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Die vorliegende Erfindung betrifft einen kapazitiven Berührungsschalter, insbesondere einen kapazitiven Berührungsschalter für eine Bedienvorrichtung eines elektronischen Haushaltsgerätes.
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In vielen elektrischen bzw. elektronischen Geräten, insbesondere auch in Haushaltsgeräten wie Herden, Kochfeldern, Mikrowellenöfen, Spülmaschinen, Waschmaschinen, Wäschetrocknern und dergleichen, werden häufig berührungsempfindliche Tastschalter bzw. Berührungsschalter eingesetzt, die durch ein einfaches Berühren oder Annähern durch einen Benutzer zum Beispiel einen bestimmten Schaltvorgang auslösen und/oder eine Geräteeinstellung ändern.
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Im Fall eines kapazitiven Berührungsschalters bildet herkömmlicherweise ein kapazitives Sensorelement zusammen mit zum Beispiel einem Finger eines Benutzers über eine als Dielektrikum wirkende Abdeckung eine Kapazität, die entsprechend dem Betätigen des Tastschalters, d. h. dem Berühren oder Nicht-Berühren eines dem kapazitiven Sensorelement zugeordneten Berührungsfeldes der Abdeckung variabel ist. Die Veränderung des Kapazitätswertes des kapazitiven Sensorelements wirkt sich entsprechend auf ein Ausgangssignal der Sensorschaltung aus, was von der Auswerteelektronik als eine Betätigung des kapazitiven Berührungsschalters interpretiert werden kann.
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Bei derartigen kapazitiven Berührungsschaltern sind die dem Sensorelement zugeordneten Bedienflächen unbeweglich und der Benutzer erhält in der Regel keine taktile Rückmeldung, dass er den Berührungsschalter betätigt hat.
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Die
WO 2008/015225 A1 beschreibt einen kapazitiven Berührungsschalter mit einer mechanischen Tastplatte. Die Tastplatte ragt durch eine Blendenöffnung zur Benutzerseite aus der Blende heraus und ist in Richtung zu einer hinter der Blende angeordneten Leiterplatte bewegbar. Mit der Tastplatte ist ein Trägerelement aus einem elektrisch leitenden Trägerelement gekoppelt, welches mit der Leiterplatte elektrisch leitend verbunden ist und gleichzeitig eine Sensorplatte des kapazitiven Sensors und eine Rückstellfeder für die Tastplatte bildet. Die Sensorplatte, welche in dem aus der Blendenöffnung heraus ragenden Boden der Tastplatte und damit in einer nächstmöglichen Position zu einem Benutzer positioniert ist, erfasst in bekannter Weise und frühzeitig die Annäherung und Berührung der Tastplatte zum Beispiel mit einem Finger. Die bewegbare und federgelagerte Tastplatte imitiert dabei eine mechanische Drucktaste.
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Die
DE 27 44 206 C2 und die
GB 2,091,489 A offenbaren jeweils einen kapazitiven Berührungsschalter mit einer mechanischen Drucktaste, bei welchem eine ortsfeste Kondensatorplatte an der Leiterplatte und eine bewegbare Kondensatorplatte vorgesehen sind. Bei einer Betätigung der Drucktaste durch den Benutzer wird die bewegbare Kondensatorplatte relativ zur ortsfesten Kondensatorplatte bewegt, sodass sich der Kapazitätswert des durch die beiden Platten gebildeten Kondensators verändert.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen verbesserten kapazitiven Berührungsschalter mit einer taktilen Rückmeldung für den Benutzer zu schaffen.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch einen kapazitiven Berührungsschalter mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Der kapazitive Berührungsschalter gemäß der Erfindung weist eine Trägerplatte mit einer Sensorfläche und ein elastisches Tastenelement auf einer Benutzerseite der Trägerplatte auf und ist dadurch gekennzeichnet, dass das Tastenelement zumindest teilweise in einer Ruhestellung des Berührungsschalters von der Sensorfläche der Trägerplatte beabstandet und bei einer Druckbeaufschlagung des Berührungsschalters in Richtung zur Sensorfläche der Trägerplatte bewegbar ist. Zudem weist das Tastenelement zumindest teilweise eine nicht streng monotone Kraft-Weg-Kennlinie auf.
