CN1964192B - 电容式接触开关 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种用于家用电气用品控制面板的电容式接触开关(22)，具有带上侧(12)和下侧(14)的接触面板(10)；布置在接触面板(10)的下侧(14)下方一个距离处的印刷电路板(20)；和传感器元件，其布置在接触面板(10)的下侧(14)和印刷电路板(20)之间且与印刷电路板(20)可导电地接触，电容传感器元件具有由导电材料构成的压缩弹簧(24)和由导电材料构成的接触元件(26)，该接触元件布置在压缩弹簧(24)面对接触面板(10)的那侧上且与压缩弹簧可导电地接触。

Description

电容式接触开关
技术领域
本发明涉及一种如权利要求1的前序部分所述的电容式接触开关。
背景技术
在许多电气用品中，特别是在家庭用品如炊具、开水壶架、微波炉、洗碗机、洗衣机等等中，越来越频繁地使用仅仅通过使用者的接触来触发某种开关操作的接触开关。就电容式接触开关而言，电容传感器元件经由充当电介质的接触面板与使用者的手指一起形成一电容，该电容是与接触开关的动作对应的变量，即，与电容传感器元件相关联的接触面板被接触或没有被接触。由于使用者接触而引起的电容传感器元件的电容变化对传感器电路的输出信号具有相应的影响，该输出信号由相连的评估电路相应地评估为电容式接触开关的动作。例如从DE3245803A1已知这种电容式接触开关。
另外，DE202005002157U1披露了一种用于上述类型接触开关的电容传感器元件，其由可导电的压缩弹簧形成，该压缩弹簧在面对接触面板的端部较宽。压缩弹簧例如通过焊接与印刷电路板机械地和电力地相连。这种电容传感器元件一方面确保了传感器元件和接触面板之间的良好接触，另一方面提供了扩大的敏感区域，但该电容传感器元件的一个缺点是由于扩大的面积导致其形状复杂。
美国专利5917165描述了一种用于电容式接触开关的传感器元件，其由可导电的弹性泡沫材料、塑料或橡胶体形成。这种传感器元件特征在于其简单的设计和简单的装配，还确保了与印刷电路板和接触面板的良好电接触。
发明内容
本发明的一个目标是提供另一种电容式接触开关，尽管其设计简单，但甚至是在温度变动的情况下，也能确保与接触面板的良好电接触，并能可变地使用。
该目标由具有权利要求1的特征的电容式接触开关实现，本发明的有利改进和改善是从属权利要求的主题。
电容式接触开关具有带上侧和下侧的接触面板；布置在接触面板下侧下方一个距离处的印刷电路板；和电容传感器元件，其布置在接触面板的下侧和印刷电路板之间且与印刷电路板可导电地接触。用作其零件的电容传感器元件具有由导电材料构成的压缩弹簧和由导电材料构成的接触元件，接触元件布置在压缩弹簧面对接触面板的那侧上且与压缩弹簧可导电地接触。
接触元件能可变地与接触面板的形状和结构和与可供使用者使用的敏感区域的形状和尺寸相匹配，由于传感器元件的两部分设计，所以能毫无问题地实现这种匹配且不会使单个部件负担过多的特征或功能。在这种情况下，接触元件也能形成相对较大的敏感区域而不需要用于该目的的接触面板金属镀层。支撑在印刷电路板和接触元件上的压缩弹簧确保传感器元件的接触元件和接触面板下侧之间的可靠接触，因此甚至在温度发生变化、部件发生老化、部件出现公差和位置误差等等的情况下，电容式接触开关的功能性也会得到改善。
在本发明的一个改进中，电容式接触开关还具有中央保持销，其基本上在传感器元件的整个高度上贯穿传感器元件，能将压缩弹簧和接触元件推在或插在该保持销上，从而以简单的方式将它们定位在印刷电路板和接触面板之间。
在这种情况下，可以在保持销的面对印刷电路板的端部设置锁止装置以将保持销机械连接到印刷电路板。作为选择，也能将保持销设计成与接触面板成一整体。
在本发明另一个的改进中，为了与印刷电路板进行电接触，电容传感器元件还在其面对印刷电路板的侧面上具有另一个接触元件。
该另一个接触元件可以设有锁止装置以机械连接到印刷电路板。此外，该另一个接触元件和压缩弹簧能通过焊接接头彼此相连。
在本发明的一个备选改进中，为了与压缩弹簧进行电接触，在印刷电路板上设有另一个接触元件，压缩弹簧支撑在该另一个接触元件上。
在本发明另一个改进中，传感器元件的接触元件和压缩弹簧通过焊接接头彼此相连。
