DE102007030356A1 - Registriereinheit zur Erfassung von durch mechanische Einwirkungen auf diese hervorgerufenen Eingabesignalen und Verfahren zur Meßwerterfassung und Signalverarbeitung - Google Patents

Abstract

Die Erfindungsaufgabe, eine dreidimensionale flexible Registriereinheit zu entwickeln, die mechanische Betätigungen im Bereich an beliebigen Positionen über eine definierte Länge messen kann, wird dadurch gelöst, dass diese kabelförmig ausgebildet ist und auf der dreidimensionalen Erstreckung aus einer flexiblen Schutzhülle sowie aus zwei zueinander koaxial angeordneten Leiterbahnen besteht, wobei die eine Leiterbahn die andere Leiterbahn umschließt und eine der Leiterbahnen als Messelektrode dient und die andere Leiterbahn als elektrischer Widerstand ausgebildet ist und einen Spannungsgradienten aufweist und sich zwischen beiden Leiterbahnen ein die beiden Leiterbahnen im Ruhezustand elektrisch voneinander trennendes und bei einer mechanischen Krafteinwirkung von außen einen punkt- oder flächenförmigen Kontakt zwischen beiden Leiterbahnen ermöglichendes Dielektrikum befindet und eine zur Bestimmung einer durch eine Betätigung der Registriereinheit mit einem Andruckkraftvektor ausgelösten Spannungs- oder Widerstandsänderung geeignete Messwerterfassung und Auswertungseinheit vorgesehen ist.

