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Die Erfindung betrifft ein Bedienelement, insbesondere ein Bedienelement für ein Kraftfahrzeug. Bei in Kraftfahrzeugen verwendeten Bedienelementen besteht generell Bedarf nach Gewicht und Bauraum sparenden Konstruktionen. Darüber hinaus müssen die Bedienelemente hohe Zuverlässigkeit und Langzeitstabilität aufweisen und insbesondere den vergleichsweise hohen Temperaturschwankungen widerstehen können. Schon aus diesem Grund werden solche Konstruktionen bevorzugt, bei denen die Anzahl der mechanisch zusammenwirkenden Komponenten reduziert sind. Darüber hinaus bergen mechanisch anspruchsvolle Konstruktionen das Risiko einer Insassenverletzung im Falle eines Fahrzeugcrashs. Aus den vorgenannten Gründen werden derzeit Bedienelemente bevorzugt, bei denen eine kapazitive Auswertung der Betätigung vorgenommen wird. Mit dieser Messmethode geht einher, dass die damit verbundene Messkapazität störanfällig, beispielsweise nicht nur gegenüber störender elektromagnetischer Strahlung, ist. Insbesondere wenn zwischen den dafür verwendeten Elektroden eine offene Luftkammer vorhanden ist, besteht das Problem, dass durch eindringenden Schmutz oder Flüssigkeit oder Feuchte die Messkapazität variieren kann und die Funktion des Bedienelements gestört wird.
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Es besteht daher Bedarf nach einem Bedienelement mit kapazitiver Detektion, welches störunanfälliger ist, wobei gleichzeitig die Vorteile einer hohen Integrationsdichte, geringer Verschleiß und geringes Gewicht erhalten bleiben. Diese Aufgabe wird durch ein Bedienelement gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind jeweils Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Es ist darauf hinzuweisen, dass die in den Ansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale in beliebiger, technologisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden können und weitere Ausgestaltungen der Erfindung aufzeigen. Die Beschreibung, insbesondere im Zusammenhang mit den Figuren, charakterisiert und spezifiziert die Erfindung zusätzlich.
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Die Erfindung betrifft ein Bedienelement, welches einen Träger aufweist. Der Begriff Träger ist weit auszulegen. Er definiert beispielsweise eine Anlagefläche für wenigstens eine weitere erfindungsgemäß vorgesehene Komponente des Bedienelements, beispielsweise den nachfolgend beschriebenen Schichtaufbau. Die Anlagefläche ist beispielsweise eben oder in wenigstens eine Richtung gekrümmt.
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Das Material des Trägers umfasst beispielsweise einen Kunststoff, wie einen Thermoplast. Das Bedienelement weist ferner ein Bedienteil auf, welches wenigstens eine Betätigungsfläche definiert, die bei Einwirkung einer auf die Betätigungsfläche einwirkenden Betätigungskraft beweglich oder elastisch nachgebend ist. Beispielsweise ist das Bedienteil eine durchgehende Schicht aus einem elastisch verformbaren Material, wobei die Betätigungsfläche lediglich durch optisch und/oder haptische Begrenzungen in der durch die Schicht definieren Oberfläche eingebettet und markiert ist. Gemäß einer anderen Ausführungsform ist die Betätigungsfläche filmgelenkig mit dem verbleibenden Rest des Bedienteils verbunden.
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Erfindungsgemäß ist ferner ein zwischen dem Bedienteil und dem Träger angeordneter und bei Einwirken der Betätigungskraft auf die Betätigungsfläche sich elastisch verformender Schichtaufbau vorgesehen.
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Erfindungsgemäß weist der Schichtaufbau wenigstens eine erste, dem Träger zugeordnete Elektrode und eine zweite, dem Bedienteil zugeordnete und unterhalb der Betätigungsfläche angeordnete Elektrode zur Definition einer in Abhängigkeit der Betätigungskraft variierenden Messkapazität auf. Die Messkapazität ist beispielsweise vorgesehen, um mittels einer Auswerteinheit eine Änderung der Messkapzität zu detektieren, so dass dieser Änderung eine Steuer- oder Schaltfunktion zugeordnet werden kann. Bevorzugt liegt wird die zweite Elektrode durch die Auswerteinheit mit Erdpotenzial belegt.
