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Die Erfindung betrifft ein Bedienfeld mit kapazitiven Tasten, wobei die Tasten mit einer Auswerteeinheit gekoppelt sind. Die Erfindung betrifft ferner ein Haushaltsgerät mit einem solchen Bedienfeld. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Erkennen einer Bedienung einer kapazitiven Taste aus einem Bedienfeld mit mehreren kapazitiven Tasten.
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DE 10 2008 005 152 A1 offenbart ein Haushaltsgerät, das mindestens eine kapazitive Taste aufweist, wobei eine Betätigungsfläche der kapazitiven Taste zumindest teilweise eine elektrische leitfähige Oberfläche aufweist. Die elektrisch leitfähige Oberfläche kann von zumindest einer elektrisch leitfähigen Schicht gebildet werden. Die elektrisch leitfähige Schicht kann eine Haftschicht sein. Die Haftschicht kann als elektrisch leitfähiges Schichtmaterial Aluminium oder/oder Kupfer aufweisen. Die elektrisch leitfähige Schicht kann alternativ z.B. eine Schicht aus Leitlack, insbesondere Silberleitlack, sein. Die elektrisch leitfähige Schicht kann in noch einer Alternative zumindest ein elektrisch leitfähiges Oxid aufweisen. Ferner mag die elektrisch leitfähige Schicht zumindest ein dotiertes Metalloxid in transparenter Form aufweisen. Das dotierte Metalloxid mag insbesondere Zinnoxid, Titanoxid, Wolframdioxid und/oder Zinkoxid aufweisen. Das dotierte Metalloxid mag mittels eines Sol-Gel-Verfahrens auf die isolierende Abdeckung aufgebracht worden sein. Das dotierte Metalloxid mag alternativ z.B. mittels eines Sputterprozesses auf die isolierende Abdeckung aufgebracht worden sein.
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Probleme können auftreten, wenn die kapazitiven Tasten, z. B. durch übergelaufene Suppe, Wasserspritzer o.ä. zumindest schwach mit anderen Massen verbunden sind. Durch eine, insbesondere schwach, leitfähige Verbindung der kapazitiven Taste mit einer der Taste nahe liegenden Metalloberfläche, welche eventuell geerdet ist (z.B. ein Blechrahmen) oder zumindest eine Koppelkapazität zur kapazitiven Taste aufweist (z.B. ein Designteil in der Nähe der Tasten bzw. ein die Tasten umfassendes Blechteil). Dadurch erhält eine zugehörige Auswerteeinheit ein Signal, welches leicht erhöht ist, aber für die sichere Erkennung einer Berührung nicht ausreicht. Wenn dann eine Berührung erfolgt, ergibt sich häufig nur eine leichte weitere Erhöhung des Signals, die aber wieder zu gering ist, das Signal auf ein für die sichere Erkennung einer Berührung ausreichendes Niveau anzuheben und daher eine sichere Bedienung nicht zulässt.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile des Standes der Technik zumindest teilweise zu überwinden und insbesondere ein bediensichereres Bedienfeld mit kapazitiven Tasten bereitzustellen.
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Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind insbesondere den abhängigen Ansprüchen entnehmbar.
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Die Aufgabe wird gelöst durch ein Bedienfeld mit kapazitiven Tasten, wobei die Tasten mit einer Auswerteeinheit gekoppelt sind und wobei die Auswerteeinheit dazu eingerichtet ist: (a) einen im Wesentlichen gleichzeitigen Signalanstieg an zumindest zwei Tasten festzustellen und (b) aus diesen zumindest zwei Tasten die Taste mit dem stärksten Signalanstieg als eine bediente Taste auszuwählen. Dadurch kann eine Betätigung einer Taste auch unabhängig davon festgestellt werden, ob ein vorbestimmter Signalschwellwert überschritten wurde oder nicht. Dies ermöglicht insbesondere eine Erkennung einer Betätigung einer kapazitiven Taste für den Fall, dass mehrere kapazitive Tasten mit einem gering leitfähigen Medium bedeckt sind, z.B. mit Suppe, Bratensoße, Wasser usw.
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Diese Erfindung macht sich den Umstand zu Nutze, dass eine Betätigung einer kapazitiven Taste mittels einer Berührung einer Oberfläche dieser Taste durchgeführt wird und durch die Berührung eine kapazitive Kopplung mit der Taste stattfindet, die eine Signaländerung an dieser Taste bewirkt. Diese Signaländerung wird im Folgenden vereinfachend als ein Signalanstieg bezeichnet, auch wenn es klar ist, dass davon sowohl ein positiver Signalanstieg als auch ein negativer Signalanstieg (d.h., ein Signalabfall) umfasst ist. Jedoch kann im Einzelfall auf eine bestimmte Art des Signalanstiegs abgestellt werden.