Description

• Registriereinheit zur Erfassung von durch mechanische Einwirkungen auf diese hervorgerufenen Eingabesignalen und Verfahren zur Meßwerterfassung und Signalverarbeitung Die Erfindung betrifft eine flexible Registriereinheit mit einer beliebigen Länge ähnlich einem Kabel, die mechanische Krafteinwirkungen auf der gesamten Länge erfassen kann und mit einer einfachen Meßapparatur sowohl die Position als auch die Größe bzw. Kraft der Einwirkung bestimmen kann.
• Nach dem Stand der Technik sind Systeme bekannt, bei denen Druckluft, Gase oder Flüssigkeiten in flexiblen Schläuchen eine mechanische Betätigung an ein Meßsystem an einem Ende dieser Schläuche weiterleiten. Doch solche Systeme können die Position einer Betätigung nicht bestimmen. Außerdem sind gefüllte Schläuche für kleine und mobile Geräte zu schwer und zu anfällig.
• Weiterhin sind lichtleitende Fasern bekannt, bei denen sich eine mechanische Verformung in Veränderungen des hindurch geleiteten Lichts (Brechung, Intensität) auswirkt. Die Signalverarbeitung erfordert dabei eine Abschirmung der Fasern gegen Störlicht und eine stabile, energieverzehrende Beleuchtungsquelle.
• Bekannt sind außerdem Sensorkabel, wie in US-Patent US 6534999 B2 beschrieben. Diese basieren auf einer piezoelektrischen Schicht, die Position und Stärke mechanischer Erschütterungen in elektrische Signale umwandelt. Sensorkabel gemäß US 6534999 B2 sind geeignet zur Entwicklung von Alarmanlagen, jedoch nicht gedacht und auch nicht geeignet für die Bedienung mit dem Finger. Sie liefern keine Messwerte bei konstantem Andruck, erfassen nicht die Auflagefläche und sie ermöglichen auch keine Auswertung von Messwertabfolgen über den zeitlichen Verlauf der Betätigung. Darüber hinaus benötigen sie bestimmte Polymere zur Realisierung der piezoelektrischen Schicht.
• Eine bekannte Technik zur Ermittlung der Position einer Berührung sind kapazitive Sensorflächen. Diese werden durch Annäherung von Körpern mit bestimmter elektrischer Kapazität aktiviert, z. B. durch eine leichte Berührung mit dem Finger. Eine Betätigung mit Werkzeugen wie einem Stift ist daher nicht möglich, eine Betätigung mit Handschuhen problematisch. Darüber hinaus sind kapazitive Sensoren bisher nicht in flexiblen, biegsamen Bauformen erhältlich.
• Eine weitere bekannte Technik zur Messung von Betätigungsposition und -kraft sind FSR (Force Sensing Resistors) Foliensensoren mit flexiblen Zuleitungen. FSR können als Meßpunkte, -streifen oder -flächen ausgeführt sein. Bei einer größeren Zahl von Messpunkten ist eine entsprechend größere Zahl von Zuleitungen nötig. Die Interpretation der Sensorsignale von FSR-Streifen oder -Flächen erfordert eine komplexe Auswertungselektronik, am besten dafür spezialisierte Schaltkreise. FSR-Folien können mit Hilfe von flexiblen Zuleitungen an unterschiedlichste dreidimensionale Formen angepaßt werden. Die Anpassung muß jedoch bereits bei der Konstruktion und Herstellung berücksichtigt werden, eine nachträgliche Umformung ist nicht möglich.
• Darüber hinaus sind Folienschalter bekannt. Durch eine Vielzahl von Kontakten, die in Form einer Tastenmatrix angeordnet sind, kann die Position einer Aktivierung bestimmt werden, eine Kraftmessung ist damit jedoch nicht möglich.
• An Stelle einer Matrix zur Auswertung kann eine Vielzahl von Folienschaltern auch über Widerstände miteinander verbunden werden (bekannte Analogtastatur-Technik, 4). Über den charakteristischen Widerstand lassen sich dann der geschlossene Kontakt und damit die Position bestimmen. Eine Kraftmessung ist aber auch damit nicht möglich.
• Mit Dehnungsmessstreifen (DMS) läßt sich präzise die Kraft einer Betätigung bestimmen, jedoch nicht die Position der Betätigung.
