CN1981162A - 具有操作区及其下面的传感器元件的电器操作装置及操作这种操作装置的方法 - Google Patents

Abstract

在本发明的一种实施方式中，制成用于一个炉灶区(131)的操作装置(11)，其中在覆盖物(15，115)上设置操作区(13，113)。在该操作区之下设置FSR传感器(21)。如果通过一种操作过程挤压操作区(13)，那么FSR传感器(121)探测该操作，并且一个信号可以作为操作过程解释为电阻变化的结果。

Description

具有操作区及其下面的传感器元件的电器操作装置及操作这种操作装置的方法

技术领域和现有技术

本发明涉及一种电器的操作装置，尤其是家用器具的操作装置，还涉及利用和操作这种操作装置的方法。

由现有技术、例如DE-A-19645678或者DE-A-19811372中已知，电器或家用器具都带有一操作面板，在该面板下面的某一位置处设置一压敏压电陶瓷部件，该位置构成一个所谓的操作区。如果按压例如由薄的特种钢或铝制成的覆盖物，则可以通过压电元件充分利用这种按压评估为理想的操作方式。一种所配属的充分利用或控制，都得出一个在电器上的信号。这种情况下的的缺点是，采用压电元件带来某些缺点，特别是由于该元件在局部上机械性能非常脆弱，所以不容易装入一个设备中。此外，必须采用特殊的制造方法或特殊的压电陶瓷构件，这会进一步在消耗(特别是成本和短期使用)方面产生负面影响。采用其它传感器元件、例如电容或光学传感器元件具有的缺点是，这些元件或者目前尚不能、或者只有耗费很大才能装在所述金属操作面板的后面，或者对于一个光学系统来说，不能实现透光性。

发明任务和内容

本发明的基本任务是，提供一种开头所述那种操作装置以及一种开头所述的方法，通过这种装置和方法可以避免现有技术中的所述缺点，并且尤其可以提供并使用一种操作装置，该操作装置可以以较低的生产耗费来制造，并且尽可能由标准件构成。

这一任务通过一种具有权利要求1的特征的操作装置以及具有权利要求12的特征的对于这种操作装置的充分使用的方法来完成。本发明的优点和优选的实施方式为其它权利要求的主题，对此下面将会给予详细的描述。权利要求书中的表述通过明确参考说明书的内容来理解。

按照本发明，所述操作通过按压来进行，例如通过将一个手指以某种压力放置在一个操作区上。该操作区是可变形或者说弹性的，其可以向下变形并得到一种设定的操作路径。在操作区下方设置一个压敏传感器元件，该元件获知所述压力或操作路径，这在必要时评估为所述操作。按照本发明采用一种FSR传感器作为传感器元件，其中FSR指的是力传感电阻(Force Sensing Resistor)，也就是尤其具有一个可变电阻。在此尤其有利的是，随着压力的增大FSR的电阻会减小。这在后面还要详细地描述。

所以，由于操作人员施加的、作用在FSR传感器上的压力使得操作区的运动转变成由传感器产生的电信号、或者转变成施加的信号的变化。然后这种信号又可以通过相应的控制装置或类似之物评估为操作。

这样一种FSR传感器的巨大优点在于，可以避免费事且局部机械敏感的压电元件。另外FSR传感器通常由塑料制成、尤其是制成薄膜的形式，所以它在机械方面敏感性较少，而且不易受到腐蚀。此外，这种FSR可以制作得非常薄，所以就结构高度而言，操作装置可较轻地且节省空间地实现。

一个FSR传感器可以由两个薄膜构成支撑膜，其中在一个支撑膜上涂覆着导电结构，该导电结构具有交错的金属指。在另一支撑膜上涂覆有一个半导体聚合物或类似物。通过一种隔离层、一种隔离件或类似物将金属指与聚合物层以精确限定的距离隔开。所述薄膜层中至少可以具有一个输入电导线，该薄膜在整个输入导线装置上延伸，或者说在输入导线的长度上延伸。有利的是，这些输入电导线在两个薄膜之间被向外屏蔽，并电绝缘地进行布置，其中这特别有利地是FSR传感器的两个薄膜。

也可以使操作区构成一个覆盖物或一个面板的一部分。该覆盖物或面板也可以在电器的一个较大的区域、特别是非常大的一部分区域上延伸，例如可以是一个灶具的框架。在这种情况下有利的是，所述操作区、也就是说覆盖物或者面板是封闭的，或者说没有间断部位。特别是其朝外是光滑的。通过这种封闭的构造可以例如实现了一种合意的设计、以及一种例如防水性的性能。

