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Anwendungsgebiet und Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft eine Sensorelementeinrichtung für einen kapazitiven Berührungsschalter einer Bedieneinrichtung, eine solche Bedieneinrichtung sowie ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Sensorelementeinrichtung.
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Beispielsweise aus der
EP 2809006 A1 ist es bekannt, eine Sensorelementeinrichtung für einen kapazitiven Berührungsschalter einer Bedieneinrichtung dadurch herzustellen, dass an ein fertiges Sensorelementgehäuse ein kapazitives Sensorelement angespritzt wird aus elektrisch leitfähigem thermoplastischem Elastomer. Das Sensorelementgehäuse kann dabei blockartig sein und aus lichtundurchlässigem Kunststoff bestehen sowie im mittleren Bereich einen durchgehenden Lichtleitkanal von unten nach oben aufweisen. Das kapazitive Sensorelement ist an der Oberseite des Sensorelementgehäuses nach Art von kurzen Stegen bzw. nach Art eines umlaufenden Rahmens angespritzt. Des Weiteren sind an den Eckbereichen nach unten reichende Abschnitte vorgesehen, die zur elektrischen Kontaktierung auf Kontaktfelder einer Leiterplatte drücken, auf der das Sensorelementgehäuse befestigt ist. Dabei kann es jedoch vorkommen, dass das thermoplastische Elastomer altert und seine Elastizität verliert, wodurch der elektrische Kontakt unter Umständen nicht mehr sichergestellt werden kann. Dies kann gravierende Funktionsstörungen mit sich bringen.
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Aufgabe und Lösung
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine eingangs genannte Sensorelementeinrichtung, eine Bedieneinrichtung sowie ein Verfahren zu ihrer Herstellung zu schaffen, mit denen Probleme des Standes der Technik gelöst werden können und es insbesondere möglich ist, die Funktionssicherheit der Sensorelementeinrichtung bzw. der Bedieneinrichtung sicherzustellen bei gleichzeitiger leichter Herstellbarkeit.
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Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Sensorelementeinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1, eine Bedieneinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 10 sowie ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Sensorelementeinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 11. Vorteilhafte sowie bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der weiteren Ansprüche und werden im Folgenden näher erläutert. Dabei werden manche der Merkmale nur für die Sensorelementeinrichtung, nur für die Bedieneinrichtung oder nur für das Verfahren zur Herstellung beschrieben. Sie sollen jedoch unabhängig davon sowohl für die Sensorelementeinrichtung als auch für die Bedieneinrichtung und das Herstellungsverfahren selbständig gelten können. Der Wortlaut der Ansprüche wird durch ausdrückliche Bezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht.
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Es ist vorgesehen, dass die Sensorelementeinrichtung ein Sensorelementgehäuse aufweist, das aus Kunststoff besteht, vorteilhaft lichtundurchlässigem Kunststoff. Das Sensorelementgehäuse weist eine Oberseite und eine Unterseite auf, vorteilhaft ist es im Wesentlichen in etwa blockartig oder quaderartig ausgebildet. Die Sensorelementeinrichtung weist einen durchgehenden Lichtleitkanal auf, der von der Unterseite durch das Sensorelementgehäuse bis zur Oberseite geht. Dabei sollte der Lichtleitkanal zur Seite hin geschlossen sein, so dass seitlich kein Licht aus dem Sensorelementgehäuse austreten kann. Des Weiteren weist die Sensorelementeinrichtung ein kapazitives Sensorelement auf, welches an der Oberseite des Sensorelementgehäuses angeordnet ist. Das Sensorelement weist mehrere längliche Abschnitte auf, wobei mindestens ein Abschnitt davon als kapazitives Sensorelement an der Oberseite ist, und wobei mindestens ein Abschnitt des Sensorelements an einer Seite, also an einer Seite des Sensorelementgehäuses, an dem Sensorelementgehäuse entlang verläuft. Dabei verläuft dieser Abschnitt vom kapazitiven Sensorelement von der Oberseite des Sensorelementgehäuses nach unten bis mindestens zu einer Ebene, die von der Unterseite des Sensorelementgehäuses gebildet ist. Somit kann dieser nach unten verlaufende Abschnitt zur elektrischen Kontaktierung bzw. als elektrischer Anschluss an das kapazitive Sensorelement an der Oberseite des Sensorelementgehäuses dienen. Dieser elektrische Anschluss erfolgt dann eben im Bereich der Unterseite des Sensorelementgehäuses bzw. unten am Sensorelementgehäuse, vorteilhaft wiederum durch ein Kontaktfeld auf einer Leiterplatte oder einem Bauteilträger, auf denen das Sensorelementgehäuse angeordnet ist.