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Der erfindungsgemäße Schichtaufbau weist ferner eine Zwischenschicht auf, die eine zwischen der ersten und zweiten Elektrode angeordnete Ausnehmung zur Definition einer Hohlkammer aufweist, die sich somit bei Betätigung verformt. Die Hohlkammer ist bevorzugt in Richtung der Betätigungskraft blickend unter der Betätigungsfläche angeordnet. Der Außenumfang der Hohlkammer in der zur Betätigungskraft senkrechten Ebene weist beispielsweise eine Form auf die der des Außenumfangs der Betätigungsfläche entspricht, wobei beide Formen nicht zwingend kongruent sein müssen. Die Hohlkammer weist beispielsweise Abmessungen auf, die denen der Betätigungsfläche entsprechen oder deren Abmessungen übersteigen. Die Hohlkammer ist beispielsweise durch Ausstanzen der Zwischenschicht hergestellt. Die Hohlkammer wird beispielsweise durch weitere Schichten des Schichtaufbaus oder durch den Träger oder das Bedienteil selbst begrenzt. Die Hohlkammer ist vorgesehen, um so bei Betätigung eine vergleichsweise starke Annäherung der Elektroden und somit eine starke Änderungen der Messkapazität bewirken zu können.
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Erfindungsgemäß sind ferner Mittel zur Be- und Entlüftung der Hohlkammer vorgesehen, wobei die Mittel zur Be- und Entlüftung wenigstens teilweise in den Schichtaufbau insbesondere die Zwischenschicht integriert sind. Durch diese Integration in die Zwischenschicht wird sichergestellt, dass die Be- bzw. Entlüftung der Hohlkammer, die für deren Komprimierung bei der Betätigung bzw. Expandierung bei der elastischen Rückstellung bei Wegfall der Betätigung notwendig ist, auf vorgegebenem Weg, insbesondere Kanal, erfolgt. Dadurch kann bei geeigneter Positionierung der Ein- und Austrittsöffnung dieser Mittel das Risiko minimiert werden, dass die Messkapazität beeinflussender Schmutz bzw. Flüssigkeit oder Feuchte in die Hohlkammer eindringt.
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Beispielsweise ist diese Ein- und Austrittsöffnung nicht im Bedienteil vorgesehen. Gemäß einer Ausgestaltung ist diese Ein- und Austrittsöffnung im Schichtaufbau, beispielsweise einer freiliegenden Flanke der Zwischenschicht vorgesehen, bevorzugt ist sie auf der dem Bedienteil abgewandten Seite des Trägers angeordnet, wobei sich beispielsweise ein in die Ein- und Austrittsöffnung mündender Kanal durch den Träger erstreckt.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung umfassen die Mittel zur Be- und Entlüftung eine mikroporöse Membran. Mikroporöse Membran meint eine Porenöffnung kleiner als 1 Mikrometer, bevorzugt kleiner als 0,20 Mikrometer, noch bevorzugter kleiner oder gleich 0,07 Mikrometer. Beispielsweise handelt es sich um eine gestrechte Polypropylenfolie. Zur Porenbildung wurde beispielsweise beim Herstellungsprozess Calciumcarbonat eingebracht. Bevorzugt ist die Membran aus hydrophobem und/oder oleophobem Materiel oder weist eine solche Beschichtung auf. Bevorzugt ist eine Polytetrafluorethylen aufweisende Membran vorgesehen. Die mikroporöse Membran verhindert das Eindringen von Schmutzpartikeln mit entsprechend größerem Partikeldurchmesser und von in flüssiger Phase befindlichen Flüssigkeiten in die Hohlkammer. Die Membran kann in die Zwischenschicht integriert sein. Bevorzugt ist eine die Ein- und Austrittsöffnung bedeckende Anordnung der Membran.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung weisen die erste und zweite Elektrode eine Gitterstruktur, also eine Struktur mit Durchbrüchen, bevorzugt eine regelmäßige Gitterstruktur, auf und die verbleibenden Schichten des Schichtaufbaus sind wenigstens im Bereich der Messkapazität transluzent oder transparent ausgebildet, um so eine Durchleuchtung des Schichtaufbaus für eine in der Betätigungsfläche zu hinterleuchtende Fläche, wie ein Symbol, zu ermöglichen. Beispielsweise ist auf der dem Bedienteil zugewandten Seite des Trägers ein Leuchtmittel, wie eine LED, angeordnet. Bevorzugt sind die Durchbrüche der Gitter von erster und zweiter Elektrode einander wechselseitig überdeckend, beispielswese fluchtend, angeordnet. Die Gitterstruktur weist nicht nur den Vorteil der Durchleuchtung auf, sondern hat ferner den Vorteil, dass bei gleicher elastischen Verformung bei einer vergrößerten, von der Elektrode bedeckten Fläche die Änderung der Messkapazität stärker ausfällt und somit die Empfindlichkeit der Betätigungsdetektion gesteigert ist.
