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Anwendungsgebiet und Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft eine Bedieneinrichtung für ein Elektrogerät sowie ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Bedieneinrichtung.
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Es ist aus der
DE 10011645 A1 oder der
DE 102006005677 A1 bekannt, kapazitive Sensorelemente für einen kapazitiven Berührungsschalter hinter einer Bedienfläche anzuordnen. Dazu können diese auf der Rückseite oder Unterseite der Bedienfläche befestigt werden, beispielsweise aufgeklebt oder direkt aufgedruckt.
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Des Weiteren ist es aus der
EP 859467 A1 bekannt, kapazitive Sensorelemente auf einem flächigen Träger anzuordnen und dann mit diesem an die Rückseite einer Bedienfläche anzudrücken. Als Träger kann dazu beispielsweise eine normale Leiterplatte dienen.
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Aufgabe und Lösung
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine eingangs genannte Bedieneinrichtung sowie ein Verfahren zu ihrer Herstellung zu schaffen, mit denen Probleme des Stands der Technik gelöst werden können und es insbesondere möglich ist, eine Bedieneinrichtung einerseits praxistauglich und mit sicherer Funktion im Gebrauch und andererseits leicht und flexibel in der Herstellung sowie gut abwandelbar für unterschiedliche Varianten auszugestalten.
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Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Bedieneinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch ein Verfahren zu ihrer Herstellung mit den Merkmalen des Anspruchs 8. 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 Bedieneinrichtung oder nur für das Herstellungsverfahren genannt und beschrieben. Sie sollen jedoch unabhängig davon sowohl für die Bedieneinrichtung als auch für 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 Bedieneinrichtung mindestens einen kapazitiven Berührungsschalter und eine Bedienfläche aufweist. Sie kann separat an dem Elektrogerät angebracht werden, alternativ kann sie in diesem integriert vorgesehen sein. Der Berührungsschalter weist ein kapazitives Sensorelement an der Bedienfläche auf. Dieses Sensorelement ist auf einem flächigen Träger angeordnet bzw. befestigt, wobei der Träger und somit auch das Sensorelement hinter der Bedienfläche angeordnet sind. Dabei wird das Sensorelement vorteilhaft an der Rückseite oder Unterseite der Bedienfläche angedrückt bei Anordnung des flächigen Trägers hinter der Bedienfläche bzw. von hinten an der Bedienfläche.
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Erfindungsgemäß ist der Träger ein flächiges textiles Trägermaterial mit einer Anordnung von elektrischen Leitern darauf. Diese elektrischen Leiter bilden mindestens das kapazitive Sensorelement für den Berührungsschalter, bilden vorteilhaft also eine Fläche bzw. eine Struktur mit flächiger Ausdehnung. Ebenso bilden sie mindestens einen elektrischen Anschluss als Anschlussplatz nach Art eines Anschlussfelds oder Kontaktfelds. Dabei ist der Träger an der Bedienfläche befestigt, vorteilhaft dauerhaft und unlösbar an dieser bzw. hinter der Bedienfläche angebracht.
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Während bei Leiterplatten als Träger für Bauteile oder kapazitive Sensorelemente mit üblichen Verfahren zwar sehr gut, sehr schnell und relativ kostengünstig große Stückzahlen ein- und derselben Leiterplatte hergestellt werden können, gilt dies für Varianten mit kleineren Stückzahlen schon nicht mehr. Hier hat die Erfindung die Erkenntnis gewonnen, dass dafür ein textiles Trägermaterial bzw. sogenannte textile Leiterplatten besser geeignet sind. Dabei werden die elektrischen Leiter nämlich sozusagen mit dünnen Drähten auf das textile Trägermaterial aufgelegt und dann mit einem Faden darauf vernäht oder aufgestickt, ähnlich wie es bei einem Nähvorgang gemacht wird und wie es aus der
WO 2008/061385 A1 bekannt ist. Eine dafür vorgesehene Maschine muss zwar jeden einzelnen Träger aus textilem Trägermaterial herstellen, sozusagen Leiter für Leiter und bei jedem elektrischen Leiter Stich pro Stich. Dies geht aber mit heutigen Maschinen relativ schnell, wie man es auch von Nähmaschinen kennt. Das Verlegen der elektrischen Leiter auf den Träger geht ebenfalls sehr schnell. Der Vorteil liegt in der leichten Variabilität eines Layouts bzw. einer Anordnung von elektrischen Leitern und auch der Variabilität des Vorsehens und/oder der Positionierung der kapazitiven Sensorelemente. Es braucht lediglich ein anderes Muster in einer Maschine zum Verlegen der elektrischen Leiter und in einer Maschine zum Übernähen bzw. Festnähen derselben einprogrammiert werden, und dann kann die Produktion entsprechender Träger starten. Somit können hier kostengünstig auch Varianten mit deutlich kleineren Stückzahlen realisiert werden.