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Außer durch eine Berührung durch einen Nutzer kann es zu einer kapazitiven Kopplung auch dann kommen, wenn das Bedienfeld mit einem leitfähigen Medium bedeckt wird (z.B. mit Suppe usw. überschüttet wird) und eine kapazitive Taste durch dieses Medium mit einem elektrisch leitfähigen Körper (z.B. einem die kapazitiven Tasten umgebenden metallischen Zierbereich oder einem Kochfeldrahmen) elektrisch verbunden wird. Diese Signaländerung ist typischerweise schwach, d.h., dass sie den vorbestimmten Signalschwellwert nicht erreicht und folglich nicht als eine Berührung erkannt wird. Wird diese Taste durch einen Nutzer berührt, kommt es zu einer zusätzlichen Signaländerung. Die zusätzliche Signaländerung ist aber häufig aufgrund des bereits vorhandenen Mediums zu gering, als dass sie das (Gesamt-)Signalniveau über den zur Feststellung einer Berührung vorbestimmten Signalschwellwert heben könnte.
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Bei Schritt (a) wird ausgenutzt, dass bei einer Berührung einer Taste nicht nur eine Signaländerung an dieser Taste auftritt, sondern auch an jeder anderen Taste, die (durch die Suppe usw.) mit dieser Taste elektrisch verbunden ist. Folglich kann ein im Wesentlichen gleichzeitiger Signalanstieg an zumindest zwei Tasten (welche elektrisch leitend miteinander verbunden sind) als ein Hinweis darauf verstanden werden, dass ein Nutzer eine Taste berührt hat oder zumindest einen Bereich des Bedienfelds oder einen Bereich in der Nähe des Bedienfelds berührt hat.
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In Schritt (b) wird aus diesen (zumindest zwei Tasten) diejenige Taste als eine bediente Taste ausgewählt oder identifiziert, welche den stärksten Signalanstieg zeigt. Dabei wird ausgenutzt, dass das Medium nicht ideal elektrisch leitfähig ist, sondern einen nicht vernachlässigbaren Widerstand aufweist, so dass der stärkste Signalanstieg an derjenigen Taste auftrifft, welche am nächsten zu dem Ort der Berührung angeordnet ist, insbesondere bei einer direkten Berührung der Taste. Folglich kann der stärkste Signalanstieg an einer Taste als ein Hinweis darauf verstanden werden, dass ein Nutzer diese Taste betätigen wollte.
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Ist kein Signalanstieg an einer der Tasten praktisch größer als an einer anderen Taste, kann insbesondere davon ausgegangen werden, dass der Signalanstieg nicht durch eine (lokalisierte) Berührung einer der Tasten erfolgt ist, sondern auf eine andere Weise.
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Die Auswerteeinheit kann eine Komponente des Bedienfelds sein oder kann eine Komponente eines Haushaltsgeräts sein, welches auch das Bedienfeld aufweist oder zumindest zur Aufnahme des Bedienfelds eingerichtet ist.
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Es ist eine Ausgestaltung, dass die Auswerteeinheit dazu eingerichtet ist, bei einem Signalanstieg einer bestimmten Taste über einen vorbestimmten Schwellwert diese Taste als eine bediente Taste anzusehen und durch die Signalanstiege der Schritte (a) und (b) der vorbestimmte Schwellwert nicht erreicht wird. Dadurch kann einerseits eine Betätigung einer Taste eines sauberen (nicht durch ein leitfähiges Medium verunreinigten) Bedienfelds mittels des Schwellwertvergleichs sicher erkannt werden und zusätzlich eine Betätigung einer Taste eines durch ein leitfähiges Medium verunreinigten Bedienfelds sicherer erkannt werden, und zwar auch dann, wenn die Signalhöhen bei einem verunreinigten Bedienfeld vergleichsweise gering sind.
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Es ist noch eine Ausgestaltung, dass die Tasten eine elektrisch leitfähige Berührfläche aufweisen, welche durch eine elektrisch isolierende Zone von einem elektrisch leitfähigen Bereich getrennt sind. Ein solches Bedienfeld ist vergleichsweise anfällig für eine durch ein leitfähiges Medium verursachte Verunreinigung, so dass die Erfindung hierfür besonders vorteilhaft anwendbar ist. Der elektrisch leitfähige Bereich kann beispielsweise in Form einer metallischen Oberfläche ausgestaltet sein. Der elektrisch leitfähige Bereich kann insbesondere aus dem gleichen Material bestehen und/oder auf die gleiche Weise hergestellt, z.B. aufgebracht, worden sein wie die elektrisch leitfähige Berührfläche der Tasten.