在本发明又一个改进中，保持销呈光学纤维元件的形式，且发光元件，例如LED，布置在印刷电路板上位于传感器元件的中央位置，结果接触面板对于使用者可以是背光照明的。
在一个没有保持销的备选实施例中，发光元件布置在印刷电路板上位于传感器元件的中央位置，还能使中央光学纤维元件与所述发光元件相关联，该光学纤维元件基本上在传感器元件的整个高度上贯穿传感器元件。
在另一个备选实施例中，除了电容传感器元件之外，接触开关还在印刷电路板和接触面板之间具有至少一个发光元件以便在很大的区域上使接触面板被背光照明。
另外，可以在接触面板的上侧上设置箔，该箔在其面对接触面板的后侧上在电容传感器元件的接触元件的区域中镀有金属层。有利地能使用镀有金属层的彩色印记来代替箔。
在一个备选实施例中，可以在接触面板的下侧上设置箔，该箔在其面对接触面板的后侧上在电容传感器元件的接触元件的区域中镀有金属层。有利地能使用镀有金属层的彩色印记来代替箔。
在一个特别有利的实施例中，布置在接触面板下侧上的箔或彩色印记与另一个板接触，该另一个板可以由与接触面板不同的材料构成。
附图说明
从下面参考附图对优选的、非限制性的示范性实施例的说明，将更容易理解本发明的上述和其它特征与优点，其中：
图1表示切开的控制面板的示意性透视图，该控制面板具有根据本发明的多个不同的电容式接触开关；
图2表示本发明第一示范性实施例的电容式接触开关的传感器元件的示意性侧视图；
图3表示本发明第二示范性实施例的电容式接触开关的传感器元件的示意性侧视图；
图4表示本发明第三示范性实施例的电容式接触开关的传感器元件的示意性透视图；和
图5表示本发明第四示范性实施例的切开的电容式接触开关的示意性透视图。
具体实施方式
图1以透视图的方式示意性地表示电气用品特别是家用电气用品(炊具、开水壶架、微波炉、洗碗机、洗衣机等等)的控制面板的细节。
10表示接触面板，例如开水壶架的塑料板或玻璃陶瓷板，其具有上侧12和下侧14。例如通过IMD或IML技术将箔16(也看图5)应用于接触面板10的上侧12上，为了突出各个单独接触开关的不同敏感区域18，该箔例如具有(优选地镀有金属层的)彩色印记。也能使用镀有金属层的彩色印记来代替箔。
然而，也能例如通过IMD或IML技术将箔16(也看图5)或镀有金属层的彩色印记应用于接触面板10的下侧14上，以便突出各个单独接触开关的不同敏感区域18。
印刷电路板20布置在离接触面板10的下侧14某一距离处，该印刷电路板20配有各种电气部件(未示出)，特别是包含传感器电路和用于各种电容式接触开关的评估电路。
图1中的图解整体上表示依照第一、第二和第三示范性实施例的三个不同的电容式接触开关22，它们相应地具有不同的传感器元件，将在下面参考图2到4更详细地说明这些传感器元件。
图2中所示的依照第一示范性实施例的电容式接触开关22(没有接触面板10和印刷电路板20)与图1中右手侧的实施例对应。
该接触开关22的电容传感器元件基本上包括由导电材料构成的压缩弹簧24、接触元件26和另一个接触元件28，接触元件26布置在压缩弹簧24面对接触面板10的那侧上(在图2的顶部)且由导电材料构成，另一个接触元件28布置在压缩弹簧24面对印刷电路板20的那侧上(在图2的底部)且由导电材料构成。接触元件26和另一个接触元件28都与压缩弹簧24可导电地接触，压缩弹簧24支撑在这两个接触元件26、28上。
本示范性实施例中的电容式接触开关22还包含例如由塑料构成的中央保持销30，其基本上在传感器元件的整个高度上延伸，锁止装置32设在中央保持销面对印刷电路板20的那端(在图2的底部)或与其形成为一体。锁止装置32例如呈具有中央切口的扩大尖端的形式，因此能推动锁止装置32穿过印刷电路板20中相应的安装孔并将锁止装置32固定地夹紧在那里，如图1中所示。
中央保持销30用于将电容式接触开关22的传感器元件定位在印刷电路板20上，为了安装的目的，能将包括压缩弹簧24、接触元件26和另一个接触元件28的传感器元件置于保持销30上，然后能将该预装配的组件安装在印刷电路板20上，或能首先将保持销30安装在印刷电路板20上，然后给保持销30装配包括压缩弹簧24、接触元件26和另一个接触元件28的传感器元件。无论如何，电容式接触开关22使得简单的安装过程成为可能。
