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Technisches Gebiet
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Die
Erfindung betrifft eine Sensoranordnung.
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Stand der Technik
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Aus
dem Stand der Technik sind Sensoranordnungen bekannt, welche bei
Berührung
durch den Bediener kapazitive Änderungen
erfahren und dadurch Schaltvorgänge
auslösen.
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Des
Weiteren sind Sensoranordnungen bekannt, welche dem Bediener eine
taktile Rückmeldung
geben, nachdem ein elektrischer Kontakt hergestellt bzw. ein Schaltvorgang
ausgeführt
wurde.
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In
modernen Geräten
müssen
Sensoranordnungen häufig
starken Beanspruchungen standhalten. Diese ergeben sich aus ständiger Betätigung der Bedienblende
durch den Bediener oder durch Beaufschlagung der Bedienblende mit
diese schädigenden Medien.
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Insbesondere
die Sensoranordnungen, deren Funktionsweise auf kapazitiven Änderungen
beruht, sind häufig
störanfällig. Die
Sensoranordnungen, die dem Bediener taktile Rückmeldungen geben, neigen nach
längerem
Gebrauch zu Materialermüdungserscheinungen.
Hierdurch können
Risse oder Spalte auf der Bedienblende entstehen.
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Darstellung der Erfindung
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Sensoranordnung
der eingangs genannten Art derart auszugestalten und weiterzubilden,
dass auch nach längerer
Betriebsdauer eine einwandfreie Bedienbarkeit gewährleistet
ist.
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Erfindungsgemäß wird die
voranstehende Aufgabe durch eine Sensoranordnung mit den Merkmalen
des Patentanspruchs 1 gelöst.
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Danach
umfasst eine Sensoranordnung eine Bedienblende, wobei sich an die
Bedienblende ein Kontaktbereich anschließt, in dem zwei Kontaktflächen zusammenführbar durch
einen Trennraum voneinander beabstandet angeordnet sind, und wobei sich
an den Kontaktbereich eine Hinterfütterung anschließt, durch
die eine ihr zugewandte Kontaktfläche mit Kraft beaufschlagbar
und dadurch gegen die andere Kontaktfläche führbar ist.
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Erfindungsgemäß ist erkannt
worden, dass die Bedienblende selbst einen ebenen Aufbau aufweisen
kann und der eigentliche Schaltvorgang durch die Hinterfütterung
bewirkt wird. Insbesondere ist erkannt worden, dass auf der Bedienblende
keine erhabenen oder in ihrer Materialstärke geschwächten Bereiche ausgebildet
werden müssen,
um einen Schaltvorgang zu bewirken. Dies erlaubt den Aufbau einer
stabilen und dauerhaft belastbaren Bedienblende. Hierdurch ist gewährleistet,
dass ein Gerät
auch nach längerer
Betriebsdauer problemlos und fehlerfrei betätigbar ist.
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Folglich
ist die eingangs genannte Aufgabe gelöst.
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Die
Hinterfütterung
könnte
aus einem komprimierbaren oder elastisch deformierbaren Material gefertigt
sein. Durch diese konkrete Ausgestaltung ist gewährleistet, dass die Hinterfütterung
beim Betätigen
der Bedienblende unterschiedlich stark komprimierbar ist. Dieser
Effekt kann derart ausgenutzt werden, dass sich ein weniger stark
komprimierter Bereich ausbilden kann, der auf die der Hinterfütterung zugewandte
Kontaktfläche
einwirkt und diese mit Kraft beaufschlagt. Hierdurch kann der weniger
stark komprimierte Bereich der Hinterfütterung quasi in den Trennraum,
der die Kontaktflächen
beabstandet, eindringen und dadurch die Kontaktflächen zusammenführen.