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Es ist eine weitere Ausgestaltung, dass der elektrisch leitfähige Bereich ein die Tasten umgebender Bereich, insbesondere Zierbereich, ist. Dieser Zierbereich kann beispielsweise eine Zierleiste oder eine Zierbeschichtung sein.
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Es ist noch eine weitere Ausgestaltung, dass das Bedienfeld als ein Bedienfeld für eine Oberseite eines Haushaltsgeräts vorgesehen ist. Insbesondere hierfür ist die Erfindung vorteilhaft anwendbar, da das Medium, welches das Bedienfeld verunreinigt, nicht abfließt. Das Bedienfeld kann insbesondere in die Oberseite des Haushaltsgeräts integriert sein, z.B. in eine Glaskeramikplatte. Die elektrisch leitfähigen Berührflächen der Tasten können beispielsweise auf einer Glaskeramikplatte (z.B. eines Kochfelds) aufgebracht sein, beispielsweise als eine Schicht.
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Die Aufgabe wird auch gelöst durch ein Haushaltsgerät mit mindestens einem Bedienfeld, wobei mindestens ein Bedienfeld ein Bedienfeld wie oben beschrieben ist. Das Haushaltsgerät weist die gleichen Vorteile auf wie das Bedienfeld und kann analog ausgestaltet sein.
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Es ist eine Ausgestaltung, dass das Haushaltsgerät ein durch das Bedienfeld bedienbares Kochfeld aufweist. Insbesondere hierbei treten insbesondere bei einem Garen (Kochen, Braten usw.) häufig Verunreinigungen auf, z.B. durch ein Überkochen oder Überspritzen.
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Es ist noch eine Ausgestaltung, dass das Bedienfeld in eine Kochfeldplatte, insbesondere Glaskeramikplatte, integriert ist. Dies ermöglicht eine besonders kompakte Ausgestaltung.
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Die Aufgabe wird ferner gelöst durch ein Verfahren zum Erkennen einer Bedienung einer kapazitiven Taste aus einem Bedienfeld mit mehreren kapazitiven Tasten, wobei das Verfahren mindestens die folgenden Schritte aufweist: (i) Feststellen eines im Wesentlichen gleichzeitigen Signalanstiegs an zumindest zwei Tasten und (ii) Auswählen aus diesen zumindest zwei Tasten die Taste mit dem stärksten Signalanstieg als eine bediente Taste. Das Verfahren weist die gleichen Vorteile auf wie das Bedienfeld und das Haushaltsgerät und kann analog ausgestaltet sein.
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In den folgenden Figuren wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels schematisch genauer beschrieben.
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1 zeigt als Schnittdarstellung in Seitenansicht ein Bedienfeld mit mehreren kapazitiven Tasten;
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2 zeigt das Bedienfeld in Draufsicht; und
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3 zeigt eine zeitabhängige Auftragung von Signalen zweier kapazitiver Tasten des Bedienfelds.
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1 zeigt in Draufsicht ein Bedienfeld 1 mit drei kapazitiven Tasten, nämlich einer linken Taste 2a, einer mittleren Taste 2b und einer rechten Taste 2c. Die kapazitiven Tasten 2a, 2b, 2c weisen jeweils eine elektrisch leitfähige, zur Berührung durch einen Nutzer vorgesehene Oberfläche 3 (eine "Berührfläche") auf, die auf einer Oberseite einer Glaskeramikplatte 4 angeordnet sind. Die Oberfläche 3 kann beispielsweise durch eine Beschichtung gebildet sein.
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Die Glaskeramikplatte 4 stellt auch eine Abdeckung ("Kochfeldplatte") eines Kochfelds K eines Herds H dar. Das Bedienfeld 1 ist folglich in das Kochfeld K integriert und dient zur Bedienung des Kochfelds K.
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Die Glaskeramikplatte
4 dient als elektrisch isolierendes Zwischenmaterial, an dessen Unterseite den Oberflächen
3 jeweils zugeordnete Kontakte
5 angeordnet sind. Der Aufbau und die Funktionsweise eines kapazitiven Bedienfelds sind grundsätzlich bekannt und brauchen deshalb hier nicht genauer ausgeführt zu werden. Das Bedienfeld
1 kann insbesondere analog zu der
DE 10 2008 005 152 A1 ausgestaltet sein.