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Die Sensorfläche auf der Trägerplatte bildet zusammen mit zum Beispiel einem Finger eines Benutzers einen Kondensator, dessen Dielektrizitätskonstante durch die Materialschicht des Tastenelements, durch den Luftspalt zwischen dem Tastenelement und der Sensorfläche und durch den Luftspalt zwischen dem Finger und dem Tastenelement bestimmt wird. Bei einer Annäherung an den Berührungsschalter bzw. sein Tastenelement und einer anschließenden Hubbewegung des Tastenelements bei entsprechender Druckbeaufschlagung verändert sich diese Dielektrizitätskonstante (insbesondere durch eine Verkleinerung des Luftspaltes ggf. bis gegen Null) und bewirkt eine entsprechende Signaländerung an der Sensorfläche. Vorzugsweise bewirkt eine Verkleinerung des Luftspaltes zwischen dem Tastenelement und der Sensorfläche eine Verkleinerung der Gesamt-Dielektrizitatskonstanten und diese wiederum eine Signalerhöhung an der Sensorfläche.
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Bei dieser Konstruktion des kapazitiven Berührungsschalters können mehrere Betätigungszustände durch entsprechende Signalpegel unterschieden werden. Bei diesen Betätigungszuständen handelt es sich vorzugsweise um einen Ruhezustand des Berührungsschalters, um ein Annähern zum Beispiel eines Benutzerfingers an den Berührungsschalter, um ein Berühren des Berührungsschalters bzw. seines Tastenelements zum Beispiel mit einem Benutzerfinger und/oder um ein Drücken des Berührungsschalters bzw. seines Tastenelements. Beim Drücken des Tastenelements ausgehend vom Ruhezustand bis maximal zum Anschlag gegen die Trägerplatte oder deren Sensorfläche können ggf. weitere Signalpegel unterschieden werden.
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Neben dieser Funktionalität eines kapazitiven Berührungssensors weist der kapazitive Berührungsschalter der Erfindung auch eine taktile Rückmeldung für den Benutzer auf. Zunächst enthält der Berührungsschalter durch das bewegbare Tastenelement die Hubbewegung eines mechanischen Tasters, welche vom Benutzer wahrgenommen werden kann. Zusätzlich weist das elastische Tastenelement eine nicht streng monotone Kraft-Weg-Kennlinie auf. Hierdurch erhält der Benutzer beim Drücken des Berührungsschalters bzw. seines Tastenelements eine spezielle taktile Rückmeldung, da sich der zum Drücken des Tastenelements erforderliche Kraftaufwand während der Hubbewegung in einer speziellen Weise, insbesondere einer nicht linearen Weise verändert.
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Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist die „Trägerplatte” vorzugsweise eine Leiterplatte oder eine Kunststoffplatte. Die Trägerplatte ist dabei bevorzugt als ein stabiler Plattenkörper oder nur in Folienstärke ausgebildet.
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Das „elastische Tastenelement” ist zumindest teilweise elastisch ausgestaltet, d. h. besteht zumindest teilweise aus einem elastischen Material und/oder ist zumindest teilweise elastisch ausgebildet. Das Tastenelement ist aus einer oder mehreren Komponenten aufgebaut, von denen nicht notwendigerweise alle elastisch ausgestaltet sein müssen. Das Tastenelement ist vorzugsweise in einem Bereich elastisch ausgestaltet, welcher der Sensorfläche der Trägerplatte zugeordnet ist. Die Elastizität des Tastenelements soll einerseits die Bewegung des Tastenelements bei einer Druckbeaufschlagung durch einen Benutzer ermöglichen und andererseits eine Rückstellkraft bei Nachlassen bzw. Beendigung der Druckbeaufschlagung bereitstellen.
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Unter der „Benutzerseite” soll in diesem Zusammenhang die Seite verstanden werden, welche im eingebauten Zustand des Berührungsschalters einem Benutzer zugewandt ist.