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Vor
diesem Hintergrund ist denkbar, dass die Hinterfütterung aus Schaumstoff gefertigt
ist. Schaumstoff ist ein kostengünstiges
Material, das im Hinblick auf seine Komprimierbarkeit und elastische Deformierbarkeit
problemlos einstellbar ist. Des Weiteren können Schaumstoffe aus Materialien
gefertigt werden, die nicht brennbar sind. Diese konkrete Ausgestaltung
eignet die Schaumstoffe besonders für den Einsatz in Haushaltsgeräten oder
in Kraftfahrzeugen, da hierdurch Schwelbrände wirksam unterdrückt werden
können.
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Die
Kontaktflächen
könnten
durch eine Trennlage beabstandet sein. Dabei könnten der Trennlage Ausnehmungen
zugeordnet sein, die eine Zusammenführung der Kontaktflächen erlauben.
Die Vorkehrung einer Trennlage ist im Hinblick auf eine elektrische
Isolierung der Kontaktflächen
zueinander von Vorteil.
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Eine
erste Kontaktfläche
könnte
einer ersten Lage und eine zweite Kontaktfläche einer zweiten Lage zugeordnet
sein. Durch diese konkrete Ausgestaltung ist ein schichtweiser Aufbau
des Kontaktbereichs ermöglicht.
Die einzelnen Lagen könnten
miteinander verschweißt,
verklebt oder in sonstiger Weise miteinander verbunden sein. Dies
erlaubt eine einfache Montage der Sensoranordnung.
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Die
Hinterfütterung
könnte
an einem Widerlager anliegen. Durch diese konkrete Ausgestaltung ist
sichergestellt, dass die Hinterfütterung
nicht in unerwünschter
Weise ausweichen kann.
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Die
Bedienblende könnte
bereichsweise durch Druckbelasten eines Schaltbereichs bewegbar sein.
Durch diese konkrete Ausgestaltung ist ein sehr kompakter Aufbau
der Bedienblende realisierbar. Die Bedienblende kann eine einheitliche
Dicke aufweisen und ist daher einfach zu fertigen. Die Dicke kann
derart gewählt
werden, dass die Bedienblende gegen irreversible Verbiegungen stabil
ist. Vor diesem Hintergrund ist denkbar, dass die Bedienblende eine
Dicke bis zu 0,5 mm aufweist und bei großer Stabilität dem Bediener
dennoch eine geringe Schaltkraft abverlangt.
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Üblicherweise
können
metallische Bedienblenden keine Schalteigenschaften einer Touchsensoranordnung
zeigen, da kapazitive Änderungen durch
Berührung
der bedienenden Person aufgrund des elektrischen Leitungsvermögens der
Bedienblende nicht erzeug- oder erfassbar sind. Vor diesem Hintergrund
könnte
die Bedienblende aus Metall ausgebildet sein. Hierdurch kann bei
der bedienenden Person das Gefühl
vermittelt werden, sie bediene durch ganz geringe Kraftbeaufschlagung
eine Touchsensoranordnung bzw. einen Touchsensor aus Metall.
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Der
Schaltweg könnte
20 bis 500 μm
betragen. Diese Ausgestaltung ist im Hinblick auf eine besonders
schnell ansprechende Elektronik von Vorteil, da der Bediener zur
Aktivierung eines Prozesses nur geringste Kräfte aufwenden muss.
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Die
Zusammenführung
der Kontaktflächen könnte ohne
taktile Rückmeldung
erfolgen. Hierbei ist denkbar, dass lediglich Leuchtanzeigen dem
Bediener zu erkennen geben, dass die Aktivierung erfolgt ist. Der
Verzicht auf eine taktile Rückmeldung
erlaubt eine geräuscharme
Bedienung der Sensoranordnung und simuliert die Funktionsweise eines Touch-Sensors,
der lediglich eine nahezu kraftlose Berührung durch den Bediener erfordert.
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Der
Kontaktbereich könnte
als mehrlagiges Folienpaket ausgebildet sein. Die Ausbildung als
Folienpaket erlaubt den Aufbau eines sehr dünnen Kontaktbereichs. Ein Folienpaket
lässt sich
ohne Bildung von Hohlräumen
und Falten auch in Ecken oder Kanten eben an vorgegebene Strukturen
anlegen. Insbesondere kann ein Folienpaket problemlos feuchtigkeitsdicht
an einer Unterlage angeklebt werden, da es leicht deformierbar ist
und eine geringe Steifigkeit zeigt.