有利的是，操作区或相应的覆盖物或面板在整个传感器元件的区域内都是弹性的，或者比其它部位薄。这使得例如在另外厚的覆盖物或面板的情况下，在操作区的区域中或者在传感器元件上能够具有一定的按压性。所述厚的覆盖物或面板还应该提供机械强度，从而恰恰应该尽可能避免挠曲。较薄的实施方式例如可以通过凹槽或减薄部位来实现。有利的是，该减薄部位应该设置在操作区内侧面上或其背面上。

一种能够构成操作区或面板或者覆盖物的方案是，使其保持导电性，或者用薄金属制成。这里也可以采用金属箔。由于金属箔对机械影响和污染的抵抗性，所以特别有利。优选的材料例如为贵金属或铝。

在本发明的另一种实施方式中，传感器元件通过一耦联元件与操作区相连接，或者说耦联在操作区上，所述耦联元件优选为弹性的。这里可以采用直接的形状配合的耦联，有利的是将该耦联引导到操作区的下侧面或背侧面上。作为对传感器元件或整个操作装置的保护，所述弹性应该使得在通常恰当的操作力的情况下耦联元件不或几乎不受到挤压，也就是说基本上保持其形状、并首先保持有效长度。只有当操作力强烈地增大到远远超过通常的恰当的力、例如超出2至4倍或更高时，耦联元件才能被压下或变短。因此可以避免传感器元件受到过压和损坏或破坏。原则上将提供很多弹性构件作为耦联元件。特别优选采用一个弹性体。该弹性体可以直接与传感器元件连接。

在本发明的一个实施例中，可以为多个操作区或为由操作区构成的操作元件设置多个FSR传感器，其中这些传感器最好结合在一起，或者说构成结构单元。为此特别有利的是，它们可以具有机械上连接但电气上分离的输入导线装置。这些输入导线装置可以引导到一个共同的接头区域，从该区域出来，可以经插塞装置或者其它接触装置实现电接触。

特别有利的是，每个FSR传感器上的两个电接头中的一个通过一根对于它分离的单独输入导线来实现。而另一个电接头可以通过一个共同的反馈导线实现，例如一种共用接地端子。在导电的操作区中也可以通过共用接地端子实现反馈导线。这种方案的优点是，每个FSR传感器可以直接设置在上面，因此似乎自动地提供了一种接触。

在本发明的另一实施方式中，可以在操作区下方设置一个支撑体。FSR传感器设置在该支撑体上，并且相对于操作区最好这样支撑，即，虽然操作力作用在FSR传感器上，但是支撑体并不弯曲。有利的是，所述支撑体为一印刷电路板。在支撑体上可以设置一电接触转置或者输入导线，用于控制或评估。在支撑体或印刷电路板上还可以具有一个控制装置或类似物，它用于FSR传感器，例如也用于整个电器。

在本发明的有利的实施方式中，在所述操作装置上不是仅仅设置一个单独的操作区，而是对于该电器的不同的功能或者说单独的功能单元设置多个操作区。这些操作区优选成组地或者并列地设置在一个操作区域上，该区域采用相应的设计来引起特别的注意。

特别有利的是，设置一个整体的、连续的覆盖物，在该覆盖物上设置操作区，或者说这些操作区尤其构成操作区域。这样的优点在于将耗费保持得很低，最重要的是保证了所述覆盖物可以防水等。可以构成一种树状的FSR传感器装置，其中输入电缆沿着树枝或分支延伸到各个FSR传感器。有利的是，这些传感器都设置在这些分支的端部，可以单独地设置，也可以设置在其中间。

此外有利的是，这样的一个覆盖物可以构成与FSR传感器分开的并且很容易卸下的部件。这就是说，一方面特别是在一个在前说明过的支撑体上可以构造一个或多个FSR传感器连同控制装置及评估装置。在这些传感器上安装覆盖物。根据不同制造商的设计预定方案或使用目的，这种覆盖物可以以多种变型进行不同的设计。这尤其在覆盖物由金属或类似物制成时是有利的。

一种可替换的方案可以是，将一个FSR传感器自身固定在覆盖物上，或者由此构成一种结构单元。操作压力作用在其上的那个侧面也可以设置在由覆盖物远离指向的一侧。因此，FSR传感器本身在操作时顶着支撑体或类似物受到挤压。但是，安装在覆盖物上意味着对于FSR传感器通常提高了的连接耗费。只有当控制装置或评估装置设置在覆盖物上时，才能够实现在控制装置或评估装置上带有制好的接头的预成型部件。

