-
Die Erfindung betrifft ein Bedienelement für ein elektronisches und/oder ein elektrisches Gerät, insbesondere für ein Hausgerät.
-
An Bedienelementen eines elektrischen und/oder elektronischen Geräts werden häufig hoch leitfähige (metallische oder metallisierte) primäre Bedienteile (z.B. ein Drehknopf) nicht leitfähig mit anderen leitfähigen metallischen sekundären Bedienteilen (z.B. mit einer Bedienblende oder mit einem Gehäuse) an der Elektronik oder in der Nähe der Elektronik des Geräts verbunden. Die Verwendung von metallischen oder metallisierten Bedienteilen ist dabei meist aus Designgründen und/oder aufgrund von mechanischen Vorgaben wünschenswert. Die Elektronik des Geräts kann jedoch beim Berühren eines primären Bedienteils durch einen Bediener einer ESD-(elektrostatischen Entladung)Belastung ausgesetzt werden. Durch die Berührung des primären Bedienteils kann es zu einer relativ schnellen Aufladung des primären Bedienteils und anschließend zu einer Entladung des primären Bedienteils auf das sekundäre Bedienteil (z.B. auf das Gehäuse des Geräts) kommen.
-
Durch die Entladung auf das sekundäre Bedienteil, d.h. durch einen sogenannten ESD Sekundärüberschlag, kann es zu hohen transienten elektrischen und magnetischen Feldern im Bereich der Elektronik des Geräts kommen. Diese Felder können zu Störungen der Elektronik oder zu Zerstörung der Elektronik führen.
-
Eine Möglichkeit zur Vermeidung hoher transienter elektrischer und magnetischer Felder ist die Verwendung von hoch leitfähigen sekundären Bedienteilen. Die Verwendung von hoch leitfähigen sekundären Bedienteilen hat jedoch diverse Nachteile. Durch hoch leitfähige sekundäre Bedienteile werden typischerweise RF (Radio Frequency) Anwendungen (z.B. eine Anbindung eines Geräts an einen WLAN Zugangspunkt) erschwert. Desweiteren sind hoch leitfähige sekundäre Bedienteil meist mit relativ hohen Kosten verbunden. Außerdem führt die Verwendung von hoch leitfähigen sekundären Bedienteilen zu Einschränkungen in Bezug auf Design, Mechanik, Optik, etc.
-
Das vorliegende Dokument befasst sich mit der technischen Aufgabe, ein Bedienelement für ein elektronisches Gerät, insbesondere für ein Hausgerät, bereitzustellen, durch das Sekundärüberschläge vermieden oder zumindest substantiell gedämpft werden, und das dennoch RF Anwendungen sowie erweiterte Flexibilität in Bezug auf Designanforderungen und/oder mechanische Anforderungen für das elektronische Gerät erlaubt.
-
Die Aufgabe wird durch die unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen werden u.a. in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
-
Gemäß einem Aspekt wird ein Bedienelement für ein elektronisches Gerät bzw. für ein Gerät, welches ein oder mehrere Elektronik-Komponenten umfasst, beschrieben. Das Gerät kann ein Hausgerät, insbesondere ein Haushaltsgerät, umfassen.
-
Das Bedienelement (das auch als Designelement bezeichnet werden kann) umfasst ein elektrisch leitendes primäres Teil, das eingerichtet ist, durch einen Nutzer des Geräts betätigt zu werden, um eine Eingabe an das Gerät zu tätigen bzw. um das Gerät zu steuern. Das primäre Teil kann dabei derart sein, dass es durch einen Nutzer für eine Eingabe bewegt werden kann. Insbesondere kann das primäre Teil einen Drehknopf oder einen Schieberegler umfassen. Dabei kann das primäre Teil z.B. ein Edelstahl umfassen.