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Ein weiterer Vorteil eines textilen Trägermaterials ist dessen Flexibilität bzw. Verformbarkeit. Ein Träger aus textilem Trägermaterial kann an gewölbte Flächen in einer oder sogar in bestimmten Grenzen in zwei Richtungen, also sozusagen kugelige Flächen, angepasst werden, auch nach dem Aufbringen der elektrischen Leiter. Das eröffnet neue Möglichkeiten für Bedieneinrichtungen.
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Durch die Befestigung des Trägers an der Bedienfläche bzw. hinter der Bedienfläche wird eine definierte und dauerhafte Anordnung der kapazitiven Sensorelemente erreicht, was für die Funktion als kapazitiver Berührungsschalter von großer Bedeutung ist. Ist der Träger hinter der Bedienfläche dauerhaft und unlösbar angebracht, so kann sich diese Anordnung auch nicht ändern. An der Bedienfläche als Teil der Außenseite der Bedienblende ist dann der kapazitive Berührungsschalter gegeben.
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In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist die Bedienfläche sozusagen integral mit dem Träger hergestellt, beispielsweise mittels Kunststoffspritzguss. Dazu gibt es mehrere Möglichkeiten. An einer schon bestehenden Bedienfläche, die beispielsweise an einer Bedienblende vorgesehen ist, wird an der Rückseite der textile Träger befestigt oder vorläufig fixiert. Dann kann er mittels Kunststoffspritzguss an die Bedienfläche bzw. Bedienblende dauerhaft angespritzt werden. Alternativ ist auch ein Verkleben möglich. Dabei ist also hier die Bedienfläche schon zumindest teilweise fertiggestellt.
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In einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung wird das textile Trägermaterial in eine Form für Kunststoffspritzguss eingebracht, in der sich sonst nichts befindet. Dann wird die genannte Bedienblende erst hergestellt, wobei dabei der Träger sozusagen umspritzt und eingespritzt wird und eine Art Kern bildet.
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In einer nochmals weiteren Alternative kann eine nur die Vorderseite der Bedienfläche bzw. deren Oberfläche bildende Folie oder dünne Platte in eine Form für Kunststoffspritzguss eingebracht werden. Der textile Träger wird davor oder danach eingebracht. Dann wird das entsprechende Kunststoffmaterial eingespritzt und so die Bedienblende als Teil überhaupt erst aufgebaut, wobei darin das textile Trägermaterial mit dem kapazitiven Sensorelement enthalten ist bzw. umspritzt ist. Die Bedienoberfläche wird dann von der Folie gebildet, beispielsweise um sie besonders glatt zu machen oder um ein Dekor bzw. einen bestimmten Aufdruck zu erhalten.
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In einer nochmals weiteren Alternative kann der textile Träger mit einer vorgenannten Folie zusammenlaminiert werden. Vorteilhaft wird er dabei mit mehreren Folien bzw. folienartigen Schichten laminiert zu einem Verbund, der dann die Bedienblende bildet.
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Der Träger weist vorteilhaft einen elektrischen Anschlussbereich auf, an dem der wenigstens eine vorgenannte Anschlussplatz vorgesehen ist. In der Praxis sind es üblicherweise mehrere Anschlussplätze, da üblicherweise auch mehrere kapazitive Sensorelemente vorgesehen sein werden. Ein solcher Anschlussbereich kann von der Fläche des restlichen Trägers abstehen, beispielsweise als kurzer Arm mit 1cm bis 5cm oder sogar 10cm Länge. Dabei wird der elektrische Anschlussbereich vorteilhaft nicht in einem vorgenannten Spritzgussverfahren umspritzt, so dass er als flexibles Teil absteht für eine leichtere elektrische Kontaktierung. Er kann aber auch zuerst mit einer Steckeinrichtung bzw. Kontakteinrichtung verbunden sein, die dann zumindest teilweise mit eingespritzt wird.