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Erfindungsgemäß besteht das Sensorelement aus Metall bzw. ist metallisch. Vorteilhaft besteht es nur aus Metall bzw. ist ausschließlich metallisch, beispielsweise aus Kupferblech mit entsprechend guten Leitereigenschaften sowie guter Elastizität. Besonders vorteilhaft ist es ein Metallteil bzw. einteilig. Des Weiteren ist das Sensorelementgehäuse in einem Kunststoffspritzgussverfahren oder einem sonstigen Kunststoffverfahren zusammen mit dem Sensorelement hergestellt bzw. das Sensorelementgehäuse wird sozusagen an das Sensorelement angespritzt. Dazu kann das Sensorelement in eine entsprechende Spritzgussform eingebracht werden, nachdem es zuvor in Form gebracht oder gebogen wird. Dann wird Kunststoff eingebracht und damit sozusagen das Sensorelementgehäuse an das Sensorelement angespritzt. Selbst wenn der Anteil des Sensorelementgehäuses im Vergleich zum Sensorelement an der fertigen Sensorelementeinrichtung viel größer ist, wird eben das Sensorelementgehäuse an das Sensorelement angespritzt. Dies liegt auch daran, dass das metallische Sensorelement kaum anders herum integral mit dem Sensorelementgehäuse hergestellt werden kann. Ein nachträgliches Anbringen als reines Überklipsen oder Auflegen des metallischen Sensorelements auf oder an das Sensorelementgehäuse ist zwar theoretisch denkbar. Vor allem aber bei kleinen Baugrößen, wie beispielsweise bei einer vorteilhaften Größe für das Sensorelementgehäuse von weniger als 15 mm oder sogar weniger als 10 mm, ist ein solches nachträgliches Anbringen aber kaum praxistauglich möglich. Die Sensorelementeinrichtung ist also vorteilhaft einteilig bzw. einstückig und zusammenhängend als eine Baueinheit ausgebildet hergestellt.
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Somit kann also eine integrierte und unlösbar miteinander verbundene Baueinheit aus Sensorelement und Sensorelementgehäuse hergestellt werden, die es ermöglicht, mit Metall ein Material für das Sensorelement zu verwenden, welches dauerhaft elastisch bzw. dauerhaft federnd bleibt für einen guten sicheren elektrischen Kontakt. Des Weiteren können die hergestellten Sensorelementeinrichtungen durch die integrale Herstellung als Baueinheit gut automatisiert auf Leiterplatten odgl. bestückt werden bei der Herstellung einer Bedieneinrichtung mit mehreren solcher Sensorelementeinrichtungen.
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Von der Unterseite des Sensorelementgehäuses geht auf bekannte Art und Weise mindestens ein Halteabschnitt ab, vorteilhaft zwei. Damit kann die Sensorelementeinrichtung auf einem Bauteilträger bzw. einer Leiterplatte auf bekannte Art und Weise befestigt werden.
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In Ausgestaltung der Erfindung ist es möglich, dass das Sensorelement an zwei gegenüberliegenden Seiten des Sensorelementgehäuses, vorzugsweise an Schmalseiten eines quaderartigen oder blockartigen Sensorelementgehäuses, von der Oberseite bis zur Unterseite verläuft. Hier verlaufen also die vorgenannten länglichen Abschnitte von der Oberseite des Sensorelementgehäuses, wo das hauptsächliche Sensorelement für den kapazitiven Berührungsschalter gebildet wird, nach unten zur Unterseite zur elektrischen Kontaktierung wie zuvor genannt. Dieser nach unten laufende Abschnitt sollte nahe an einem Eckbereich oder nahe an allen Eckbereichen verlaufen, vorteilhaft direkt am Eckbereich. Dabei ist bevorzugt nicht nur das kapazitive Sensorelement sozusagen teilweise in das Material des Sensorelementgehäuses eingebettet und wird an mindestens zwei Seiten von dem Material des Sensorelementgehäuses berührt, sondern dies kann auch für die nach unten laufenden Abschnitte gelten.