• Eine weitere Technik zur Ermittlung von Position und Auflagefläche einer Berührung ist die der Folienpotentiometer. Diese bestehen in der einfachsten Form aus einem Streifen biegsamer Folie, die teilweise mit einem Material von hohem elektrischen Widerstand beschichtet ist, aus einer zweiten Folie, die teilweise mit einem gut elektrischen Strom leitenden Material beschichtet ist und drittens aus einem nicht-leitenden Abstandhalter, der im Ruhezustand die beiden Beschichtungen in Abstand zueinander hält. Der Abstandhalter ermöglicht bei mechanischem Druck eine Kontaktierung der leitenden Beschichtungen.
• Wenn Folienpotentiometer verbogen werden, berühren sich ihre Kontaktflächen so, dass sie keine mechanische Betätigung mehr registrieren. Deshalb eignen sich Folienpotentiometer nicht für in Kabel integrierte Bedienelemente, die größeren mechanischen Belastungen standhalten müssen.
• Mit Kabeln kombinierte Bedienelemente werden daher üblicherweise als getrennte Einheiten konzipiert. So werden nach dem Stand der Technik in Kopfhörerkabel zur Fernsteuerung etwa von Musikabspielgeräten oder Handys extra Gehäuse mit mechanischen Tasten und/oder mechanischem Regler eingebaut. Lampenkabel werden zur Regulierung der Leuchtkraft häufig mit einem Dimmer kombiniert. In beiden Fällen ist jedoch ein separates Bedienelement mit einem speziellen Gehäuse erforderlich.
• Die Erfindung zielt auf eine preisgünstige Herstellung, eine robuste Konstruktion, geringe Abmessungen und Gewicht sowie insbesondere auf eine vielseitige Verwendbarkeit ab.
• Die Aufgabe besteht darin, eine dreidimensionale flexible Registriereinheit zu entwickeln, die mechanische Betätigungen im Bereich von etwa 10 bis 1000 Gramm an beliebigen Positionen über eine Länge von wenigen Zentimetern bis mehreren Metern messen kann.
• Diese Aufgabe wird durch die in den Patentansprüchen offenbarte technische Lehre gelöst.
• Die Erfindung soll nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. In der zugehörigen Zeichnung zeigen:
• 1 eine Schnittdarstellung einer erfindungsgemäß ausgebildeten Registriereinheit (im Ruhezustand),
• 2 eine Schnittdarstellung einer erfindungsgemäß ausgebildeten Registriereinheit (im aktivierten Zustand),
• 3 ein Schaltbild einer erfindungsgemäß ausgebildeten Registriereinheit,
• 4 ein Signalverarbeitungsdiagramm,
• 5 ein Beispiel einer Impulsfolge in Abhängigkeit von der Zeit t durch zwei punktuelle Betätigungen einer erfindungsgemäß ausgebildeten Registriereinheit,
• 6 eine Darstellung eines tropfenförmig ausgebildeten koaxialen flexiblen Dielektrikums im Längsschnitt (im Ruhezustand),
• 7 eine Darstellung eines tropfenförmig ausgebildeten koaxialen flexiblen Dielektrikums im Längsschnitt (im aktivierter Zustand),
• 8 eine Darstellung eines tropfenförmig ausgebildeten koaxialen flexiblen Dielektrikums (Seitenansicht bei entfernter koaxialer hochohmiger Leiterbahn),
• 9 ein in regelmäßigen Streifen ausgebildetes koaxiales flexibles Dielektrikum (Seitenansicht bei entfernter koaxialer hochohmiger Leiterbahn),
• 10 ein in unregelmäßigen Streifen ausgebildetes koaxiales flexibles Dielektrikum (Seitenan sicht bei entfernter koaxialer hochohmiger Leiterbahn),
• 11 ein als löchrige Hülle ausgebildetes koaxiales flexibles Dielektrikum (Seitenansicht bei entfernter koaxialer hochohmiger Leiterbahn),
• 12 ein Darstellung eines erfindungsgemäß ausgebildeten Kabelsensors mit in mehrere Leiterbahnen geteilter niederohmiger Leiterbahn im Querschnitt (Ruhezustand),
• 13 eine Darstellung einer in ein dreiadriges Kabel integrierten erfindungsgemäße Registriereinheit im Querschnitt (Ruhezustand),
