DE10117956A1 - Berührungsschalter mit einer Bedienfläche - Google Patents
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Abstract
Bei einem Berührungsschalter mit einer Bedienfläche 2 soll für den Benutzer eine spürbar taktile Rückmeldung der Bedienung erreicht werden. Hierfür ist ein Geber 7 vorgesehen, der von einer Berührung der Bedienfläche 2 dieser eine Bewegung aufprägt.
Description
Die Erfindung betrifft einen Berührungsschalter mit einer
Bedienfläche.
Derartige Berührungsschalter sind aus der
EP 0 054 306 A1, der DE 42 07 772 C2 und der US 5 594 222
bekannt. Derartige Berührungsschalter lösen den
Schaltvorgang nicht dadurch aus, dass der Bediener ein
Schalterteil bewegt, sondern dadurch aus, dass der Finger
bzw. die Hand des Bedieners die Kapazität, Feldlinien
oder die optische Reflexion des Berührungsschalters
ändert.
Es sind auch lichtdurchlässige Berührungsschalter zur
Dateneingabe auf Bildschirmen bekannt, die auf optischen,
kapazitiven oder resistiven Prinzipien beruhen.
In der DE 197 12 137 A1 ist ein Berührungsschalter
beschrieben, bei dem der Piezoeffekt genutzt wird.
Da bei derartigen Berührungsschaltern keine Tasten
mechanisch bewegt werden, fehlt dem Bediener eine taktile
Rückmeldung der Schalterbetätigung. Um dem Bediener
dennoch eine Rückmeldung zu geben, werden ersatzweise
akustische oder optische Signale als Rückmeldung erzeugt.
Viele Bediener ziehen jedoch eine direkte taktile
Rückmeldung einem akustischen oder optischen Signal vor.
Bekannt ist auch, dass der Mensch auf optische und
akustische Reize langsamer reagiert als auf taktile
Reize.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Berührungsschalter
der eingangs genannten Art vorzuschlagen, der bei der
Bedienung eine taktile Rückmeldung gibt.
Erfindungsgemäß ist obige Aufgabe dadurch gelöst, dass
ein Geber vorgesehen ist, der bei einer Berührung der
Bedienfläche dieser eine Bewegung aufprägt.
Dadurch ist erreicht, dass dann, wenn der Bediener die
Bedienfläche berührt, der Geber der Bedienfläche im
wesentlichen zeitgleich eine Bewegung aufprägt. Der
Bediener erhält also eine taktile Rückmeldung zum
Bedienvorgang. Die Bewegung kann ein kurzer Impuls oder
eine Vibration sein.
Vorteilhaft ist bei der taktilen Rückmeldung auch, dass
sie nur vom Bediener gespürt wird und im Gegensatz zu
akustischen oder optischen Rückmeldungen nicht von
umstehenden Personen bemerkt werden kann. Damit ist die
Vertraulichkeit der Bedienung verbessert, was
beispielsweise bei Geldautomaten beachtlich ist.
Eine derartige taktile Rückmeldung lässt sich bei allen
Geräten verwenden, die mit Berührungsschaltern bedient
werden, beispielsweise Glaskeramik-Kochfeldern, bei denen
die Berührungsschalter mit der Glaskeramik-Kochplatte
integriert sind, Bedienfeldern für Herde, Backöfen und
Mikrowellengeräte, Berührungsscheiben (Touchscreens) bei
Computern, wie PCs, Laptops, Personal Digital Assistants.
Sie lassen sich auch verwenden bei Eingabeterminals an
Geldautomaten, Verkaufsautomaten, Fernbedienungen,
Mobiltelefonen, Bedienteilen für Computerspiele,
Fotoapparaten und Bürogeräten.
In Ausgestaltung der Erfindung ist bei einer Bedienfläche
mit mehreren Tastzonen jeder Tastzone ein eigener Geber
zugeordnet. Versuche haben ergeben, dass es jedoch
genügt, bei einer Bedienfläche mit mehreren Tastzonen nur
einen einzigen Geber vorzusehen. Dieser einzige Geber
genügt, an allen Tastzonen die Rückmeldung spürbar zu
machen. Die Reichweite vom Geber zu den einzelnen
Tastzonen vergrößert sich mit steigendem
Elastizitätsmodul des Materials der Bedienfläche.