作为示例性的及优选的尺寸设计可以如此设计：操作区只压入一个小的用于通过FSR进行操作或进行识别的构件。最大的弯曲可以为100μm，有利的是1μm至10μm。这样在FSR传感器上引起的信号可以视为一种信号值或者阈值。只有当达到或超过该信号时，所希望的并且恰当的操作才有效，该操作于是导致相应的触发作为操作过程。这样一种信号对于一个操作者来说几乎不能掌握，然而这是绝对希望的，因为这样就得到了例如光学的或电容性的接触开关的操作性能，而不必承担开头所述的缺点。作为恰当的或预定的操作力，例如可以为少许几个牛顿，这在相应设计的覆盖物或操作区的情况下可以导致前述弯曲。

在按照本发明的用于评估所述操作装置的方法中可以如此设置：首先通过按压操作区域而对FSR传感器施加压力。在松开之后该传感器弹回。这一过程总是触发信号，或者说形成了一种表征着基本的特性曲线的信号特性曲线。只有当所述信号或者信号特性曲线在预定的边界内时其才被视为操作。特别是可以以一种简单的实施方式实现，即，在经过一定的按压时间、例如大于半秒或一秒，达到所需的最大信号之后，此信号就已作为操作而进行评估。

在另一实施方式中可以等待复位信号，这种实施方式特别应该得到另一种操作性能或者说得到一种较安全的操作。在按压信号与复位信号之间必须有一个预定的时间间隔。该时间间隔应该小于5秒，优选小于2秒。这意味着，如果操作者为所希望的操作而按压操作区，并且本能地或者练习性地同时或很快又放开，则这被评价为操作过程。然而，如果他偶尔将一个较重的物品、例如作为电器的灶具中的灶具头放置在操作区域上，并且该物品在该操作区域上保留较长的时间，则这被识别，而且也没有操作被评估出来。

对于按照本发明的方法，也就是说，FSR传感器不是被用作有源的传感器，而是被用作无源的传感器。由于所述操作，其电阻发生改变，这通过一电阻测量装置求出，原则上讲，这种电阻测量装置可以是任意的。特别优选的是，FSR传感器这样构成，即，其在上述范围内的一个操作路径上、尤其是在大约10μm时所述电阻改变至少10倍。

有利的是，操作装置和方法用于诸如灶具、烤炉或所谓白色陶瓷工业(Weiβ-waren)的设备等的电家用器具。此外，还包括洗衣机、干燥器或冲洗机以及微波炉等等。

本发明的优选改进方案的这些和其它的特征不仅可以从权利要求书中得到，也可以从说明书和附图中得到，其中单个特征分别不但对于单独的再组合形式而且对于多个再组合的形式来说在本发明的实施方式的情况下以及在不同的领域中都能实现，并且也可以代表优选的以及独立可受保护的实施方式，对于该实施方式在此要求受到保护。将本申请划分为各部分以及其间的小标题都不会限制据此所作陈述的总体有效性。

附图说明

附图中示意性地示出了本发明的实施例，下面对此进行详细的说明。附图示出：

图1为带有FSR传感器的根据本发明的操作装置的一个横载面图；

图2至4为根据图1的FSR传感器的层状结构；

图5为装配起来的FSR传感器的剖视图，示出了各个层；

图6为传感器装置的另一种实施方式，在这种实施方式中带有许多FSR传感器，它们呈树状延伸；

图7示出了一灶具的透视图，在该灶具的框架中集成了类似于图1的操作装置。

具体实施方式

图1中示出了一个按照本发明的操作装置11的剖视图。该操作装置具有一操作区13，该操作区在一覆盖物15上形成，并且是一个表面，一手指26在操作时可以放置在该表面上。覆盖物15在操作区之下具有一凹槽17，该凹槽通过材料减薄部位形成。这样就保证了，至少在操作区13的区域内由于操作过程的一个通常的压力、或者说将手指26放置在其上就形成所需程度的向下的弯曲。

在覆盖物17的下方有一个与其平行的支撑体19。在该支撑体上设置一FSR传感器21。借助于一弹性体板24，所述FSR传感器21在覆盖物15的下侧面处设置在操作区13的区域内、或设置在凹槽17内。

弹性体板24一方面用于在操作区13的下侧面与FSR传感器21之间形成机械连接；另一方面，当弯曲太强烈时用作一种对FSR的过压保护装置。然而，通常这种传感器对于太强烈的压力并不特别敏感。在一种替换实施方式中可以省去弹性体板24或类似物，将FSR传感器21在覆盖物15下侧面处直接放置在操作区13的区域内。