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Das Sensorelement selbst ist vorteilhaft an zumindest zwei Seiten der Oberseite des Sensorelementgehäuses vorgesehen bzw. verläuft entlang von zwei solchen Seiten, bevorzugt über deren gesamte Länge. Dies sind vorteilhaft zwei benachbarte Seiten, so dass diese beiden Abschnitte eine Art Winkel oder ein „L“ bilden. Denkbar ist auch der Verlauf an nur zwei gegenüberliegenden Seiten, dann vorteilhaft entlang von zwei Längsseiten, falls das Sensorelementgehäuse bzw. seine Oberseite nicht quadratisch ist.
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In Ausgestaltung der Erfindung kann das Sensorelement als eine Art Rahmen an der gesamten Oberseite des Sensorelementgehäuses umlaufen, vorteilhaft entlang eines Außenbereichs bzw. eine Außenkante bildend. Innerhalb dieses Rahmens, aber nicht notwendig direkt anschließend, befindet sich der Lichtleitkanal, den das Sensorelement somit völlig frei lässt.
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In Ausgestaltung der Erfindung kann das Sensorelement im Bereich der Unterseite des Sensorelementgehäuses mindestens einen länglichen Abschnitt aufweisen, der als federndes Kontaktbein dient und der frei ist von dem Sensorelementgehäuse. Dieser längliche Abschnitt bzw. das federnde Kontaktbein kann in einem flachen Winkel, beispielsweise 10° bis 60° zur Ebene der Unterseite, und federnd von dem Sensorelement bzw. dem Abschnitt an der Seite des Sensorelementgehäuses abstehen, und zwar grundsätzlich in alle Richtungen, auch zur Seite. Einerseits kann er zwar unter das Sensorelementgehäuse reichen und beispielsweise in einem Winkel von 15° bis 45° oder 50° zur Unterseite des Sensorelementgehäuses stehen. Alternativ und vorteilhaft steht dieses Kontaktbein mit einem solchen Winkel jedoch von dem Sensorelementgehäuse nach außen ab, so dass es freier federn kann. Dieses Kontaktbein liegt dann bei einer erfindungsgemäßen Bedieneinrichtung auf einem Kontaktfeld einer Leiterplatte oder eines anderen Bauteilträgers an.
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In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung besteht das gesamte Sensorelement bzw. das Metallteil im wesentliche oder sogar nur aus länglichen Abschnitten. Diese können bei einer maximalen Länge des Sensorelementgehäuses von 20mm, vorteilhaft 5mm bis 10mm, eine Breite von maximal 2mm oder sogar nur 1mm aufweisen und eine Dicke, also eine Materialstärke, von unter 1mm, beispielsweise nur 0,1mm bis 0,5mm. Das Metallteil kann aus einem entsprechenden Metallblech herausgestanzt sein, was als einfachste Art der Herstellung angesehen wird. Alternativ könnte es auch aus zwei oder wenigen Drähten gebogen sein, die dann entweder einzeln in die Spritzgussform eingebracht werden oder aber vorher miteinander verbunden werden und dann eingebracht werden.
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Bei einem vorgenannten Kontaktbein des Sensorelements kann vorgesehen sein, dass von dessen Ende, das für die genannten Federeigenschaften zur elektrischen Kontaktierung in einem flachen Winkel zu einer Ebene der Unterseite des Sensorelementgehäuses und somit zur aufliegenden Leiterplatte steht, ein Vorsprung nach unten ragt. Dieser Vorsprung kann als eine Art Zapfen wirken und in ein Loch auf der Leiterplatte bzw. dem Bauteilträger eingedrückt werden zur sicheren Befestigung sowie gegebenenfalls zur elektrischen Kontaktierung. Der Vorsprung kann relativ kurz sein, beispielsweise weniger als 2mm oder sogar etwas weniger als 1mm.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann ein vorgeschriebenes federndes Kontaktbein des Sensorelements im Zustand der Sensorelementeinrichtung vor Montage an die Leiterplatte um mindestens 1mm über die Ebene der Unterseite des Sensorelementgehäuses nach unten überstehen. Vorteilhaft sind es beispielsweise maximal 2mm. Dies ist dann der Weg, um den das Kontaktbein bei Befestigung der Sensorelementeinrichtung auf der Leiterplatte nach oben gedrückt wird, um eine dauerhafte federnde Kontaktkraft nach unten zu erzeugen, um den elektrischen Kontakt an das Sensorelement an der Sensorelementeinrichtung sicherzustellen. Dieser Weg entspricht dann in etwa dem Federweg.
