DE102016113162A1

DE102016113162A1 - Bedienblende für ein Haushaltsgerät mit zumindest einer Benutzerschnittstelle, Haushaltsgerät und Verfahren zur Herstellung der Bedienblende mit Benutzerschnittstelle

Info

Publication number: DE102016113162A1
Application number: DE102016113162.8A
Authority: DE
Inventors: Annelie Gabriel; Franziska Back; Franziska Riethmüller; Thomas Zenker
Original assignee: Schott AG
Current assignee: Schott AG
Priority date: 2015-07-28
Filing date: 2016-07-18
Publication date: 2017-02-02
Also published as: US20170031480A1; CN106406601A; JP2017033564A; FR3039634B1; FR3039634A1; CN106406601B; US10209838B2

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Bedienblende (9) mit zumindest einer Benutzerschnittstelle (10) für ein Haushaltsgerät, vorzugsweise ein Kochgerät, umfassend: einen vorzugsweise ebenen Träger (13) mit einer, einem Außenbereich (19) zugewandten, äußeren Trägeroberfläche (13.1); ein vorzugsweise ebenes, Glas- oder Glaskeramik-Substrat (12) mit einer dem Außenbereich (19) zugewandten, äußeren Substratoberfläche (12.1) und einer gegenüberliegenden, dem Außenbereich (19) abgewandten und der äußeren Trägeroberfläche (13.1) zugewandten, inneren Substratoberfläche (12.2); ein am Träger (13) befestigtes, vorzugsweise an der äußeren Trägeroberfläche (13.1) angeordnetes Anzeigeelement (14) zur leuchtenden Darstellung von Informationen; und eine Sensoranordnung mit mindestens zwei an der inneren Substratoberfläche (12.2) angeordneten, jeweils mindestens eine Elektrode (16.1, 16.2; 16.3) umfassenden Sensoren (16) zur Interaktion mit einem sich in dem Außenbereich (19) befindlichen Benutzer.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Bedienblende für ein Haushaltsgerät, vorzugsweise ein Kochgerät. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung der Bedienblende mit Benutzerschnittstelle.
Hintergrund der Erfindung
Für die Bedienung elektronischer Geräte erfreut sich der Berührbildschirm oder Touchscreen einer hohen Beliebtheit, was nicht zuletzt mit dem Komfort zusammenhängt, den eine Steuerung der Geräte durch Wischgesten und ähnliche Bedienmuster ermöglicht. In dem Bereich von Haushaltsgeräten, insbesondere von Kochgeräten, hat es der Berührbildschirm bislang schwer gehabt, sich zu etablieren. Die Gründe dafür hängen einerseits damit zusammen, dass bei einem Kochgerät die horizontalen Bedienflächen hohen Temperaturen und benetzenden Flüssigkeit ausgesetzt sind. Andererseits treibt der Berührbildschirm die Kosten für das Haushaltsgerät in die Höhe.
Aus der EP 2472186 A2 ist eine Kochfeldvorrichtung bekannt mit einer Glaskeramikeinheit, die eine Kochfeldplatte bildet. Die Kochfeldvorrichtung ist mit einer Bedieneinheit ausgestattet, die mehrere berührungsempfindliche Sensorfelder mit berührungsempfindlichen, kapazitiven Sensorelementen umfasst. Hierbei kann eine im Wesentlichen parallel zu einer seitlichen Richtung geführte, gleitend berührende Bewegung eines Bedieners über die Sensorfelder erfasst werden. Ferner ist aus der DE 10 2005 027 199 A1 ein Glaskeramikkochfeld bekannt, dem ein berührungsempfindliches Sensorfeld zum Erfassen einer Berührposition beispielsweise eines Fingers eines Bedieners zugeordnet ist. Aus einer zeitlichen Abfolge von erfassten Berührpositionen kann eine Bewegungskenngröße bestimmt werden, die ein Steuersignal gestaltet. Bei diesen Lösungen sind nur Bewegungen in einer vorab festgelegten Richtung erfassbar; die Erfassung einer in beliebige Richtung geführten Bewegung des Bedieners ist nicht vorgesehen.
