem die Aufgabe, eine Abnutzung der leitfähigen Schicht 122 durch häufiges Berühren oder Anlegen eines Fingers 130 und somit einen Abtrag bzw. eine Zerstörung der Schicht 122 zu verhindern. Die genannten leitfähigen Schichten bzw. Farben sind nämlich häufig nicht verschleißfest genug. Somit kann also die Deckschicht 124 eine verschleißfeste Farbe oder Beschichtung sein, insbesondere auch ein Klarlack. Des weiteren sollte die Deckschicht 124 bei Gewährleistung der Verschleißfestigkeit relativ dünn sein, was nach¬ folgend noch genauer erläutert wird.On the conductive layer 122, in turn, a cover layer 124 is shown. This has, as mentioned, above all the task of preventing wear of the conductive layer 122 by frequent touching or applying a finger 130 and thus a removal or destruction of the layer 122. The said conductive layers or colors are often not wear-resistant enough. Thus, therefore, the cover layer 124 may be a wear-resistant paint or coating, in particular a clearcoat. Furthermore, the cover layer 124 should be relatively thin while ensuring wear resistance, which will be explained in more detail below.
Es ist auch dargestellt, dass auf der Platine 120 eine schematisch dar¬ gestellte Steuerung 132 angeordnet ist, welche die Sensorvorrichtung 111 ansteuert bzw. auswertet, ebenso wie beispielsweise andere Sen-
sorelemente 115. Selbstverständlich ist es auch möglich, dass die Steu¬ erung 132 auf einer anderen als der Platine 120 angeordnet ist. In die¬ sem Fall ist sie mit dieser bzw. Kontaktfläche 119 oder dem Sensorele¬ ment 115 elektrisch zu verbinden.It is also shown that a schematically illustrated control 132 is arranged on the circuit board 120, which controls or evaluates the sensor device 111, as well as, for example, other sensors. Sorelemente 115. Of course, it is also possible that the control 132 tion on another than the board 120 is arranged. In this case, it is to be electrically connected to this or contact surface 119 or the sensor element 115.
Aus der Draufsicht aus Fig. 5 ist zu erkennen, dass die leitfähige Schicht 122, die dem gestrichelt dargestellten innersten Rechteck entspricht, lang und schmal ausgebildet ist. Die Deckschicht 124 überlappt sie ein wenig. Gleichzeitig definiert der Verlauf der leitfähigen Schicht 122 die Ausbildung der Erhöhung 126.It can be seen from the plan view of FIG. 5 that the conductive layer 122, which corresponds to the innermost rectangle shown by dashed lines, is long and narrow. The cover layer 124 overlaps it a little. At the same time, the course of the conductive layer 122 defines the formation of the elevation 126.
Unter der Blende 112 ist ebenfalls gestrichelt das Sensorelement 115 dargestellt, welches hier von seinen Abmessungen bzw. auch von der Andruckfläche 116 her erheblich größer ist als die leitfähige Schicht 122. Dies soll auch verdeutlichen, worauf nachfolgenden noch genauer ein¬ gegangen wird, dass es durchaus Variationsmöglichkeiten gibt für das Größenverhältnis zwischen leitfähiger Schicht 122 und Andruckfläche 116 bzw. Sensorelement 115.The sensor element 115, which is considerably larger than the conductive layer 122 here by its dimensions or also by the contact surface 116, is also shown in phantom below the diaphragm 112. This will also make it clearer, which will be discussed in greater detail below There are certainly possibilities for variation for the size ratio between conductive layer 122 and contact surface 116 or sensor element 115.
Funktionfunction
Die Funktion der beschriebenen Sensorvorrichtung bzw. das Ansteuer- und Auswerteverfahren kann, abweichend von dem in den eingangs ge¬ schilderten Druckschriften beschriebenen, auch folgendermaßen sein, wobei dies anhand der Fig. 4 erläutert wird:The function of the described sensor device or the control and evaluation method can, deviating from the one described in the above-mentioned publications, also be as follows, this being explained with reference to FIG. 4:
Ansteuersignale von der Steuerung 132 werden über die Kontaktfläche 119 an das Sensorelement 115 gegeben. Dieses wiederum überträgt über die kapazitive Kopplung des Sensorelementes zwischen Andruck- fläche 116 und leitfähiger Schicht 122 diese Signale kapazitiv an diese Schicht. Da das Ansteuersignal, wie zuvor genannt worden ist, hochfre¬ quent ist, ist diese Signalkopplung relativ gut bzw. relativ stark.