-
Das Bedienelement umfasst weiter ein elektrisch leitendes sekundäres Teil, das zwischen (und/oder in unmittelbarer Nähe zu) ein oder mehreren Elektronik-Komponenten (z.B. Steuerelektronik) des Geräts und dem primären Teil angeordnet ist. Dabei kann das sekundäre Teil relativ zu den ein oder mehreren Elektronik-Komponenten des Geräts eine feste Position aufweisen. Beispielsweise kann das sekundäre Teil eine Bedienblende oder ein Gehäuse des Geräts umfassen. Das primäre Teil kann eine höhere elektrische Leitfähigkeit aufweisen als das sekundäre Teil. Desweiteren kann das sekundäre Teil mit GND bzw. Masse gekoppelt sein, um elektrische Ladung abzuleiten.
-
Außerdem umfasst das Bedienelement eine Zwischenschicht (die auch als Verbindungsschicht bezeichnet werden kann), die derart angeordnet ist, dass sich auf einer ersten Seite das primäre Teil und auf einer zweiten, der ersten Seite entgegengesetzten, Seite das sekundäre Teil befindet. Desweiteren kann die Zwischenschicht auf der ersten Seite das primäre Teil und/oder auf der zweiten Seite das sekundäre Teil berühren. Die Zwischenschicht kann somit zwischen dem primären Teil und dem sekundären Teil angeordnet sein. Typischerweise besteht kein direkter Berührungskontakt zwischen dem primären Teil und dem sekundären Teil. Dies ist insbesondere bei einem beweglichen primären Teil vorteilhaft, um das primäre Teil relativ zu dem sekundären Teil in komfortabler Weise bewegen zu können. Der Berührungskontakt kann jedoch indirekt über die Zwischenschicht erfolgen. Dabei umfasst die Zwischenschicht einen leitfähigen Kunststoff.
-
Durch die Zwischenschicht mit leitfähigem Kunststoff können Sekundärüberschläge von dem primären Teil auf das sekundäre Teil vermieden oder zumindest substantiell gedämpft werden. Somit ist ein zuverlässiger Schutz der ein oder mehreren Elektronik-Komponenten gewährleistet. Desweiteren bewirkt die Zwischenschicht mit leitfähigem Kunststoff typischerweise keine substantielle Abschirmung von elektromagnetischen Strahlen im RF-Bereich, so dass RF Anwendungen ermöglicht werden.
-
Die Zwischenschicht kann einen Kunststoff mit zumindest einem leitfähigen Additiv umfassen. Dabei kann das Additiv bevorzugt Karbonfasern, Leitruß und/oder Nanotubes umfassen. Desweiteren weist das Additiv in einem Querschnitt der Zwischenschicht, der von dem primären Teil zu dem sekundären Teil verläuft, bevorzugt eine Verteilung auf, die um 20%, 10% oder weniger von einer gleichmäßigen Verteilung abweicht. Mit anderen Worten, die Verteilung eines Additivs innerhalb der Zwischenschicht ist bevorzugt gleichmäßig. So kann eine zuverlässige Ableitung von elektrostatischer Ladung von dem primären Teil auf das sekundäre Teil gewährleistet werden.
-
Der leitfähige Kunststoff kann derart ausgelegt sein, dass ein Querwiderstand der Zwischenschicht mit steigender Spannung zwischen dem primären Teil und dem sekundären Teil sinkt. Beispielsweise kann die Zwischenschicht bei einer Spannung von 10V einen Widerstand von ca. 16kOhm und bei einer Spannung von 100V einen Widerstand von ca. 10kOhm aufweisen. Durch einen derartigen spannungsabhängigen Widerstand kann bewirkt werden, dass die Zwischenschicht sowohl eine zuverlässige Ableitung von elektrostatischer Ladung ermöglicht als auch eine möglichst geringe Abschirmung für RF-Strahlen aufweist.