Aus der DE 10 2010 030 315 A1 ist eine berührungsempfindliche Eingabeeinheit für ein Hausgerät, beispielsweise ein Wäschebehandlungsgerät, eine Spülmaschine oder ein Gargerät, bekannt. Die Eingabeeinheit weist eine elektrisch isolierende Decklage aus Glas oder Glaskeramik oder in Form einer Plexiglasscheibe auf. Zur Bedienung der Eingabeeinheit berührt ein Finger eines Benutzers eine Außenseite der Plexiglasscheibe oder wird nahe daran herangebracht. Eine Erfassung einer, insbesondere in beliebige Richtung geführten Bewegung des Benutzers, ist in dieser Druckschrift jedoch nicht vorgesehen.
Aus der US 7821502 B2 ist ein zweidimensionaler berührungsempfindlicher kapazitiver Positionssensor bekannt, wobei die Position eines Finger oder Stifts an dem Sensor erfasst wird. Der Erfassungsbereich des Positionssensors ist transparent und kann vor einem Bildschirm angeordnet werden ohne die Darstellung des Bildschirms zu beeinträchtigen. Diese Anordnung ist jedoch vergleichsweise komplex.
Aus der US2008312857 ist eine Doppelelektrodenanordnung umfassend einen pcap-Sensor bekannt.
Weiterhin sind aus dem Dokument „AN64846 Getting Started with CapSense^®“ der Firma Cypress Semiconductor eine self capacitance Anordnung mit einem Einzelelektrodensensor und einer umliegenden Elektrodenfläche als Schirmelektrode und aus WO12032432 und DE 10 2014 219 348 geerdete, umliegende Elektrodenflächen bekannt.
Allgemeine Beschreibung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine kostengünstige und zugleich flexible Benutzerschnittstelle bereit zu stellen, die eine Erkennung von Wischgesten, beispielsweise Wischbewegungen auf der Benutzeroberfläche oder Gesten im Nahbereich über der Bedienoberfläche, oder eine verbesserte Störresistenz gegenüber Verschmutzungen oder elektromagnetischen Störsignalen ermöglicht und vorzugsweise für ein Haushaltsgerät, beispielsweise ein Kochgerät, geeignet ist.
Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Die Merkmale der Weiterbildungen können, soweit technisch sinnvoll, miteinander und mit den unabhängigen Ansprüchen kombiniert werden.
Ein Aspekt der Erfindung betrifft eine Bedienblende mit Benutzerschnittstellen für ein Haushaltsgerät, vorzugsweise ein Kochgerät. Die Bedienblende mit zumindest einer Benutzerschnittstelle oder mehrere, vorzugsweise zwei, drei, oder vier Benutzerschnittstellen für ein Haushaltsgerät, vorzugsweise ein Kochgerät, umfasst:
einen vorzugsweise ebenen Träger mit einer einem Außenbereich zugewandten, äußeren Trägeroberfläche;
ein vorzugsweise ebenes Substrat, vorzugsweise zumindest teilweise aus Glas- oder Glaskeramikmaterial, gegebenenfalls aus Kunststoffen oder Laminaten, bestehend mit einer dem Außenbereich zugewandten, äußeren Substratoberfläche und einer gegenüberliegenden, dem Außenbereich abgewandten und der äußeren Trägeroberfläche zugewandten, inneren Substratoberfläche;
ein am Träger befestigtes, vorzugsweise an der äußeren Trägeroberfläche angeordnetes Anzeigeelement zur leuchtenden Darstellung von Informationen; und
eine Sensoranordnung mit mindestens zwei an der inneren Substratoberfläche angeordneten, jeweils mindestens eine Elektrode umfassenden Sensoren zur Interaktion mit einem sich in dem Außenbereich befindlichen Benutzer, wobei an mindestens einem Anzeigeelement auch Sensoren mit einer Elektrode angeordnet sein können.
Gegebenenfalls kann eine Benutzerschnittstelle oder jede der Benutzerschnittstellen zumindest ein Anzeigeelement oder vorzugsweise zwei, drei, oder vier Anzeigeelemente, sowie Sensoren mit jeweils mindestens zwei Elektroden umfassen.
Das Anzeigeelement kann auch an der inneren Substratoberfläche angeordnet sein.