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Die „zumindest teilweise Beabstandung” des Tastenelements von der Sensorfläche der Trägerplatte in der Ruhestellung der Berührungsschalters soll im Rahmen der Erfindung bedeuten, dass das Tastenelement derart ausgebildet und/oder angeordnet ist, dass zumindest ein der Sensorfläche zugeordneter Abschnitt bzw. Bereich des Tastenelements von dieser Sensorfläche beabstandet ist. In ähnlicher Weise soll die „zumindest teilweise Bewegbarkeit” des Tastenelements bei einer Druckbeaufschlagung im Rahmen der Erfindung bedeuten, dass das Tastenelement derart ausgebildet und/oder angeordnet ist, dass zumindest ein der Sensorfläche zugeordneter Abschnitt bzw. Bereich des Tastenelements relativ zu dieser Sensorfläche bewegt werden kann. Diese „Bewegung” des Tastenelements erfolgt vorzugsweise durch eine Verformung und/oder Bewegung des elastischen Tastenelements derart, dass sich zumindest der der Sensorfläche zugeordnete Abschnitt bzw. Bereich des Tastenelements relativ zu dieser Sensorfläche bewegt.
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Mit der „Kraft-Weg-Kennlinie” des Tastenelements wird die Rückstellkraft, welche vom Benutzer beim Weiterbewegen des Tastenelements überwunden werden muss, gegenüber dem Bewegungsweg aus der Ruhestellung angegeben. Die „nicht streng monotone” Kraft-Weg-Kennlinie soll in diesem Zusammenhang bedeuten, dass die Kennlinie zumindest einen Abschnitt ohne Gradienten oder mit einem Vorzeichenwechsel des Gradienten aufweist. Bei der nicht streng monotonen Kraft-Weg-Kennlinie handelt es sich vorzugsweise um eine nicht streng monoton steigende Kennlinie. Das elastische Tastenelement hat „zumindest teilweise” diese nicht streng monotone Kraft-Weg-Kennlinie. Dies soll in diesem Zusammenhang bedeuten, dass die spezielle Kraft-Weg-Kennlinie zumindest in einem der Sensorfläche zugeordneten Abschnitt bzw. Bereich des Tastenelements, nicht aber notwendigerweise im gesamten Tastenelement verwirklicht ist. Die Kraft-Weg-Kennlinie hat vorzugsweise eine Durchbrechung des monotonen Verlaufs, kann aber wahlweise auch zwei oder mehr derartige Abschnitt aufweisen.
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Die Art und Weise sowie das Ausmaß der taktilen Rückmeldung sind vorzugsweise durch eine geeignete Auswahl des Materials bzw. der Materialeigenschaften des elastischen Tastenelements sowie durch seine spezifische Formgebung und die verwendeten Materialstärken einstellbar.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist das Tastenelement zumindest teilweise eine Kraft-Weg-Kennlinie mit einem Kraftsprung auf. Der Kraftsprung stellt eine besonders deutliche Durchbrechung der Monotonie des Kennlinienverlaufes dar.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist das Tastenelement einen Tellerabschnitt auf, welcher der Sensorfläche zugeordnet ist und die spezifische Kraft-Weg-Kennlinie des Tastenelements aufweist.
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In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist das Tastenelement ein Schaltmattenelement auf. Das Schaltmattenelement ist vorzugsweise aus einem Kunststoffmaterial, bevorzugt aus Silikon gefertigt. Die bei einer Druckbeaufschlagung gewünschte Bewegung des Tastenelements erfolgt in diesem Fall vorzugsweise durch den Membranabschnitt des Schaltmattenelements.
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In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist das Tastenelement eine Schnappscheibe auf. Die Schnappscheibe ist vorzugsweise aus einem Metall, bevorzugt aus einem Federstahl gefertigt. Eine derartige Schnappscheibe verstärkt die taktile Rückmeldung und ermöglicht ggf. zusätzlich eine akustische Rückmeldung. Unter einer „Schnappscheibe” soll in diesem Zusammenhang eine haubenförmig gebogene Scheibe verstanden werden, die bei einer Druckbeaufschlagung plötzlich in einen metastabilen Zustand verbogen wird. Solche Schnappscheiben werden zum Teil auch als „Knackfrösche” bezeichnet.