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Die Kontakte 5 sind, wie durch die Doppelpfeile angedeutet, mit einer Auswerteeinheit 6 ("Touchelektronik") gekoppelt. Die Auswerteeinheit 6 ist dazu eingerichtet, (a) einen im Wesentlichen gleichzeitigen Signalanstieg an zumindest zwei Tasten 2a, 2b, 2c festzustellen und (b) aus diesen zumindest zwei Tasten 2a, 2b, 2c die Taste 2a, 2b oder 2c mit dem stärksten Signalanstieg als eine bediente Taste 2a, 2b, 2c auszuwählen. Dieser Ablauf wird auch dann durchgeführt, wenn durch diese Signalanstiege ein vorbestimmter Schwellwert nicht erreicht wird, bei dessen Erreichen oder Überschreiten eine bestimmte Taste 2a, 2b, 2c als eine bediente Taste angesehen oder kategorisiert wird.
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2 zeigt das Bedienfeld 1 in Draufsicht. Die als Berührflächen dienenden Oberflächen 3, sind hier rein beispielhaft quadratisch ausgebildet, können aber grundsätzlich jede beliebige Form annehmen, z.B. eine kreisrunde, eine ovale, eine dreieckige usw. Form. Die Oberflächen 3 der Tasten 2a, 2b, 2c sind oberseitig von einer gemeinsamen, elektrisch isolierenden Zone 7 umgeben, welche durch die freie (nicht beschichtete) Oberfläche der Glaskeramikplatte 4 gebildet wird.
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Die Oberflächen 3 der Tasten 2a, 2b, 2c sind durch die elektrisch isolierende Zone 7 getrennt von einem elektrisch leitenden Bereich 8 umgeben. Folglich sind die Oberflächen 3 durch eine elektrisch isolierende Zone 7 von dem elektrisch leitfähigen Bereich 8 getrennt sind. Der Bereich 8 dient einerseits als Zierbereich und andererseits dazu, eine Erkennung des Bedienfelds 1 für einen Bediener zu erleichtern. Die Oberflächen 3 der Tasten 2a, 2b, 2c und der elektrisch leitende Bereich 8 können beispielsweise den gleichen Aufbau aufweisen und insbesondere in einem gemeinsamen Arbeitsschritt auf die Glaskeramikplatte 4 aufgebracht worden sein.
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Insbesondere bei einem Betrieb des Kochfelds K kann es vorkommen, dass elektrisch leitendes Medium M, z.B. Suppe, Nudelwasser, Bratensoße o.ä., auf das Bedienfeld 1 gelangt, und zwar hier so, dass durch das Medium M die Oberfläche 3 der linken Taste 2a und die Oberfläche 3 der rechten Taste 2c jeweils die elektrisch isolierende Zone 7 elektrisch überbrücken und diese Tasten 2a, 2c mit dem elektrisch leitenden Bereich 8 und damit auch miteinander elektrisch verbunden sind. Dadurch ändert sich die Kapazität der linken Taste 2a und der rechten Taste 2c auf gleiche Weise und folglich auch deren Sensorsignale, und zwar auch ohne eine Berührung.
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3 zeigt eine Auftragung von Signalen S1, S2 und S3 der kapazitiven Tasten 2a, 2b und 2c des Bedienfelds 1 gegen die Zeit t.
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Zu Beginnt der Auftragung bei t = 0 wird angenommen, dass das Bedienfeld 1 noch nicht mit dem Medium M bedeckt ist, also "sauber" ist.
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Bei einem folgenden Zeitpunkt t = t1 wird, rein beispielhaft, die Oberfläche 3 der mittleren Taste 2b zur ihrer Betätigung von einem Bediener für eine Zeitdauer Δt berührt. Dadurch wird der Benutzer mit der Taste 2b kapazitiv gekoppelt, und es wird an der Taste 2b eine Signaländerung bewirkt, die hier als eine Signalerhöhung ΔS2 realisiert ist. Diese Signalerhöhung ΔS2 wird an der Auswerteeinheit 6 detektiert und dort mit einem Schwellwert Sw verglichen. Erreicht oder überschreitet das Signal S2 durch die Signalerhöhung ΔS2 den Schwellwert Sw (ΔS2 > Sw oder ΔS2 ≥ Sw), so wird die Auswerteeinheit 6 dies als Betätigung interpretieren und kann mindestens ein entsprechende Aktion auslösen, z.B. eine Kochstelle, welche der Taste 2b zugeordnet ist, einschalten, ausschalten oder deren Kochstufe ändern usw. Ansonsten wird die Signalerhöhung ΔS2 nicht als korrekte Betätigung bzw. als Fehlbetätigung interpretiert, und es wird keine Aktion ausgelöst.
