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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Bedienanordnung zur Bedienung
eines elektrischen Gerätes,
insbesondere eines Haushaltsgerätes,
mit einer Blende aus einem elektrisch isolierenden Material, die
eine Innenseite und eine Bedienseite aufweist, und mit einer Sensoranordnung
zur Erfassung eines Objektes an der Bedienseite, wobei die Sensoranordnung
eine Leiterplatte und ein auf der Innenseite der Blende angeordnetes
Sensorelement aufweist, diemittels einer Kontaktanordnung elektrisch miteinander
verbunden sind, wobei das Sensorelement aus einem elektrisch leitfähigen Material
hergestellt und mit der Blende verbunden ist.
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Eine
derartige Bedienanordnung ist bspw. aus der
WO 2006/034993 A1 bekannt.
Bei dieser bekannten Bedienanordnung ist zwischen einer Leiterplatte
und der Innenseite einer isolierenden Platte (Blende) ein Federelement
angeordnet. Das Federelement ist als gewundene Druckfeder ausgebildet und
weist an dem zur Blende weisenden Ende einen spiralförmig gewundenen
Abschnitt auf, der an der Innenseite der Blende anliegt. Durch diese
Bedienanordnung wird eine kapazitiver Annäherungs- und/oder Berührungsschalter
realisiert.
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Kapazitive
Berührungsschalter
sind seit Langem bekannt. Zur Realisierung von Bedienflächen von
Glaskeramik-Kochfeldern ist es bspw. aus der
DE 80 33 570 U1 bekannt,
an der oberen Oberfläche eine
große
Kondensatorfläche
vorzusehen und an der Rückseite
der Glaskeramik-Platte zwei kleinere Kondensatorflächen. In
eine kleinere Kondensatorfläche
wird ein Wechselstrom eingespeist. Aus der anderen kleinen Kondensatorfläche wird
ein Wechselstrom entnommen. Durch einen an der Bedienseite angeordneten
Finger wird die kapazitive Anordnung verstimmt, was von einer geeigneten
Auswerteelektronik ausgewertet und als „Betätigung" des kapazitiven Berührungsschalters erkannt werden
kann.
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Aus
dem Dokument
EP 1 416
636 A2 ist eine weitere Ausführungsform eines kapazitiven
Berührungsschalters
bekannt, bei dem ein Schaumstoffkörper elektrisch leitfähige Bereiche
mit einer Sensorelementoberfläche
und isolierende Bereiche aufweist, die in Richtung der Erstreckung
einer Glaskeramik-Platte abwechselnd vorgesehen sind. So entsteht
eine Art „Strangmaterial", aus dem nebeneinander
liegende kapazitive Berührungsschalter
hergestellt werden können.
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Es
ist ferner aus der
EP
0 859 467 B1 bekannt, einen kapazitiven Berührungsschalter
mit einer Sensortaste bereitzustellen, die einen Pol eines Kondensators
bildet, wobei die Sensortaste aus einem flexiblen, räumlich ausgedehnten,
raumformveränderlichen
und elektrisch leitfähigen
Material besteht, das auf eine Platine aufgebracht ist und den Abstand
zwischen einer Abdeckplatte und der Platine überbrückt, wobei eine Druckspannung
aufrechterhalten wird.
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Aus
dem Dokument
DE
10 2004 038 872 A1 ist ferner ein Berührungsschalter für eine Bedieneinrichtung
eines Elektrogerätes
wie bspw. eines Kochfeldes bekannt. Der Schalter weist ein Sensorelement
mit zwei Sensorflächen
auf, die jeweils eine oder mehrere dreieckige Teilflächen aufweisen.
Die Sensorflächen
werden mit Ansteuersignalen angesteuert und erfahren bei Berührung mit
einem Finger eine Auskopplung entsprechend einem Teil der überdeckten
Fläche.
Die restliche Signalstärke
wird in einem Microcontroller miteinander verglichen, um den Ort
der Berührung
als Funktion des Verhältnisses
der restlichen Signalstärken
und überdeckten
Flächen zueinander
zu ermitteln.
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Vor
dem obigen Hintergrund ist es die Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte
Bedienanordnung anzugeben, die kostengünstig und effizient auch in großen Stückzahlen
hergestellt werden kann.
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Diese
Aufgabe wird bei der eingangs genannten Bedienanordnung dadurch
gelöst,
dass das Sensorelement als flächiges
Element ausgebildet ist, das sich über eine Länge erstreckt, die mindestens doppelt
so lang ist wie die Dicke eines menschlichen Fingers.
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Ein
derartiges Sensorelement lässt
sich kostengünstig
herstellen und konstruktiv günstig
mit der Blende verbinden. Ferner ist es durch die relativ große Ausdehnung
in Längenrichtung
möglich,
mittels des Sensorelementes nicht nur eine Schalterfunktion zu realisieren,
sondern mehrere Schalterfunktionen und/oder eine Art Schieberegler
(Potentiometer).