• 14 eine Darstellung einer in ein dreiadriges Kabel integrierten erfindungsgemäßen Registriereinheit im Querschnitt (aktivierter Zustand),
• 15 eine Darstellung einer in ein dreiadriges Kabel integrierten erfindungsgemäßen Registriereinheit im Längsschnitt (Ruhezustand),
• 16 eine Darstellung einer in ein dreiadriges Kabel integrierten erfindungsgemäßen Registriereinheit im Längsschnitt (aktivierter Zustand),
• 17 ein Ausführungsbeispiel eines Kopfhörerkabels mit einer integrierten erfindungsgemäß ausgebildeten Registriereinheit zur Fernbedienung eines Musikabspielgeräts oder Handys,
• 18 eine Gegenüberstellung von Sensortechnologien in Tabellenform.
• In 1 ist ein Querschnitt durch eine erfindungsgemäß ausgebildete Registriereinheit im Ruhezustand abgebildet. Die erfindungsgemäße Registriereinheit besteht aus einer äußeren Schutzhülle 1, einer niederohmigen Leiterbahn 2 in der Mitte, einer koaxial hierzu angeordneten hochohmigen Leiterbahn 3, sowie einem koaxialen flexiblen Dielektrikum 4, welches im Ruhezustand als Abstandhalter zwischen den Leiterbahnen 2 und 3 dient.
• In 2 ist eine erfindungsgemäß ausgebildete Registriereinheit im Querschnitt in einem aktivierten Zustand dargestellt, d. h. bei Kontaktierung der beiden Leiterbahnen 2 und 3. Diese erfolgt, wenn auf die äußere Schutzhülle 1 der kabelförmigen Registriereinheit etwa mit dem Finger ein stumpfer Berührungsandruck mit einem Andruckkraftvektor 5 ausgeübt wird. Die Erfindung ermöglicht durch die koaxiale Anordnung der Leiterbahnen 2 und 3 sowie die Ausbildung des Dielektrikums 4 eine Kontaktierung an jeder beliebigen Stelle der kabelförmigen Registriereinheit.
• Um den Auslösepunkt zu bestimmen, wird entsprechend des in 3 dargestellten Schaltbilds der erfindungsgemäßen Registriereinheit ein Spannungsgradient dadurch erzeugt, daß über eine Elektrode 6 eine Spannung an das eine Ende der hochohmigen Leiterbahn 3 gelegt wird und das andere Ende über eine Elektrode 7 an Masse liegt. Eine Abgriffselektrode 8 greift bei Betätigung der erfindungsgemäßen Registriereinheit an der niederohmigen Leiterbahn 1 eine für jede Betätigungsposition charakteristische Spannung ab. Diese Spannung wird von einem A/D-Wandler 9 gemessen. Wird bei Betätigung die jeweilige elektrische Spannung zu der Elektrode 6 und zu der Minus-Elektrode 7 bestimmt, so entsprechen die beiden Werte den Abständen zu den beiden Enden der Registriereinheit.
• Die Auflagefläche der Betätigung mit dem Andruckkraftvektor 5 läßt sich nicht durch eine Messung der Spannung ermitteln, denn bei einer größeren Auflagefläche ist diese gleich dem Mittelwert der Spannungen, die an der Abgriffs-Elektrode 8 bei punktueller Betätigung mit dem Andruckkraftvektor 5 der am weitesten auseinander liegenden Punkte der Auflagefläche anliegen.
• Die Aktivierung an einer Strecke oder an zwei Punkten anstelle eines einzelnen Punktes erzeugt einen Kurzschluß zwischen diesen beiden Punkten, der den Widerstand zwischen einer Elektrode 6 und einer Elektrode 7 proportional zum Abstand dieser Punkte verringert. Die Auflagefläche bei der Betätigung oder Länge einer aktivierten Strecke kann daher, wenn gewünscht, über eine Widerstandsmessung ermittelt werden. Die Differenz des Widerstands zwischen der Elektrode 6 und der Elektrode 7 im betätigten Zustand und im Ruhezustand ergibt dann die Länge der aktivierten Strecke bei der Betätigung. Ein Beispiel soll das belegen. Der Widerstand zwischen der Elektrode 6 und der Elektrode 7 nach 3 beträgt im Ruhezustand 10 Kiloohm. Wenn durch einen streckenweisen Kurzschluß der Widerstand auf 9 Kiloohm absinkt, folgt daraus, daß die Strecke des Kurzschlusses (= Länge der Aktivierung bei der Betätigung) 1 Kiloohm beträgt. Da 1 Kiloohm ein Zehntel vom 10 Kiloohm sind, sind somit 10% der Strecke kurzgeschlossen.