Um elektrisch leitende Verbindungen zwischen Kontaktpunkten auf dem Träger und den Elektroden herzustellen, beziehungsweise allgemein, um die Leiterstrukturen von Substrat und Träger elektrisch zu kontaktieren, sind entsprechende geeignete Kontaktelemente vorgesehen. Diese können verschiedenartig ausgestaltet sein, etwa in Form von Federkontakten, elektrisch leitenden, flexiblen Formteilen aus Kunststoff, elektrisch leitenden Verklebungen oder auch in Form von Drahtverbindungen.
Das Substrat ist mindestens im Bereich der Anzeigeelemente transparent für vom Anzeigeelement abgestrahltes Licht, derart, dass die Informationsdarstellung des Anzeigeelements durch das Substrat hindurch für einen Benutzer erkennbar ist.
Das Substrat ist vorzugsweise eben. Gemäß einer anderen Ausführungsform kann das Substrat, insbesondere auch im Bedienbereich gebogen sein.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Bedienblende für ein Haushaltsgerät, vorzugsweise ein Kochgerät. Die Bedienblende umfasst mindestens eine der beschriebenen Benutzerschnittstellen, vorzugsweise mehrere Benutzerschnittstellen, sowie eine Steuerung für die eine oder mehrere Benutzerschnittstellen. Die Steuerung kann auf einer Platine als elektronische Schaltung oder in einem integrierten elektronischen Chip aufgebaut sein und kann räumlich separat von der Benutzerschnittstelle angeordnet sein.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Haushaltsgerät, vorzugsweise Kochgerät, umfassend die oben geschilderte Bedienblende. Die Bedienblende kann vorzugsweise in einem Kaltbereich einer Kochfläche des Kochgeräts abseits der Beheizungszonen angeordnet sein.
Die Anordnung der einzelnen Benutzerschnittstellen in der Bedienblende kann beliebig sein, und in einer Kochfläche nur durch das Platzangebot außerhalb der Heizzonen eingeschränkt sein. Bisher übliche Touch-Display-Schnittstellen in bekannten Ausführungen, die als einzige Benutzerschnittstelle mit einer Anzeigeeinheit und Mehrfachsensoren alle Bedienaspekte des Kochgerätes abbilden (außer gegebenenfalls dem Einschalter), sind im Platzbedarf üblicherweise auf eine Rechteckform eingeschränkt. Die Benutzerschnittstellenanordnung dieser Erfindung kann hingegen ein beliebiges Vieleck ausbilden und ist nur durch das genannte Platzangebot und die Abmessungen des Kochgerätes begrenzt.
Die äußere Substratoberfläche, welche dem Außenbereich und dem Benutzer zugewandt ist und der Benutzer zum Steuern des Haushaltsgeräts berühren kann, stellt eine Bedienoberfläche dar.
Der Träger kann ausgebildet sein einerseits zum Tragen oder Halten des Anzeigeelements und andererseits als Platine für elektronische Bauelemente, die beispielsweise einer Steuerung für die Benutzerschnittstelle oder für das Haushaltsgerät angehören.
Die Elektroden sind so in Bezug auf das Anzeigeelement angeordnet, dass durch ein Berühren oder Überstreichen des Leuchtbereichs des Anzeigeelements mit dem Finger durch eine Bedienperson Signale beabstandeter, vorzugsweise benachbarter Sensoren erfassbar sind. Auf diese Weise wird vorteilhaft eine Steuerung des Haushaltsgeräts mittels der Bedienblende durch eine Wischgestik ermöglicht.
Eine Bedienung der Benutzerschnittstelle kann mittels Berührung der Bedienoberfläche oder einer Wischgestik im Nahfeld der Bedienoberfläche, beispielsweise im Abstand ≤ 50 mm, ≤ 30 mm, oder ≤ 10 mm, erfolgen. Weiterhin kann die Signalerkennung so eingestellt sein, dass eine Annäherung im Nahfeld von einer Berührung auf der Bedienoberfläche unterschieden werden kann. Dadurch können beispielsweise bei Annäherung die Anzeigen einer oder einer Gruppe von Benutzerschnittstellen aufgehellt und oder farblich verändert und oder die Informationsdarstellung verändert werden, um eine Benutzerführung intuitiver zu unterstützen. Bei Berührung erfolgt dann der eigentliche Bedienvorgang.