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Besonders bevorzugt weist das elastische Tastenelement ein Schaltmattenelement und eine Schnappscheibe auf. Die Schnappscheibe ist bevorzugt mit dem Schaltmattenelement verbunden oder lose zwischen diesem und der Sensorfläche eingesetzt. Im Rahmen der Erfindung kann das elastische Tastenelement aber auch anders gestaltete Federelemente und andere Kombinationen von Federelementen aufweisen.
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In einer noch weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist das Tastenelement eine der Benutzerseite zugewandte Kappe auf. Diese Kappe bildet die Bedienfläche des Berührungsschalters. Die Kappe ist grundsätzlich aus einem beliebigen Material gefertigt, sie weist vorzugsweise Kunststoffmaterial und/oder Metall auf. Die Kappe ist vorzugsweise mit einer optischen Kennzeichnung und/oder einer haptischen Kennzeichnung versehen. Diese Kennzeichnung kann dem Benutzer helfen, verschiedene Berührungsschalter bzw. die mit diesen verbundenen Funktionalitäten voneinander zu unterscheiden.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung enthält das Tastenelement eine Platte aus einem elektrisch leitenden Material. Die Platte ist vorzugsweise aus einem Metall gebildet. Zudem ist dieser Platte vorzugsweise eine Isolierung gegenüber angrenzenden Komponenten zugeordnet. Die Platte bildet vorzugsweise die dem Benutzer zugewandten Bedienfläche des Tastenelements.
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In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist wenigstens eine Lichtquelle vorgesehen und ist das Tastenelement zumindest teilweise lichtdurchlässig ausgebildet. Auf diese Weise lässt sich ein hinterleuchteter bzw. optisch gekennzeichneter Berührungsschalter realisieren. Die wenigstens eine Lichtquelle weist vorzugsweise eine Leuchtdiode und/oder ein Lichtleitelement auf. Die wenigstens eine Lichtquelle ist vorzugsweise zentral oder umfänglich in Bezug zur Sensorfläche angeordnet. Ferner ist die wenigstens eine Lichtquelle vorzugsweise auf der Trägerplatte angeordnet und montiert.
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Bei dieser Ausführungsform mit wenigstens einer Lichtquelle ist das elastische Tastenelement zumindest teilweise lichtdurchlässig ausgebildet. Im Fall eines Schaltmattenelements besteht dieses vorzugsweise zumindest teilweise aus einem lichtdurchlässigen Material. Ist eine Schnappscheibe vorgesehen, so weist diese vorzugsweise wenigstens eine Durchbrechung auf. Auch im Fall einer vorhandenen Kappe weist diese vorzugsweise wenigstens eine Durchbrechung auf. Die Lichtdurchlässigkeit des Tastenelements bezieht sich in diesem Zusammenhang jeweils auf die von der Lichtquelle ausgesendete Strahlung.
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In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist das Tastenelement auf der Trägerplatte befestigt. Die Befestigung des Tastenelements ist vorzugsweise durch Zapfen oder dergleichen Elemente am Tastenelement verwirklicht, welche in entsprechende Durchbrechungen oder Öffnungen in der Trägerplatte eingreifen.
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Die Erfindung betrifft auch eine Bedienvorrichtung mit wenigstens einem kapazitiven Berührungsschalter gemäß der vorliegenden Erfindung. Die Bedienvorrichtung weist vorzugsweise eine Abdeckplatte (aus beliebigem Material) auf, welche eine Durchbrechung aufweist, durch welche das Tastenelement zumindest teilweise heraus ragt.
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Falls die Bedienvorrichtung mehrere solcher kapazitiven Berührungsschalter aufweist, so weisen diese vorzugsweise ein gemeinsames elastisches Tastenelement auf. Dieses gemeinsame Tastenelement ist allen Berührungsschaltern der Bedienvorrichtung oder zumindest einer Gruppe von mehreren Berührungsschaltern zugewiesen. Das gemeinsame Tastenelement weist den einzelnen Berührungsschaltern bzw. deren Sensorflächen zugeordnete Abschnitte auf, welche mit der speziellen Kraft-Weg-Kennlinie ausgebildet sind.
