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Die Erfindung betrifft ein Schaltelement nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 oder 2.
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Derartige Schaltelemente können für ein Bedienfeld, vorzugsweise mit geschlossener Oberfläche und/oder mit einer Freiformfläche als Oberfläche für die Bedienung durch den Benutzer, insbesondere in einem Kraftfahrzeug, eingesetzt werden.
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Ein solches Schaltelement weist einen Betätigungsbereich zur manuellen betätigenden Einwirkung auf. Mit dem Betätigungsbereich steht ein Sensor zur Erzeugung eines Schaltsignals bei Einwirkung auf den Betätigungsbereich in Wirkverbindung. Als Sensoren werden in herkömmlicher Weise elektrische Schalter, Schnappscheiben o. dgl. verwendet, deren Funktionalität eingeschränkt ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Schaltelement im Hinblick auf eine erweiterte Funktionalität, insbesondere im Hinblick auf die Anordnung des Sensors, weiterzuentwickeln.
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Diese Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Schaltelement durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 oder 2 gelöst.
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Beim erfindungsgemäßen Schaltelement weist der Sensor ein kapazitives Medium auf. In einer ersten Ausführung ist unterhalb des Betätigungsbereichs ein Trägerteil mit einem Behälter zur Aufnahme des kapazitiven Mediums angeordnet. In einer zweiten Ausführung ist das kapazitive Medium unterhalb des Betätigungsbereichs an einem Trägerteil angeordnet. Dabei kann das kapazitive Medium in der Art eines 2K(Zwei-Komponenten)-Teils an das Trägerteil angespritzt sein. Das kapazitive Medium kann auch in sonstiger Weise am Trägerteil befestigt sein, beispielsweise durch Kleben. Ebenso kann das kapazitive Medium in der Art eines 1K(Ein-Komponenten)-Teils im und/oder am Trägerteil eingelegt sein. Geschaffen sind damit entsprechende Konzepte für einen kapazitiven Schalter. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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In weiterer Ausgestaltung besteht das kapazitive Medium aus einem elektrisch leitfähigen Werkstoff. Zwecks Gewichtsersparnis kann das kapazitive Medium aus einem elektrisch leitfähigen Schaumstoff o. dgl. bestehen. Beispielsweise kann als elektrisch leitfähiger Schaumstoff ein solcher verwendet werden wie dieser bei Schutzverpackungen für Halbleiter zum Einsatz kommt. Eine einfache Verarbeitung ist auch dann gegeben, wenn das kapazitive Medium aus einer elektrisch leitfähigen Vergussmasse besteht. Auch hierbei kann es sich der Gewichtsersparnis halber anbieten, eine geschäumte Vergussmasse zu verwenden. Das Trägerteil kann aus einem elektrisch nicht leitfähigen Werkstoff bestehen, um Störeinflüsse für den Sensor auszuschließen.
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Falls das Schaltelement beleuchtbar ausgestaltet sein soll, bietet es sich an, dass das kapazitive Medium aus einem lichtdurchlässigen Material besteht. Es ist aber auch die Verwendung eines lichtundurchlässigen Materials möglich, indem das kapazitive Medium eine Aussparung für den Durchtritt von Licht zur Beleuchtung des Betätigungsbereichs aufweist. Die Aussparung kann dabei im kapazitiven Medium so angebracht sein, dass eine gute Ausleuchtung für ein Symbol, eine Funktionsbeleuchtung o. dgl. am Betätigungsbereich gegeben ist. Die zielgerichtete Ausleuchtung lässt sich durch die Anordnung eines Lichtleiters, einer Streuscheibe o. dgl. in der Aussparung weiter verbessern.