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Es ist möglich, ein solches federndes Kontaktbein nur an einer Seite, vorteilhaft einer Schmalseite des Sensorelementgehäuses, vorzusehen. Vorteilhaft und für eine gleichmäßige Befestigung und sichere Kontaktierung kann ein solches abstehendes federndes Kontaktbein an zwei Seiten des Sensorelementgehäuses vorgesehen sein, vorteilhaft an gegenüberliegenden Seiten bzw. an gegenüberliegenden Schmalseiten.
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Der Lichtleitkanal innerhalb des Sensorelementgehäuses ist vorteilhaft mit lichtdurchlässigem Material gefüllt, welches transluzente Eigenschaften aufweisen kann. Ein solches transluzentes Material ist an sich bekannt für derartige Sensorelementeinrichtungen. Im unteren Bereich des Lichtleitkanals kann eine etwa 2mm oder 3mm hohe Aussparung vorgesehen sein, um eine Lichtquelle wie beispielsweise eine SMD-LED darin aufzunehmen. So kann eine Leuchtanzeige an der Sensorelementeinrichtung geschaffen werden.
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Das Sensorelement kann, insbesondere im Bereich der Außenseiten des Sensorelementgehäuses, Ausschnitte bzw. Aussparungen aufweisen. Diese sollten vom Material des Sensorelements umrahmte Felder bzw. Flächen sein. Diese Ausschnitte bzw. Aussparungen können mit Material des angespritzten Sensorelementgehäuses gefüllt sein, wobei dieses bis an eine Außenseite des Sensorelements reichen sollte, um so den Ausschnitt bzw. die Aussparungen aufzufüllen. Unter Umständen kann das Material des Sensorelementgehäuses sogar noch ein Stück weiter überstehen. Dabei kann es das Sensorelement oder einen seinen länglichen Abschnitte teilweise übergreifen oder umgreifen, so dass zumindest dieser Teil des Abschnitts an drei Seiten von dem Material des Sensorelementgehäuses umgeben und eingeschlossen ist. An der Unterseite des Sensorelementgehäuses sind vorteilhaft keine Teile oder Bereiche vorgesehen, die über das Sensorelement bzw. das Metallteil überstehen.
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In einem oberen Bereich des Sensorelementgehäuses bzw. an dessen Oberseite kann in einer Ausgestaltung der Erfindung das Sensorelement mit mindestens einem Abschnitt nach oben von der Oberseite abstehen bzw. über diese Oberseite überstehen. Dies kann unter Umständen ähnlich sein wie zuvor für ein Kontaktbein beschrieben. Ein solcher abstehender bzw. überstehender Abschnitt des Sensorelements ist bevorzugt federelastisch ausgebildet und mit dem restlichen Sensorelement verbunden, beispielsweise in einem Eckbereich an der Oberseite des Sensorelementgehäuses. Während vorstehend für die federnden Kontaktbeine beschrieben worden ist, dass diese von dem Sensorelementgehäuse wegstehen können, sollte ein an der Oberseite abstehender federnder Abschnitt über dem Sensorelementgehäuse liegen. So ist für den kapazitiven Berührungsschalter die räumliche Zuordnung zwischen berührungsempfindlicher Fläche bzw. Berührungsfläche, definiert durch das kapazitive Sensorelement, und beispielsweise einer Leuchtanzeige mit den vorgenannten LED als Lichtquelle möglich. Dabei sollten mindestens zwei solche nach oben abstehenden elastischen Abschnitte vorgesehen sein für das kapazitive Sensorelement, vorteilhaft vier, um ein ausreichend gut wirksames kapazitives Sensorelement zu schaffen.
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In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung sind sämtliche länglichen Abschnitte des Sensorelements gleich breit und gleich dick. Dies vereinfacht die Herstellung und auch ein Biegen des Metallteils in seine gewünschte Form für das Anspritzen des Kunststoffs.