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Beispielsweise bedeckt die zweite Elektrode eine gegenüber der ersten Elektrode größere Fläche, um eine bessere elektromagnetische Abschirmung der Messkapazität zu erreichen.
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Zur besseren elektromagnetischen Abschirmung weist die regelmäßige Gitterstruktur der zweiten Elektrode Durchbrüche mit einem im Vergleich zur ersten Elektrode kleineren Querschnitt auf.
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Bevorzugt weist der Schichtaufbau eine dritte Elektrode, bevorzugt ferner eine vierte Elektrode, auf, die benachbart der Hohlkammer oder benachbart einer weiteren in der Zwischenschicht angeordneten, beispielsweise fluidleitend mit der Vorgenannten verbundenen Hohlkammer angeordnet ist. Diese dritte, gegebenenfalls zusammen mit einer vierten Elektrode ist bezogen auf eine zur Betätigungsfläche senkrechten Richtung seitlich versetzt zur Betätigungsfläche angeordnet ist und eine Referenzkapazität definiert. Die Referenzkapazität wird beispielsweise durch das elektrische Feld zwischen dritter und zweiter Elektrode oder durch das elektrische Feld zwischen dritter und vierter Elektrode gebildet. Die Auswerteinheit wertet beispielsweise die Referenzkapazität aus, um Einflüsse durch Veränderungen der in der Hohlkammer befindlichen Luft oder sonstiger Partikel eliminieren zu können, ohne dass ein Kalibrierschritt erforderlich wäre, wenn nur einzig und allein die Messkapazität zur Auswertung zur Verfügung wäre. Die Form der von der dritten bzw. vierten Elektrode eingenommenen Fläche ist beispielsweise rund oder viereckig. Gemäß einer anderen Ausgestaltung ist die dritte bzw. die vierte Elektrode als eine die Messkapazität definierende, erste bzw. zweite Elektrode umgebende Ringleitung ausgebildet.
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Zur Verbesserung der Kalibriergenauigkeit sind pro Messkapazität mehrere elektrisch leitend verbundene Flächen vorgesehen, die die dritte Elektrode der Referenzkapazität definieren. Sofern vorhanden, weist die vierte Elektrode eine entsprechende Anzahl elektrisch leitend verbundener Flächen auf. Bevorzugt sind die zur dritten bzw. vierten Elektrode gehörenden Flächen um die erste bzw. zweite Elektrode gleichmäßig verteilt angeordnet.
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Zur besseren Anpassung an die durch einen Finger bewirkten elastischen Deformation des Schichtaufbaus ist die von der dritten Elektrode eingenommene Fläche kleiner ist als die von der ersten Elektrode eingenommene Fläche und/oder die von der dritten Elektrode eingenommene Fläche weist eine Ausdehnung in wenigstens ein Richtung auf, die kleiner als 1,0 cm, bevorzugt kleiner als 0,75 cm noch bevorzugter kleiner als 0,50 cm ist. Als ausgenommene Zuleitungen werden solche leitenden Flächen verstanden, die bezogen auf die Betätigungsrichtung versetzt zur Hohlkammer angeordnet sind und/oder eine Maximalabmessung kleiner 1 mm aufweisen.