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Die
Aufgabe wird somit vollkommen gelöst.
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Von
besonderem Vorzug ist es, wenn die Kontaktanordnung wenigstens einen
Kontaktabschnitt aufweist, der das Sensorelement an einem Ende mit
der Leiterplatte verbindet.
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Auf
diese Weise ist es möglich,
an den Enden des Sensorelementes elektrische Signale abzugreifen,
die ein Maß dafür darstellen,
an welcher Position sich ein Objekt wie ein Finger in Bezug auf
das Sensorelement befindet. Bevorzugt verbindet jeweils wenigstens
ein Kontaktabschnitt die zwei Enden des Sensorelementes mit der
Leiterplatte.
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Dabei
ist es von besonderem Vorteil, wenn der wenigstens eine Kontaktabschnitt
einstückig
mit dem Sensorelement ausgebildet ist.
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Dies
ermöglicht
eine kostengünstige
Montage und verringert die Lagerkosten.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform
weist das Sensorelement über
die Länge wenigstens
einen Impedanzveränderungsabschnitt auf,
mittels dessen die Impedanz des Sensorelementes derart beeinflusst
ist, dass dem Impedanzveränderungsabschnitt
zugeordnete Flächen
als diskrete Bedienflächen
voneinander unterscheidbar sind.
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Mit
anderen Worten wird mittels eines Impedanzveränderungsabschnittes lokal eine
Art Widerstandssprung in dem Sensorelement realisiert, der wiederum
dazu dient, zwischen diskreten Bedienflächen besser unterscheiden zu
können.
Dies ist nutzbar bei der Auswertung von Signalen, die von den Enden
des Sensorelementes abgegriffen werden. Denn der Impedanzveränderungsabschnitt
bewirkt einen Signalsprung, sofern ein Objekt (Finger) über die
Länge des
Sensorelementes und über
einen solchen Impedanzveränderungsabschnitt
hinweg bewegt wird.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform ist
der Impedanzveränderungsabschnitt
durch eine Veränderung
der Breite des Sensorelementes ausgebildet.
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Eine
Verengung des Sensorelementes (das heißt, ein schmaler Abschnitt)
erhöht
den kapazitiven Widerstand an der Bedienseite, was folglich bei
der Auswertung von Signalen erleichtert, dass zwischen diskreten
Bedienflächen
voneinander unterschieden wird.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform
ist der Impedanzveränderungsabschnitt
durch einen Stufenabschnitt ausgebildet, bei dem das Sensorelement
eine aus der Fläche
heraustretende Stufe aufweist.
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Eine
solche Stufe führt
zu einer Erhöhung des
kapazitiven Widerstandes. Ein Stufenabschnitt lässt sich zudem mit einer Variation
der Breite des Sensorelementes kombinieren.
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Insgesamt
ist es ferner vorteilhaft, wenn die Leiterplatte durch Haltemittel
in einem vorbestimmten Abstand zu der Innenseite der Blende gehalten ist,
wobei die Kontaktanordnung wenigstens einen Kontaktabschnitt aufweist,
der in Richtung des Abstandes elastisch ausgebildet ist, und/oder
wobei die Leiterplatte elastisch vorgespannt oder von den Haltemitteln
elastisch gehalten ist.
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Durch
diese Maßnahme
wird erreicht, dass der elektrische Widerstand am Übergang
von dem Sensorelement zu dem Kontaktabschnitt und/oder von dem Kontaktabschnitt
zu der Leiterplatte möglichst
gering gehalten wird. Hierdurch kann eine Signalverfälschung
vermieden werden. Insbesondere kann so erreicht werden, dass zwischen
dem Sensorelement und dem Kontaktabschnitt bzw. zwischen dem Kontaktabschnitt
und der Leiterplatte kein Luftspalt entsteht, der den kapazitiven
Widerstand erheblich vergrößern und
die Auswertung von Signalen erheblich erschweren würde.
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Von
besonderem Vorzug ist es dabei, wenn der Kontaktabschnitt ein elastisches
Element wie eine Feder aufweist.
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In
diesem Ausführungsbeispiel
ist der Kontaktabschnitt entweder als von dem Sensorelement getrenntes
Element ausgebildet oder ein elastisches Eelement (wie eine Feder,
ein Schaumstoffelement, ein TPE-Element, etc.) ist an das Sensorelement
angeformt und einstückig
damit ausgebildet.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform
ist nämlich
das Material des Sensorelementes und eines damit einstückig verbundenen
Kontaktabschnittes elastisch verformbar.
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Der
Kontaktabschnitt muss dabei nicht notwendigerweise eine Federform
aufweisen, sondern kann auch massiv oder als Hohlabschnitt ausgebildet sein.