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Falls die Bedienvorrichtung mehrere kapazitive Berührungsschalter aufweist, so sind diese vorzugsweise auf einer gemeinsamen Trägerplatte angeordnet.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist auf der Trägerplatte auch eine mit der Sensorfläche verbundene Auswerteelektronik angeordnet. In Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung dient die „Auswerteelektronik” dem Verarbeiten und Auswerten der an der Sensorfläche detektierten Ausgangssignale, um ein Betätigen des Berührungsschalters festzustellen. Von dieser Auswerteelektronik zu unterscheiden ist die Steuerung z. B. des Haushaltsgerätes, mit welcher die Auswerteelektronik verbunden ist und welche wahlweise wie die Auswerteelektronik auf der Trägerplatte oder an einer anderen Stelle im Haushaltsgerät angeordnet sein kann. In einigen Anwendungen kann die Auswerteelektronik auch in diese Steuerung integriert sein.
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Obige sowie weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter, nicht-einschränkender Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen besser verständlich. Darin zeigen:
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1 eine schematische Schnittansicht eines kapazitiven Berührungsschalters gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
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1A eine beispielhafte Kraft-Weg-Kennlinie eines elastischen Tastenelements eines kapazitiven Berührungsschalters der Erfindung;
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2 eine schematische Schnittansicht eines kapazitiven Berührungsschalters gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
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3 eine schematische Schnittansicht eines kapazitiven Berührungsschalters gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
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4 eine schematische Schnittansicht eines kapazitiven Berührungsschalters gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
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5 eine schematische Schnittansicht eines kapazitiven Berührungsschalters gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
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6 eine schematische Schnittansicht eines kapazitiven Berührungsschalters gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und
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7 eine schematische, perspektivische Explosionsansicht mit kapazitiven Berührungsschaltern gemäß der vorliegenden Erfindung.
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Anhand von 1 und 1A werden Aufbau und Funktionsweise eines kapazitiven Berührungsschalters gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel näher erläutert. Dieser Berührungsschalter kann in vorteilhafter Weise zum Beispiel in einer Bedienvorrichtung für ein elektrisches bzw. elektronisches Haushaltsgerät (Herd, Kochfeld, Mikrowellenofen, Spülmaschine, Waschmaschine, Wäschetrockner, etc.) verwendet werden.
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Der kapazitive Berührungsschalter weist eine hinter einer Abdeckplatte bzw. Bedienblende 10 angeordnete Sensorfläche 14 auf, die auf einer Trägerplatte 12 montiert ist. Die Abdeckplatte 10 besteht grundsätzlich aus einem beliebigen Material (Kunststoff, Metall, Glas, Glaskeramik, etc.). Bei der Trägerplatte 12 handelt es sich zum Beispiel um eine Leiterplatte oder eine einfache Kunststoffplatte, wahlweise auch in Folienstärke.
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In der Abdeckplatte 10 ist eine Durchbrechung 16 vorgesehen. Diese Durchbrechung 16 ist entsprechend der Position, Größe und Gestalt der Sensorfläche 14 auf der Trägerplatte 12 angeordnet, d. h. dieser Sensorfläche 14 zugeordnet. Wie in 1 angedeutet, ist die Durchbrechung 16 in der Abdeckplatte 10 beispielsweise größer als die Sensorfläche 14 auf der Trägerplatte 12 dimensioniert.
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Der Sensorfläche 14 auf der Trägerplatte 12 ist zudem ein elastisches Tastelement zugeordnet. Dieses Tastelement weist in diesem Ausführungsbeispiel im Wesentlichen ein Schaltmattenelement 20 (zum Beispiel aus Silikon, in Druck- oder Spritzgusstechnik hergestellt) auf, welches einen der Sensorfläche 14 zugeordneten Tellerabschnitt (bzw. Membranabschnitt) 22 enthält. Auf dem Tellerabschnitt 22 ist zudem eine Kappe 18 zum Beispiel aus Kunststoff angeordnet, welche – zumindest in der dargestellten Ruhestellung des Berührungsschalters – durch die Durchbrechung 16 aus der Abdeckplatte 10 heraus ragt. Der Tellerabschnitt 22 besitzt eine Membrankontur, wie sie von Schaltmatten zum Beispiel für Tastaturen bekannt sind.
