DE102011011927A1 - Operation unit for hob, has capacitive touch surface that is made from zirconia ceramic material, and several independent operable actuators that are provided in capacitive touch surface - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Bedieneinheit mit einer kapazitiven Touchfläche.The invention relates to an operating unit with a capacitive touch surface.
Derartige Bedieneinheiten sind beispielsweise von Kochfeldern aus Glaskeramik bekannt.Such control units are known for example from hobs made of glass ceramic.
Bei diesen Kochfeldern hat sich der Einsatz von Glaskeramik bewährt, da die von den im Kochfeld angeordneten Heizelementen entwickelte Wärmestrahlung durch die Glaskeramik gut hindurchtreten kann.In these hobs, the use of glass ceramic has proven successful, since the heat radiation developed by the heating elements arranged in the hob can pass well through the glass ceramic.
Bedieneinheiten mit kapazitiver Touchfläche bieten gegenüber den sonst bekannten mechanischen oder mechanisch-elektrischen Schaltelementen den Vorteil, dass auf bewegliche Teile vollständig verzichtet werden kann, wodurch Undichtigkeiten weitestgehend vermeidbar sind.Operating units with capacitive touch surface offer over the otherwise known mechanical or mechanical-electrical switching elements the advantage that can be completely dispensed with moving parts, which leaks are largely avoidable.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, neue Anwendungsfelder für kapazitive Bedieneinheiten zu erschließen.The invention has for its object to develop new applications for capacitive control units.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist vorgesehen, dass die Touchfläche aus Zirkoniumdioxidkeramik gebildet ist. Hierbei kann die Zirkoniumdioxidkeramik in reiner Form vorliegen oder mit Zusätzen versehen sein. Die Verwendung von Zirkoniumdioxid ermöglicht es, Touchflächen mit gegenüber den üblichen Glaskeramiken erhöhter Kratzfestigkeit und Schlagfestigkeit zu erhalten. Die so geschaffenen Bedieneinheiten können daher in einem Umfeld eingesetzt werden, in welchem schädliche Umwelteinflüsse, mechanische Beanspruchungen und/oder Vandalismus auftreten können. Besonders hervorzuheben ist die mit Zirkoniumdioxid erreichte erhöhte Schlagfestigkeit der Touchfläche, die mit der Schlagfestigkeit metallischer Werkstoffe vergleichbar ist.To achieve this object, it is provided that the touch surface is formed of zirconia ceramic. Here, the zirconia ceramic may be in pure form or be provided with additives. The use of zirconia makes it possible to obtain touch surfaces with increased scratch resistance and impact resistance compared with the conventional glass ceramics. The operating units thus created can therefore be used in an environment in which harmful environmental influences, mechanical stresses and / or vandalism can occur. Particularly noteworthy is the achieved with zirconia increased impact resistance of the touch surface, which is comparable to the impact resistance of metallic materials.
Unter einer kapazitiven Touchfläche wird hierbei eine Anordnung eines Abdeckelements und wenigstens einer Elektrode verstanden, wobei eine Berührung des flächenhaft ausgebildeten Abdeckelements eine elektronisch auslesbare Änderung einer der Elektrode zugeordneten Kapazität oder einer auf der Elektrode gespeicherten Ladung zur Folge hat.In this case, a capacitive touch surface is understood as an arrangement of a cover element and at least one electrode, wherein a contact of the areally formed cover element results in an electronically readable change in a capacitance associated with the electrode or a charge stored on the electrode.
Bei einer Ausgestaltung der Erfindung sind dem Zirkoniumdioxid Stabilisatoren zugegeben. Von Vorteil ist dabei, dass mit den Stabilisatoren die Festigkeit der Keramik erhöht werden kann.In one embodiment of the invention stabilizers are added to the zirconia. The advantage here is that the stability of the ceramic can be increased with the stabilizers.