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Insgesamt
ist es ebenfalls bevorzugt, wenn das Sensorelement flächig an
der Innenseite der Blende anliegt. Hierdurch kann erreicht werden,
dass zwischen dem Sensorelement und der Bedienseite der Blende ein
Dielektrikum in Form des Materials der Blende realisiert wird, das
einen Teil des Kondensators zwischen dem Sensorelement und einem
die Bedienseite berührenden
Finger darstellt.
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Dabei
ist es besonders bevorzugt, wenn zwischen dem flächigen Sensorelement und der
Innenseite der Blende kein Luftspalt vorhanden ist. Auf diese Weise
kann bspw. sicher zwischen einem Zustand unterschieden werden, bei
dem der Finger von der Bedienseite beabstandet ist (in welchem Fall
zwischen dem Finger und der Blende ein Luftspalt mit einer relativ
niedrigen Dielektrizitätskonstante
vorhanden ist), und einem Zustand, bei dem der Finger die Bedienseite
der Blende berührt
(in welchem Fall zwischen dem Finger und dem Sensorelement lediglich die
als Dielektrikum wirkende Blende aus dem elektrisch isolierenden
Material vorhanden ist, das vorzugsweise eine eindeutig größere Dielektrizitätskonstante
aufweist).
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Gemäß einer
weiteren alternativen Ausführungsform
ist das Sensorelement als leitfähiger
Abschnitt in die Blende integriert.
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Dies
ermöglicht,
dass die Außenseite
des Sensorelementes im Bereich der Blende bzw. von deren Bedienseite
aus unmittelbar zugänglich
ist. Dies kann ggf. zu einer verbesserten Erfassungsempfindlichkeit
und/oder -auswertbarkeit führen.
Dabei ist es denkbar, dass das Sensorelement und die Blende derart
miteinander integriert sind, dass eine im Wesentlichen durchgehende
oder bündige
Bedienseite entsteht. Auch ist es bevorzugt, wenn die Integration
derart ist, dass die Schnittstelle zwischen dem Sensorelement und
der Blende undurchlässig für Flüssigkeiten
und/oder Gase ist. Es ist generell denkbar, dass das Sensorelement
aus dem gleichen Grundmaterial wie die Blende hergestellt ist, und
lediglich in dem „Sensorbereich", bspw. durch Zugabe von
elektrisch leitfähigen
Materialien, als Sensorelement ausgebildet ist. Es ist jedoch auch
möglich,
das Sensorelement und die Blende getrennt auszubilden und anschließend miteinander
zu integrieren.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform
ist das Sensorelement aus einem leitfähigen Kunststoff hergestellt.
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Auf
diese Weise kann das Sensorelement zum einen kostengünstig hergestellt
werden. Zum anderen ist auch eine Integration in die Blende und/oder
ein Anbringen an der Blende vergleichsweise einfach realisierbar.
Denn es ist insbesondere bevorzugt, wenn das Sensorelement und die
Blende im 2K-Spritzgussverfahren hergestellt sind.
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Bei
dieser Ausführungsform
bestehen sowohl das Sensorelement als auch die Blende jeweils aus
einem Kunststoffmaterial und werden im sog. 2K-Spritzgussverfahren
hergestellt, das heißt,
im Wesentlichen in einem Arbeitsschritt, jedoch aus unterschiedlichen
Materialien. Es versteht sich, dass das Sensorelement und die Blende
nach dem Herstellungsschritt in der Regel unlösbar miteinander verbunden
sind, so dass auch Montage- und Lagerkosten minimiert sind.
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Ferner
ist es bevorzugt, wenn ein flächiger Abschnitt
des Sensorelementes und wenigstens ein hiermit verbundener Kontaktabschnitt
im 2K-Spritzgussverfahren hergestellt sind.
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Bei
dieser Ausführungsform
ist es möglich, dass
der flächige
Abschnitt und der Kontaktabschnitt des Sensorelementes aus unterschiedlichen
Kunststoffen hergestellt sind. Im 2K-Spritzgussverfahren werden
diese unterschiedlichen Materialien so miteinander verarbeitet,
dass im Anschluss ein einzelnes Sensorelement aus zwei unterschiedlichen
Materialien hergestellt ist.
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Vor
dem obigen Hintergrund versteht sich auch, dass es auch denkbar
ist, dass der flächige
Abschnitt des Sensorelementes, der hiermit verbundene Kontaktabschnitt
und die Blende im 2K-Spritzgussverfahren oder, bei Verwendung von
unterschiedlichen Materialien für
alle drei Bauelemente, im 3K-Spritzgussverfahren hergestellt werden.
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Gemäß einer
besonders bevorzugten Ausführungsform
ist das flächige
Sensorelement in der Fläche
U-förmig
ausgebildet, wobei die Kontaktabschnitte an den Enden der U-Schenkel benachbart zueinander
angeordnet sind.