支撑体19可以是任意的支撑体，其中FSR传感器21的电接头23穿过该支撑体，或者沿着支撑体设置。一种替换方案是，支撑体19是一种导体板，其上带有印制电路，如同通常的电部件那样，接头23固定焊接在该印制电路上，或者以其它方式接通。

图2至4示出了FSR传感器的层状结构，在图5中示出了其装配结构。一个层由一个支撑膜30制成，其在一个区域内具有一聚合物层32，该区域例如为加宽的或倒圆的区域。该聚合物层32为所谓的FSR层，优选为半导体的。

在图3中示出了一个粘结层34，其外轮廓与支撑膜30或FSR传感器21的外轮廓相对应。在所述加宽的区域内，其具有一个形状为凹槽的接触空间35。粘结层34例如可以是一个双面粘结膜。最有意义的是，其厚度不变或者精确地限定，因为由此得到两个不同层的间隔。

图4示出了另一个支撑膜36，它从轮廓开始与其它两个层相应。该支撑膜支撑着两个电极38a和38b，这两个电极在加宽的区域内都转入指(Finger)39。指39相互交错或相互交叉，但却不直接接触。该指可以由例如银导体膏(silberleitpaste)或类似的尽可能好的导电材料制成。重要的是，指39分别从两个侧面并且相互朝向地覆盖着加宽区域的平面。其相互距离优选相同。电极38a和b向下汇合在接头区中，电接头23例如可以通过任何接触方式连接在该接头区上。

在图5的截面图中示出了一个安装好的由图2至4中示出的层构成的FSR传感器元件21。正如在接触空间35中那样，指39与聚合物层32相对置。它们通过接触空间35分开，所以，在指39之间没有任何连接。FSR传感器21以及操作装置11的功能如下：

当以通常的操作力(例如在2N的范围中)将指26按压在操作区13上时，操作区13弯曲，这是由于其所使用的材料或凹槽17的缘故。在所述区域内产生几个μm的弯曲，例如10至20μm。这一弯曲或者直接地、或者经过一个位于中间的弹性体板24传递到FSR传感器21上。因此该传感器就可以被穿透挤压，这在图5中通过以虚线表示的上支撑膜30的向下凸起的曲线示出。在此，聚合物层32与指39的一部分相接触，更确切地说首先位于接触空间35的中部区域中，或者说位于压力中心或弯曲中心。通过与聚合物层32的接触，在指39之间、从而在电极38a和b之间形成所谓电阻桥。所施加的压力越高，弯曲就越大，聚合物层32的表面面积越大，该聚合物层放置在指39上，并且因此所形成的电阻桥也越大。这样，FSR传感器21的电阻就很小。虽然通常压力或弯曲与电阻的变化之间没有线性的或固定的关系，但是可以在预定压力与所形成的电阻之间提供相当精确的配置。特性曲线通常大致呈指数地延伸。

FSR传感器21的空载电阻通常大于2M欧姆。在最大压力下，可以在几千欧姆的范围内。这当然取决于结构形式和所应用的导电材料。

在图6中示出了一种树状传感器装置120，它是整体的，并具有多个FSR传感器121。所以，采用一个这样的传感器装置120可以构成具有相应数量的操作区13的操作装置。

这些FSR传感器121设置在输入导线122的端部处，其中该导线与根据图2至4中所示的层的狭窄纵长的部分大致相应。在通向一个接头区123的导线122上设置电极138，其中这些电极在此区域中构成了所谓的电连接导线。图中以输入导线122上的虚线表示电极138。在接头区123上，它们与根据图1或图4的电接头23相应，并构成一种接触区，其上的接触可以通过相应的装置实现，例如平放的接触连接器等。

根据图6的传感器装置120的优点在于，该传感器装置是整体的，这大大简化了操作和安装，同样简化了其上的连头。替代这种树状分支的结构，也可以将它们附加地装在另一个平面的支撑层上，该支撑层例如可以是矩形的。作为一种替换方案，可以使与根据图2和4的支撑膜30和36相应的支撑膜中的一个或者两个都具有相应的平面延伸部位。

图7示出了一个灶具131、特别是一种所谓的玻璃陶瓷灶具。其具有一个通常类型的环形灶具框架115，该框架的左下侧构成为朝向操作者的前侧面。框架115具有不同的操作区113，也就是最左边是开/关形式的开关器，中间区域是各灶头的功率调节器，该灶头在图中以圆形示意性地示出。通过作用在操作区113上的压力可以触发各项配属的功能。基于这种结构，在灶具框架115的下方有一个类似于图1所示的操作装置。在此，灶具框架115的表面和其本身整体地由一金属层或金属板或金属箔构成，其与图1中的覆盖物15相应。由于如图1所示，FSR传感器21只是位于操作区113的下方，所以可以说，在灶具框架115的其它区域可以紧凑地安装金属。