Zirkoniumdioxid tritt in monokliner, tetragonaler und kubischer Kristallmodifikation auf. Hierbei herrscht bei Temperaturen von unter 1.173°C die monokline Kristallphase vor, zwischen 1.173°C und 2.370°C die tetragonale Kristallphase und zwischen 2.370°C und 2.690°C die kubische Kristallphase. Oberhalb von 2.690°C geht Zirkoniumdioxid in eine Schmelze über.Zirconia occurs in monoclinic, tetragonal and cubic crystal modification. At temperatures below 1.173 ° C, the monocrystalline crystal phase prevails, between 1.173 ° C and 2.370 ° C the tetragonal crystal phase and between 2.370 ° C and 2.690 ° C the cubic crystal phase. Above 2.690 ° C, zirconia goes into a melt.
Durch Zugabe von Zusätzen beispielsweise von zwei- oder dreiwertigen Kationen in Form von Oxiden, wie Kalziumoxid (CaO), Magnesiumoxid (MgO), Ceroxid (CeO2) und/oder Yttriumoxid (Y2O3) und/oder anderer Stoffe wie Scandiumoxid (ScO3) oder Yttriumoxid (YbO3), können nach dem Abkühlvorgang der Keramik mehrere Phasen gleichzeitig bei Raumtemperatur stabilisiert werden. Günstig ist es, wenn die Keramik als teilstabilisiertes Zirkoniumdioxid (parcially stabilized cironia, PSZ) verwendet wird, um die kubische Phase bei Raumtemperatur zu stabilisieren.By addition of additives, for example of di- or tri-valent cations in the form of oxides, such as calcium oxide (CaO), magnesium oxide (MgO), cerium oxide (CeO 2 ) and / or yttrium oxide (Y 2 O 3 ) and / or other substances, such as scandium oxide ( ScO 3 ) or yttrium oxide (YbO 3 ), several phases can be simultaneously stabilized at room temperature after the ceramic is cooled. It is beneficial if the ceramic is used as partially stabilized zirconia (PSZ) to stabilize the cubic phase at room temperature.
Besonders günstig ist es, wenn die Touchfläche aus Yttriumoxid-stabilisierten tetragonalen polykristallinem Zirkoniumdioxid gefertigt ist. Dies entsteht durch Zugabe von 3 Mol% Y2O3 (= 5,1 Gew.-%) zum Zirkoniumdioxid und führt zu einer metastabilen tetragonalen Phase bei Raumtemperatur. Von Vorteil ist dabei, dass das Material selbsttätig eine Rissausbreitung durch einen als Umwandlungsverstärkung, martensitische Umwandlung oder Transmarsionsfestigung bekannten Mechanismus behindert. Somit ist die Materialfestigkeit weiter erhöht.It is particularly favorable if the touch surface is made of yttria-stabilized tetragonal polycrystalline zirconium dioxide. This results from the addition of 3 mol% Y 2 O 3 (= 5.1% by weight) to the zirconium dioxide and leads to a metastable tetragonal phase at room temperature. The advantage here is that the material automatically hampers crack propagation through a mechanism known as transformation enhancement, martensitic transformation or transmutation strengthening. Thus, the material strength is further increased.
Die Erfindung macht sich allgemein die Erkenntnis zu nutze, dass für viele Anwendungen die bei Kochfeldern zwingend notwendige Durchlässigkeit für Wärmestrahlung nicht benötigt wird, so dass auf geeignetere Materialien ausgewichen werden kann. Die Erfindung macht sich weiter die Erkenntnis zu nutze, dass für viele Anwendungen die Touchfläche nicht in der Größe eines Kochfeldes benötigt wird, wodurch der Fertigungsaufwand vertretbar bleibt. Die Erfindung ist jedoch nicht auf Touchflächen begrenzt, welche kleiner als ein Kochfeld sind.The invention generally makes use of the knowledge that for many applications the impermeability to heat radiation which is absolutely necessary for cooktops is not required, so that it is possible to resort to more suitable materials. The invention further makes use of the knowledge that for many applications the touch surface is not needed in the size of a hob, whereby the production cost remains justifiable. However, the invention is not limited to touch surfaces that are smaller than a cooktop.