Weiterhin können Elektroden aus der Gesamtheit der Benutzerschnittstellen, insbesondere im Randbereich der Benutzerschnittstellenanordnung derart von der Steuerung ausgewertet werden, dass über die zeitliche Abfolge der Elektrodensignale eine Annäherung eines Benutzers oder eine Gestikbedienung im Fernfeld, letztere vorzugsweise eingeschränkt auf einen Abstand von < 300 mm, < 200 mm, oder < 100 mm, über der Gesamtheit oder über Teilen der Gesamtheit der Benutzerschnittstellenanordnung Bediengesten erkannt werden. Diese können insbesondere für die Bedienung von übergeordneten Funktionen, wie einem visuell animierten Aufwachen des Gerätes bei Annäherung eines Benutzers, einer Schnellabschaltung, einer Auswahl einer Kochzone oder auch einem Einschalten einer mit dem Kochgerät vernetzten Abzugshaube dienen. Zur verbesserten Erkennung von besagten Fernfeldgestiken können einzelne Elektroden großflächig ausgebildet sein, die einen eigenständigen Sensor bilden oder Teil eines Sensors mindestens einer Benutzerschnittstelle sind.
Zur Nahfeld und oder Fernfelderkennung können auch einzelne Elektroden in einer Abfragesequenz verschaltet werden, so dass sie eine größere, zusammenhängende Elektrodenfläche darstellen.
In einer ersten, besonders bevorzugten Ausführungsvariante kann ein Sensor (nachfolgend auch als „Doppelelektrodensensor“ bezeichnet) eine erste Elektrode und eine zur ersten Elektrode durch einen Spalt lateral beabstandete zweite Elektrode umfassen. Eine bevorzugte Anordnung ist, dass an jeweils einem Anzeigeelement mindestens 2 Sensoren oder bis zu N Sensoren angeordnet sind. Ein Sensor der Benutzerschnittstelle umfasst mithin eine erste Elektrode und eine zur ersten Elektrode durch einen Spalt lateral beabstandete zweite Elektrode. Es ist hierbei nicht nötig, alle Elektroden separat anzuschließen. Vielmehr könne vorzugsweise mehrere, besonders bevorzugt jeder der Sensoren einer Benutzerschnittstelle dieselbe erste Elektrode umfassen.
Die erste Elektrode kann in einem Randbereich des Anzeigeelements oder vollflächig oberhalb oder zentral über dem des Anzeigeelements angeordnet sein. Die zweite Elektrode kann im Randbereich oder außerhalb des Anzeigeelements angeordnet sein. Alle Doppelelektrodensensoren einer Doppelelektrodenanordnung (Sensoranordnung mit Doppelelektrodensensoren) können also eine gemeinsame Elektrode haben, die mit der ersten Elektrode übereinstimmt. Die Doppelelektrodenanordnung weist damit an einem Anzeigeelement die Struktur einer 1:N Matrix auf, wobei der ersten Elektrode eine Mehrzahl von zweiten Elektroden gegenübersteht und die erste Elektrode von den zweiten Elektroden durch jeweils einen Spalt getrennt ist. Das heißt, die erste Elektrode kann von einer zweiten Elektrode, oder von mehreren oder jeder der zweiten Elektroden durch den Spalt getrennt sein.
Positionsangaben wie „außerhalb des Anzeigeelements“, „Randbereich des Anzeigeelements“ oder „lateral“ basieren auf einer Sicht von oben oder Aufsicht, wobei „oben“ aus einer Perspektive im Außenbereich, oberhalb der äußeren Substratoberfläche, etwa senkrecht schauend auf die äußere Substratoberfläche verstanden wird.
Ein Anzeigeelement ist vorzugsweise ein Bauteil mit einem Gehäuse, wobei mindestens ein Teil der Oberseite des Gehäuses den Leuchtbereich des Anzeigeelementes bildet, in dem in Leuchtflächen Informationen dargestellt werden können. Die Leuchtflächen eines Leuchtbereiches können unterteilt, segmentiert oder maskierte Leuchtsymbole darstellen.
Die erste Elektrode eines Doppelelektrodensensors kann sich in einem Überlappungsbereich mit dem Anzeigeelement, vorzugsweise dem Leuchtbereich eines Anzeigeelements überlappen, wobei der Überlappungsbereich von oben gesehen wird. Der Überlappungsbereich kann Null oder größer als Null sein und insbesondere weniger als 80%, 50%, 30% oder 10% der Oberfläche des Anzeigeelements, vorzugsweise des Leuchtbereichs des Anzeigeelements, darstellen. Bei einem Überlappungsbereich von 0% ist die erste Elektrode außerhalb des Anzeigeelements angeordnet, und bei 100% überdeckt die erste Elektrode die gesamte Fläche des Anzeigeelements.