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Der Tellerabschnitt 22 des Schaltmattenelements 20 besitzt eine spezielle Kraft-Weg-Kennlinie, welche in 1A beispielhaft veranschaulicht ist. Insbesondere ist die Kraft-Weg-Kennlinie des Tellerabschnitts 22 nicht streng monoton steigend, sondern zeigt einen Kraftsprung Fc, d. h. einen Kennlinienabschnitt mit einem negativen Gradienten.
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Wenn ein Benutzer den Berührungsschalter betätigt und dabei auf die Kappe 18 des Tastenelements drückt, so verformt sich der Tellerabschnitt 22 des Schaltmattenelements 20 (Umschnappen) und geht schließlich in Anschlag gegen die Sensorfläche 14 (Endlage). Bei dieser Hubbewegung des Tellerabschnitts 22 muss der Benutzer zunächst immer mehr Kraft aufwenden, bis die Rückstellkraft des Tellerabschnitts 22 plötzlich deutlich abfällt (Kraftsprung Fc), um dann wieder stark anzusteigen. Der Benutzer spürt diesen Kraftsprung Fc deutlich und erhält auf diese Weise eine taktile Rückmeldung über die Betätigung des Berührungsschalters.
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Diese spezielle Ausbildung des Tellerabschnitts 22 im Schaltmattenelement 20 bewirkt außerdem eine Rückstellung des Tastenelements 18–22 in seine Ruhestellung, sobald vom Benutzer keine Druckkraft mehr ausgeübt wird.
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Mit der mechanischen Betätigung des Tastenelements ist allerdings keine Funktionalität des Berührungsschalters verknüpft. Signaltechnisch handelt es sich um einen kapazitiven Berührungsschalter.
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Der Kondensator des kapazitiven Berührungsschalters wird einerseits durch die Sensorfläche 14 auf der Trägerplatte 12 und andererseits durch zum Beispiel einen Finger eines Benutzers gebildet. Die Dielektrizitätskonstante dieses Kondensators wird dann bestimmt durch den Luftspalt zwischen der Kappe 18 des Tastenelements und dem Benutzerfinger, das Material (Art und Stärke) der Kappe 18, das Material (Art und Stärke) des Tellerabschnitts 22 des Schaltmattenelements 20 sowie den definierten Luftspalt zwischen dem Tellerabschnitt 22 und der Sensorfläche 14.
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Der an der Sensorfläche 14 von der Auswerteelektronik (nicht dargestellt) detektierbare Signalpegel hängt u. a. von der Dielektrizitätskonstante des so gebildeten Kondensators ab und verändert sich entsprechend dem Betätigungszustand des Berührungsschalters. Insbesondere kann die Auswerteelektronik auf der Basis des Signalpegels die folgenden Betätigungszustände unterscheiden: i) keine Betätigung bzw. Ruhezustand, ii) Annäherung eines Benutzerfingers an das Tastenelement 18–22, iii) Berühren des Tastenelements 18–22 mit einem Benutzerfinger, und iv) Drücken des Tastenelements 18–22. Der Betätigungszustand iv) des Drückens des Tastenelements 18–22 kann bei Bedarf weiter differenziert werden, da sich je nach Weg des Tellerabschnitts 22 durch den sich verändernden Luftspalt zwischen Sensorfläche 14 und Tellerabschnitt 22 unterschiedliche Kapazitäten einstellen.
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Das Schaltmattenelement 20 ist vorzugsweise auf der Benutzerseite der Trägerplatte 12 befestigt. Beispielsweise wird das Schaltmattenelement 20 außerhalb des Tellerabschnitts 22 mit der Trägerplatte 12 verklebt oder ist mit Zapfen versehen, welche in entsprechende Durchbrechungen oder Löcher in der Trägerplatte 12 eingreifen.
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2 zeigt den Aufbau eines zweiten Ausführungsbeispiels eines kapazitiven Berührungsschalters. Gleiche bzw. entsprechende Komponenten sind mit den gleichen Bezugszeichen wie im ersten Ausführungsbeispiel gekennzeichnet.