• Durch ein Multiplex-Verfahren kann eine elektronische Schaltung schnell, d. h. 10 bis 500 mal pro Sekunde zwischen den beiden Meßverfahren umschalten und dadurch scheinbar gleichzeitig die Betätigungsposition und die Länge der Aktivierung durch eine Betätigung bestimmen.
• Alternativ kann die Position und Auflagefläche einer Betätigung auch durch eine Erweiterung der elektronischen Schaltung aus 3 bestimmt werden. Dazu wird die Schaltung um einen zusätzlichen elektrischen Pullup-Widerstand 10 ergänzt, der zu einen Regelwiderstand 11 in Serie geschaltet wird und dann zwischen der Elektrode 6 nach 3 und dem Regelwiderstand 11 liegt. Der Widerstandswert von dem Pullup-Widerstand 10 sollte in einer ähnlichen Größenordnung wie der des Regelwiderstandes 11 liegen. Die zwischen dem Regelwiderstand 11 und dem Pullup-Widerstand 10 mit einem zweiten AD-Wandler (nicht dargestellt) abgegriffene Spannung ist im Ruhezustand konstant, ungefähr die halbe Eingangs-spannung.
• Bei Betätigung der Registriereinheit sinkt die von dem zweiten AD-Wandler (nicht dargestellt) gemessene Spannung proportional zu der Auflagefläche, während am ersten AD-Wandler 9 aus 3 wie beschrieben gleichzeitig die Position bestimmt werden kann. Im Extremfall einer sehr großen Auflagefläche, kann die Spannung an dem zweiten nicht dargestellten AD-Wandler fast bis auf Null absinken.
• In 4 ist schematisch ein Beispiel für den Ablauf der Signalverarbeitung ausgehend von der Betätigung der erfindungsgemäßen Registriereinheit durch einen Andruck mit dem Andruckvektor 5 abgebildet. Die Meßwerte (elektrische Spannung bzw. Widerstand) werden von der Auswerteelektronik des A-D-Wandlers 9 ausgewertet und an eine Steuerungseinheit 13 des Endgeräts weitergeleitet. Da die Meßwerte sich eindeutig der Betätigungsposition bzw. Andruckstärke zuordnen lassen, kann die Steuerungseinheit 13 entscheiden, ob und welcher Parameter (Lautstärke, Geschwindigkeit, etc.) des Endgeräts wie zu verändern ist bzw. ob und wenn ja welche Funktion auszuführen ist.
• In 5 ist eine Impulsfolge in Abhängigkeit von der Zeit t bei zwei aufeinander folgenden, räumlich punktuellen Betätigungen einer erfindungsgemäß ausgebildeten flexiblen Registriereinheit an verschiedenen Positionen abgebildet. 5 verdeutlicht, daß jeder Betätigungsposition ein charakteristischer Spannungswert entspricht. So kann die Auswerteelektonik aus dem Meßwert Rückschlüsse auf die entsprechende Betätigungsposition ziehen. Weiter zeigt 5, daß die erfindungsgemäß ausgebildete flexible Registriereinheit bei konstantem Andruck über die gesamte Dauer der Betätigung einen konstanten Meßwert liefert. Der Messwert 14 von 2 V ist Ergebnis einer räumlich punktuellen und für die Dauer von 250 Millisekunden konstanten Betätigung. Der Messwert 15 von 1 V ist das Ergebnis einer räumlich punktuellen und für die Dauer von 1,5 Sekunden konstanten Betätigung.
• In 6 und 7 ist die Funktionsweise eines koaxialen flexiblen Dielektrikums 12 einer erfindungsgemäß ausgebildeten Registriereinheit im Längsschnitt in einem vergrößerten Ausschnitt dargestellt. Dieses besteht aus einem tropfenförmig ausgebildeten nicht leitenden Material 16, das im Ruhezustand (6) als Abstandhalter zwischen den beiden Leiterbahnen 2 und 3 der erfindungsgemäß ausgebildeten Registriereinheit dient, und das bei ausreichendem Andruck gemäß 7 so zusammengedrückt und verdrängt wird, daß eine Kontaktierung der Leiterbahnen 3 und 2 an der Betätigungsposition gewährleistet ist.