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Zumindest
ein Teil der Kontaktflächen
könnte aus
leitfähigen
Pasten bestehen. Diese Ausgestaltung erlaubt einen Aufdruck von
Elementen, wodurch eine sehr geringe Dicke bzw. sehr geringe Höhe des Kontaktbereichs
realisierbar ist. Insbesondere ragen die Kontaktflächen nahezu
nicht von ihrer Unterlage ab. Des Weiteren ist realisiert, dass
die Kontaktflächen
derart mit ihrer Unterlage verbindbar sind, dass sie zusammen mit
dieser flexibel deformierbar sind. Die Kontaktflächen könnten aus Silberleitpaste,
Karbonpaste und aus anderen leitfähigen Pasten bestehen. Die
Verwendung dieser Materialien ist besonders bei Druckprozessen günstig, da
sie sich aufgrund ihrer rheologischen Eigenschaften sehr gut auf dem
Trägermaterial
verteilen lassen. Insbesondere ist es möglich, besonders feine Strukturen
zu erzielen. Dabei ist insbesondere denkbar, dass die Kontaktflächen als
Schaltelektroden mit Gitter- oder Netzstrukturen ausgebildet sind.
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Die
Kontaktflächen
könnten
als geätzte Strukturen
ausgebildet sein. Hierdurch ist eine besonders feste Verbindung
der Kontaktflächen
mit ihrer Unterlage sichergestellt. Dabei könnten die Kontaktflächen aus
Metallen, vorzugsweise Kupfer, bestehen. Diese Materialwahl realisiert
eine besonders gute Leitfähigkeit.
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Die
Kontaktflächen
könnten
als Elektroden ausgebildet sein, die mit Leiterbahnen verbunden sind.
Hierdurch ist eine Verbindung der Kontaktflächen mit einer nachgeschalteten
Auswerteelektronik realisierbar.
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Die
Hinterfütterung
könnte
Aussparungen aufweisen. Hierdurch können mehrere Kontaktflächenpaare
eng benachbart angeordnet und unabhängig voneinander bedient werden.
Die Aussparungen entkoppeln einzelne seitlich benachbarte Bereiche
der Hinterfütterung
derart voneinander, dass ein Bereich der Hinterfütterung gegen eine Kontaktfläche drücken kann,
ohne dass ein seitlich benachbarter Bereich an die ihm zugeordnete
Kontaktfläche drückt.
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Vor
diesem Hintergrund ist denkbar, dass jeweils vier Aussparungen ein
Zentrum teilweise umgeben. Durch diese konkrete Ausgestaltung kann das
Zentrum durch vier Stege gehalten werden und bei Druckbeaufschlagung
der Bedienblende auf ein Kontaktflächenpaar wirken.
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Die
Aussparungen könnten
eine Ellipse ausbilden, in deren innerem ein kreisförmiges Zentrum durch
vier Stege gehalten wird. Dies konkrete Ausgestaltung erlaubt es,
eine Vielzahl von Kontaktflächenpaaren
auf engem Raum nebeneinander anzuordnen.
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Die
hier beschriebenen Sensoranordnungen könnten in Bedienfeldern von
weißer
Ware, insbesondere von Bedienfeldern von Haushaltsgeräten Verwendung
finden. Die Verwendung könnte
in Kühlschränken, Kaffeemaschinen,
Toastern, Mixern, Waschmaschinen, Wäschetrocknern und Geschirrspülmaschinen
erfolgen. Denkbar ist eine Verwendung bei sämtlichen Haushalts-Klein- und
-Großgeräten. Besonders
vorteilhaft ist diese Verwendung, da feuchtigkeitsdichte Bedienblenden
verwendet werden können,
die aus einem Stück
gefertigt sind und keine Unterbrechungen aufweisen. Des Weiteren
zeichnen sich die Bedienblenden durch eine sehr glatte Oberfläche aus,
wodurch die hygienischen Verhältnisse
verbessert werden. Es entstehen keine Ritzen oder Spalte, in denen
sich Lebensmittelreste ansammeln und verderben können. Schließlich sind metallische
Bedienblenden leicht biegbar und können daher problemlos an gewölbten Flächen angeordnet
werden.