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Dies
führt insgesamt
zu einer vereinfachten Kontaktierung zwischen dem Sensorelement
und der Leiterplatte und ermöglicht
auch, dass das Sensorelement diskrete Bedienabschnitte definiert,
die nach der Art einer Matrix angeordnet sind. Mit anderen Worten
ist ein derartiges Sensorelement nicht auf eine Reihe (Zeile) von
diskreten Bedienflächen
beschränkt.
In einer weiteren Ausgestaltung ist es auch möglich, das Sensorelement insgesamt
mäanderförmig auszubilden,
so dass es aus mehreren U-förmigen
Einzelsegmenten besteht.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform
weist dies Kontaktanordnung vier Kontaktabschnitte auf, von denen
jeweils zwei mit den zwei Enden des Sensorelementes verbunden sind.
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Bei
dieser Ausführungsform
ermöglicht
die Kontaktanordnung den Einsatz der sogenannten Mehrleitermesstechnik.
Obgleich prinzipiell an jedem Ende zwei Leiter zur Messung der Position
eines Fingers in Bezug auf das Sensorelement möglich ist, ermöglichen
die zusätzlichen
Leiter an den Enden, Fehler bei den Messungen (insbesondere systematische
Fehler) herauszurechnen.
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Insgesamt
versteht sich ferner, dass das Sensorelement in hochohmiger Ausführung realisiert werden
kann. Ein hochohmiger leitfähiger
Werkstoff kann bspw. ein Kunststoff sein, dem leitfähiges Material
(z. B. Ruß)
beigefügt
ist.
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Mit
der erfindungsgemäßen Bedienanordnung
lassen sich kapazitive und/oder resistive Sensoranordnungen bzw.
Bedienbaugruppen realisieren. Die hiermit einhergehende Technologie
zur Erfassung von kapazitiven und/oder resistiven Änderungen
sind allgemein bekannt und werden daher vorliegend nicht im Detail
beschrieben. Auf den Inhalt der vom gleichen Anmelder am gleichen
Tag wie die vorliegende Anmeldung hinterlegten Anmeldung mit dem
Titel „Vorrichtung
und Verfahren zur Positionsbestimmung bezogen auf eine Oberfläche" wird hiermit Bezug
genommen. Der Inhalt dieser parallelen Anmeldung soll demgemäß vorliegend
vollumfänglich
enthalten sein.
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Generell
beruht eine derartige Bedienanordnung auf der Erfassung des Vorhandenseins
oder Nichtvorhandenseins eines Objektes wie eines menschlichen Fingers
durch feldelektrische Wechselwirkungseffekte. Maßgeblich ist hierbei eine elektrische
Eigenschaft des menschlichen Körpers,
wobei der menschliche Körper
gegen Masse insbesondere eine nicht unerhebliche Kapazität von typischerweise
120 pF bis 150 pF bildet.
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Das
Sensorelement kann durch beliebige Verfahren mit der Blende verbunden
sein. Bspw. kann das Sensorelement an die Innenseite der Blende
geklebt sein. Das Sensorelement kann auch eine Folie mit einer entsprechenden
Beschichtung sein.
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Ferner
ist denkbar, dass das Sensorelement hinter die Blende gespritzt
wird. Ferner ist es denkbar, dass das Sensorelement über Druckverfahren mit
leitfähigen
Druckwerkstoffen an der Innenseite der Blende realisiert wird. Auch
ein Heißprägen mit leitfähigen Werkstoffen
ist möglich.
Eine weitere Möglichkeit
der Realisierung besteht durch Laserstrukturieren auf der Innenseite
einer geeigneten Blende, wobei eine bedingt leitfähige Zone
erzeugt wird. Diese Zone kann dann ggf. noch galvanisch verstärkt werden.
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Gemäß einem
zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Sensoranordnung
mit einer nicht elektrisch leitenden Trägerfolie, einem flächigen Sensorelement, das
aus einem leitfähigen
Material hergestellt, an der Trägerfolie
festgelegt und als flächiges
Element ausgebildet ist, das sich über eine Länge erstreckt, die mindestens
doppelt so lang ist wie die Dicke eines menschlichen Fingers, wobei
auf der dem Sensorelement gegenüberliegenden
Seite der Trägerfolie
eine Metallfolie festgelegt ist.
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Bei
dieser Ausführungsform
kann die Sensoranordnung als Tastaturfolie ausgelegt sein, mit einer Anzahl
von mehreren Tasten, die über
die Länge
des Sensorelementes verteilt angeordnet sind, und vorzugsweise nur
zwei elektrischen Anschlüssen
(im Gegensatz hierzu benötigen
Piezo-Folientastaturen in der Regel pro Taste einen Anschluss).