两个接触元件26和28在图2中都以圆盘的形式示出，然而，本发明不局限于这些接触元件26、28的任何特殊形状和尺寸；特别地，用于接触面板10的接触元件26能在其形状和尺寸方面与所需的敏感区域18相匹配和在其形状与结构方面与接触面板10的下侧14相匹配，因而，接触元件26的轮廓可以是例如圆形、椭圆形、正方形、矩形、肾脏形的等等。如已经在上面提及的，例如通过箔16上的彩色印记向使用者指出电容式接触开关22的相应敏感区域18。甚至能通过相应的接触元件26来毫无问题地适应接触面板10的下侧16的凸起或下陷区域。
在安装好的状态中，如在图1的右手侧上示出的，电容式接触开关22的包括压缩弹簧24、接触元件26和另一个接触元件28的传感器元件布置在接触面板10的下侧14和印刷电路板20之间且通过保持销30固定在其位置中。压缩弹簧24一方面将接触元件26压靠在接触面板10的下侧14上，另一方面，将另一个接触元件28压靠在印刷电路板20上的相应电触点40上，结果，总是与温度变动、部件公差、位置误差等等无关地确保与传感器元件充分良好的接触，因此确保了电容式接触开关22的功能性。
尽管在上述第一示范性实施例中将压缩弹簧24、接触元件26和另一个接触元件28宽松地置于保持销30上，但压缩弹簧24和接触元件26和/或压缩弹簧24与另一个接触元件28也能通过焊接接头彼此电力地和机械地相连。
现在将参考图1和3更详细地说明本发明电容式接触开关22的第二示范性实施例。
如图3中所示，该电容式接触开关22的传感器元件包括由导电材料构成的压缩弹簧24、接触元件26和另一个接触元件28，接触元件26设在压缩弹簧24面对接触面板10的那侧上且由导电材料构成，另一个接触元件28设在压缩弹簧24面对印刷电路板20的那侧上且由导电材料构成。另一个接触元件28还具有例如呈弹性腿形式的锁止装置34，能将锁止装置34插过印刷电路板20中相应的安装孔并固定地夹紧锁止装置34，如图1中在中间所示的。
由于在图3和图1的该示范性实施例中，与上述第一示范性实施例相反，没有在中央提供用于定位传感器元件的中央保持销30，所以优选地，在所有情况下都将压缩弹簧24与接触元件26以及压缩弹簧24与另一个接触元件28彼此焊接在一起。另外，优选地将另一个接触元件28的锁止装置34焊接到印刷电路板20上相应的电触点上。
其余的元件及它们的功能和优点与第一示范性实施例中的一致。特别地，上面关于图2中的示范性实施例作出的解释关于接触元件26的多个实施例都是适用的。另外，用图1中央的和图3的电容式接触开关22能实现与上述第一示范性实施例中相同的效果和优点。
如图1中所示，在中央，电容式接触开关22在该实例中还能具有例如呈发光二极管(LED)形式的发光元件36，其安装在印刷电路板20上，关于传感器元件24-28在中央。利用该LED36，能以简单的方式使该电容式接触开关22的敏感区域18对于使用者是背光照明的。为了改善LED36关于敏感区域18背光照明的效率，有利地，电容式接触开关22还具有中央光学纤维元件38，其基本上在传感器元件24-28的整个高度上贯穿传感器元件24-28并可能直到进入接触面板10的下侧14中为止。
现在将参考图4和图1的左手侧更详细地说明电容式接触开关22的第三示范性实施例。
图4的电容式接触开关22具有的传感器元件包括由导电材料构成的压缩弹簧24和由导电材料构成的接触元件26，接触元件26布置在压缩弹簧24面对接触面板10的那侧上。与上面两个示范性实施例相反，电容式接触开关22的传感器元件没有位于压缩弹簧24面对印刷电路板20那侧上的另一个接触元件28，而是印刷电路板20本身设有呈电接触面形式的另一个接触元件40，如图1左手侧上所示。在这种情况下，压缩弹簧24在该实例中支撑在接触元件26上和印刷电路板20上的另一个接触元件40上。
如能在图1左手侧上看到的，也提供了例如由塑料或玻璃陶瓷构成的中央保持销42，其与接触面板10形成为一体且在传感器元件24-26的整个高度上延伸直到穿过印刷电路板20中相应的安装孔为止，以便能将传感器元件24-26精确地定位在印刷电路板20和接触面板10之间。在本实例中没有在中央保持销42上提供与第一示范性实施例相似的锁止装置，但同样能可选地提供锁止装置。