Funktionsentscheidend ist weniger die örtliche Zuordnung
zwischen Geber und jeweiliger Tastzone, sondern die
zeitliche Zuordnung zwischen der Berührung der
Bedienfläche bzw. deren jeweiliger Tastzone und dem
taktilen Signal. Das taktile Signal soll in dem Zeitraum
auftreten, in dem der Bediener üblicherweise den Finger
auf der Tastzone hält. Es besteht also die Möglichkeit,
den Geber außerhalb desjenigen Bereichs anzuordnen, in
dem Tastzonen und ggf. Anzeigeeinrichtungen vorgesehen
sind.
Vorzugsweise ist die Bedienfläche eine durchgehende
Glasfläche, Glaskeramikfläche oder Kunststofffläche. Die
Bedienfläche kann dabei ein Bereich einer größeren Fläche
sein, die weitere Funktionen, beispielsweise
Anzeigefunktion und/oder Kochfunktion hat.
Vorzugsweise ist der Geber ein Piezokeramikelement oder
ein elektromagnetischer Geber.
Der Geber kann so mit der Bedienfläche verbunden sein,
dass er seine Bewegung auf die Bedienfläche überträgt. Er
kann jedoch auch nahe bei der Bedienfläche angebracht
sein, so dass er gegen die Bedienfläche klopft. Letzteres
kann speziell bei einem magnetisch angetriebenen Geber
vorgesehen sein. Zwischen dem beweglichen Teil des
elektromagnetischen Gebers und der Bedienfläche besteht
dabei ein gewisser Abstand.
In einer Weiterbildung der Erfindung ist der Geber
dasjenige Piezokeramikelement, das auch der die Berührung
der Bedienfläche oder Tastzone erfassende Sesor ist,
wobei das Piezokeramikelement während der Berührung
zunächst als Sensor und dann als Geber arbeitet. Damit
übernimmt das gleiche Piezokeramikelement zugleich das
Auslösen der Schaltfunktion des Berührungsschalters und
die Rückmeldung.
Bei einer weiteren Ausgestaltung ist die Frequenz
und/oder die Intensität (Amplitude) der Bewegung des
Gebers bei Berührung unterschiedlicher Tastenzonen der
Bedienfläche taktil unterscheidbar ausgelegt. Dadurch
kann der Bediener bei aufeinanderfolgenden
Tastzonenberührung ohne Blickkontakt feststellen, ob die
durch die vorherige Tastzonenberührung gewünschte Eingabe
korrekt erfolgt ist. Der Geber gibt dem Bediener damit
nicht nur eine Rückmeldung über die Tastzonenberührung,
sondern auch eine Bestätigung der Erfassung der Eingabe.
In einer weiteren Ausgestaltung ist die Dauer und/oder
Frequenz und/oder Intensität (Amplitude) der Bewegung des
Gebers von der Dauer der Berührung der Bedienfläche oder
Tastzone abhängig. Dies ist vorteilhaft, wenn in
Abhängigkeit von der Dauer der Berührung unterschiedliche
Werte angegeben werden. Beispielsweise wird bei manchen
Berührungsschaltern der Eingabewert bei längerer
Berührung erhöht oder erniedrigt. Durch diese
Weiterbildung ist die taktil erkenntliche Rückmeldung an
die Eingabe angepasst. Beispielsweise kann damit bei
einem Fotoapparat der Funktionsablauf "Einstellen des
Autofocusses" und "Auslösen" dem Bediener taktil spürbar
zurückgemeldet werden.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den
Unteransprüchen und der folgenden Beschreibung. In der
Zeichnung zeigen:
Fig. 1 einen Berührungsschalter schematisch,
Fig. 2 einen weiteren Berührungsschalter schematisch und
Fig. 3 ein Zeitdiagramm zum Berührungsschalter nach
Fig. 2.
In den Fig. 1 und 2 ist zur Vereinfachung der
zeichnerischen Darstellung ein Berührungsschalter mit nur
einer Tastzone 1 an einer Bedienfläche 2 dargestellt. Die
Bedienfläche 2 weist in der Praxis eine Mehrzahl von in
Spalten und Zeilen oder anders verteilt angeordnet
Tastzonen zur numerischen oder alphanumerischen Eingabe
von Daten auf. Entsprechend sind dann an der gleichen
Bedienfläche mehrere Berührungsschalter vorgesehen.
Die Bedienfläche 2 ist beispielsweise ein Bereich einer
Glaskeramikplatte eines Kochherdes oder ein Bedienschirm
(Touchscreen) eines Computers oder eine Bedienfläche
eines anderen Geräts, dessen Funktionen über Tasteingabe
einstellbar sind.
Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 weist der
Berührungsschalter als kapazitiven Sensor in der Tastzone
1 unterhalb der Bedienfläche 2 eine innere Elektrode 3
und eine diese umschließende äußere Elektrode 4 auf. Ein
solcher Sensor ist beispielsweise in der US 5 594 222
beschrieben. Bei der Berührung der Tastzone 1 von einem
Finger F des Bedieners schaltet eine Auswerteelektronik 5
die gewünschte Gerätefunktion, beispielsweise ein
zugeordnetes Kochfeld, ein oder aus.
An der inneren Elektrode 3 ist ein Ankopplungskörper 6
angeordnet, der die innere Elektrode 3 und damit die
Tastzone 1 mit einem Piezokeramikelement 7 verbindet. Der
Ankopplungskörper 6 liegt nur im Mittelbereich des
Piezoelementes 7. Das Piezokeramikelement 7 ist ein Geber
in Form eines Biegeschwingers, der bei Erregung die
Bedienfläche 2 über den Ankopplungskörper 6 in eine vom
Finger F taktil spürbare Bewegung bringt.
Das Piezokeramikelement 7 wird über eine Anregeschaltung
8 in Bewegung versetzt, sobald es von der
Auswerteelektronik 5 über eine Leitung 9 ein Signal
erhält. Die Auswerteelektronik 5 gibt dieses Signal ab,
sobald sie von dem Sensor (Elektroden 3, 4) ein
Berührungssignal erhält, speziell solange der Finger F
noch auf der Tastzone 1 ruht. Dadurch erhält der Finger F
eine taktile Rückmeldung über die Berührung der Tastzone
1.
Das Piezokeramikelement 7 gibt bei Erregung über die
Anregeschaltung 8 einzelne Stöße oder Pulspakete in Form
dynamischer Schwingungen an die Tastzone 1.
Zur Verstärkung des Effekts der taktilen Rückmeldung ist
an der der Bedienfläche 2 abgewandten Seite des
Piezokeramikelements 7 eine Schwungmasse 10 angebracht.
Dieses Schwingungssystem kann auf seine Resonanzfrequenz
abgestimmt sein, um den taktilen Rückmeldungseffekt zu
verstärken.
Wenn die Bedienfläche 2 mehrere Tastzonen 1 mit je
zugeordneten eigenen Berührungssensoren, d. h. äußeren
Elektroden 4 und inneren Elektroden 3, und je eigener
Auswerteelektronik 5 aufweist, muss nicht notwendig bei
jeder Tastzone 1 ein eigener Geber, d. h.
Piezokeramikelement 7, angeordnet sein. Um die taktile
Rückmeldung zu geben, genügt es, ein einziges
Piezokeramikelement 7 entfernt von den Tastzonen 1
anzuordnen und dieses durch die mehreren
Auswerteelektroniken 5 über die Anregeschaltung 8 zur
Bewegung anzuregen.
Anstelle des Piezokeramikelements 7 kann ein
elektromechanischer, d. h. magnetisch angetriebener, Geber
vorgesehen sein. Ein solcher weist eine bei Aktivierung
der Anregeschaltung 8 stromdurchflossene Spule und ein
bewegliches Teil nach Art eines bekannten Summers oder
Lautsprechers auf. Das bewegliche Teil ist starr mit der
Bedienfläche 2 oder der jeweiligen Tastzone 1 verbunden
oder klopft gegen die Bedienfläche 2 bzw. die Tastzone 1,
wofür das bewegliche Teil dann einen geringen Abstand von
der Bedienfläche 2 bzw. der inneren Elektrode 3 der
Tastzone 1 hat.
Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 ist als Sensor für
die Berührung der Tastzone 1 bzw. der Bedienfläche 2 ein
Piezokeramikelement 7 in an sich bekannter Weise
vorgesehen. Das Piezokeramikelement 7 ist an eine
elektrische Schaltung 11 angeschlossen, die die Funktion
der Auswerteschaltung 5 und der Anregeschaltung 8 des
Ausführungsbeispiels der Fig. 1 übernimmt. Die
Sensorfunktion und die Geberfunktion ist damit vom
gleichen Bauteil, nämlich dem Piezokeramikelement 7,
übernommen, so dass für die Sensorfunktion und die
Geberfunktion separate Bauteile nicht nötig sind.