Bei einer Überlappung zwischen der ersten Elektrode und dem Anzeigeelement kann die erste Elektrode transparent sein oder eine Öffnung aufweisen, so dass die dargestellte Information des Anzeigeelements durch die Elektrode oder die Öffnung hindurch für einen Benutzer im Außenbereich sichtbar ist.
Die Benutzerschnittstelle ist ein kombiniertes Ein- und Ausgabegerät. Ein Sensor kann mit dem Anzeigeelement dahingehend wechselwirken, dass das Anzeigeelement eine Interaktion des Benutzers mit dem Sensor anzeigt; hierzu kann der Sensor mit dem Anzeigeelement elektrisch verbunden sein. Der Sensor und das Anzeigeelement können elektrisch auch mit einer Steuerung für die Benutzerschnittstelle oder das Haushaltsgerät elektrisch verbunden sein.
Das Anzeigeelement der Benutzerschnittstelle ermöglicht eine optische Ausgabe an den Benutzer. Die Informationen können an das Anzeigeelement in Form eines analogen oder digitalen Signals von einem Außenbereich der Benutzerschnittstelle, vorzugsweise einer Steuerung der Benutzerschnittstelle, bereitgestellt werden. Die Doppelelektrodenanordnung ermöglicht zudem eine Eingabe von Daten oder Informationen; mittels Berühren des Substrats durch den Benutzer (oder einer Bedienhandlung im Nahfeld unmittelbar über dem Substrat) in einem Bereich eines Doppelelektrodensensors, insbesondere in einem Bereich des Spalts zwischen den Elektroden des Doppelelektrodensensors, kann der Doppelelektrodensensor ein Signal erzeugen, welches die Benutzerschnittstelle vorzugsweise in Form eines analogen oder digitalen Signals an eine Steuerung der Benutzerschnittstelle oder des Haushaltsgeräts bereitstellt.
Aus der Graphentheorie ist bekannt, dass sich vollständig verschaltete 2:N-Matrixstrukturen noch kreuzungsfrei darstellen lassen. Dies entspricht vollständigen, bipartiten Graphen K_2,N, mit N beliebig, wie später in den Ausführungsbeispielen noch näher erläutert wird. Genau diese Graphen sind noch planar, das bedeutet, die Struktur der Elektroden einschließlich ihrer Zuleitungen und Kontaktflächen zur Steuereinheit sind noch kreuzungsfrei in einer Ebene, das heißt in einer Schicht aus leitenden Flächenelementen darstellbar. Diese Ebene kann eine gebogene oder nicht gebogene Oberfläche sein. Vollständige, bipartite Graphen K_3,N, mit N > 2, sind nicht mehr planar.
Graphen K_M,N, M, N > 2 können allerdings auch kreuzungsfrei dargestellt werden, wenn sie nicht vollständig sind. Vollständig bedeutet in der Graphentheorie, dass jeder Knoten N mit jedem Knoten M durch eine Kante verbunden ist.
Hierbei entsprechen die ersten Elektroden einer ersten Knotenmenge und die zweiten Elektroden einer zweiten Knotenmenge des bipartiten Graphen. Die Spalten zwischen den Elektroden der ersten und zweiten Sorte entsprechen den Kanten der Graphen. Kreuzungsfrei bedeutet hierbei auch, dass keine Zuleitungen oder leitende Verbindungen durch einen Sensorspalt geführt werden müssen, wodurch die Querunempfindlichkeit (Störsicherheit) zwischen einzelnen Sensoren verbessert wird.