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Bevorzugt weisen die dritte und die optional vorhandene vierte Elektrode eine geschlossene Fläche auf, um bei vergleichsweise kleiner Abmessung die Referenzkapazität, insbesondere eine an die Messkapazität angepasste Referenzkapazität bereitzustellen.
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Bevorzugt weisen die Mittel zur Be- und Entlüftung wenigstens einen fluidleitenden Kanal auf.
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Bevorzugt ist vorgesehen, dass das Bedienteil mehrere Betätigungsflächen definiert und der Schichtaufbau wenigstens mehrere erste Elektroden aufweist, denen jeweils eine, bevorzugt separate, Messkapazität zugeordnet ist. Jede Messkapazität wird beispielsweise über eine Anordnung aus Kanälen be- und entlüftet. Die Kanäle können in eine gemeinsame Ein- und Austrittsöffnung münden.
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Bevorzugt sind den mehreren Messkapazitäten mehrere separate Hohlkammern und separate Mittel zur Be- und Entlüftung zugeordnet. Separate Mittel zur Be- und Entlüftung meint, dass eine der Anzahl der Messkapazitäten entsprechende Anzahl von Ein- und Austrittsöffnung vorgesehen ist.
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Bevorzugt weist der Schichtaufbau wenigstens eine erste und zweite Folie aus nicht elektrischem Material auf, auf die die erste und zweite und gegebenenfalls die dritte und vierte Elektrode aufgebracht sind. Die Elektroden sind beispielsweise durch Bedruckung mit einem leitfähigen Material, wie ITO, PEDOT, Silber, Gold auf die Folie angeordnet. Die Folien sind beispielsweise auf der der Hohlkammer abgewandten oder zugewandten Seite bedruckt. Insbesondere bei Anordnung auf der der Hohlkammer zugewandten Seite ist eine isolierende die betreffende Elektrode zur Hohlkammer hin bedeckende Schutzschicht, beispielsweise aus UV-härtendem Lack, vorgesehen.
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Bevorzugt ist die leitfähige Schicht wenigstens der ersten und zweiten Elektrode transluzent oder transparent, beispielsweise wird dies durch die Dicke des Auftrags der Schicht oder bevorzugt dadurch erreicht, dass das leitfähige Material transluzent oder transparent ist.
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Bevorzugt handelt es sich um einen flexiblen Folienschichtaufbau, d. h. der Schichtaufbau besteht im Wesentlichen aus geschichteten, bevorzugt stoffschlüssig verbundenen, flexiblen Folien. Bevorzugt ist wenigstens eine Folie eine PET- oder Acetat-Folie.
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Neben den Folien weist der Folienschichtaufbau bevorzugt wenigstens eine Klebstoffschicht, wie eine Acrylat-Klebstoffschicht, auf, die zwischen der ersten Folie und der Zwischenschicht und daran angrenzend und/oder zwischen der zweiten Folie und der Zwischenschicht und daran angrenzend angeordnet ist.
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Die Erfindung betrifft ferner die Verwendung des Bedienelements in einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen in einem Kraftfahrzeug.
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Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert. Die Figuren sind dabei nur beispielhaft zu verstehen und stellen lediglich eine bevorzugte Ausführungsvariante dar. Es zeigen:
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1 eine Schnittansicht der wesentlichen Bestandteile einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Bedienelements 1;
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2 eine Aufsicht auf die dem Träger 6 zugeordnete Schicht 3 des Schichtaufbaus des erfindungsgemäßen Bedienelements 1 aus 1;
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3 eine Aufsicht auf die Zwischenschicht 4 des Schichtaufbaus des erfindungsgemäßen Bedienelements 1 aus 1.