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Zu einem Zeitpunkt t = t2 wird das Medium M auf dem Kochfeld K wie in 2 gezeigt verschüttet. Dadurch werden die Tasten 2a, 2c mit dem elektrisch leitenden Bereich 8 und auch miteinander kapazitiv gekoppelt, wodurch sich eine Signalerhöhung ΔSm ergibt, die für beide Tasten 2a, 2c im Wesentlichen gleich groß ist. Falls diese Signalerhöhung ΔSm zumindest ungefähr gleichzeitig auftritt, könnte dies als Anzeichen darauf verstanden werden, dass ein Benutzer eine Taste eines verschmutzten Bedienfelds 1 berührt hat.
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Aus der für praktische Anwendungen gleichen Größe der Signalerhöhungen ΔSm (ΔSm(2a) ≈ (ΔSm(2c)) folgt, wird durch die Auswerteeinheit 6 jedoch geschlossen, dass keine Berührung einer bestimmten Taste 2a, 2c stattgefunden hat. Es wird daher keine Aktion ausgelöst.
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Bei einer folgenden Betätigung der rechten Taste 2c, bzw. deren Oberfläche 3, zu einem Zeitpunkt t = t3 für eine Zeitdauer Δt wird an der Taste 2a eine zusätzliche Signalerhöhung ΔS1 und an der Taste 2c eine zusätzliche Signalerhöhung ΔS3 bewirkt. Beide Signalerhöhungen ΔS1 und ΔS3 reichen aber beide nicht aus, dass die zugehörigen Signale S1 und S3 den Schwellwert Sw erreichen. Da jedoch die Signalerhöhungen ΔS1 und ΔS3 im Wesentlichen gleichzeitig auftreten, wird dies durch die Auswerteeinheit 6 als eine mögliche Berührung des (verschmutzten) Bedienfelds 1 erkannt. Um nun auch noch zu bestimmen, ob und welche der Tasten 2a oder 2c berührt worden ist, vergleicht die Auswerteeinheit 6 die Größe der Signalerhöhungen ΔS1 und ΔS3. Ist einer der Signalerhöhungen ΔS1, ΔS3 größer als die andere, hier: ΔS3 > ΔS1, wird die der größeren Signaländerung, hier: ΔS3, zugehörige Taste 2c als die betätigte Taste interpretiert und mindestens eine zur Taste 2c zugehörige Aktion ausgelöst. Dabei mag der Unterschied der Signalerhöhungen ΔS1 und ΔS3 selbst wieder einen zugehörigen Schwellwert überschreiten oder einen Mindestunterschied aufweisen.
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Die Zuordnung der Taste 2c mit dem größeren Signalanstieg ΔS3 zu der berührten Taste lässt sich aus der Tatsache erklären, dass bei dem widerstandsbehafteten Medium M die kapazitive Kopplung in der Nähe der berührten Taste 2c größer ist als bei einer (elektrisch) weiter entfernten Taste 2a.
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Selbstverständlich ist die vorliegende Erfindung nicht auf das gezeigte Ausführungsbeispiel beschränkt.
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So mag allgemein eine Zuordnung einer Taste mit einem größeren Signalanstieg nur dann einer Betätigung der Taste zugeordnet werden, wenn zuvor ein Signalanstieg an dieser Taste festgestellt wurde, welcher einem zumindest ungefähr zeitgleichen und zumindest ungefähr gleich großen Signalanstieg an mindestens einer anderen Taste entspricht.
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Auch ist es nicht notwendig, dass die kapazitiven Tasten eine leitfähige Oberfläche aufweisen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Bedienfeld
- 2a
- linke Taste
- 2b
- mittlere Taste
- 2c
- rechte Taste
- 3
- Oberfläche
- 4
- Glaskeramikplatte
- 5
- Kontakte
- 6
- Auswerteeinheit
- 7
- elektrisch isolierende Zone
- 8
- elektrisch leitender Bereich
- t
- Zeit
- H
- Herd
- K
- Kochfeld
- M
- elektrisch leitendes Medium
- S1
- Signal
- S2
- Signal
- S3
- Signal
- Sw
- Schwellwert
- Δt
- Zeitdauer
- ΔSm
- Signalerhöhung
- ΔS1
- Signalerhöhung
- ΔS2
- Signalerhöhung
- ΔS3
- Signalerhöhung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008005152 A1 [0002, 0012, 0028]