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Der Berührungsschalter dieses Ausführungsbeispiels enthält zusätzlich zu den Merkmalen des obigen Berührungsschalters von 1 eine Hinterleuchtung. Zu diesem Zweck ist auf der Trägerplatte 14 wenigstens eine Lichtquelle 24 in Form zum Beispiel einer Leuchtdiode angeordnet. Wie in 2 dargestellt, ist diese Lichtquelle 24 beispielsweise zentral in Bezug auf die Sensorfläche 14 positioniert. Außerdem kann die Lichtquelle 24 unterschiedlich farbige Leuchtdioden zur Kennzeichnung von verschiedenen Betriebszuständen des Haushaltsgerätes enthalten.
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Um die Hinterleuchtung zu ermöglichen, ist das Schaltmattenelement 20 oder zumindest sein Tellerabschnitt 22 aus einem lichtdurchlässigen Material gefertigt. Die Kappe 18 auf dem Tellerabschnitt 22 ist beispielsweise ebenfalls aus einem lichtdurchlässigen Material gefertigt oder weist eine speziell ausgestaltete Durchbrechung zur Kennzeichnung dieses Berührungsschalters auf.
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Im Übrigen entspricht dieses Ausführungsbeispiel dem oben beschriebenen Berührungsschalter des ersten Ausführungsbeispiels.
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3 zeigt den Aufbau eines dritten Ausführungsbeispiels eines kapazitiven Berührungsschalters. Gleiche bzw. entsprechende Komponenten sind mit den gleichen Bezugszeichen wie im ersten Ausführungsbeispiel gekennzeichnet.
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Der Berührungsschalter dieses Ausführungsbeispiels enthält zusätzlich zu den Merkmalen des obigen Berührungsschalters von 1 eine Metallplatte 26 in der Kappe 18 des Tastenelements 18–22, Diese Metallplatte 26 dient der Kennzeichnung und speziellen Gestaltung der Bedienfläche des Berührungsschalters. Obwohl nicht dargestellt, ist zudem eine Isolierung vorgesehen, um die elektrisch leitende Metallplatte 26 von angrenzenden Komponenten (z. B. Abdeckplatte 10 aus einem elektrisch leitenden Material) zu trennen. Bei dieser Ausführungsform des Tastenelements 18–22 mit Metallplatte 26 wird der Kondensator durch die Sensorfläche 14 und die Metallplatte 26 gebildet und seine Dielektrizitätskonstante insbesondere bestimmt durch das Material (Art und Stärke) der Kappe 18, das Material (Art und Stärke) des Tellerabschnitts 22 des Schaltmattenelements 20 sowie den Luftspalt zwischen dem Tellerabschnitt 22 und der Sensorfläche 14. Die Metallplatte 26 verbessert die Auswertbarkeit des an der Sensorfläche 14 detektierbaren Signalpegels und damit die Differenzierung der einzelnen Betätigungszustände des Berührungsschalters.
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Anstelle der eingesetzten oder aufgebrachten Metallkappe 26 kann auch ein metallischer Überzug auf der Kunststoffkappe 18 vorgesehen sein.
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Im Übrigen entspricht dieses Ausführungsbeispiel dem oben beschriebenen Berührungsschalter des ersten Ausführungsbeispiels.
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4 zeigt den Aufbau eines vierten Ausführungsbeispiels eines kapazitiven Berührungsschalters. Gleiche bzw. entsprechende Komponenten sind mit den gleichen Bezugszeichen wie in den obigen Ausführungsbeispielen gekennzeichnet.
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Der in 4 gezeigte Berührungsschalter stellt eine Kombination der Ausführungsbeispiele von 2 und 3 dar. Mit anderen Worten enthält der kapazitive Berührungsschalter dieses Ausführungsbeispiels ausgehend von der in 1 dargestellten Grundform eine Lichtquelle 24 auf der Trägerplatte 12 und eine Metallplatte 26 in der Kappe 18 des Tastenelements.