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Einerseits sollte das Metallteil für das kapazitive Sensorelement vor dem Einlegen in die Spritzgussform zumindest teilweise seine endgültige Form aufweisen, insbesondere dort, wo es mit Kunststoff umspritzt oder angespritzt wird bzw. wo es im fertigen Zustand an dem Kunststoff anliegen soll. Es ist aber möglich, beispielsweise um eine Spritzgussform einfacher auszugestalten, manche frei verlaufenden Abschnitte nach dem Spritzgussvorgang umzubiegen, zu verbiegen oder abzubiegen. Dies gilt insbesondere für die vorgenannten abstehenden Abschnitte bzw. federnden Kontaktbeine, aber auch für die an der Oberseite abstehenden Abschnitte, die eigentlich das kapazitive Sensorelement bilden.
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Diese und weitere Merkmale gehen außer aus den Ansprüchen auch aus der Beschreibung und den Zeichnungen hervor, wobei die einzelnen Merkmale jeweils für sich allein oder zu mehreren in Form von Unterkombinationen bei einer Ausführungsform der Erfindung und auf anderen Gebieten verwirklicht sein und vorteilhafte sowie für sich schutzfähige Ausführungen darstellen können, für die hier Schutz beansprucht wird. Die Unterteilung der Anmeldung in einzelne Abschnitte sowie Zwischen-Überschriften beschränken die unter diesen gemachten Aussagen nicht in ihrer Allgemeingültigkeit.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen schematisch dargestellt und werden im Folgenden näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen:
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1 eine Schrägansicht auf eine erfindungsgemäße Sensorelementeinrichtung mit Sensorelementgehäuse und kapazitivem Sensorelement,
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2 einen Längsschnitt durch die Sensorelementeinrichtung aus 1,
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3 einen Querschnitt durch die Sensorelementeinrichtung aus 1,
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4 eine schräge Unteransicht der Sensorelementeinrichtung aus 1,
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5 eine Bedieneinrichtung integriert in ein Kochfeld mit der Sensorelementeinrichtung aus 1 in Seitenansicht,
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6 in Schrägdarstellung ähnlich 1 nur das Metallteil für das kapazitive Sensorelement,
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7 in Schrägansicht ähnlich 1 nur das Sensorelementgehäuse ohne Metallteil,
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8 eine Abwandlung einer Sensorelementeinrichtung ähnlich 1 mit anders abgebogenen Kontaktbeinen,
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9 eine weitere Abwandlung einer Sensorelementeinrichtung mit oben schräg abstehenden Abschnitten als kapazitives Sensorelement und
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10 das Metallteil der Sensorelementeinrichtung aus 9.
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Detaillierte Beschreibung der Ausführungsbeispiele
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In der 1 ist in Schrägdarstellung eine erfindungsgemäße Sensorelementeinrichtung 11 dargestellt, die in der 4 in schräger Unteransicht und in der 5 als Teil einer erfindungsgemäßen Bedieneinrichtung in Seitenansicht dargestellt ist. Die 2 und 3 zeigen zwei Schnittdarstellungen. Des Weiteren ist in 6 ein Metallteil 26 dargestellt, welches das kapazitive Sensorelement sowie einen elektrischen Anschluss bildet. In 7 ist das Sensorelementgehäuse 13 alleine dargestellt, also ohne Metallteil 26. Im Folgenden soll auf diese Figuren Bezug genommen werden bei der Beschreibung.
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Die Sensorelementeinrichtung 11 ist insgesamt im Wesentlichen blockartig bzw. quaderartig ausgebildet. Sie bzw. das Sensorelementgehäuse 13 weist eine Oberseite 15 und eine Unterseite 16 sowie Außenseiten 18a–d auf. Die Außenseiten 18a und 18c sind Schmalseiten, die Außenseiten 18b und 18d sind Längsseiten. In dem Sensorelementgehäuse 13 ist mittig ein Lichtleitkanal 20 vorgesehen, der mit entsprechendem transluzentem Material gefüllt ist bis auf eine Ausnehmung 21 unten für eine Lichtquelle. Das Sensorelementgehäuse 13 an sich besteht aus lichtundurchlässigem Kunststoff. Aus den Schnittdarstellungen der 2 und 3 ist zu erkennen, dass die Oberseite 15 des Sensorelementgehäuses 13 im Wesentlichen von der Oberseite des Lichtleitkanals 20 gebildet wird.