• In 8 bis 11 sind mögliche Varianten des flexiblen koaxialen Dielektrikums 4 je in der Ansicht von oben bei entfernter hochohmiger Leiterbahn 3 dargestellt. Dabei zeigt 8 die Ausbildung als Tropfen 16, 9 eine Ausbildung als regelmäßig angeordnete Streifen 18, 10 als unregelmäßig angeordnete Streifen 19 und 11 als löchrige Hülle 20.
• 12 zeigt eine Variante der erfindungsgemäß ausgebildeten Registriereinheit, bei der die äußere hochohmige Leiterbahn 3 nach 1 in ein aus mehreren Leiterbahnen bestehendes Leitbahnenbündel 21 aufgeteilt ist, wobei die einzelnen Leiterbahnen koaxial angeordnet sind und jeweils mit einem nicht dargestellten eigenen A/D-Wandler verbunden sind. Je nachdem welche und wie viele Leiterbahnen des Leiterbahnenbündels 21 an welchen Positionen betätigt wurden, kann die Auswerteelektronik so nicht nur die Betätigungsposition, sondern auch deren Orientierung bezogen auf den gesamten Umfang von 360° bestimmen.
• 13 beschreibt am Beispiel eines gewöhnlichen dreiadrigen Stromkabels die Eigenschaft der Erfindung, daß eine erfindungsgemäß ausgebildete Registriereinheit in ein beliebiges Stromkabel integriert werden kann. Ein dreiadriges Stromkabel besteht üblicherweise aus drei Adern 22, wobei eine der Adern 22 an Masse anliegt. Jede Ader 22 ist umgeben von einem Isolator 23. Zwischen den Adern 22 liegt ein Füllstoff 24 und alle Adern 22 sind umgeben von einem gemeinsamen weiteren Isolator 25, dem Schutzmantel des Kabels.
• 14 zeigt eine Querschnittdarstellung eines dreiadrigen Stromkabels mit integrierter, erfindungsgemäßer Registriereinheit im Ruhezustand. Die erfindungsgemäße Registriereinheit besteht dabei aus den folgenden drei koaxial um die Adern 22 des Kabels angeordneten Schichten: hochohmige Leiterbahn 2 und niederohmige Leiterbahn 3, die durch das flexible Dielektrikum 4 im Ruhezustand auf Abstand gehalten werden.
• 14 verdeutlicht, wie bei Andruck mit dem Andruckkraftvektor 5 auf ein dreiadriges Kabel mit integrierter, erfindungsgemäßer Registriereinheit über das flexible Dielektrikum 4 der Abstand zwischen den beiden Leiterbahnen 2 und 3 überbrückt und an der Betätigungsposition ein elektrischer Kontakt geschlossen wird.
• 15 zeigt eine Längsschnittdarstellung eines dreiadrigen Kabels mit integrierter, erfindungsgemäßer Registriereinheit im Ruhezustand. Koaxial um die Adern 22 des Kabels sind unterhalb der äußeren Schutzhülle 1 eine hochohmige Leiterbahn 3 und eine niederohmige Leiterbahn 2 angeordnet. Im Ruhezustand werden beide Leiterbahnen 2 und 3 durch das ebenfalls koaxial angeordnete flexible Dielektrikum 4 auf Abstand gehalten.
• 16 veranschaulicht, wie bei Andruck mit einem Andruckkraftvektor 5 auf ein dreiadriges Kabel mit integrierter, erfindungsgemäßer Registriereinheit über das flexible Dielektrikum 4 der Abstand zwischen den beiden Leiterbahnen 2 und 3 überbrückt und so an der Position des Andrucks ein elektrischer Kontakt geschlossen wird.
• 17 zeigt als Ausführungsbeispiel ein Kopfhörer 26 aufnehmendes Kopfhörerkabel 27 mit erfindungsgemäßer Registriereinheit, durch den die Fernbedienung eines Musikabspielgeräts oder Handys in das Kabel 27 integriert wird. Die Markierungen 28, 29, 30, 31, 32, 33 zur Bedienung sind als sichtbarer Aufdruck oder als fühlbare Prägung realisiert. Die Weiterleitung der Meßwerte zur weiteren Verarbeitung an die Auswerteelektronik erfolgt über den Anschlußstecker 34.