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Durch
die Metallfolie ist die Optik der Sensoreinordnung verwendbar und
lässt sich
auf beliebige Trägermaterialien
aufbringen.
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Sofern
die Trägerfolie
elastisch ausgebildet ist, kann über
die Trägerfolie
ein flexibler Bereich für den
Anschluss an eine Leiterplatte bereitgestellt werden. Ferner ist
es denkbar, durch Eindrücken
der Metallfolie an einer Stelle der Sensorfläche diese Bereich gegen Masse
(Kapazität)
kurzzuschließen,
so dass derselbe Effekt auftritt, als wenn man das Sensorelement
direkt beruht.
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Von
Vorteil ist es hierbei, wenn die Sensoranordnung eine Klebefolienschicht
aufweist, um die Sensoranordnung beispielsweise an einer Blende
eines elektrischen Gerätes
anzubringen.
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Obgleich
die erfindungsgemäßen Sensoranordnungen
bevorzugt zur Bedienung elektrischer Geräte verwendet werden, versteht
sich, dass die Erfindung nicht auf diese Anwendung eingeschränkt sein soll.
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Es
versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend
noch zu erläuternden Merkmale
nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in
anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne
den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der
nachfolgenden Beschreibung näher
erläutert.
Es zeigen:
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1 eine
schematische Schnittdarstellung durch eine elektrische Haushaltsmaschine
in Form einer Waschmaschine mit einer erfindungsgemäßen Bedienanordnung
gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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2 eine
Bedienanordnung gemäß einer weiteren
alternativen Ausführungsform
der Erfindung;
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3 eine
Draufsicht auf eine Sensoranordnung der Bedienanordnung der 2;
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4 eine
schematische perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Bedienanordnung;
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5 eine
seitliche Ansicht in Längsrichtung der
Bedienanordnung der 4;
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6 eine
Schnittansicht entlang der Linie VI-VI in 5;
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7 eine
Schnittansicht entlang der Linie VII-VII in 6;
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8 eine
mit 4 vergleichbare perspektivische Ansicht einer
weiteren alternativen Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Bedienanordnung;
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9 eine
der 6 entsprechende Ansicht der Bedienanordnung der 8;
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10 eine
der 4 entsprechende schematische perspektivische Ansicht
einer weiteren Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Bedienanordnung;
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11 eine
der 6 entsprechende Schnittansicht durch die Bedienanordnung
der 10;
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12 eine
schematische Teilansicht in perspektivischer Darstellung einer weiteren
alternativen Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Bedienanordnung;
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13 eine
schematische perspektivische Teilansicht einer weiteren Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Bedienanordnung;
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14 eine
perspektivische Schnittansicht durch eine weitere Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Bedienanordnung;
und
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15 eine
schematische perspektivische Darstellung einer Sensoranordnung auf
der Basis einer elektrisch nicht leitenden Trägerfolie;
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16 eine
Ansicht der Sensoranordnung der 15 von
unten (ohne Klebstofffolie); und
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17 eine
alternative Ausführungsform
einer Sensoranordnung mit jeweils zwei Kontaktabschnitten an den
Enden eines Sensorelementes zur Realisierung der Mehrleitermesstechnik.
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In 1 ist
ein beispielhaftes elektrisches Gerät in Form einer Waschmaschine
generell mit 10 bezeichnet. Die Waschmaschine 10 weist
ein Gehäuse 12 auf,
inner halb dessen eine Waschtrommel 14 und ein elektrischer
Motor 16 zum Antrieb der Waschtrommel 14 gelagert
sind.
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Ferner
weist die Waschmaschine 10 eine Bedienanordnung 20 auf.
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Die
Bedienanordnung 20 beinhaltet eine Blende 22 aus
einem elektrisch nicht leitfähigen
Material. Die Blende 22 bildet in der Regel einen Teil
des Gehäuses
oder ist in das Gehäuse 12 integriert.
Ferner beinhaltet die Bedienanordnung 20 eine Leiterplatte 24,
die innerhalb des Gehäuses 12 der
Waschmaschine 10 gelagert ist. Eine Bedienseite der Blende 22 (das
heißt,
eine Außenseite)
ist mit B bezeichnet, eine gegenüberliegende
Innenseite mit I.
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Die
Leiterplatte 24 ist in einer bevorzugten Ausführungsform
an der Blende 22 gelagert, und zwar mittels schematisch
angedeuteten Haltemitteln 26 an der Innenseite I der Blende 22.
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Die
Bedienanordnung 20 beinhaltet ferner eine Sensoranordnung 30.
Die Sensoranordnung 30 weist ein flächiges Sensorelement 32 auf,
das fest mit der Blende 22 verbunden ist. Genauer gesagt
ist das Sensorelement 32 bevorzugt flächig ohne Bildung eines Luftspaltes
mit der Innenseite I der Blende 22 verbunden.