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Von der Unterseite 16 des Sensorelementgehäuses 13 stehen zwei Halteglieder 22a und 22b ab, wie sie grundsätzlich bekannt sind. Sie dienen, wie die 5 zeigt, zum Einstecken in entsprechende Löcher 34 einer Leiterplatte 33, die Teil einer erfindungsgemäßen Bedieneinrichtung 32 ist.
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Das Metallteil 26 ist, wie die alleinige Darstellung der 6 zeigt, skelettartig oder im Wesentlichen rahmenartig ausgebildet und besteht aus einem Teil, das aus Metallblech herausgearbeitet worden ist, beispielsweise aus einem Kupferblech herausgestanzt und dann umgebogen. Im oberen Bereich bzw. die Oberseite 15 des Sensorelementgehäuse 13 umrahmend sind vier Sensorelementabschnitte 27a–d vorgesehen, die das kapazitive Sensorelement bilden. Sie gehen an den Schmalseiten 18a und 18c des Sensorelementgehäuses 13 in nach unten verlaufende Kontaktabschnitte 28a–d über. Kurz vor der Ebene der Unterseite 16 des Sensorelementgehäuses 13 gehen diese Kontaktabschnitte 28a–d in schräg nach außen weg abstehende Kontaktbeine 29a–d über. Diese dienen zur Auflage auf der Leiterplatte 33 entsprechend 5, und zwar auf nicht dargestellten kupfernen Kontaktflächen auf der Oberseite. An den Kontaktbeinen 29a und 29c ist nach unten weisend jeweils ein Kontaktvorsprung 30a und 30c vorgesehen, der entsprechend der 5 in Bohrungen 36a und 36c in der Leiterplatte 33 eingreift. Diese können innen verkupfert sein oder ein oben umlaufendes Kontaktfeld aus Kupfer aufweisen für ein Verlöten der Kontaktbeine 29a und 29c mit der Leiterplatte 33. Die anderen beiden Kontaktbeine 29b und 29d liegen federnd auf der Leiterplatte 33 auf, eventuell auch auf entsprechenden Kontaktfeldern. Vor allem aus der seitlichen Darstellung der 5 ist zu ersehen, wie die Kontaktbeine 29a–d durch ihre seitliche Abbiegung federnd wirken. Hierzu wird nachfolgend noch mehr ausgeführt.
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Im oberen Bereich ist zwischen den Kontaktabschnitten 28a und 28b bzw. 28c und 28d jeweils ein rechteckiger Ausschnitt 31a bzw. 31c vorgesehen. Dieser wird mit Kunststoff des Sensorelementgehäuses 13 ausgespritzt, und zwar in etwa flächenbündig zur Außenseite hin. Dies bildet die Vorsprünge 19a und 19c des Sensorelementgehäuses 13, wie die 7 zeigt. Dadurch ist eine Sicherung des Metallteils 26 gegenüber dem Sensorelementgehäuse 13 gegen seitliches Verschieben oder gegen Abheben nach oben gegeben. Die Vorsprünge 19a und 19c müssten nicht außenseitenbündig mit dem Metallteil 26 sein, sondern können auch überstehen, unter Umständen auch noch zur Seite hin die Kontaktabschnitte 28a–d überlappen, so dass diese tatsächlich auch formschlüssig mit dem Sensorelementgehäuse 13 verbunden sind für eine besonders feste und dauerhafte Verbindung.
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In den freien Raum zwischen den Kontaktabschnitten 28a–d unterhalb der Ausschnitte 31a und 31c, also unterhalb des quer verlaufenden Abschnitts des Metallteils 26, könnte auch noch ein Vorsprung odgl. des Sensorelementgehäuses 13 reichen. Dies wird aber nicht als notwendig angesehen, die Vorsprünge 19a und 19c in den Ausschnitten 31a und 31c sind für diesen Zweck vollkommen ausreichend.
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In der 7 ist zur Verdeutlichung der Lichtleitkanal 20 als Komponente aus transluzentem Material nach oben herausgezogen dargestellt. In der Praxis wird er aber vorteilhaft nicht als separates Teil hergestellt sondern in das Sensorelementgehäuse 13 eingespritzt, sozusagen als allgemein dritter Schritt zur Herstellung der Sensorelementeinrichtung 11.