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1 zeigt eine Schnittansicht des erfindungsgemäßen Bedienelements 1, wobei jedoch nur ein Abschnitt des Gesamtaufbaus gezeigt ist. Das Bedienelement 1 weist ein oberes dem Bediener zugewandtes Bedienteil 2 auf. Das Bedienteil 2 definiert mehrere Betätigungsflächen 17. Das Bedienteil 2 ist im Wesentlichen aus einem Thermoplast und im Bereich der Betätigungsflächen 17 elastisch verformbar ausgebildet. Innerhalb der Betätigungsflächen 17 ist eine hinterleuchtbare Leuchtfläche 19 aus transluzentem Material vorgesehen, die ein Symbol darstellt. Es wäre auch eine alternative Ausführungsform denkbar, bei der die Leuchtfläche 19 durch eine dem Symbol entsprechende auf einer Seite des insgesamt transluzenten Bedienteils 2 aufgebrachten, opaken Maske erzeugt wird, auf die hier nicht näher eingegangen wird. Aus Blickrichtung des Bedieners ist unter dem Bedienteil 2 und angrenzend an dieses ein flexibler Folienschichtaufbau 3, 4, 5, 7 vorgesehen.
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Unter dem Folienschichtaufbau 3, 4, 5, 7 ist ein vergleichsweise starrer Träger 6 vorgesehen. Der Folienschichtaufbau 3, 4, 5, 7 erfährt unter einer Einwirkung einer auf die Betätigungsfläche 17 einwirkenden Betätigungskraft F eine elastische Verformung. Zur gezielten elastischen Verformung des Bedienteils 2 an einer vorgegebenen Stelle, nämlich im Bereich der Betätigungsfläche 17 des Folienschichtaufbaus 3, 4, 5, 7 sind in diesem Hohlkammern 12, 12' jeweils an einer mit der Betätigungsfläche 17 korrespondierenden Stelle und in einer der Betätigungsfläche 17 entsprechenden oder diesen überschreitenden Form und Bemaßung eingearbeitet. Wie an der Hohlkammer 12' gezeigt, unterliegt die Hohlkammer 12' bei Betätigung einer Verformung. Um dem Maß der Verformung der betreffenden Hohlkammer 12, 12' eine Schaltfunktion zuordnen zu können, sind in der nach oben und unten angrenzenden Wänden der Hohlkammer 12 jeweils eine erste Elektrode 9 und eine zweite Elektrode 8 aus leitfähigem Material vorgesehen. Die erste Elektrode 9 ist dabei unter der zweiten Elektrode 8 und beide unter der Betätigungsfläche 17 angeordnet. Beide werden von einer nicht gezeigten Auswerteelektronik über die Zuleitungen 27 mit einem elektrischen Feld beaufschlagt, um pro Paarung von erster 9 und zweiter 8 Elektrode eine Messkapazität zu definieren, die mit der Betätigungskraft aufgrund der Verformung der Hohlkammer und sich daraus ergebender Annäherung der ersten 9 und zweiten 8 Elektrode mit der Betätigungskraft F variiert. Dieser Variation kann bei Überschreiten eines vorgegebenen Wertes durch die Auswerteinheit eine Schaltfunktion zugeordnet sein. Bei der Beaufschlagung mit einem elektrischen Feld liegt an der zweiten Elektrode 8 zur besseren Abschirmung vor externen elektromagnetischen Störfeldern Erdpotenzial an. Die Schichten 3, 4, 5 des Schichtaufbaus sind durch Klebeschichten 7 untereinander kraftschlüssig verbunden.
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Versetzt zu den beiden jeweils die Messkapazität definierenden Elektroden 8, 9 ist ferner eine durch die dritte Elektrode 11 und vierte Elektrode 10 definierte Referenzkapazität vorgesehen. Diese Elektroden 10, 11 sind ebenfalls der Hohlkammer 12 oder einer separaten ebenfalls von der Zwischenschicht 4 ausgebildeten und wenigstens mit der vorgenannten Hohlkammer 12 fluidleitend verbundenen Kammer nächstbenachbart aber in Betätigungsrichtung blickend versetzt zur Betätigungsfläche 17 angeordnet. Die von der Verformung bei Betätigung möglichst nicht oder zumindest wenig beeinflusste Referenzkapazität ist vorgesehen, ebenfalls von der nicht dargestellten Auswerteinheit ausgewertet zu werden, um mittels eines oder mehrerer Messschritte und anhand der Referenzkapazität die sich aufgrund von Umwelteinflüssen ändernden dielektrischen Eigenschaften der in der Hohlkammer befindlichen Luft und die sich daraus ergebenden Einflüsse auf die Messkapazität aus eben dieser eliminieren zu können. Sämtliche Elektroden 8, 9, 10, 11 des Schichtaufbaus sind durch einseitige Bedruckung einer transparenten zugehörigen Folie 3, 5 erzeugt. Dabei sind die zweiten 8 und vierten 10 Elektroden auf der oberen Folie 5 aufgedruckt und die ersten 9 und dritten 11 Elektroden auf der unteren Folie 3 aufgedruckt, wobei die bedruckten Seiten einander und der Zwischenschicht 4, bzw. der darin vorgesehenen Hohlkammer 12, 12' zugewandt angeordnet sind.