Wird beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 vom Bediener
die Tastzone 1 berührt, dann löst die elektrische
Schaltung 11 die entsprechende Schaltfunktion aus und
noch während der Berührung der Tastzone 1 regt sie das
Piezokeramikelement 7 zur taktil spürbaren Bewegung an.
Dies ist im Zeitdiagramm der Fig. 2 in den Linien a, b,
c dargestellt.
Zum Zeitpunkt t0 berührt der Bediener die Tastzone 1 und
beendet die Berührung zum Zeitpunkt tx (vgl. Linie a in
Fig. 3).
Zum Zeitpunkt t0 oder mit einer hierzu vernachlässigenden
Verzögerungszeit schaltet die Schaltung 11 die
Sensorfunktion des Piezokeramikelements 7 aktiv, wenn sie
nicht davor schon aktiv geschaltet war. Die Schaltung 11
schaltet die Sensorfunktion nach einer Zeitdauer, die
genügt, um die gewünschte Schaltfunktion durchzuführen,
ab. Dies ist zum Zeitpunkt t1 (vgl. Linie b in Fig. 3) der
Fall.
Nachdem die Schaltung 11 zum Zeitpunkt t1 die
Sensorfunktionen abgeschaltet hat, schaltet sie mit einer
gewissen Verzögerung zum Zeitpunkt t2 die Geberfunktion
des Piezokeramikelements 7 aktiv, wodurch der Bediener
eine taktile Rückmeldung über den Schaltvorgang erhält
(vgl. Linie c in Fig. 3). Die Geberfunktion wird von der
Schaltung 11 zum Zeitpunkt t3 abgeschaltet, der vor oder
nach dem Zeitpunkt tx liegen kann. Die Zeitdauer von t2
bis t3 ist begrenzt, so dass das Piezokeramikelement 7
wieder bei einer nächstfolgenden Berührung der Tastzone 1
als Sensor zur Verfügung steht.
In Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass
bei Berührung verschiedener Tastzonen taktil
unterscheidbare Signale, beispielsweise nach Frequenz
und/oder Intensität unterscheidbare Signale, erzeugt
werden. Beim Ziffernblock der üblichen PC-Tastatur trägt
die Taste der Ziffer "5" eine tastbare Markierung, damit
sie auch ohne Sichtkontakt erkennbar ist. Entsprechend
kann bei der vorgesehenen Einrichtung vorgesehen sein,
dass bei einer Betätigung einer Taste, beispielsweise der
"5", des Ziffernblocks ein anderes taktiles Signal
entsteht als bei der Betätigung einer der anderen Tasten
des Ziffernblocks.
Es kann auch vorgesehen sein, dass Funktionstasten,
alphabetische Tasten und/oder Zifferntasten einer
Tastatur bei Betätigung je andere taktile Signale
abgeben.
In Ausgestaltung der Erfindung kann auch vorgesehen sein,
dass die Dauer und/oder Frequenz und/oder Intensität der
Bewegung des Gebers 7 von der Dauer der Berührung der
Bedienfläche 2 bzw. der Tastzone 1 abhängig ist. Nach dem
Stand der Technik sind Bedienfunktionen bekannt, bei
denen sich während der Betätigung einer Taste in
Abhängigkeit von der Betätigungsdauer eine Ziffernanzeige
oder ein Bargraph ("Thermometeranzeige") ändert. Eine
entsprechende Rückmeldung kann bei der beschriebenen
Einrichtung dadurch erreicht werden, dass sich die
Intensität oder die Frequenz des taktilen Signals
entsprechend der Dauer der Tastenbetätigung ändert. Damit
erhält der Nutzer eine taktile Rückmeldung über den
jeweils eingestellten Ist-Wert.
Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 ist das
Piezokeramikelement 7 über ein ringförmiges Zwischenstück
12 oder einzelne Zwischenstücke an einer Stützplatte 13
abgestützt. Die Stützplatte 13 kann mehrere Tastzonen
umfassen. Es können also mehrere Zwischenstücke 12
mehrerer Tastzonen 1 an der gleichen Stützplatte 13
abgestützt sein. Die Stützplatte 13 ist außerhalb der
Tastzonen über ein, insbesondere ringförmiges,
Verbindungselement 14 oder mehrere einzelne
Verbindungselemente mit der Bedienfläche 2 verbunden. Die
Stützplatte 13 dient der gegenüber der Anordnung nach
Fig. 1 erhöhten Kraftübertragung bzw. verstärkten
Schwinungsübertragung vom Geber 7 auf die Tastzone 1. Bei
der Ausführung nach Fig. 1 bewegt sich die Tastzone 1
durch die Kraftübertragung vom Geber, speziell
Biegeschwinger 7, über den Ankopplungskörper 6, wobei
sich der Biegeschwinger 7 außen an der trägen Masse der
ringförmigen Schwungmasse 10 abstützt. Dies ist in den
meisten Fällen ausreichend und erlaubt eine gegenüber
Fig. 2 sehr nahe Lage benachbarter Tastzonen.