• Bei Andruck auf das Kopfhörerkabel 27 zwischen den Markierungen 28 und 33 ist der vom A/D-Wandler gemessene Wert proportional zum Abstand zwischen dem Kontaktpunkt und den Markierungen 28 bzw. 33. Die Markierungen 28 bis 33 auf dem Kabel 27 bezeichnen die Positionen der erfindungsgemäßen Registriereinheit, deren Meßwerte bei punktuellem Andruck die Auswerteelektronik so interpretiert, daß die Rücklauf-, die Abspiel-/Pause-, die Vorlauf- bzw. die Stoppfunktion des Abspielgeräts auszuführen ist. Die Markierungen 27 und 32 auf dem Kopfhörer-Kabel 27 bezeichnen die Positionen der erfindungsgemäßen Registriereinheit, bei deren direkter Betätigung die minimale bzw. maximale Lautstärke eingestellt wird. Verändert der Anwender die Betätigungsposition auf dem Kopfhörerkabel 27 zwischen den Markierungen 33 und 32, so mißt der A/D-Wandler 9 die neuen Signale entsprechend der veränderten Position.
• Eine erfindungsgemäße Registriereinheit läßt sich zur Realisierung von Bedienelementen auch in andere Kabel integrieren, etwa in Lampenkabel als Dimmer für die Leuchtkraft.
• Darüber hinaus ermöglicht die erfindungsgemäße Registriereinheit, Bedienelemente für mobile elektronische Geräte auch in Kleidungsstücke zu integrieren, etwa in Jacken. Herkömmliche Schalter erfordern eine größere Zahl von Zuleitungen und müssen entweder waschfest sein oder leicht abnehmbar, das ist aufwändig. Eine erfindungsgemäße Registriereinheit dagegen läßt sich wie eine Kordel durch Hohlräume der Textilien ziehen. Soll die Kleidung gereinigt werden oder wurde die Registriereinheit beschädigt, läßt sie sich leicht auswechseln. Außerdem ist es einfach möglich, Kleidungsstücke mit einer Option für die Aufnahme einer erfindungsgemäßen Registriereinheit auszustatten, ohne daß Extrakosten anfallen.
• In 18 wird die erfindungsgemäße Registriereinheit drei verschiedenen bekannten Sensor-Technologien gegenübergestellt. Das Zeichen „+" symbolisiert dabei „ja" und „möglich", das Zeichen „–„ symbolisiert „nicht möglich". Nur die Erfindung nutzt ein kabelförmiges, flexibles Dielektrikum (4 in 1). Zwar ist auch das piezoelektrische Sensorkabel flexibel verformbar, es kann jedoch die Position einer konstanten Betätigung mit dem Finger nicht genau ermitteln. Deshalb kann nur mit der vorliegenden Erfindung ein Bedienelement zur Steuerung elektronischer Geräte z. B. direkt in ein vorhandenes Niedervoltkabel integriert werden.
• Die Vorteile der erfindungsgemäßen Registriereinheit liegen insbesondere in der flexiblen Verarbeitung. Sie kann wie ein Kabel als Meterware von Rollen transportiert und verkauft werden und je nach Bedarf beliebig geteilt und gekürzt werden. Maschinen, Befestigungsmittel, Kontaktierungen, Verpackungen und Werkzeuge können von der Kabel-Technik übernommen werden. Das senkt die Kosten und vervielfacht die Anwendungsmöglichkeiten.
• Da die erfindungsgemäße Registriereinheit dreidimensional flexibel verformbar ist, ist sie bei Versuchsaufbauten und Kleinserien anwendbar, in der eine Spezialkonstruktion anderer Sensoren ökonomisch untragbar wäre. Das gilt etwa in der Forschung, der Robotik, bei Hilfsmitteln für Behinderte und Prothesen und bei Spezialmaschinen.
• Die einfach auszuwertenden und stabilen Signale ermöglichen eine kostengünstige und zuverlässige Elektronik. Grundsätzlich genügt bereits ein A/D-Wandler, für eine präzise Bestimmung der Betätigungsposition (Genauigkeit rund 0,1%, abhängig von der Gleichmäßigkeit der hochohmigen Leiterbahn 3 in 1 und der Auflösung des A/D-Wandlers 9). Ein zweiter A/D-Wandler genügt, um parallel dazu die Andruckkraft grob zu bestimmen (zwischen 20 g und 500 g auf rund 20% genau, abhängig von dem Material der Hülle 1 in 1).
• Der geringe Preis und die Robustheit der erfindungsgemäßen Registriereinheit ermöglichen den Einsatz etwa im Schulunterricht oder mit Kinderspielzeug. Geräte wie Mobiltelefone können so ein leicht mitzuführendes zusätzliches Bedienelement erhalten.