Es ist in Weiterbildung der Erfindung vorteilhaft vorgesehen, diese planare K_M,N vorzugsweise K_2,N Struktur in der Elektrodenanordnung zu verwirklichen. Dazu werden vorzugsweise 2 Anzeigeelemente (zwei Benutzerschnittstellen) mit jeweils N Doppelelektrodensensoren derart gruppiert, dass i) den N Sensoren der beiden Anzeigeelemente jeweils eine verschiedene erste Elektrode zugeordnet wird und ii) die N zweiten Elektroden jeweils beiden Anzeigeelementen gemeinsam zugeordnet werden, so dass iii) die N zweiten Elektroden mit beiden ersten Elektroden durch einen Spalt getrennt jeweils einen Sensor ausbilden und eine 2:N Struktur bilden. Die Doppelelektrodenanordnung aus 2N Sensoren mit der Struktur einer 2:N-Matrix, N ≥ 2, wird nachfolgend einer bekannten Sensoranordnung mit Struktur einer 2N×1:1 Matrix gegenübergestellt; in einer 2N×1:1 Matrix weisen 2N Sensoren keine gemeinsame Elektrode auf.
Funktional, also hinsichtlich Erfassung eines Bedienmusters eines Benutzers, beispielsweise einer Position von einem Finger oder zwei Fingern, einer Ein-Finger-Streichbewegung, oder einem Zwei-Finger Zoom (bei drei Sensoren), sind beide Strukturen etwa gleichwertig. Die Struktur an einem Anzeigeelement einer 1:N-Matrix, N ≥ 2, der Doppelelektrodenanordnung ist auf Basis der räumlich separaten Anordnung der zweiten Elektroden untereinander und gegenüber der ersten Elektrode in der Lage,

– unterschiedliche Positionen eines Fingers oder mehrerer Finger gegenüber der Bedienoberfläche, oder
– eine gleitend berührende, in eine beliebige Richtung geführte, Bewegung oder Wischgeste eines Benutzers über die Bedienoberfläche

Strukturell, also hinsichtlich Aufbau und Komplexität der Strukturen, ist die 2:N-Struktur der Doppelelektrodenanordnung erheblich weniger komplex als die bekannte Anordnung aus 2N×1:1-Sensoren. Die Zahl der Elektroden-Zuleitungen bei 2N-Sensoren mit 1:1-Struktur ist 4N und mehr als doppelt so hoch wie die Zahl der Elektroden-Zuleitungen bei Doppelelektrodensensoren mit 2:N-Struktur, die N + 2 beträgt.
Folglich sind die elektrischen Eigenschaften einer 2:N Doppelelektrodenanordnung gegenüber einer bekannten 2N×1:1 Anordnung, beispielsweise hinsichtlich i) Entkopplung der Signale unterschiedlicher Elektrodenpaare und deren Zuleitungen, ii) Störsicherheit, und iii) Signal/Rausch-Verhältnis, erheblich besser. Zudem sind die Kosten der Doppelelektrodenanordnung erheblich kleiner, da auf Basis der einfacheren Struktur ein kleinerer Aufwand für Entwurf und Wartung, sowie eine kleinerer Materialaufwand anfallen.
Im vorliegenden Dokument werden die Formulierungen „x:N-Matrix“ und „x:N-Struktur“, x = 1, 2, 3, ... gleichwertig verwendet. Besondere Vorteile ergeben sich allgemein, wenn bei mehreren Benutzerschnittstellen einer Bedienblende zumindest zwei erste Elektroden zusammengeschaltet werden.
Vorzugsweise erfolgt die Zusammenschaltung paarweise. Dann ist zur Erzielung einer besonders einfachen Beschaltung der Elektroden vorgesehen, dass die Elektroden der Sensoren in einer Sensormatrix angeordnet sind, die als ein bipartiter Graph ausgebildet ist, wobei der bipartite Graph vorzugsweise für eine Benutzerschnittstelle ein 1:N-Graph ist und für paarweise Benutzerschnittstellen ein 2:N-Graph ist und die zweiten Elektroden (16.2) N zweite Knoten einer zweiten Knotenmenge bilden und wobei die ersten Elektroden zwei Knoten einer ersten Knotenmenge bilden, und wobei die Kanten des Graphen durch die Spalte zwischen den ersten und zweiten Elektroden gebildet werden.
Eine Benutzerschnittstelle, beziehungsweise die Verschaltung der Elektroden dieser Benutzerschnittstelle kann auch als 2:N/2-Graph ausgebildet sein, sodass paarweise Benutzerschnittstellen wieder einen 2:N Graph bilden. Die N zweiten Elektroden können auch paarweise willkürlich unterschiedlichen Benutzerschnittstellen zugeordnet sein, so dass sich für die Gesamtheit der Benutzerschnittstellen ein 2:N Graph ausbildet. Die Ausbildung einer einzelnen Benutzerschnittstelle als 2:N/2-Graph ermöglicht auch bei ungerader Anzahl von Benutzerschnittstellen eine Ausbildung eines vollständigen, bipartiten 2:N-Graphen K_2,N.