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In einer kompakten Ausgestaltung ist am Behälter und/oder am kapazitiven Medium eine Auflage für eine Leiterplatte angeordnet. Das kapazitive Medium kann über die Leiterplatte mit elektrischer Spannung versorgt werden, indem dieses elektrisch mit der Leiterplatte kontaktiert ist. Insbesondere kann hierzu das kapazitive Medium auf einer Kontaktierungsfläche auf der Leiterplatte aufliegen. Das kapazitive Medium kann auch mittels Kontakstiften in der Art von Action Pins mit der Leiterplatte verbunden sein, beispielsweise indem die auf der Leiterplatte befindlichen Kontaktstifte in einfacher Weise in das kapazitive Medium eingestochen sind.
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Vor allem für Kraftfahrzeuge gibt es ein immer größeres Interesse an Schaltern und/oder Bedienfeldern mit kapazitiver Sensorik. Eine der Schwierigkeiten der Realisierung einer solchen kapazitiven Sensorik liegt darin, die recht einfachen Sensorbereiche so nah wie möglich an die Bedienoberfläche zu bringen, um ein möglichst gutes Signal bei der Betätigung zu bekommen. Die Betätigung kann dabei beispielsweise durch Annähern des Fingers des Benutzers an die Bedienoberfläche und/oder durch Druckeinwirkung mittels des Fingers des Benutzers auf die Bedienoberfläche erfolgen. Beschreibt die Oberfläche nun eine 3D(dreidimensionale)-Freiformfläche, beispielsweise ähnlich wie eine Kugel, ist es schwierig hier eine kostengünstige Möglichkeit zu finden, um Sensorflächen und elektrische Schnittstelle, beispielsweise ein Steckerkragen auf einer FR4-Leiterplatte, miteinander elektrisch zu verbinden. Für besonders bevorzugte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen kapazitiven Sensorkonzepte, die diese Schwierigkeiten beheben, ist nunmehr nachfolgendes festzustellen.
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Beim ersten Konzept werden am Bauteil unterhalb der Betätigungsbereiche, z. B. Tastenfelder, so nahe wie möglich an der Betätigungsoberfläche Geometrien angebracht, um ein kapazitives Medium aufzunehmen. Der Werkstoff dieses Bauteils muss so gewählt werden, dass er elektrisch nicht leitfähig ist. Das kapazitive Medium hingegen muss elektrisch leitfähig sein. Dabei können sehr gute Ergebnisse mit leitfähigen Schaumstoffen, z. B. solchen für Schutzverpackungen für Halbleiter, erreicht werden. Es können aber auch geeignete Vergussmassen in die Aufnahmen gegossen und/oder geschäumt werden. Wenn nötig können Symbolbereiche mittig ausgespart und eventuell mit Lichtleitern gefüllt werden. Soweit lichtdurchlässige Medien verwendet werden können Symbole damit maximal ausgeleuchtet werden. Für die elektrische Kontaktierung zur Leiterplatte reicht eine einfache Auflage auf Kontaktierungsflächen, gegebenenfalls können aber auch kleine Action Pin in das kapazitive Medium gestochen werden.
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Beim zweiten Konzept wird das Oberflächenteil einfach gestaltet und kann in verschiedenen Designs und Verfahren ausgeführt sein. Das Trägerteil besteht aus zwei Werkstoffen in der Art eines 2K(Zwei-Komponenten)-Teils. An einen elektrisch nicht leitfähigen Werkstoff werden die kapazitiven Flächen aus einem elektrisch leitfähigen Werkstoff angespritzt. Alternativ kann es sich bei dem elektrisch nicht leitfähigen Werkstoff sowie bei dem elektrisch leitfähigen Werkstoff auch um zwei separate Bauteile handeln, die ineinander gefügt werden, beispielsweise indem die kapazitiven Flächen aus dem elektrisch leitfähigen Werkstoff in den nicht leitfähigen Werkstoff eingelegt werden. Der elektrisch leitfähige Werkstoff für die kapazitive Fläche kann innen für die Symbolausleuchtung etwas ausgespart werden, soweit kein transparenter Werkstoff verwendet wird. Eine Lichtabschottung für eine Funktionsbeleuchtung (FB) kann in Abhängigkeit von der Position aus den beiden Werkstoffen realisiert werden. Lichtleiter oder Streuscheiben können nach Bedarf in die Aussparung mittig eingesetzt werden. Hier sind auch Gleichteile möglich. Für die elektrische Kontaktierung zur Leiterplatte reicht eine einfache Auflage auf Kontaktierungsflächen. Fast unabhängig vom Design kann mit diesem Konzept eine sehr einfache, flexible und kostengünstige Ausführung realisiert werden.