1

Schutzhülle

2

niederohmige koaxiale Leiterbahn

3

hochohmige koaxiale Leiterbahn

4

Dielektrikum

5

Andruckkraftvektor

6

Pluselektrode

7

Minuselektrode

8

Abgriffselektrode

9

A-D-Wandler

10

Pullup-Widerstand

11

Signalerfassungselement

13

Steuereinheit

14

Meßwert

15

Meßwert

16

tropfenförmig ausgebildetes flexibles Dielektrikum

17

Öffnung im flexiblen Dielektrikum 4

18

flexibles Dielektrikum in regelmäßigen Streifen

19

flexibles Dielektrikum in unregelmäßigen Streifen

20

flexibles Dielektrikum als löchrige Hülle

21

niederohmiges Leiterbahnbündel

22

Ader

23

Isolator um jede einzelne Ader 22

24

stabilisierender Füllstoff zwischen den Adern 22

25

Isolator als Schutzmantel

26

Kopfhörer

27

Kopfhörer-Kabel mit integrierter Registriereinheit

28

Markierung für Rücklauffunktion

29

Markierung für Abspiel-/Pause-Funktion

30

Markierung für Vorlauffunktion

31

Markierung für Stoppfunktion

32

Markierung für die maximale Lautstärke

33

Markierung für die minimale Lautstärke

34

Anschluß zum Endgerät

• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
• Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
• Zitierte Patentliteratur
• - US 6534999 B2 [0004, 0004]

Claims (9)

1. Registriereinheit, dadurch gekennzeichnet, daß diese kabelförmig ausgebildet ist und auf der gesamten dreidimensionalen Erstreckung aus einer äußeren flexiblen Schutzhülle (1) sowie zwei Leiterbahnen (2; 3) besteht, die zueinander koaxial angeordnet sind, wobei die eine Leiterbahn die andere Leiterbahn auf der gesamten Länge umschließt und eine der Leiterbahnen als Messelektrode dient und die andere Leiterbahn als elektrischer Widerstand ausgebildet ist und einen Spannungsgradienten aufweist, und sich zwischen beiden Leiterbahnen ein die beiden Leiterbahnen (2; 3) im Ruhezustand elektrisch voneinander trennendes und bei einer mechanischen Krafteinwirkung von außen einen Punkt- oder flächenförmigen Kontakt zwischen beiden Leiterbahnen (2; 3) ermöglichendes Dielektrikum befindet, und eine zur Bestimmung einer durch eine Betätigung der Registriereinheit mit einem Andruckkraftvektor (5) ausgelösten Spannungs- oder Widerstandsänderung geeignete Meßwerterfassung und Auswertungseinheit vorgesehen ist.
2. Registriereinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zwischen beiden Leiterbahnen sich befindende Dielektrikum aus einem elektrisch isolierenden flexiblen und komprimierbaren Feststoff mit Gaseinschlüssen besteht.
3. Registriereinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Meßwerterfassung und Auswertungseinheit aus einem A-D-Wandler (9) und einer Steuereinheit (13) bestehen.
4. Registriereinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die niederohmige Leiterbahn (3) aus einem Leiterbahnbündel (21) von einzelnen Adern besteht.
5. Registriereinheit nach Anspruch 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Adern des Leiterbahnbündels elektrisch voneinander getrennt sind und jeweils unabhängig voneinander mit der Meßwerterfassung und Auswertungseinheit verbunden sind.
6. Registriereinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Spannungsversorgung vorgesehen ist, die ein Ende der hochohmigen Leiterbahn mit einer höheren Spannung und das andere Ende mit einer niedrigeren Spannung über eine Zuleitung von außen versorgt.
7. Registriereinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Spannungsversorgung vorgesehen ist, die ein Ende der hochohmigen Leiterbahn mit einer höheren Spannung und das andere Ende mit einer niedrigeren Spannung über mindestens eine zusätzliche Leiterbahn im Inneren der Registriereinheit versorgt.
8. Verfahren zur Bestimmung der Position der Betätigung der Registriereinheit, dadurch gekennzeichnet, daß zur Meßwerterfassung die durch Kontakt mit der hochohmigen Leiterbahn hervorgerufene Spannung der niederohmigen Leiterbahn (3) in Folge einer Betätigung gemessen wird.
9. Verfahren zur Bestimmung der Strecke der Betätigung der Registriereinheit, dadurch gekennzeichnet, daß zur Meßwerterfassung die durch Kontakt mit der niederohmigen Leiterbahn hervorgerufene Überbrückung des Widerstandes der hochohmigen Leiterbahn (3) in Folge einer Betätigung gemessen wird.