-
Die Zwischenschicht kann derart zwischen dem primären Teil und dem sekundären Teil angeordnet sein, dass bedingt durch eine relativ erhöhte Permittivität oder dielektrische Leitfähigkeit εr der Zwischenschicht (im Vergleich zu der Umgebungsluft), Feldlinien eines elektrischen Feldes zwischen dem primären Teil und dem sekundären Teil (zumindest teilweise) durch die Zwischenschicht verlaufen. Insbesondere kann die Zwischenschicht derart zwischen dem primären Teil und dem sekundären Teil angeordnet sein, dass 80%, 90% oder mehr der Feldlinien des elektrischen Feldes durch die Zwischenschicht verlaufen. Alternativ oder ergänzend kann die Zwischenschicht derart zwischen dem primären Teil und dem sekundären Teil angeordnet sein, dass an der Zwischenschicht eine relativ starke Feldüberhöhung (relativ zu der Feldstärke an einem äußeren Rand der Zwischenschicht) auftritt. Insbesondere kann die Feldstärke in der Zwischenschicht um einen Faktor 5, 10 oder mehr höher sein als die Feldstärke am äußeren Rand der Zwischenschicht. Dabei verbindet der äußere Rand der Zwischenschicht die erste Seite der Zwischenschicht mit der zweiten Seite der Zwischenschicht. Alternativ oder ergänzend kann die Zwischenschicht derart zwischen dem primären Teil und dem sekundären Teil angeordnet sein, dass die Dichte von Feldlinien des elektrischen Feldes in der Zwischenschicht höher ist als die Dichte von Feldlinien des elektrischen Feldes an dem äußeren Rand der Zwischenschicht. Dabei kann die Dichte der Feldlinien in der Zwischenschicht um einen Faktor 5, 10 oder mehr höher sein als am äußeren Rand der Zwischenschicht. So kann eine zuverlässige Ableitung von elektrostatischer Ladung (ESD Strom) von dem primären Teil hin zum sekundären Teil über die Zwischenschicht sichergestellt werden. Desweiteren kann durch den elektrischen Widerstand der Zwischenschicht elektrische Energie der elektrostatischen Ladung in Wärme umgewandelt werden.
-
In einem Beispiel umfasst das primäre Teil einen Drehknopf mit einem Hohlraum. Dabei kann der Drehknopf um eine Drehachse gedreht werden. Die Zwischenschicht kann in einem solchen Fall einen flachen Ring bilden, der im Hohlraum des Drehknopfs und um die Drehachse des Drehknopfs angeordnet ist.
-
Die Zwischenschicht kann auf der zweiten Seite eine Oberfläche mit einer mittleren Rauheit relativ zu einem mittleren Verlauf der Oberfläche der zweiten Seite aufweisen. Dabei kann die mittlere Rauheit einen Wert von 5%, 10% oder mehr relativ zu dem mittleren Verlauf der Oberfläche der zweiten Seite aufweisen. Durch eine Rauheit der zweiten Seite können Spannungsüberhöhungen zwischen der Zwischenschicht und dem sekundären Teil bewirkt werden. So kann ein Abfluss von elektrostatischer Ladung von dem primären Teil auf das sekundäre Teil weiter verbessert werden.
-
Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein (elektronisches) Gerät, insbesondere ein Hausgerät, beschrieben, welches ein oder mehrere Elektronik-Komponenten und das in diesem Dokument beschriebene Bedienelement umfasst.
-
Es ist zu beachten, dass die in diesem Dokument beschriebenen Vorrichtungen und Systeme sowohl alleine, als auch in Kombination mit anderen in diesem Dokument beschriebenen Vorrichtungen und Systemen verwendet werden können. Desweiteren können jegliche Aspekte der in diesem Dokument beschriebenen Vorrichtung und Systemen in vielfältiger Weise miteinander kombiniert werden. Insbesondere können die Merkmale der Ansprüche in vielfältiger Weise miteinander kombiniert werden.
-
Im Weiteren wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Dabei zeigen
-
1 ein Blockdiagramm eines beispielhaften Hausgeräts (in Frontansicht)
-
2 eine Seitenansicht eines beispielhaften Bedienelements; und
-
3 beispielhafte Verläufe des Stroms bei einem Sekundärüberschlag.