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Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass eine kostengünstige Möglichkeit gegeben ist, um eine kapazitive Sensorik an Freiformflächen zu realisieren. Dadurch sind entsprechende Wettbewerbsvorteile gegenüber bisherigen Lösungen vorhanden.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung mit verschiedenen Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen
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1 ein Bedienfeld für ein Kraftfahrzeug gemäß einer ersten Ausführung in Explosionsdarstellung,
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2 ein Bedienfeld gemäß einer zweiten Ausführung in Explosionsdarstellung und
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3 das Bedienfeld aus 2 in perspektivischer Ansicht.
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In 1 ist ein Bedienfeld 1 für ein Kraftfahrzeug zu sehen, in dem einzelne Schaltelemente 2 zur Auslösung verschiedener Funktionen im Kraftfahrzeug angeordnet sind. Das Schaltelement 2 besitzt einen in der Art einer Blende ausgestalteten Betätigungsbereich 3 für die manuelle betätigende Einwirkung durch den Benutzer zur Erzeugung eines Schaltsignals. Hierzu steht mit dem Betätigungsbereich 3 ein ein kapazitives Medium aufweisender Sensor 4 in Wirkverbindung, mit dessen Hilfe das Schaltsignal bei Einwirkung auf den Betätigungsbereich 3 erzeugt wird. Das Schaltsignal dient dann wiederum zur Auslösung der entsprechenden Funktion im Kraftfahrzeug.
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Wie weiter in 1 gezeigt ist, weist das Schaltelement 2 ein Trägerteil 5 auf. Das Trägerteil 5 besteht aus einem harten Kunststoff mit einer Oberfläche, die lackiert, bedruckt, mit einer Folie versehen o. dgl. sowie gegebenenfalls mittels eines Lasers strukturiert ist. Auf der Oberfläche des Trägerteils 5 befindet sich der Betätigungsbereich 3, derart dass das Trägerteil 5 unterhalb des Betätigungsbereichs 3 befindlich ist. Am Trägerteil 5 ist ein Behälter 6 zur Aufnahme des kapazitiven Mediums 4 angeordnet. Das kapazitive Medium 4 kann als separates Einlegeteil in das Trägerteil 5 gefügt werden.
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Das kapazitive Medium 4 besteht aus einem elektrisch leitfähigen Werkstoff, beispielsweise einem entsprechenden Kunststoff. Es kann sich dabei um einen elektrisch leitfähigen Schaumstoff, um eine elektrisch leitfähige Vergussmasse, um eine elektrische leitfähige geschäumte Vergussmasse o. dgl. handeln. Das Trägerteil 5 hingegen besteht aus einem elektrisch nicht leitfähigen Werkstoff, beispielsweise aus einem entsprechenden Kunststoff. Am Behälter 6 ist eine Auflage 7 für eine Leiterplatte 8 angeordnet. Das kapazitive Medium 4 ist elektrisch mit der Leiterplatte 8 kontaktiert, indem das kapazitive Medium 4 auf einer Kontaktierungsfläche 9 auf der Leiterplatte 8 aufliegt. Ebenso gut kann das kapazitive Medium 4 mittels Kontakstiften in der Art von Action Pins, die in das kapazitive Medium 4 eingestochen werden, mit der Leiterplatte 8 elektrischen verbunden sein, was jedoch nicht weiter gezeigt ist.