In einer zweiten Ausführungsvariante kann ein Sensor (nachfolgend „Einzelelektrodensensor“) eine Einzelelektrode umfassen, die in einem Randbereich des Anzeigeelements angeordnet ist. Das Wort „ein“ weist auf einen beliebigen der in der Benutzerschnittstelle vorliegenden Sensoren und damit auf jeden der Sensoren hin. Jeweils ein Einzelelektrodensensor kann als kapazitiver Berührungssensor ausgebildet sein und eine Einzelelektrode umfassen, die sich in einem Überlappungsbereich mit dem Anzeigeelement überlappt. Der Überlappungsbereich ist im Allgemeinen größer als Null.
Die Elektroden einer Einzelelektrodenanordnung können von einer zweiten Menge Elektroden umgeben sein, die als Abschirm- und oder Schirmelektroden ausgelegt sind. Abschirmelektroden werden auf einem festen Potential betrieben, vorzugsweise einem Erdungspotential, um elektromagnetische Störungen abzuschirmen. Schirmelektroden werden vorzugsweise mit dem gleichen Sensorwechselpotential betrieben, welches eine harmonisches oder gepulstes Wechselsignal oder eine Folge von Signalpulsen darstellt. Zwischen dem Einzelelektrodensensor und der Schirmelektrode bildet sich keine Potentialdifferenz aus, dem zur Folge bilden sich keine parasitäre kapazitiven Impedanzen aus, wodurch das Signal / Rauschverhältnis eines Berührungssignal auf dem Einzelelektrodensensor eines Benutzers verbessert wird.
Die Einzelelektrodensensoren einer Einzelelektrodenanordnung (Sensoranordnung mit Einzelelektrodensensoren) sind zueinander lateral beabstandet angeordnet, wobei eine Verbindungslinie zwischen den Einzelelektrodensensoren sich im Allgemeinen mit dem Anzeigeelement überschneidet, um eine Wischgestikbedienung über dem Anzeigeelement zu ermöglichen. Die Zwischenräume der Einzelelektrodenanordnung können durch Abschirm- und oder Schirmelektroden mindestens teilweise ausgefüllt sein.
In einer planaren Matrixverschaltung x:n, bevorzugt 2:n kann mit eindeutiger Zuordnung einer Elektrodenpaarung a:b zu genau einem Sensor_ab durch folgende „self-capacitance“ Ansteuerverfahren einzeln oder in Kombination eine eindeutige Zuordnung einer Berührung zu genau einem Sensor durchgeführt werden.
Eine planare Matrixverschaltung mit x ersten Elektroden 16.1.x und n zweiten Elektroden 16.2.n, bei der die ersten und zweiten Elektroden matrixartig zueinander beabstandet angeordnet sind, wird als Einzelelektrodensensormatrix betrieben, wobei

(i) erste Elektroden und zweite Elektroden alternierend als Einzelelektrodensensor (offener Kondensator) angesteuert werden, wobei die jeweils andere Elektrodenmenge, also die ersten Elektroden bei Ansteuerung einer zweiten Elektrode und umgekehrt vorzugsweise als verschaltete Abschirmelektrode besonders bevorzugt als verschaltete Schirmelektrode angesteuert wird, oder wobei
(ii) Elektroden einer Elektrodenmenge als Einzelelektrodensensor (offener Kondensator) angesteuert werden und Elektroden der jeweils anderen Elektrodenmenge z-fach alternierend als y-fach verschaltete Schirmelektrode oder y-fach verschaltet als Schirmelektrode und (x-y)-fach verschaltet als Abschirmelektrode, bevorzugt auf Erdungspotential angesteuert werden, oder wobei
(iii) Elektroden einer Elektrodenmenge als Einzelelektrodensensor (offener Kondensator) für Berühr- und Nahfelderkennung und Elektroden der jeweils anderen Elektrodenmenge vorzugsweise als verschaltete Schirmelektroden und/ oder Abschirmelektroden angesteuert werden und alternierend y-fach verschaltete Elektroden z-fach alternierend als Näherungssensor (offener Kondensator) für die Fernfelderkennung angesteuert werden, wobei hierbei die anderen (x-y) ersten Elektroden und/ oder die zweiten Elektroden vorzugsweise als Schirmelektrode und/ oder Abschirmelektroden angesteuert sein können.