Das Anlegen eines Fingers 130 an die leitfähige Schicht 122 direkt ohne darauf aufgebrachte Deckschicht 124 stellt zweifellos einen direkten ohmschen Kontakt zwischen diesen beiden her. Somit kann in diesem Fall also der kapazitive Ableitstrom der Ansteuerung bzw. der Ansteuer¬ signale von der leitfähigen Schicht 122 über den Finger 130 abfließen. Für den Fall, dass auf der leitfähigen Schicht 122 eine Deckschicht 124 aufgebracht, die üblicherweise nicht elektrisch leitfähig ist, ist zu beach¬ ten, dass diese Deckschicht 124, wie zuvor ausgeführt worden ist, sehr dünn ist. Dadurch ergibt sich ein so guter Kontakt zwischen dem Finger 130 und leitfähiger Schicht 122 durch die Deckschicht 124 hindurch, dass dieser Kontakt nahezu wie ein direkter ohmscher Kontakt wirkt. In¬ sofern kann auch hier der vorgenannte kapazitive Ableitstrom in den Finger 130 fließen.Drive signals from the controller 132 are applied to the sensor element 115 via the contact surface 119. This, in turn, transmits these signals capacitively to this layer via the capacitive coupling of the sensor element between the contact surface 116 and the conductive layer 122. Since the drive signal, as mentioned above, is hochfre¬ quent, this signal coupling is relatively good or relatively strong. The application of a finger 130 to the conductive layer 122 directly without the overlying cladding layer 124 undoubtedly produces direct ohmic contact between the two. Thus, in this case, the capacitive leakage current of the drive or of the drive signals can flow away from the conductive layer 122 via the finger 130. In the event that a cover layer 124 is applied to the conductive layer 122, which layer is usually not electrically conductive, it should be noted that this cover layer 124, as stated above, is very thin. This results in such a good contact between the finger 130 and conductive layer 122 through the cover layer 124 that this contact acts almost like a direct ohmic contact. In this case, the aforementioned capacitive leakage current can also flow into the finger 130 here.
Sobald also der Finger 130 auf die leitfähige Schicht 122 direkt oder auf die Deckschicht 124 und damit insgesamt auf die Schaltfläche 123 ge¬ legt wird, können die genannten kapazitiven Ableitströme fließen und die Steuerung 122 kann dies leicht erkennen. Dies kann dann von der Steu- erung 132 als entsprechende Bedienung der Sensorvorrichtung 111 ausgewertet und in eine Funktion odgl. an einem zugehörigen Elektroge¬ rät umgesetzt werden.Thus, as soon as the finger 130 is placed on the conductive layer 122 directly or on the cover layer 124 and thus overall on the button 123, said capacitive leakage currents can flow and the controller 122 can easily recognize this. This can then be evaluated by the controller 132 as a corresponding operation of the sensor device 111 and can be converted into a function or the like. be implemented on an associated Elektroge¬.
Der Vorteil der Erfindung liegt nun vor allem darin, dass bei ansonsten bekannten ähnlichen Berührschalteranordnungen die dem Sensorele¬ ment bzw. seiner Andruckfläche gegenüberliegende Fläche, welche durch den angelegten Finger an der Blende entsteht, variieren kann. Vor allem variiert sie abhängig von der Größe des Fingers sowie dem An¬ pressdruck. Dies bedeutet wiederum, dass die kapazitive Kopplung zwi- sehen Sensorelement und Finger, welche von den jeweils beteiligten und gegenüberliegenden Flächen abhängt, unterschiedlich groß ist. Dies macht eine Auswertung einer Berührung schwieriger, insbesondere hin-
sichtlich des Unterscheidens von nichtgewollten Berührungen oder sonstigen Störeinflüssen.The advantage of the invention lies in the fact that in otherwise known similar Berührschalteranordnungen the Sensorele¬ ment or its pressure surface opposite surface, which is formed by the applied finger on the panel, may vary. Above all, it varies depending on the size of the finger and the pressing pressure. This in turn means that the capacitive coupling between the sensor element and the finger, which depends on the respectively involved and opposite surfaces, is different in size. This makes evaluation of a touch more difficult, in particular visibly distinguishing unwanted touches or other disturbances.
Bei der Erfindung sind die sich gegenüberliegenden Flächen, welche die kapazitive Kopplung bewirken, durch die Andruckfläche 16 bzw. 116 des Sensorelements 15 bzw. 115 sowie die leitfähige Schicht 22 bzw. 122 genau definiert. An diesen ändert sich nämlich nichts, auch nicht im Fal¬ le einer Betätigung bzw. Berührung. Somit ist hier also die kapazitive Kopplung stets gleich. Da der Kontakt zwischen Finger 130 und leitfähi- ger Schicht 22 entweder vollständig oder im wesentlichen ein ohmscher ist, der insbesondere nicht von der Größe der Berührfläche abhängt, herrschen so beim Anlegen eines Fingers stets definierter Verhältnisse. Dies ist, wie gesagt, vor allem für eine zuverlässige Auswertung vorteil¬ haft.
In the invention, the opposing surfaces, which cause the capacitive coupling, by the pressure surface 16 and 116 of the sensor element 15 or 115 and the conductive layer 22 and 122 are precisely defined. Nothing changes to them, not even in the case of actuation or contact. So here is the capacitive coupling always the same. Since the contact between finger 130 and conductive layer 22 is either completely or substantially ohmic, which in particular does not depend on the size of the contact surface, conditions are always defined when a finger is created. This is, as I said, especially advantageous for a reliable evaluation.