Bei der Ausführung nach Fig. 2 stützt sich der
Biegeschwinger 7 über das Zwischenstück 12 an der im hier
interessierenden Zusammenhang unverbiegbaren Stützplatte
13 ab, die ihrerseits - außerhalb der Tastzonen 1 -
mittels des Verbindungselements 14 mit der Bedienfläche 2
fest verbunden ist. Das Verbindungselement 14 ist im hier
interessierenden Zusammenhang unverformbar. Bei dieser
Anordnung vergrößert sich gegenüber der Ausführung nach
Fig. 1 die bei Berührung der Tastzonen 1 wirksam
werdende Auslenkung bzw. Durchbiegung, was deren
Auswertung zur Erzeugung des taktilen Signals
vereinfacht.
Claims (14)
1. Berührungsschalter mit einer Bedienfläche,
dadurch gekennzeichnet,
dass ein Geber (7) vorgesehen ist, der bei einer
Berührung der Bedienfläche (2) der Bedienfläche (2) eine
Bewegung aufprägt.
2. Berührungsschalter nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass bei einer Bedienfläche (2) mit mehreren Tastzonen
(1) jeder Tastzone (1) ein eigener Geber (7) zugeordnet
ist.
3. Berührungsschalter nach einem der vorhergehenden
Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass bei einer Bedienfläche (2) mit mehreren Tastzonen
(1) der Geber (7) den Tastzonen (1) gemeinsam ist.
4. Berührungsschalter nach einem der vorhergehenden
Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Bedienfläche (2) eine Glasfläche, eine
Glaskeramikfläche oder Kunststofffläche ist.
5. Berührungsschalter nach einem der vorhergehenden
Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Geber (7) ein Piezokeramikelement ist.
6. Berührungsschalter nach einem der vorhergehenden
Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Geber (7) ein elektromagnetischer Geber ist.
7. Berührungsschalter nach einem der vorhergehenden
Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Geber (7) so mit der Bedienfläche (2) verbunden
ist, dass er seine Bewegung auf die Bedienfläche (2)
überträgt.
8. Berührungsschalter nach einem der vorhergehenden
Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Geber (7) nahe bei der Bedienfläche (2) derart
angeordnet ist, dass er auf die Bedienfläche (2) klopft.
9. Berührungsschalter nach einem der vorhergehenden
Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Geber dasjenige Piezokeramikelement (7) ist, das
auch der die Berührung der Bedienfläche (2) oder Tastzone
(1) erfassende Sensor ist, wobei das Piezokeramikelement
(7) während der Berührung zunächst als Sensor und danach
als Geber arbeitet.
10. Berührungsschalter nach einem der vorhergehenden
Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Frequenz und/oder die Intensität der Bewegung
des Gebers (7) bei Berührung unterschiedlicher Tastzonen
(1) der Bedienfläche (2) taktil unterscheidbar ausgelegt
ist.
11. Berührungsschalter nach einem der vorhergehenden
Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Dauer und/oder Frequenz und/oder Intensität der
Bewegung des Gebers (7) von der Dauer der Berührung der
Bedienfläche (2) oder der Tastzone (1) abhängig ist.
12. Berührungsschalter nach einem der vorhergehenden
Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Piezokeramikelement (7) über einen
Ankopplungskörper (6) mit der Bedienfläche (2) oder der
Tastzone (1) verbunden ist.
13. Berührungsschalter nach einem der vorhergehenden
Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Piezokeramikelement (7) ein Biegeschwinger ist,
an dem eine Schwungmasse (10) angeordnet ist.
14. Berührungsschalter nach einem der vorhergehenden
Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass sich das Piezokeramikelement (7) über wenigstens ein
Zwischenstück (12) an einer Stützplatte (13) abstützt,
die über ihre Verbindungselemente (14) mit der
Bedienfläche (2) verbunden ist.
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