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Zur Hinterleuchtung ist die Metallplatte 26 kleiner als die lichtdurchlässige Kappe 18 ausgebildet, sodass die Metallplatte 26 von einem Leuchtstreifen umgeben ist. Alternativ oder zusätzlich kann die Metallplatte 26 auch mit einer speziellen Durchbrechung zu Kennzeichnungszwecken versehen sein.
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Im Übrigen entsprechen die Merkmale dieses Ausführungsbeispiel jenen der oben beschriebenen Ausführungsbeispiele.
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5 zeigt den Aufbau eines fünften Ausführungsbeispiels eines kapazitiven Berührungsschalters. Gleiche bzw. entsprechende Komponenten sind mit den gleichen Bezugszeichen wie im ersten Ausführungsbeispiel gekennzeichnet.
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Der Berührungsschalter dieses Ausführungsbeispiels enthält zusätzlich zu den Merkmalen des obigen Berührungsschalters von 1 eine Schnappscheibe 28, welche zwischen der Sensorfläche 14 und dem Tellerabschnitt 22 des Schaltmattenelements 20 angeordnet ist. Diese Schnappscheibe 28 verstärkt die taktile Rückmeldung bei der Betätigung des Berührungsschalters, da die Schnappscheibe 28 eine Kraft-Weg-Kennlinie mit einem sehr ausgeprägten Kraftsprung aufweist. Die Schnappscheibe ist beispielsweise aus Metall gebildet, ihre der Sensorfläche zugewandte Seite kann wahlweise mit einer Isolierschicht versehen sein.
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Im Übrigen entspricht dieses Ausführungsbeispiel dem oben beschriebenen Berührungsschalter des ersten Ausführungsbeispiels.
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6 zeigt den Aufbau eines sechsten Ausführungsbeispiels eines kapazitiven Berührungsschalters. Gleiche bzw. entsprechende Komponenten sind mit den gleichen Bezugszeichen wie in den obigen Ausführungsbeispielen gekennzeichnet.
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Der in 6 gezeigte Berührungsschalter stellt eine Kombination der Ausführungsbeispiele von 2 und 5 dar. Mit anderen Worten enthält der kapazitive Berührungsschalter dieses Ausführungsbeispiels ausgehend von der in 1 dargestellten Grundform eine Lichtquelle 24 auf der Trägerplatte 12 und ein Tastenelement mit einer Schnappscheibe 28. Zur Hinterleuchtung ist die Schnappscheibe 28 mit einer Durchbrechung 30 ausgebildet.
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Im Übrigen entsprechen die Merkmale dieses Ausführungsbeispiel jenen der oben beschriebenen Ausführungsbeispiele.
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Obwohl nicht dargestellt, können die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele auch weiter miteinander kombiniert werden. So sind zum Beispiel auch Berührungsschalter denkbar, bei denen ausgehend von der Grundform von 1 zusätzlich eine Metallplatte 26 in der Kappe 28 (3) und eine Schnappscheibe 28 (5) vorgesehen sind.
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Bei allen oben beschriebenen Ausführungsbeispielen besteht ferner die Möglichkeit der Vereinfachung, falls eine Bedienvorrichtung mit mehreren solchen Berührungsschaltern ausgestattet werden soll. Wie in 7 veranschaulicht, kann in einem solchen Fall eine gemeinsame Trägerplatte 12 zum Montieren der Sensorflächen 14 und ggf. der Lichtquellen 24 vorgesehen sein. Zusätzlich oder alternativ kann ein gemeinsames Schaltmattenelement 20 mit mehreren Tellerabschnitten 22 und mehreren Kappen 18 zum Bilden eines gemeinsamen elastischen Tastenelements vorgesehen sein.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Abdeckplatte, z. B. Bedienblende
- 12
- Trägerplatte, z. B. Leiterplatte
- 14
- Sensorfläche
- 16
- Durchbrechung in 10
- 18
- Kappe
- 20
- Schaltmattenelement
- 22
- Tellerabschnitt
- 24
- Lichtquelle, Leuchtdiode
- 26
- Metallplatte
- 28
- Schnappscheibe, z. B. Metalldom
- 30
- Durchbrechung in 28
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2008/015225 A1 [0005]
- DE 2744206 C2 [0006]
- GB 2091489 A [0006]