Für viele Anwendungsfälle ergeben sich günstige Gebrauchseigenschaften, wenn die Touchfläche transluzent oder sogar transparent ausgebildet ist. Dies kann beispielsweise durch Zugabe entsprechender Materialien und/oder Ausgestaltung der Körnung der polykristallinen Keramik erreicht werden. Von Vorteil ist dabei, dass hinter der Touchfläche geschützt Informationen angeboten werden können, welche beispielsweise über die Funktion und/oder die Lokalisierung spezieller Betätigungselemente auf der Touchfläche Auskunft geben.For many applications, favorable performance characteristics arise when the touch surface is translucent or even transparent. This can be achieved for example by adding appropriate materials and / or configuration of the grain size of the polycrystalline ceramic. The advantage here is that behind the touch surface protected information can be offered, which give information about the function and / or localization of special actuators on the touch surface, for example.
Zur Erreichung einer großen Funktionsvielfalt kann vorgesehen sein, dass die Touchfläche mehrere unabhängige Betätigungselemente bereitstellt. Vorzugsweise sind diese Betätigungselemente an der Touchfläche nebeneinander angeordnet und bereitgestellt. Dies kann beispielsweise durch entsprechende Ansteuerung und Auslesung von Elektroden der kapazitiven Touchfläche erreicht sein.To achieve a large variety of functions can be provided that the touch surface provides several independent actuators. Preferably, these actuating elements are arranged and provided next to one another on the touch surface. This can be achieved, for example, by appropriate activation and readout of electrodes of the capacitive touch surface.
Zur Bereitstellung von dauerhaften Informationen kann die Touchfläche eine Farbhinterdruckung aufweisen. To provide persistent information, the touchpad may have color backprinting.
Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass die Touchfläche eingefärbt ausgeführt ist. Es können auch Bereiche mit unterschiedlicher Einfärbung vorgesehen sein. Beispielsweise kann die Einfärbung blau oder schwarz ausgeführt sein. Die Einfärbungen können durch Einlagerung von entsprechenden Ionen in der Zirkoniumdioxidkeramik erreicht werden.Alternatively or additionally, it may be provided that the touch surface is executed colored. It can also be provided areas with different coloring. For example, the coloring can be made blue or black. The colorations can be achieved by incorporation of corresponding ions in the zirconia ceramic.
Zur Beschriftung und/oder zur Kennzeichnung von Bedienelementen kann vorgesehen sein, dass die Touchfläche eine Lasermarkierung aufweist. Hierbei wird unter Lasermarkierung eine nahe der Oberfläche wirksame Laserbehandlung des Keramikmaterials verstanden, bei welcher die optischen Eigenschaften des Keramikmaterials unter Laserlicht verändert werden, ohne die Oberfläche sichtbar oder fühlbar zu beschädigen. Von Vorteil ist dabei, dass diese Beschriftung und/oder Kennzeichnung besonders dauerhaft ist.For labeling and / or for the identification of operating elements, it may be provided that the touch surface has a laser marking. In this case, laser marking means a laser treatment of the ceramic material which is close to the surface and in which the optical properties of the ceramic material are changed under laser light without visibly or tangibly damaging the surface. The advantage here is that this label and / or marking is particularly durable.
Beispielsweise kann die Lasermarkierung an die Rückseite der Touchfläche eingebracht sein. Besonders günstig ist es jedoch, wenn die Lasermarkierung an der Vorderseite eingebracht ist. In diesem Fall kann die Lasermarkierung nach Abschluß aller anderen Montagearbeiten eingebracht werden. Dies hat zum Vorteil, dass das Bedienelement erst zum Schluss des Fertigungsprozesses an individuelle Kundenwünsche angepasst werden muß, beispielsweise an Beschriftungen in einer gewünschten Sprache und/oder Beschriftungen, die nationalen Vorschriften entsprechen.For example, the laser marking can be introduced to the rear side of the touch surface. It is particularly favorable, however, if the laser marking is introduced at the front. In this case, the laser marking can be introduced after completion of all other assembly work. This has the advantage that the operating element must be adapted to individual customer requirements only at the end of the manufacturing process, for example, labels in a desired language and / or labels that comply with national regulations.
Besonders günstig für eine Reinigung und für eine hohe Widerstandsfähigkeit gegenüber schädlichen Umwelteinflüssen ist es, wenn die Touchfläche außenseitig eine geschlossene Oberfläche aufweist.It is particularly favorable for cleaning and for a high resistance to harmful environmental influences if the touch surface has a closed surface on the outside.