作为一种替代方案，灶具框架可以由一种厚的扁平材料制成，必要时可以为几个毫米厚，该材料可以是金属的，也可以是其它材料。该材料例如在操作区113或属于该操作区的操作装置的区域内从下面开始如此减薄，使得将FSR传感器21按照图1那样安置在该减薄的区域内。作为一种从下方使较厚的金属层减薄的替换方式，也可以从上方减薄。在这种情况下，这样形成的凹坑被用作用于精确地放置手指或类似物的结构。

Claims (14)

1、用于一种电器(131)、最好是家用器具的操作装置(11)，其中所述操作通过按压一可变形或弹性的操作区(13、113)来实现，在该操作区的下方设有一压敏传感器元件，其特征在于，所述传感器元件具有一FSR传感器(21)，操作区(13、113)的运动转变成对FSR传感器(21、121)的压力，并从而转变成一种由FSR传感器(21，121)所产生的电信号，该电信号可作为操作进行评估。

2、如权利要求1所述的操作装置，其特征在于，FSR传感器(21、121)是可变电阻并可以进行控制，其中随着压力的增大，FSR传感器的电阻减小。

3、如权利要求1或2所述的操作装置，其特征在于，操作区(13、113)、尤其是作为覆盖物(15、115)或面板的一部分是封闭的，或者是不断开的，其中最好将所述操作区、或者覆盖物、或者面板在FSR传感器(21、121)上方的区域内是弹性的，或者该区域比其它区域薄。

4、如前述任一项权利要求所述的操作装置，其特征在于，多个操作区(13、113)设置在一个操作区域中，或者相邻地设置，其中各操作区或操作区域由一块整体的且贯通的覆盖物(15、115)构成。

5.如前述任一权利要求所述的操作装置，其特征在于，多个FSR传感器(121)结合在一起，最好用电分离的已连接的输入导线装置(122)进行结合，并具有一共同的接头区(123)，其中尤其是在各FSR传感器上的两个电接头(138)中的一个通过单独的输入导线(138)实现，另一个电接头通过一个共同的反馈导线实现。

6.如权利要求5所述的操作装置，其特征在于，至少一个带有至少一根电导线(138)的薄膜层、优选两个在其间带有至少一根电导线的薄膜层在整个输入导线装置(122)上延伸。

7、如前述任一权利要求所述的操作装置，其特征在于，操作区(13、113)、特别是一操作区域是贯穿导电的，或者由薄金属制成，例如金属箔或类似物，优选由优质钢制成，其中特别是FSR传感器(21、121)与操作区(13、113)或操作区域绝缘。

8.如前述任一权利要求所述的操作装置，其特征在于，FSR传感器(21、121)通过一弹性耦联元件(24)与操作区(13、113)连接，特别是作为在该操作区底侧面上的直接形状配合连接的耦联，其中所述弹性最好使得在一种通常的、恰当的操作力的情况下所述耦联元件不或几乎不受到压缩，并且只有在一种远远超出通常的恰当的操作力的操作力时才会使其压缩。

9.如权利要求8所述的操作装置，其特征在于，所述耦联元件是一弹性体(24)，其直接与FRS传感器(21、121)连接。

10.如前述任一权利要求所述的操作装置，其特征在于，在操作区(13、113)下方设有一支撑体(19)、优选为一印刷电路板，FSR传感器(21、121)设置在该支撑体上，其中特别是支撑体具有电接头(23)和/或一个用于FSR传感器的控制装置或评估装置、或者操作装置(11)。

11.如前述任一权利要求所述的操作装置，其特征在于，在操作区(13、113)或FSR传感器弯曲变形1-100μm时、优选1-10μm时，FSR传感器(21、121)的一个电信号是一种操作。

12.使用如前述任一权利要求所述的操作装置的方法，其特征在于，在FSR传感器(21、121)上获知所进行的按压以及接下来FSR传感器的复位，其中当复位信号在所述按压的信号之后立刻或者只经过很小的时间间隔之后发生时，该所获得的信号才被视为操作。

13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述时间间隔小于五秒，优选小于两秒。

14.如权利要求12或13所述的方法，其特征在于，所述FSR传感器(21、121)用作可变电阻，并且利用一电阻测量装置进行评估，其中该电阻最好如此设置，使得在操作路径为10μm的情况下变化至少10倍。