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In vorteilhafter Ausgestaltung ist an dem textilen Trägermaterial nicht nur ein einziges kapazitives Sensorelement vorgesehen, sondern vorteilhaft mehrere. Dafür sind dann auch mehrere elektrische Leiter auf dem Träger angeordnet, welche besonders vorteilhaft elektrisch voneinander getrennt sind. Ihnen sind entsprechend viele benötigte Anschlussplätze zugeordnet. Diese Anschlussplätze können eine Art Kontaktfeld bilden und elektrisch kontaktiert werden, wie es in der
WO 2008/061385 A1 beschrieben ist.
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Es kann vorgesehen sein, dass aus einem Kunststoffteil, das die Bedienfläche aufweist bzw. die Bedienblende bildet, wobei daran oder darin der Träger aus textilem Material enthalten ist, nur der elektrische Anschlussbereich mit den Anschlussplätzen oder einer Kontakteinrichtung heraussteht oder daran erreichbar ist. Ansonsten ist der Träger völlig von Kunststoff umgeben.
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In Ausgestaltung der Erfindung ist es möglich, dass der textile Träger auf beiden Seiten elektrische Leiter aufweist. Dies kann leicht mit Durchkontaktierungen erfolgen, alternativ kann so einfach eine höhere Anzahl an Funktionselementen oder Bauelementen darauf angebracht werden.
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Neben reinen elektrischen Leitern, beispielsweise als Anschluss für die genannten kapazitiven Sensorelemente, die vorteilhaft in Spiralform aufgebracht werden, um eine gewisse Fläche zu überdecken, können auch Bauteile wie beispielsweise Widerstände, LEDs odgl. auf dem textilen Trägermaterial aufgebracht und vorgesehen sein. Gerade für Bauteile wie LED sollte dann ein entsprechender Lichtkanal durch die Bedienfläche bzw. eine Bedienblende hindurch vorgesehen sein, alternativ ein Lichtfenster.
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In einer einfachen Ausgestaltung der Erfindung weist das textile Trägermaterial nur kapazitive Sensorelemente auf in Form von mit elektrischen Leitern gebildeten Flächen, beispielsweise spiralartig überdeckte Flächen oder mäanderförmig überdeckte Flächen, sowie elektrische Leiter als Zuleitungen samt den vorgenannten Anschlussplätzen für einen elektrischen Anschluss. Dann kann insbesondere auch eine vorgenannte hohe Flexibilität beim Gesamtsystem erreicht werden, da kein Bestückungsautomat für weitere vorgenannte Bauteile wie beispielsweise passive Bauelemente in Form von Widerständen odgl. oder sogar LED umprogrammiert bzw. angepasst werden muss.
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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 Unterkombination 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 eines Textilträgers aus textilem Trägermaterial mit Sensorelementen und Anschlussleitungen darauf,
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2 eine Rückansicht einer Bedienblende mit einem eingespritzten Textilträger entsprechend 1,
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3 eine Vorderansicht der Bedienblende aus 2,
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4 eine Schnittdarstellung durch eine erste Aufbauvariante der Erfindung,
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5 eine Schnittdarstellung durch eine zweite Aufbauvariante und
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6 eine Schnittdarstellung durch eine dritte Aufbauvariante.
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Detaillierte Beschreibung der Ausführungsbeispiele
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In der
1 ist eine Schrägdarstellung eines Textilträgers
11 gezeigt, der aus einem eingangs genannten textilen Trägermaterial
12 besteht in speziell ausgeschnittener Form. Auf dem textilen Trägermaterial
12 ist mit einem dem Fachmann bekannten Verfahren, beispielsweise entsprechend der
WO 2008/061385 A2 , durch Aufbringen eines elektrischen Leiters und anschließendes Übernähen oder Übersticken sozusagen die Leiterstruktur aufgebracht. Zum einen sind dies vier in etwa runde Sensorelemente
14a–d, zum anderen sind es Anschlussleitungen
16, von denen einige zu den Sensorelementen
14a–d gehen. Außerdem gehen Anschlussleitungen
16 an weitere Leiterfelder
17, deren Funktion hier nicht näher erläutert ist. Sie können jedoch beispielsweise zur Anordnung von weiteren Bauteilen dienen. Die Leiterstruktur ist hier an der abgewandten Seite des Textilträgers
11 angebracht.