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Zwischen
der Innenseite I der Blende 22 und einer gegenüberliegenden
Fläche
der Leiterplatte 22 ist durch die Haltemittel 26 ein
Abstand A eingerichtet.
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Die
Dicke des Sensorelementes 32 ist in der Regel deutlich
geringer als der Abstand A. Zur elektrischen Verbindung des Sensorelementes 32 mit
der Leiterplatte 24 ist eine Kontaktanordnung 34 vorgesehen.
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Die
Leiterplatte 24 beinhaltet ferner in üblicher Weise eine Auswerteelektronik
und Ähnliches, so
dass die Sensoranordnung 30 dazu in der Lage ist, wenigstens
eine, vorzugsweise eine Mehrzahl von Positionen eines Objektes 36,
wie eines menschlichen Fingers, an der Außenseite der Blende 22 zu erfassen.
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Vorzugsweise
erfolgt die Erfassung, indem der Finger 36 die Bedienseite
B der Blende 22 berührt,
so dass zwischen dem Finger 36 und dem Sensorelement 32 ausschließlich das
Material der Blende 22 vorhanden ist, das bspw. aus einem
Kunststoff mit einer Dielektrizitätskonstante größer als
1 ausgebildet ist.
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Das
Sensorelement 32 erstreckt sich dabei über eine gewisse Länge L (in 1 in
senkrechter Anordnung gezeigt), die größer ist als die doppelte Dicke
eines menschlichen Fingers 36. Demzufolge ist es bevorzugt
möglich,
mittels der Sensoranordnung 30 wenigstens zwei unterschiedliche
Positionen des Fingers 36 in Bezug auf die Längserstreckung
des Sensorelementes 32 zu erfassen.
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Die
Kontaktanordnung 34 ist so ausgebildet, dass zwischen dem
Sensorelement 32 und der Leiterplatte 24 (genauer
gesagt Kontaktflecken auf der Leiterplatte 24) eine im
Wesentlichen luftspaltfreie elektrische Verbindung eingerichtet
wird. Dies kann insbesondere erzielt werden, indem den beteiligten Elementen
eine gewisse Elastizität
vermittelt wird. Bspw. können
Kontaktabschnitte zwischen dem Sensorelement 32 und der
Leiterplatte 24 aus einem elastischen Material gebildet
sein. Auch ist es möglich,
die Haltemittel 26 so auszugestalten, dass die Leiterplatte 24 elastisch
in Richtung hin zur Blende 22 gedrückt wird. Generell ist es auch
denkbar, dass die Leiterplatte 24 selbst gewisse elastische
Eigenschaften aufweist.
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In
den folgenden 2 bis 14 werden alternative
Ausführungsformen
von Bedienanordnungen 20 bzw. Sensoranordnungen 30 gemäß der vorliegenden
Erfindung dargestellt. Die nachstehend erläuterten Ausführungsformen
entsprechen hinsichtlich Aufbau und hinsichtlich Funktionsweise
der oben erläuterten
Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Bedienanordnung 20.
Im Folgenden werden daher lediglich Unterschiede erläutert. Gleiche
bzw. einander entsprechende Elemente sind mit gleichen Bezugsziffern
versehen.
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In
den 2 und 3 ist eine Bedienanordnung 20 gezeigt,
bei der das Sensorelement 32 in der Fläche U-förmig ausgebildet ist, wobei
Enden von U-Schenkeln 44, 46 des Sensorelementes 32 über einstückig angeformte
Kontaktabschnitte 40 bzw. 42 mit der Leiterplatte 24 verbunden
sind.
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Bei
dieser Ausführungsform
können
die Kontaktabschnitte 40, 42 relativ eng beieinander
liegend angeordnet sein, was die Kontaktierung zu der Leiterplatte 24 erleichtert.
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In
den 4 bis 7 ist eine weitere Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Bedienanordnung
gezeigt. Die Haltemittel 26 sind bei dieser Ausführungsform
gebildet durch vier Rastzungen 50, die sich senkrecht von
der Innenseite I der Blende 22 erstrecken und die Leiterplatte 24 rastend
umgreifen. Die Kontaktabschnitte 40, 42 sind so
dimensioniert und aus einem solchen Material gebildet, dass die Leiterplatte 24 auf
Grund der elastischen Eigenschaften mit einer gewissen Druckkraft
in die Rastzungen 50 gedrückt wird, so dass insgesamt
eine stabile Halterung der Leiterplatte 24 erzielt wird.