另外的部件、特征、它们的效果和优点与上述第一示范性实施例的相同。特别地，这里也能将压缩弹簧24和接触元件26单独且宽松地置于中央保持销42上，或将压缩弹簧24和接触元件26彼此焊接在一起并将它们作为一个单元置于中央保持销42上。
此外，也可想到将图2和4的第一与第三示范性实施例结合起来。即，电容式接触开关22包含如图4中所示的带有压缩弹簧24和接触元件26的传感器元件、如图4中所示的在印刷电路板20上的另一个接触元件40和如图2中所示的中央保持销30。
在图4的另一个备选方案中，也能使中央保持销42呈光学纤维元件的形式，和将例如呈LED形式的发光元件布置在印刷电路板20上的相应位置中，因此能以与上述第二示范性实施例相似的方式使接触开关22的敏感区域18对于使用者来说是背光照明在接触面板10上的。
最后，图5表示另一个示范性实施例的电容式接触开关22的示意图。
图5的接触开关22的设计基本上与图4中的第三示范性实施例的设计相同，但也能以类似方式将本实施例变换成另一个所描述的示范性实施例。
除了传感器元件24-26之外，在两侧上将例如包括LED和光学纤维元件的发光元件44设在印刷电路板20上，因而能在很大区域上对接触面板10上的电容式接触开关22的敏感区域18进行背光照明。
图中所示的上述电容式接触开关22特别实现了下列优点：
通过相应的、合适的接触元件26，能以完全可接触的方式在几何形式方面复制接触面板10的整个敏感区域18；
能永久补偿在接触元件26和接触面板10的下侧14之间由机械接触产生的问题，如公差、偏移、位置误差、高度差等等；
能用简单的安装过程将传感器元件全部固定到印刷电路板20上或安装在控制面板中和通过印刷电路板20保持住它；
传感器元件的多部分设计避免了在单个部件上负担过多的功能，同时能实现与专门要求的任务的最佳匹配；
不必为了增加敏感区域18而在接触面10的操作侧上施加导电压力。

Claims (8)

1.一种电容式接触开关(22)，具有
带上侧(12)和下侧(14)的接触面板(10)；
布置在所述接触面板(10)的下侧(14)下方一个距离处的印刷电路板(20)；和
电容传感器元件，其布置在所述接触面板(10)的下侧(14)和所述印刷电路板(20)之间，且与印刷电路板(20)可导电地接触，
其中，所述电容传感器元件具有由导电材料构成的压缩弹簧(24)和由导电材料构成的接触元件(26)，该接触元件布置在所述压缩弹簧(24)面对接触面板(10)的那侧上，且与所述压缩弹簧可导电地接触；
其中，所述电容式接触开关(22)还具有中央保持销(30，42)，其基本上在所述传感器元件的整个高度上贯穿传感器元件延伸；
其特征在于
所述保持销(42)设计成与所述接触面板(10)成一整体，
所述保持销(42)呈光学纤维元件的形式；并且
发光元件(36)布置在所述印刷电路板(20)上，位于所述传感器元件的中央位置，并且
除了所述电容传感器元件之外，所述接触开关还在所述印刷电路板(20)和接触面板(10)之间具有至少一个发光元件(44)。
2.如权利要求1所述的电容式接触开关，其特征在于
所述保持销(30，42)在其面对印刷电路板(20)的端部上设有锁止装置(32)，以机械地连接到印刷电路板(20)上。
3.如权利要求1或2所述的电容式接触开关，其特征在于
为了与所述印刷电路板(20)进行电接触，所述电容传感器元件还在其面对印刷电路板(20)的侧面上具有另一个接触元件(28)。
4.如权利要求3所述的电容式接触开关，其特征在于
所述另一个接触元件(28)设有锁止装置(34)，以机械地连接到所述印刷电路板(20)上。
5.如权利要求3所述的电容式接触开关，其特征在于
所述另一个接触元件(28)和压缩弹簧(24)通过焊接接头彼此相连。
6.如权利要求1或2所述的电容式接触开关，其特征在于
为了与所述压缩弹簧(24)进行电接触，在所述印刷电路板(20)上设有另一个接触元件(40)。
7.如权利要求1所述的电容式接触开关，其特征在于
所述接触元件(26)和压缩弹簧(24)通过焊接接头彼此相连。
8.如权利要求1所述的电容式接触开关，其特征在于
在所述接触面板(10)的上侧(12)上设有一个箔(16)，该箔在其面对所述接触面板的后侧上在所述电容传感器元件的接触元件(26)的区域中镀有金属层。
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