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Insbesondere
ist denkbar, dass eine hier beschriebene Sensoranordnung an einer
Ceranfläche angeordnet
wird und sich an diese nahezu versatzfrei anschließt. Zwischen
der Sensoranordnung und der Ceranfläche könnte eine Gummidichtung angebracht sein,
um die Verbindungsstelle zwischen Bedienblende und Ceranfläche abzudichten.
Aufgrund der ebenen und glatten Oberfläche der Bedienblende kann eine
Fläche
geschaffen werden, die eine Kochfläche und ein metallisches Bedienfeld
mit einem Touchsensor ähnlichen
Eigenschaften umfasst. Üblicherweise können metallische
Bedienblenden keine Toucheigenschaften zeigen, da kapazitive Änderungen
durch Berührung
der bedienenden Person aufgrund des elektrischen Leitungsvermögens der
Bedienblende nicht erzeug- oder erfassbar sind.
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Die
hier beschriebenen Sensoranordnungen könnten auch in Bedienfeldern
von brauner Ware, insbesondere in Bedienfeldern von Ton- und Bildwiedergabegeräten, verwendet
werden. Bei den Tonwiedergabegeräten
könnte
es sich um Schallplattenspieler, CD-Spieler, Kassettenabspielgeräte, Tonbandgeräte, Fernseher,
DVD-Player, Playstations, Handys oder Diktiergeräte handeln. Diese Verwendung
ist vorteilhaft aufgrund der geringen Kosten der hier beschriebenen
Sensoranordnungen. Des Weiteren zeigen die hier beschriebenen Sensoranordnungen
nur eine geringe Störanfälligkeit.
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Schließlich könnten die
hier beschriebenen Sensoranordnungen in Kraftfahrzeugen verwendet werden.
Diese Verwendung ist vorteilhaft, da die hier beschriebenen Sensoranordnungen
eine große
Stabilität
zeigen.
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Es
gibt nun verschiedene Möglichkeiten,
die Lehre der vorliegenden Erfindung in vorteilhafter Weise auszugestalten
und weiterzubilden. Dazu ist einerseits auf die nachgeordneten Ansprüche, andererseits
auf die nachfolgende Erläuterung
eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
der erfindungsgemäßen Sensoranordnung
anhand der Zeichnung zu verweisen.
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In
Verbindung mit der Erläuterung
des bevorzugten Ausführungsbeispiels
anhand der Zeichnung werden auch allgemein bevorzugte Ausgestaltungen und
Weiterbildungen der Lehre erläutert.
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Kurzbeschreibung der Zeichnung
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In
der Zeichnung zeigen
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1.
in einer schematischen Ansicht eine Sensoranordnung mit einer Hinterfütterung
aus Schaumstoff,
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2 in
einer schematischen Ansicht eine Sensoranordnung mit einer Hinterfütterung
aus Schaumstoff mit Aussparungen,
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3 eine
leistenförmige
Hinterfütterung aus
Schaumstoff mit Aussparungen und
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4 die
Aussparungen gemäß 2 und 3 in
einer vergrößerten Ansicht.
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Ausführung der Erfindung
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1 zeigt
eine Sensoranordnung umfassend eine metallische Bedienblende 1,
wobei sich an die Bedienblende 1 ein Kontaktbereich 2 anschließt, in dem
zwei Kontaktflächen 2a, 2b zusammenführbar durch
einen Trennraum 2c voneinander beabstandet angeordnet sind.
An den Kontaktbereich 2 schließt sich eine Hinterfütterung 3 an,
durch die eine ihr zugewandte Kontaktfläche 2b mit Kraft beaufschlagbar und
dadurch gegen die andere Kontaktfläche 2a führbar ist.
