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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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In dem Dokument
DE 103 26 684 A1 ist außerdem eine Sensorvorrichtung für einen kapazitiven Berührungsschalter offenbart, die ein Flachmaterial aufweist, welches aus einer durchsichtigen Trägerfolie und einer ITO-Beschichtung besteht. Die ITO-Beschichtung ist elektrisch leitfähig und durchsichtig. Ein solches Flachmaterial kann zur Bildung eines Sensorelements zwischen einer durchsichtigen Abdeckung und einer Leuchtanzeige angeordnet werden. Die Darstellung eines beleuchteten Symbols oder einer entsprechenden Anzeige ist durch das Flachmaterial bzw. das Sensorelement hindurch möglich.
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Das Dokument
US 2006/016800 A1 zeigt eine berührungsempfindliche kapazitive Steuerung für eine glatte keramische Kochoberfläche. Dabei wird eine Wechselspannung zwischen einer Sendeplatte und einem Paar von Empfängerplatten angelegt, wobei die Platten alle unterhalb der Oberfläche des Kochfelds angeordnet sind. Die relative Fläche des Überlappens zwischen dem berührenden Finger und den zwei Empfängerplatten ändert sich mit der Position entlang der Länge der Steueroberfläche. Die resultierenden Ströme, die in die Empfängerplatten fließen, werden erfasst und geben Aufschluss darüber, wo der Finger die Steuerung berührt hat.
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In dem Dokument
DE 10 2004 048 463 A1 ist ein berührungssensitives Bedienfeld beschrieben. Es weist eine Mehrzahl von Näherungssensorfeldern auf, die von einem Benutzer zum Erzielen einer bestimmten Funktion angewählt werden können. Eine mit den Sensorfeldern gekoppelte Treiberelektronik ist dazu ausgelegt, Detektionssignale einer Steuereinrichtung als Antwort auszugeben. Für eine oder mehrere Funktionen der Anwendung ist die Steuereinrichtung derart konfiguriert, dass die Funktionen nur dann aktiviert werden, wenn der Benutzer eine vorbestimmte Kombination von zumindest zwei Anwahlvorgängen aus der Mehrzahl von Sensorfeldern durchführt. Dies vermindert die Wahrscheinlichkeit einer versehentlichen Aktivierung.
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Schließlich ist aus dem Dokument
EP 0 859 468 A1 eine Schaltungsanordnung für ein Sensorelement bekannt, die eine Ansteuerschaltung für ein Sensorelement eines Berührungsschalters aufweist und einen Frequenzgenerator enthält. Der Frequenzgenerator erzeugt ein frequenzmoduliertes Ansteuersignal, das an dem Sensorelement anliegt. Die Erzeugung des Ansteuersignals kann auch in einem Microcontroller erfolgen, der den Ansteuerteil und/oder die Auswertung des Signals enthält. Durch das Durchlaufen eines weiten Frequenzbereichs für das Ansteuersignal wird, auch bei Verwendung einer niedrigeren Signalspannung, der Einfluss von Störsignalen minimiert.
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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 gelöst durch 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, die mittels einer Kontaktanordnung elektrisch miteinander verbunden sind, wobei das Sensorelement aus einem elektrisch leitfähigen Material hergestellt und mit der Blende verbunden ist, wobei das Sensorelement als flächiges Element ausgebildet ist, das sich über eine Länge erstreckt, wobei es aber die Länge eine Mehrzahl von Impedanzveränderungsabschnitten aufweist, von denen jeder bewirkt, dass sich bei einer Berührung der Blende entlang der Länge des Sensorelements im Bereich eines Impedanzveränderungsabschnitts ein geringerer kapazitiver Widerstand zwischen dem Sensorelement und dem Objekt ergibt als in einem Bereich außerhalb jedes Impedanzveränderungsabschnitts, so dass bei Impedanzmessungen an wenigstens einem Kontaktabschnitt der Kontaktanordnung, der das Sensorelement an einem Ende mit der Leiterplatte verbindet, ein Signalsprung bei der gemessenen Impedanz auftritt, wenn das Objekt bei einer Bewegung entlang der Länge des Sensorelements über einen Impedanzveränderungsabschnitt hinweg bewegt wird, und wobei der Impedanzveränderungsabschnitt durch einen Stufenabschnitt ausgebildet ist, bei dem das Sensorelement eine aus der Fläche heraustretende Stufe aufweist
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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, sondern mehrere Schalterfunktionen zu realisieren. Die 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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Da die Kontaktanordnung wenigstens einen Kontaktabschnitt aufweist, der das Sensorelement an einem Ende mit der Leiterplatte verbindet, ist es auf diese Weise 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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Die Aufgabe wird somit vollkommen gelöst.
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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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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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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 berüht.
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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 nicht zur Erfindung gehörigen 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, innerhalb 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.