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Aus der Schnittdarstellung der 2 und 3 ist auch zu ersehen, dass die Oberseite 15 des Sensorelementgehäuses 13 bzw. des Lichtleitkanals 20 oberflächenbündig mit den Sensorelementabschnitten 27a–d des Metallteils 26 ist. Dies muss nicht zwingend so sein, die Oberseite 15 könnte auch etwas nach oben überstehen oder vorteilhaft etwas nach unten zurückversetzt sein. Dann würden die Sensorelementabschnitte 27a–d etwas nach oben überstehen und gut an der Unterseite einer Bedienfläche darüber anliegen.
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In dem Längsschnitt der 2 ist auch die Ausnehmung 21 für die Lichtquelle gut zu erkennen. Des Weiteren ist daraus zu ersehen, dass ein Teil des Sensorelementgehäuses 13 knapp oberhalb der Unterseite 16 die Lichtquelle in Form der LED 35, die in 5 zu ersehen ist, umgibt. Somit ist sichergestellt, dass ihr Licht auch tatsächlich nur in den Lichtleitkanal 20 eingestrahlt wird.
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An den Längsseiten 18b und 18d des Sensorelementgehäuses 13 ist ein bündiger Abschluss mit den Außenkanten des Metallteils 26 entlang der Sensorelementabschnitte 27b und 27d, der Kontaktabschnitte 28a–d sowie der Kontaktbeine 29a–d vorgesehen. Ein Verschieben des Metallteils 26 gegenüber dem Sensorelementgehäuse 13 in dessen Längsrichtung ist nicht zu befürchten.
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Die Seitenansicht der 5 auf die erfindungsgemäße Bedieneinrichtung 32 mit einer Bedienfläche 38, an deren Unterseite 39 die Sensorelementeinrichtung 11 angelegt ist, zeigt, dass hier die Kontaktbeine 29a–d sowohl im auf eine Leiterplatte 33 montierten Zustand als auch im fertigen Einbauzustand gegenüber dem Ausgangszustand der Sensorelementeinrichtung 11 kaum verbogen sind. Dadurch wird erreicht, dass bei gegebenenfalls stärker notwendigem Andrücken der Sensorelementeinrichtung 11 an die Unterseite 39 maximal viel Federweg vorhanden ist. Nicht dargestellt in der 5, aber leicht vorstellbar und realisierbar ist es, wenn zumindest die Kontaktbeine 29a und 29c mit den Kontaktvorsprüngen 30a und 30c an der Leiterplatte 33 bzw. entsprechenden Kontaktfeldern auf deren Oberseite festgelötet sind. Dann ist sowohl ein guter elektrischer Kontakt sichergestellt als auch eine unverlierbare Halterung. Der Winkel, den die Kontaktbeine 29a–d zur Ebene der Unterseite 16 des Sensorelementgehäuses 13 bzw. zur Leiterplatte 33 aufweisen, beträgt hier etwa 30°. Er könnte auch etwas größer sein, sollte aber nicht viel größer sein, um eine ausreichend gute Federung des Metallteils 26 bzw. der gesamten Sensorelementeinrichtung 11 gegenüber der Leiterplatte 33 aufzuweisen.
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Die 8 zeigt eine Sensorelementeinrichtung 111, bei der an einem Sensorelementgehäuse 113, welches dem des Ausführungsbeispiels der 1 bis 7 ähnlich ist, ein etwas anderes Metallteil 126 angebracht ist bzw. an das Metallteil 126 ist ein ähnliches Sensorelementgehäuse 113 angespritzt. Bei dem Metallteil 126 des Ausführungsbeispiels der 8 sind entsprechend dem vorbeschriebenen Ausführungsbeispiel vier Sensorelementabschnitte 127a–d um einen Lichtleitkanal 120 an der Oberseite 115 vorgesehen. Nach unten an den Schmalseiten 118a und 118c des Sensorelementgehäuses 113 geht das Metallteil 126 mit Kontaktabschnitten 128a–d weiter, um unten wiederum in abgebogene Kontaktbeine 129a–d zu münden. Diese sind aber nicht wie bei der 1 weg vom Sensorelementgehäuse 13 gebogen, sondern unter dieses. Dafür weist das Sensorelementgehäuse 113 auch entsprechende Freischnitte über den Kontaktbeinen 129a–d auf. Der Biegewinkel kann auch hier bei etwa 30° liegen, so dass im Wesentlichen dieselben Federeigenschaften vorhanden sind. Lediglich der Platzbedarf auf einer Leiterplatte entsprechend 5 wäre bei dieser Ausgestaltung einer Sensorelementeinrichtung 111 geringer.