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Im unteren Bereich gehen die Anschlussleitungen
16 in jeweils einen flächig ausgebildeten Anschlussplatz
18 über bzw. bilden einen solchen, so dass insgesamt durch die Anschlussplätze
18 ein Anschlussbereich
19 gebildet ist. Dabei können die Anschlussleitungen
16 durch mehrfaches Nebeneinanderverlegen jeweils einen solchen Anschlussplatz
18 bilden. Hier kann dann eine Kontakteinrichtung angebracht und elektrisch kontaktiert werden, wie sie in der
2 als im Wesentlichen schematisch zu verstehende Kontakteinrichtung
20 dargestellt ist. Ein Anschluss an eine solche Kontakteinrichtung ist beispielsweise in der nicht vorveröffentlichten
EP 15163139.7 mit Anmeldetag vom 10. April 2015 derselben Anmelderin genannt und beschrieben, auf welche diesbezüglich explizit verwiesen wird. Die Kontakteinrichtung
20 ist vorteilhaft für eine Steckverbindung ausgelegt.
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Der hier dargestellte Textilträger 11 ist nur auf einer Seite mit den elektrischen Leitern versehen, um nur auf dieser Seite die Sensorelemente 14a–d, die Anschlussleitungen 16 und Leiterfelder 17 zu bilden. Er kann grundsätzlich aber auch zweiseitig bestückt werden. Des Weiteren ist es möglich, Bauteile wie beispielsweise LED odgl. darauf vorzusehen und elektrisch anzuschließen, evtl. sogar Microcontroller, also elektronische Bauteile.
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In der 2 ist eine erfindungsgemäße Bedieneinrichtung in Rückansicht dargestellt. Die Bedieneinrichtung 25 weist eine Bedienblende 26 auf, die hier in eine Richtung leicht gewölbt ist, wie die Schnittdarstellungen der 4 bis 6 deutlicher zeigen. An der Rückseite 30 ist im unteren Bereich die Kontakteinrichtung 20 dargestellt, die frei erreichbar ist und beispielsweise durch einen entsprechend ausgebildeten Mehrfachstecker elektrisch angeschlossen werden kann.
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Die Vorderansicht der erfindungsgemäßen Bedieneinrichtung 25 gemäß 3 zeigt, wie vier kapazitive Berührungsschalter 29a–d an der Vorderseite bzw. der Bedienfläche 27 der Bedieneinrichtung 25 gebildet sind. Sie können durch einen vorderseitigen Aufdruck odgl. noch deutlicher hervorgehoben werden, damit eine Bedienperson weiß, an welche Stelle ein Finger zur Bedienung aufzulegen ist. An der Vorderseite bzw. der Bedienfläche 27 ist nichts von dem Textilträger 11 oder seiner Struktur zu sehen, die Bedienfläche 27 sollte hier vorteilhaft möglichst glatt sein. Alternativ könnte natürlich eine beliebige Oberflächenstruktur hergestellt werden.
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Verschiedene Arten der Herstellung sind in den 4 bis 6 dargestellt. In 4 ist in zwei Schritten ein einfacher Aufbau dargestellt, bei dem zuerst die Bedienblende 26 mit der Bedienfläche 27 fertig hergestellt wird. An ihre Rückseite 30 wird der Textilträger 11 angelegt, unter Umständen bereits fixiert, beispielsweise festgeklebt. Dann wird eine Anspritzschicht 32 von hinten angebracht, insbesondere durch Kunststoffspritzguss. Diese Anspritzschicht 32 fixiert nicht nur den Textilträger 11 an der Rückseite 30 der Bedienblende 26, sondern umhüllt diesen und stellt sicher, dass er quasi gegen die Rückseite 30 gedrückt ist. So ergibt sich eine definiert Dicke des Kunststoffmaterials der Bedienblende 26 zwischen den Sensorelementen 14a–d und der Bedienfläche 27, was für die gute und sichere Auswertung des kapazitiven Berührungsschalters 29a–d notwendig ist. Der Vorteil des Textilträgers 11 liegt hier vor allem dabei, dass er sich an verschiedene Konturen und Wölbungen, insbesondere sogar Wölbungen in mehrere Richtungen, der fertigen Bedienblende 26 bzw. einer vorgefertigten Bedienblende anpassen lässt. Dies ist mit üblichen starren Leiterplatten nicht möglich.