-
Wie eingangs dargelegt, befasst sich das vorliegende Dokument mit der Bereitstellung eines Bedienelements für ein elektrisches und/oder elektronisches Gerät, durch das Sekundärüberschläge reduziert und Elektronik des Geräts geschützt werden kann. Desweiteren soll das Bedienelement eine möglichst geringe Abschirmung für elektromagnetische Strahlen im RF-Bereich aufweisen, um RF-Anwendungen des Geräts zu ermöglichen.
-
1 zeigt ein Blockdiagramm eines beispielhaften Geräts 100, insbesondere eines Hausgeräts, wie z.B. einer Waschmaschine, einer Spülmaschine, eines Ofens, etc. Das Gerät 100 umfasst eine Bedienblende 102 und einen auf der Bedienblende 102 angeordneten Drehknopf 101, der es einem Nutzer des Geräts 100 ermöglicht, Eingaben zu tätigen (z.B. ein Programm eines Hausgeräts auszuwählen). Die Bedienblende 102 kann Teil des Gehäuses des elektronischen Geräts 100 sein. Der Drehknopf 101 und die Bedienblende 102 können zusammen als Bedienelement des elektronischen Geräts 100 betrachtet werden.
-
Der Drehknopf 101 kann allgemein als primäres Teil bzw. als primäres Bedienteil 101 des Bedienelements bezeichnet werden, das von einem Nutzer des Geräts 100 berührt wird, um eine Eingabe an das Gerät 100 zu tätigen bzw. um das Gerät 100 zu steuern. Das primäre Teil 101 ist häufig aus einem hoch leitfähigen Material Bei der Berührung kann elektrische Ladung von dem Nutzer auf das primäre Teil 101 des Bedienelements übergehen. Die Bedienblende 102 kann als sekundäres Teil bzw. als sekundäres Bedienteil des Geräts 100 betrachtet werden. Dabei kann es zu einem Sekundärüberschlag kommen, bei dem elektrische Ladung von den primären Teil 101 auf das sekundäre Teil 102 übertragen wird.
-
Zur Vermeidung eines ESD Sekundärüberschlags können die Bedienblende 102 bzw. das gesamte Gehäuse des Geräts 100 aus einem hoch leitfähigen Material (z.B. Metall) sein. Dies würde jedoch zu einer Abschirmung von elektromagnetischen Strahlen durch die Bedienblende 102 bzw. durch das Gehäuse führen, was nachteilig für RF Anwendungen ist. Alternativ können die Bedienblende 102 bzw. das Gehäuse aus einem hoch isolierenden Material (z.B. Kunststoff) ohne Verwendung von Metallteilen in der Nähe der Elektronik aufgebaut sein. Dies kommt jedoch typischerweise aus Gründen des Designs und/oder der Stabilität des Geräts 100 nicht in Frage. Es werden daher typischerweise mäßig leitfähige Materialien verwendet, um den Designanforderungen und den RF Anforderungen zu genügen. Diese Materialien können jedoch zu substantiellen Sekundärüberschlägen führen.
-
2 zeigt ein Bedienelement 200 eines Geräts 100 in einer Seitenansicht. Das Bedienelement 200 umfasst ein primäres Teil 101 (z.B. einen Drehknopf, der um eine Rotationsachse 201 gedreht werden kann) und ein sekundäres Teil 102 (z.B. eine Bedienblende). Hinter dem sekundären Teil 102 befindet sich Elektronik 203 (z.B. ein oder mehrere Elektronik-Komponenten zur Auswertung einer am primären Teil 101 erfolgten Eingabe). Die Elektronik 203 könnte aufgrund eines Sekundärüberschlags auf das sekundäre Teil 102 beschädigt werden.