Zur Erreichung einer nochmals gesteigerten Widerstandsfähigkeit der Bedieneinheit kann vorgesehen sein, dass die Touchfläche in eine Gehäuseöffnung abdichtend und die Gehäuseöffnung verschließend eingesetzt ist.To achieve a further increased resistance of the operating unit can be provided that the touch surface sealingly inserted into a housing opening and the housing opening is inserted.
Zur Sichtbarmachung von Hinterdruckungen und/oder Lasermarkierungen kann vorgesehen sein, dass hinter der Touchfläche eine Beleuchtungseinheit angeordnet und zur Durchleuchtung der Touchfläche ausgerichtet ist. Von Vorteil ist dabei, dass die Beschriftungen somit je nach Bedarf an- und abschaltbar sind.For the visualization of backpressures and / or laser markings, provision can be made for a lighting unit to be arranged behind the touch surface and aligned for screening the touch surface. The advantage here is that the labels are thus switched on and off as needed.
Es kann auch vorgesehen sein, dass hinter der Touchfläche ein Display angeordnet ist. Von Vorteil ist dabei, dass das Display einerseits eine Beleuchtung bewirken und andererseits eine gewünschte Farbgebung und/oder zusätzliche Informationen wiedergeben kann.It can also be provided that a display is arranged behind the touch surface. The advantage here is that the display on the one hand cause lighting and on the other hand can reproduce a desired color and / or additional information.
Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben, ist jedoch nicht auf diese Ausführungsbeispiele beschränkt. Weitere Ausführungsbeispiele ergeben sich aus Kombination einzelner oder mehrerer Merkmale der Ansprüche untereinander und/oder mit einzelnen oder mehreren Merkmalen der Ausführungsbeispiele.The invention will now be described in more detail with reference to embodiments, but is not limited to these embodiments. Further exemplary embodiments result from the combination of individual or a plurality of features of the claims with one another and / or with one or more features of the exemplary embodiments.
Es zeigt:It shows:
Eine in
Die Touchfläche
Die Elektroden
Die einzelnen Elektroden
Die Touchfläche
Im Ausführungsbeispiel wird Yttrium-stabilisiertes tetragonales polykristallines Zirkoniumdioxid verwendet, welches eine Schlagfestigkeit aufweist, die sonst von metallischen Oberflächen erreicht wird. In the embodiment, yttrium-stabilized tetragonal polycrystalline zirconia is used, which has impact resistance which is otherwise achieved by metallic surfaces.
Die Zirkoniumdioxidkeramik ist jeweils so mit stabilisierenden Zusätzen versehen, dass die Touchfläche
Durch die Anordnung von mehreren Elektroden
Die räumliche Begrenzung und/oder zusätzliche Hinweiszeichen zur jeweiligen Funktion und/oder Beschriftungen können durch eine Farbhinterdruckung als Farbschicht
Symbole, Buchstaben oder Begriffe zur Beschreibung und/oder Kennzeichnung der mit den einzelnen Betätigungselementen
Hierzu wird auf die Oberfläche
Diese Lasermarkierung kann wie bei der Lasermarkierung
Die Lasermarkierungen
Hinter der Touchfläche
Die Beleuchtungseinheit
Die Elektroden
Die durch die Abdeckung
Durch entsprechende Ausgestaltung und/oder Anordnung und/oder Ansteuerung der Elektroden
Hierbei zeigt
Funktionell gleiche Komponenten sind mit denselben Bezugszeichen wie zu
Bei der Bedieneinheit
Durch entsprechende Ansteuerung der Elektrode
Die Elektrode
Hinter der Touchfläche
Bei weiteren Ausführungsbeispielen sind Kombinationen der Elektrodenformen der Elektroden
Die Beleuchtungseinheit
Bei den gezeigten Ausführungsbeispielen ist die Touchfläche
Bei weiteren Ausführungsbeispielen der Erfindung können Elektroden
Bei weiteren Ausführungsbeispielen sind die Betätigungselemente
Bei der Bedieneinheit
Claims (10)
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DE201110011927 DE102011011927A1 (en) | 2011-02-22 | 2011-02-22 | Operation unit for hob, has capacitive touch surface that is made from zirconia ceramic material, and several independent operable actuators that are provided in capacitive touch surface |
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