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An
der Innenseite der Blende 22 ist ferner eine Mehrzahl von
Rastnasen 52 vorgesehen, die zwischen sich das längliche
Sensorelement 32 aufnehmen. Mit anderen Worten kann in
der vorliegenden Ausführungsform
das Sensorelement 32 auf die Innenseite I der Blende 22 aufgeclipst
werden. Dabei versteht sich, dass zusätzlich eine Ausgleichsschicht,
eine Klebstoffschicht oder Ähnliches
zwischen dem Sensorelement 32 und der Innenseite I der
Blende 22 vorgesehen sein kann.
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Schließlich ist
das Sensorelement 32 in der Längserstreckung mit einer Mehrzahl
von schmalen Abschnitten 53, die jeweils eine relativ gesehen
kleine Breite 54 aufweisen, und einer Mehrzahl von breiten
Abschnitten 55 ausgebildet, die jeweils eine relativ gesehen
große
Breite 56 besitzen.
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Die
schmalen Abschnitte 53 stellen im vorliegenden Fall Impedanzveränderungsabschnitte
dar, da durch diese ein Widerstandssprung eingerichtet wird. Insbesondere
kann sich der kapazitive Widerstand zum Finger im Bereich der schmalen
Abschnitte 53 vergrößern. Demzufolge
ist es bei einer Auswertung von Sensorsignalen, die im Bereich der
zwei Kontaktabschnitte 40, 42 abgeleitet werden,
besser möglich,
zwischen diskreten Bedienflächen 58 zu
unterscheiden, die jeweils um einen der breiten Abschnitte 55 herum
ausgebildet sind.
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Anders
herum können
natürlich
auch die breiten Abschnitte 55 als Impedanzveränderungsabschnitte
verstanden werden. Auch können
die diskreten Bedienflächen 58 den
schmalen Abschnitten 53 zugewiesen sein anstelle den breiten
Abschnitten 55.
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In
den 8 und 9 ist eine weitere Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Bedienanordnung 20 gezeigt.
Die Bedienanordnung 20 der 8 und 9 entspricht
in vieler Hinsicht der Bedienanordnung der 4 bis 7.
Im Folgenden werden lediglich die Unterschiede erläutert.
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So
ist bei der Bedienanordnung 20 der 8 und 9 eine
Mehrzahl von Impedanzveränderungsabschnitten
in Form von Stufenabschnitten 60 ausgebildet. Mit anderen
Worten ist das an sich flächige
Sensorelement 32 mit Stufen 62 versehen, die aus
der Fläche
des Sensorelementes 32 hervortreten. Die Stufen weisen
zur Leiterplatte 24 hin und sind auf Querstreben 64 gebildet,
die bspw. einstückig
mit der Blende 22 ausgebildet sein können. Hierdurch wird erreicht,
dass das Sensorelement 32 auch im Bereich der Stufenabschnitte 60 luftspaltfrei
mit der Blende 22 verbunden ist.
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Man
erkennt in 9 ferner, dass an der Bedienseite
B der Blende 22 Begrenzungseinlagen 66 vorgesehen
sein können,
die dazu dienen, für
einer Benutzer voneinander abgegrenzte diskrete Bedienflächen 58 zu
unterscheiden.
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Die
Begrenzungseinlagen 66 können, obgleich dies in 9 nicht
dargestellt ist, etwa eine quadratische, rechteckige oder runde
Form besitzen.
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In
den 10 und 11 ist
eine weitere Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Bedienanordnung 20 gezeigt.
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Die
Bedienanordnung 20 der 10 und 11 kombiniert
Merkmale der Sensoranordnungen 20 der 4 bis 7 bzw. 8, 9,
so dass im Folgenden lediglich Unterschiede erläutert werden.
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Bei
der Bedienanordnung 20 der 10 und 11 beinhalten
Impedanzveränderungsabschnitte sowohl
schmale Abschnitte 53 zwischen breiten Abschnitten 55 als
auch Stufenabschnitte 60. Dabei sind die Stufenabschnitte 60 im
Querschnitt etwa dreieckförmig
bzw. trapezförmig
ausgebildet.
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Ferner
ist anstelle der einstückig
mit dem Sensorelement 32 vorgesehenen Kontaktabschnitte 40, 42 vorgesehen,
dass das Sensorelement 32 mit der Leiterplatte 24 über Kontaktabschnitte 40, 42 in Form
von Federn, insbesondere Schraubenfedern, kontaktiert bzw. verbunden
wird.
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Zu
diesem Zweck kann, wie dargestellt, an der Innenseite der Blende 22 eine
Federaufnahme 68 vorgesehen sein.
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12 zeigt
eine weitere alternative Ausführungsform
einer Bedienanordnung 20, wobei an ein Sensorelement 32 einstückig Federabschnitte 40 zur Bildung
von Kontaktabschnitten angeformt sind. Im Falle der 12 ist
der Federabschnitt 40 als Schraubenfeder ausgebildet. In 13 ist
eine alternative Ausführungsform
gezeigt, bei der die Kontaktabschnitte 40, 42 als
Wellfedern ausgebildet sind.