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Zum Druckausgleich bei Verformung sind Mittel 12, 13, 14, 15, 16 zur Be- und Entlüftung der Hohlkammer 12, 12' vorgesehen. Diese Mittel umfassen einen im Träger 6 befindlichen Kanal 13 der in eine Ein- und Austrittöffnung 15 mündet, die auf der dem Bedienteil 2 abgewandten Seite des Trägers 6 angeordnet ist. Die Öffnung 15 ist ferner mit einer mikroporösen Membran 16 abgedeckt, um das Eindringen von Staub und Fluiden in den Kanal 13 zu behindern. Der Kanal 13 umfasst einen in der Zwischenschicht 4 befindlichen Kanalabschnitt 14a und einen Kanalabschnitt 14b die der fluidleitenden Verbindung der Hohlkammern 12, 12' dient.
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Anhand 2 wird die Form der ersten 9 und dritten 11 Elektrode erläutert. Die zur Messkapazität gehörige erste Elektrode 9 weist eine regelmäßige Gitterstruktur mit Durchbrüchen 20 auf. Die nicht zusätzlich dargestellte zweite Elektrode 8 weist die gleiche Flächenbedeckung auf und ist so überlagert der ersten Elektrode 9 angeordnet, dass deren Durchbrüche paarweise fluchtend liegen, damit, wie in 1 gezeigt, Licht einer unter dem Träger 6 auf einer Platine 26 angeordneten Leuchtquelle 18 jeweils über einen in den Träger 6 integrierten Lichtleiter 24 durch die Durchbrüche 20 der ersten 9 und zweiten 8 Elektroden hindurch und die transparenten Folien 3 und 5 durchdringend bis zur Leuchtfläche 19 gelangen kann, um diese zur Anzeige eines Funktionssymbol zu hinterleuchten.
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Die zur Referenzkapazität gehörige dritte Elektrode 11 weist eine maximale Abmessung 21 auf die wenige als 1 cm beträgt. Dabei soll bestimmungsgemäß die Zuleitung 23 außer Betracht bleiben, da deren Leitungsbreite weniger als 0,5 mm beträgt.
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Anhand der 3 soll der Aufbau der Zwischenschicht 4 näher erläutert werden. Es handelt sich um eine beidseitig mit einer Klebeschicht versehene flexible Folie. Diese weist eine Dicke von 125 μm auf. Die den Messkapazitäten zugeordneten Hohlkammern 12, 12' und die den Referenzkapazitäten zugeordneten Hohlkammern 25 einschließlich der Kanalabschnitte 14a, 14b und 14c zur fluidleitenden Verbindungen der Hohlkammern 12, 12', 25 untereinander und zur Zu- und Entlüftung über den im Träger angeordneten Kanal 13 sind durch Ausstanzungen in die Zwischenschicht 4 und durch Bedeckung mit den angrenzenden Folien 3 und 5 ausgebildet. Die gezeigten Kanalabschnitte 14a, 14b, 14c sind nur exemplarisch zu verstehen. Andere Ausgestaltungen, beispielsweise ausgehend von dem im Träger 6 befindlichen Kanalabschnitt 13 in der Zwischenschicht 4 vollständig separat zu den einzelnen Hohlkammern 12 verlaufende Kanalabschnitte sind ebenfalls denkbar.