-
Das Bedienelement 200 umfasst weiter eine Zwischenschicht 202, die zwischen dem primären Teil 101 und dem sekundären Teil 102 des Bedienelements 200 angeordnet ist. Die Zwischenschicht 202 kann auf einer ersten Seite in Berührungskontakt mit dem primären Teil 101 stehen und kann auf einer (der ersten Seite entgegengesetzten) zweiten Seite in Berührungskontakt mit dem sekundären Teil 102 stehen. Desweiteren kann die Zwischenschicht 202 derart zwischen dem primären Teil 101 und dem sekundären Teil 102 angeordnet sein, dass die Feldlinien eines elektrischen Feldes 210 zwischen dem primären Teil 101 und dem sekundären Teil 102 (insbesondere eines elektrischen Feldes 210, das von einer elektrostatischen Aufladung des primären Teils 101 herrührt) durch die Zwischenschicht 202 verlaufen. Diese Bedingung kann dabei zumindest teilweise erfüllt sein, z.B. können 80%, 90% oder mehr der Feldlinien des elektrischen Feldes 210 durch die Zwischenschicht 202 verlaufen.
-
Die Zwischenschicht 202 kann einen Kunststoff umfassen, der leitfähige Additive umfasst. Mit anderen Worten, die Zwischenschicht 202 kann einen leitfähigen Kunststoff umfassen. Beispielhafte leitfähige Additive sind Materialien wie z.B. Karbonfasern (z.B. mit einer Konzentration von 8%), Leitruß und/oder Nanotubes z.B. ULTRAFORM® N2320 C SCHWARZ 110 POLYACETAL.
-
Die leitfähigen Additive können die Eigenschaften von Kunststoffen derart verändern, dass die Ladung eines ESD Sekundärüberschlags nicht über eine Luftstrecke zwischen dem primären Teil 101 und dem sekundären Teil 102 bzw. entlang der Oberfläche der Zwischenschicht 202 fließt, sondern in der Zwischenschicht 202 geleitet wird. Dabei sind die leitfähigen Additive derart einstellbar, dass die Zwischenschicht 202 für relativ hohe Spannungen relativ niederomig und für relativ kleine Spannungen relativ hochohmig ist. Als Folge daraus bewirkt die Zwischenschicht 202 keine substantielle Dämpfung von elektromagnetischen Strahlen im RF Bereich. Anderseits kann Ladung von dem primären Teil 101 ohne Generierung eines substantiellen Stromschlags durch die Zwischenschicht 202 hindurch zum sekundären Teil 102 und ggf. von dort zu Ground (GND) bzw. Masse geleitet werden. Dabei wird der Maximalstrom vom primären Teil 101 zum sekundären Teil 102 durch den Wiederstand der Zwischenschicht 202 begrenzt.
-
3 zeigt beispielhafte Verläufe 311, 312 des Stroms 302 über die Zeit 301 bei einer Entladung des primären Teils 101 auf das sekundäre Teil 102. Bei dem Verlauf 311 erfolgt ein Sekundärüberschlag über eine Luftschicht zwischen dem primären Teil 101 und dem sekundären Teil 102. Dieser Sekundärüberschlag weist signifikante Stromspitzen auf, durch die die Elektronik 203 beeinträchtigt werden kann. Der Verlauf 312 zeigt die Entladung über eine Zwischenschicht 202 mit leitfähigem Kunststoff. Es ist ersichtlich, dass signifikante Stromspitzen und die damit verbundene Gefährdung der Elektronik 203 vermieden werden können.
-
Der in diesem Dokument beschriebene Aufbau eines Bedienelements 200 für ein elektronisches Gerät 100 ermöglicht es somit, die Gefährdung der Elektronik 203 des elektronischen Geräts 100 durch Sekundärüberschläge zu vermeiden. Dabei werden RF Anwendungen durch das Bedienelement 200 nicht beeinträchtigt.
-
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die gezeigten Ausführungsbeispiele beschränkt. Insbesondere ist zu beachten, dass die Beschreibung und die Figuren nur das Prinzip der vorgeschlagenen Verfahren, Vorrichtungen und Systeme veranschaulichen sollen.