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14 schließlich eine
weitere alternative Ausführungsform
einer erfindungsgemäß Bedienanordnung,
wobei ein Sensorelement 32 als leitfähiger Abschnitt in die Blende 22 integriert
ist, so dass eine Außenseite
des Sensorelementes 32 mit einer Bedienseite B der Blende 22 bündig abschließt.
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Es
versteht sich, dass die Schnittstelle zwischen dem Sensorelement 32 und
der Blende 22 wasserdicht ausgebildet sein sollte.
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In
den 15 und 16 ist
eine alternative Ausführungsform
einer Sensoranordnung 30' gemäß einem
weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung dargestellt.
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Die
Sensoranordnung 30' weist
eine elektrisch nicht leitende Trägerfolie 70 auf, die
aus einem elastischen Material hergestellt sein kann. Ferner weist
die Sensoranordnung 30' ein
flächiges
Sensorelement 76 auf, das aus einem leitfähigen Material hergestellt,
an der Trägerfolie 70 festgelegt
und als flächiges
Element ausgebildet ist, das sich über eine Länge erstreckt, die mindestens
doppelt so lang ist wie die Dicke eines menschlichen Fingers.
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Das
Sensorelement 76 kann hinsichtlich Form und Eigenschaften
generell dem Sensorelement 32 der zuvor beschriebenen Ausführungsformen
entsprechen.
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Die
Sensoranordnung 30' weist
ferner auf der dem Sensorelement gegenüberliegenden Seite der Trägerfolie
eine Metallfolie auf.
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Die
Metallfolie kann zum einen zur optischen Verbesserung dienen (Metalloptik).
Ferner kann die Metallfolie dann, wenn die Trägerfolie sehr elastisch ausgebildet
ist, auch dazu dienen, durch Eindrücken der Metallfolie 72 im
Bereich einer Sensorfläche
diesen Bereich gegen Masse (Kapazität) kurzzuschließen. Dabei
tritt der gleiche Effekt auf, als wenn man das Sensorelement 76 direkt
berühren
würde.
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Generell
ist bei dieser Ausführungsform möglich, eine
Folientastatur mit einer Anzahl von mehr als einer Taste und nur
zwei elektrischen Anschlüssen
zu realisieren.
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Die
Optik ist durch die Metallfolie änderbar, anstelle
einer Metallfolie sind auch andere Deckfolien möglich.
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Bevorzugt
wird die Folien-Sensoranordnung 30' mittels einer Klebefolie 78 auf
ein Bedienfeld aufgeklebt. Die Klebefolie 78 ist vorzugsweise
an der Unterseite festgelegt, also an der Rückseite des Sensorelementes 76.
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In 16 ist
die Klebefolie 78 aus Darstellungszwecken weggelassen.
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In 17 ist
eine alternative Bedienanordnung 20 gezeigt, die hinsichtlich
Aufbau und Funktion beispielsweise der in 1 gezeigten
Bedienanordnung entsprechen kann.
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Auch
hier ist ein flächiges,
längliches
Sensorelement 32 im Bereich einer Blende 22 festgelegt. An
den Enden des Sensorelementes 32 sind neben den zwei Kontaktabschnitten 40, 42 jeweils
ein zusätzlicher
Kontaktabschnitt 40a bzw. 42a vorgesehen.
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Diese
Bedienanordnung 20 eignet sich zur Verwendung der sogenannten
Mehrleitermesstechnik, bei der Signale nicht nur an den Kontaktabschnitten 40, 42 sondern
auch an den Kontaktabschnitten 40a, 42a abgegriffen
werden, um hierüber
etwaige Fehler herausrechnen zu können. Insbesondere kann durch
die zusätzlichen
Kontaktabschnitte 40a, 42a der systematische Fehler
herausgerechnet werden, der durch die Verwendung der Kontaktabschnitte 40, 42 bedingt
ist.
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Generell
kann die Form der Sensorelemente beliebig sein. Es können auch
mehrere Sensorelemente seriell hintereinander angeordnet sein, die
jeweils über
eine Leiterbahn miteinander verbunden sind. Auch ist es denkbar,
zwei Sensorelemente unter einem Winkel zueinander auf einer Fläche anzuordnen,
beispielsweise unter dem Winkel von 90°.
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Durch
diese Maßnahme
wird mittels der Sensorelemente ein x-y-Koordinatensystem aufgespannt,
dass es ermöglicht,
das Vorhandensein eines Fingers an einer beliebigen Position der
durch die Sensorelemente aufgespannten Fläche (des x-y-Quadranten) zu
erkennen.
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Bei
dieser Ausführungsform
lässt sich
folglich auf einfache Weise eine Sensorfläche mit einer Mehrzahl von
an beliebiger Stelle darauf angeordneten Sensortasten realisieren.