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Auf der Leiterplatte 8 befindet sich weiter ein Beleuchtungsmittel 10, und zwar eine Leuchtdiode (LED), zur Beleuchtung des Betätigungsbereichs 3. Durch entsprechende Strukturierung der Oberfläche des Trägerteils 5 kann der Betätigungsbereich 3 ein Symbol, eine Funktionsbeleuchtung o. dgl. aufweisen, welche mittels der LED 10 entsprechend beleuchtet wird. Hierzu weist das kapazitive Medium 4 eine Aussparung 11 für den Durchtritt von Licht, das von der LED 10 ausgestrahlt wird, zur Beleuchtung auf. Selbstverständlich kann in der Aussparung 11 noch ein Lichtleiter, eine Streuscheibe o. dgl. zur Führung des Lichtes von der LED 10 angeordnet sein, was jedoch nicht weiter gezeigt ist. Alternativ kann jedoch auch das kapazitive Medium 4 selbst aus einem lichtdurchlässigen Material bestehen. Es kann sich weiterhin anbieten, das Trägerteil 5 als ein Zwei-Komponenten(2K)-Teil auszubilden, um eine Lichtabschottung für die nicht zu beleuchtenden Bereiche zu gestatten.
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In 2 ist ein Bedienfeld 1 in einer weiteren Ausführung zu sehen. Das Bedienfeld 1 besitzt wiederum ein Trägerteil 5 aus einem harten, elektrisch nicht leitfähigen Werkstoff. Am Trägerteil 5 ist ein die Betätigungsbereiche 3 aufweisendes Oberflächenteil 12 in der Art einer Blende angeordnet, das wiederum lackiert, bedruckt, mit einer Folie versehen, mittels Laserstrahlung strukturiert o. dgl. sein kann. Der Sensor 4 weist ein kapazitives Medium aus einem elektrisch leitfähigen Werkstoff auf, wobei das kapazitive Medium 4 unterhalb des Betätigungsbereichs 3 an dem Trägerteil 5 angeordnet ist. Dabei ist jedoch das kapazitive Medium 4 kein separates Teil, sondern vielmehr ist das kapazitive Medium 4 an das Trägerteil 5 in der Art eines 2K(Zwei-Komponenten)-Teils bei der Herstellung mittels Kunststoffspritzgießen angespritzt. Wie weiter anhand von 3 ersichtlich besitzt das kapazitive Medium 4 eine Auflagefläche 13 für die Leiterplatte 8, auf der sich die Kontaktierungsflächen 9 für das kapazitive Medium 4 und eventuell LEDs 10 für die Beleuchtung befinden. Zur zielgerichteten Beleuchtung mittels der LED 10 befindet sich in der Aussparung 11 im kapazitiven Medium 4 ein Lichtabschottungsteil 14. Selbstverständlich können in der Aussparung 11 wiederum Lichtleiter und/oder Streuscheiben eingesetzt sein, was jedoch nicht weiter gezeigt ist.
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Die Erfindung ist nicht auf das beschriebene und dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt. Sie umfasst vielmehr auch alle fachmännischen Weiterbildungen im Rahmen der durch die Patentansprüche definierten Erfindung. So kann das erfindungsgemäße Schaltelement nicht nur in Bedienfeldern für Kraftfahrzeuge sondern auch in Bedienfeldern an Hausgeräten, Audiogeräten, Videogeräten, Telekommunikationsgeräten o. dgl. Verwendung finden, bei denen eine kapazitive Sensorik zum Einsatz kommt. Desweiteren ist das erfindungsgemäße kapazitive Schalterkonzept nicht nur für ein Bedienfeld sondern auch für einen Türgriff o. dgl. in einem Kraftfahrzeug sowie für eine sonstige Handhabe geeignet.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Bedienfeld
- 2
- Schaltelement
- 3
- Betätigungsbereich
- 4
- Sensor/kapazitives Medium
- 5
- Trägerteil
- 6
- Behälter
- 7
- Auflage (an Behälter)
- 8
- Leiterplatte
- 9
- Kontaktierungsfläche
- 10
- Beleuchtungsmittel/LED
- 11
- Aussparung (in kapazitivem Medium)
- 12
- Oberflächenteil
- 13
- Auflagefläche (an kapazitivem Medium)/Auflage
- 14
- Lichtabschottungsteil