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In der 5 ist eine alternative Ausgestaltung dargestellt. Hier wird zuerst eine Dekorfolie 34 vorgesehen, welche mit ihrer Vorderseite die Bedienfläche 27 bildet. Eine solche Dekorfolie 34 kann eine Qualität und Anmutung haben, wie sie durch ein Kunststoffspritzgussteil kaum oder gar nicht herstellbar ist. Dann wird sozusagen an deren Rückseite ein Textilträger 11 angelegt und darauf wiederum kommt eine Anspritzschicht 32. Rechts in der 5 ist die fertige Bedienblende 26 zu sehen, wobei hier in der Praxis die drei Schichten noch enger und ohne Lufteinschlüsse odgl. ausgebildet sind. Bei Einlegen der Dekorfolie 34 in eine entsprechende Kunststoffspritzgussform kann trotz der unebenen bzw. textilen Oberfläche des Textilträgers 11 erreicht werden, dass die Bedienfläche 27 glatt und eben ist. Unter Umständen kann hier sogar ein textiles Trägermaterial vorgesehen sein für den Textilträger 11, das von dem Kunststoff der Anspritzschicht 32 etwas durchtränkt wird und so zumindest auch an der Rückseite der Dekorfolie 34 anliegt, wodurch sozusagen die textile Struktur des Textilträgers 11 geglättet bzw. ausgeglichen werden kann. Hier wird der wesentliche Teil der Bedienblende 26 von der Anspritzschicht 32 gebildet, insbesondere erfüllt sie hauptsächlich die Stabilisierungsaufgabe.
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In der 6 ist eine nochmals andere Abfolge im Aufbau dargestellt. Hier wird an eine Dekorfolie 34 von hinten bzw. an deren Rückseite eine vorgefertigte Bedienblende 26 angesetzt, alternativ wird sie angespritzt oder angeklebt. Dann wird ein Textilträger 11 an die Rückseite 30 der Bedienblende 26 angelegt, der dann wiederum an diese Rückseite 30 mittels einer Anspritzschicht 32 angespritzt und somit dauerhaft befestigt wird. Im Wesentlichen ist dies eine Erweiterung des Aufbaus aus 4, in dem eben von vorne noch die Dekorfolie 34 an die Bedienblende 26 aufgebracht wird.
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Anstelle einer Fixierung des Textilträgers 11 an der vorgefertigten Bedienblende 26 mittels Kunststoffspritzguss kann auch ein Einlaminieren mit Klebeharz, ein Vergießen mit Gießharz oder ein einfaches Verkleben mit entsprechendem Kleber durchgeführt werden. Kunststoffspritzguss ist jedoch prinzipiell möglich, da der Textilträger 11 Temperaturen von deutlich über 100°C schadlos übersteht. Wenn keine Überkreuzungen von Leitern vorgesehen sind, welche hierzu wie üblich mit Isolierlack überzogen wären, und entsprechend temperaturfestes textiles Trägermaterial und Stickfäden bzw. Nähfäden verwendet werden, kann eine entsprechende Temperaturfestigkeit leicht erreicht werden.
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Des Weiteren ist es auch möglich, wenn der wesentliche Teil der Bedienblende erst zusammen mit dem Textilträger durch Kunststoffspritzguss hergestellt wird, sehr dünne Bereiche vorzusehen mit einer Dicke von weniger als 1mm. Dann kann durch dahinter angebrachte LED, die sogar auf dem Textilträger angeordnet und eingegossen sein können, eine Durchstrahlung als Leuchtanzeige und/oder Leuchtmarkierung erreicht werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10011645 A1 [0002]
- DE 102006005677 A1 [0002]
- EP 859467 A1 [0003]
- WO 2008/061385 A1 [0008, 0016]
- WO 2008/061385 A2 [0029]
- EP 15163139 [0030]