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Die
Bedienblende 1 ist aus Edelstahl gefertigt, kann aber auch
aus Aluminium gefertigt sein. Die Hinterfütterung 3 ist aus
Schaumstoff gefertigt und ist damit komprimierbar und elastisch
deformierbar.
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Die
Kontaktflächen 2a, 2b sind
durch eine Trennlage 4 voneinander beabstandet. In der
Trennlage 4 sind Ausnehmungen angeordnet, die den Trennraum 2c ausbilden
und erlauben, die Kontaktflächen 2a und 2b zusammenzuführen.
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Die
erste Kontaktfläche 2a ist
einer ersten Lage 5 und eine zweite Kontaktfläche 2b einer
zweiten Lage 6 zugeordnet. Die Hinterfütterung 3 liegt an einem
Widerlager 7 an.
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Die
Bedienblende 1 ist bereichsweise bewegbar und komprimiert
den Schaumstoff 3 bereichsweise derart, dass der Schaumstoff 3 bereichsweise
in Richtung des Trennraums 2c ausweicht und dadurch die
Kontaktfläche 2b mit
Kraft beaufschlagt. Hierdurch wird die Kontaktfläche 2b in Richtung
der Kontaktfläche 2a bewegt,
bis die Kontaktflächen 2a, 2b aneinander
liegen. Hierdurch kann ein elektrischer Kontakt geschlossen werden,
wodurch ein Schaltprozess eingeleitet wird.
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Der
Schaltweg beträgt
dabei 20 bis 500 μm. Die
Bedienblende 1 ist bis zu 0,5 mm dick. Die Zusammenführung der
Kontaktflächen 2a, 2b erfolgt ohne
taktile Rückmeldung,
so dass bei der bedienenden Person der Eindruck eines Touchsensors
vermittelt wird.
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Der
Kontaktbereich 2 ist als mehrlagiges Folienpaket ausgebildet.
Die Kontaktflächen 2a, 2b sind als
Elektroden ausgebildet, die mit Leiterbahnen 8 verbunden
sind. Die Leiterbahnen 8 sind mit einer nicht gezeigten
Auswerteelektronik verbunden.
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2 zeigt
eine Sensoranordnung mit einer Hinterfütterung 3 aus Schaumstoff,
die Aussparungen 9 aufweist. Die Aussparungen 9 verhindern,
dass den Kontaktflächen 2a, 2b benachbarte
Kontaktflächen
ebenfalls zusammengedrückt
werden, wenn die Kontaktflächen 2a, 2b durch
Druckbeaufschlagung der Bedienblende 1 zusammengeführt werden. 2 zeigt
die Hinterfütterung 3 in
einer Schnittansicht gemäß Schnittlinie
A aus 4.
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3 zeigt
einen Ausschnitt einer leistenförmigen
Hinterfütterung 3 aus
Schaumstoff, welche Aussparungen 9 aufweist. Jeweils vier
Aussparungen 9 umgeben ein Zentrum 10, das auf
die Kontaktflächen
wirken kann. Die Aussparungen 9 beschreiben elliptische
Strukturen. Dies erlaubt die Anordnung mehrerer Kontaktflächen 2a, 2b auf
engem Raum. Die Kontaktflächen
können
unabhängig
voneinander bedient werden. 4 zeigt
die Aussparungen 9 und die kreisförmigen Zentren 10 in
vergrößerter Ansicht.
Die kreisförmigen
Zentren 10 sind mit der übrigen Hinterfütterung
durch Stege 11 verbunden.
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Hinsichtlich
weiterer vorteilhafter Ausgestaltungen und Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Lehre
wird einerseits auf den allgemeinen Teil der Beschreibung und andererseits
auf die beigefügten Patentansprüche verwiesen.
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Abschließend sei
ganz besonders hervorgehoben, dass das zuvor rein willkürlich ausgewählte Ausführungsbeispiel
lediglich zur Erörterung
der erfindungsgemäßen Lehre
dient, dieses jedoch nicht auf dieses Ausführungsbeispiel einschränkt.