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An den Kontaktbeinen 129b und 129d sind nach unten weisende Kontaktvorsprünge 130b und 130d vorgesehen. Diese dienen demselben Zweck wie vorbeschrieben.
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In der 9 ist eine weitere Sensorelementeinrichtung 211 entsprechend einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung dargestellt. An einem Sensorelementgehäuse 213 mit einer Oberseite 215, die im Wesentlichen von einem Lichtleitkanal 220 gebildet wird, verläuft umlaufend als eine Art Rahmen ein oberer Abschnitt des Sensorelementgehäuses 213 bzw. des diesen bildenden lichtundurchlässigen Kunststoffs. Ein Metallteil 216 entsprechend 10 ist vorgesehen, welches im Wesentlichen flächige Kontaktabschnitte 228a und 228c an den schmalen Außenseiten des Sensorelementgehäuses 213 aufweist. Von den Oberkanten der Kontaktabschnitte 228a und 228c stehen Sensorelementabschnitte 227a–d leicht schräg nach oben ab, und zwar in flachem Winkel über der Oberseite 215. Der Winkel kann in einem Bereich zwischen 15° und 30° liegen, beispielsweise 20° betragen. Von der Unterseite der Kontaktabschnitte 228a und 228c steht an einer Seite je ein Kontaktbein 229b und 229d in flachem Winkel ab ähnlich wie bei dem Ausführungsbeispiel der 8, und zwar unter das Sensorelementgehäuse 213, welches oberhalb davon nahe einer Längsseite einen Freischnitt aufweist. So kann das jeweilige Kontaktbein 229 nach oben federn. An den Kontaktbeinen 229b und 229d könnte wiederum ein nach unten abstehender Kontaktvorsprung vorgesehen sein, muss aber nicht.
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Die Kontaktabschnitte 228a und 228c sind an einer vorderen sichtbaren Längsseite 218d des Sensorelementgehäuses 213 über quer verlaufende Längsabschnitte 228‘ und 228‘‘ verbunden, so dass es wiederum ein zusammenhängendes Metallteil 226 ist. An der anderen Längsseite des Sensorelementgehäuses 213 ist dann keine Verbindung zwischen den Kontaktabschnitten 228a und 228c vorgesehen, siehe 10. Ansonsten könnte auch keine Herstellung des Metallteils 226 durch Ausstanzen und Umbiegen aus Blech erfolgen.
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Auch bei dem Ausführungsbeispiel der 9 und 10 sind an den Schmalseite des Sensorelementgehäuses 213 Ausschnitte 231a und 231c in den Kontaktabschnitten 228a und 228c vorgesehen, durch die Kunststoffmaterial des Sensorelementgehäuses 213 als Vorsprung 219a hindurchgeht, wobei sie sogar ein ganzes Stück überstehen. Um in diesem Fall ein Aufbiegen des Metallteils 226 an der nicht dargestellten Längsseite des Sensorelementgehäuses 213 zu verhindern, ist vorteilhaft vorgesehen, dass der Vorsprung 219a breiter ist als die Größe des Ausschnitts 231a, also sozusagen eine Art Hinterspritzung oder Überspritzung bildet. Dies sollte an beiden Schmalseiten des Sensorelementgehäuses 213 vorgesehen sein. Des Weiteren ist ein Ausschnitt 231d an den Längsseiten des Sensorelementgehäuses 213 vorgesehen, der ähnlich wie bei den vorherigen Ausführungsbeispielen mit Kunststoffmaterial des Sensorelementgehäuses 213 als Vorsprung 219d flächenbündig gefüllt ist.
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Der Vorteil der in dem Ausführungsbeispiel der
9 und
10 dargestellten Sensorelementabschnitte
227a–d, die federnd und federelastisch nach oben abstehen, ist der, dass Federeigenschaften der Sensorelementeinrichtung
211 nicht nur nach unten gegenüber einer Leiterplatte oder einem sonstigen Bauteilträger vorhanden sind, sondern auch nach oben bei Anlage an die Unterseite einer Bedienfläche entsprechend
5. Die entsprechenden Vorteile sind aus der eingangs genannten
EP 2809006 A1 bekannt bezüglich einer federnden Anlage des kapazitiven Sensorelements an der Unterseite einer Bedienfläche.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 2809006 A1 [0002, 0050]