Gegenüber einer Doppelelektrodenausführung weist die Einzelelektrodenausführung den Vorteil auf, dass deren sensorische Wirkung separat von jedem Einzelelektrodensensor oder jeder Einzelelektrode bereitgestellt wird und keine Doppelelektrodenanordnung mit engem Spalt erforderlich ist (die sensorische Wirkung hängt hier von dem kapazitiven Spalt zwischen den Doppelelektroden ab). Zudem erfordern die Einzelelektrodensensoren nur eine Zuleitung pro Sensor gegenüber den zwei Zuleitungen pro Doppelelektrodensensoren. Letzteres ist aber nur ein scheinbarer Vorteil, denn nur in der Doppelelektrodenausführung können die Elektroden in einer Matrixstruktur verschaltet werden, wodurch die Gesamtzahl der Zuleitungen wieder vorteilhaft unter der einer Einzelelektrodenanordnung reduziert werden kann. Eine Doppel- oder Einzelelektrodenanordnung mit mindestens einer Benutzerschnittstelle mit einem Anzeigeelement weist eine Anzahl M, aber mindestens zwei an dem Substrat angeordneten Sensoren auf. Die notwendige Anzahl M richtet sich nach der Art der Wischgestik also Bewegungsfiguren, die detektierbar sein sollen. Weist beispielhaft jedes von 2L Anzeigeelementen (Benutzerschnittstellen) M Sensoren auf, so ergeben sich für eine Einzelelektrodenausführung 2ML Sensoren, 2ML Elektroden und 2ML Zuleitungen. Für eine Doppelelektrodenausführung ergeben sich ebenso 2ML Sensoren, 2 erste Elektroden, ML zweite Elektroden und 2 + ML Zuleitungen, weniger als in der Einzelelektrodenanordnung.
Eine beschriebene bipartite M:N Sensormatrix, bevorzugt in einer 2:N Verschaltung, bei der jedem Sensor eindeutig genau ein Elektrodenpaar zuordenbar ist, kann über Änderungen von Eigenimpedanzen (Einzelelektrodensensor) einer ersten oder einer zweiten Elektrode oder über Gegenimpedanzen (Doppelelektrodensensor) ausgewertet werden. Hierzu sind verschiedene Anbindungen der Elektroden an verschiedene Signalbusse erforderlich, beim pcap-Betrieb an Sendesignalen und Empfangskanälen, sowie beim Einzelelektrodenbetrieb an Sendesignalen für Schirmelektroden, an einen Signalbus zur Auswertung von Eigenimpedanzen für Einzelelektroden oder Überwachungselektroden, sowie eine Busleitung mit festem Potential, insbesondere einem Erdpotential für Abschirmelektroden. Solche funktionalen Elektroden sind üblicherweise in zwei oder mehrlagigen leitfähigen Schichtstrukturen aufgebaut, beispielsweise sind Einzelelektrodensensoren von Schirm- oder Abschirmelektroden umgeben und die Zuleitungen zu den Einzelelektroden werden in einer zweiten Schicht unterhalb der Schirm- oder Abschirmschicht geführt.
In einer planaren Verschaltung, bevorzugt einer 2:N Matrix, bevorzugt jede der Sensorelektroden, vorzugsweise mit mindestens einem von vier Signalbussen alternierend und zeitlich intermittierend verbunden ist, einem Sendebus Tx einem Empfangsbus Rx, einem Signalbus Z zur Auswertung von Eigenimpedanzen und einem Bus P mit festem Potential, vorzugsweise einem Erdpotential. Die Signalbusse können physisch als vier separate Signalbusleitungen ausgeführt sein oder als weniger als vier physisch separate Leitungen, wobei einzelne Signalbusleitungen von der Steuerung intermittierend mit verschiedenen Bussignalen angesteuert werden können.
Es können dann zeitlich intermittierend einzelne Sensorelektroden an einem Sensor mit den Sensorbussignalen Tx, Rx oder Z verbunden sein, während zu dem Abfragezeitpunkt dieses einen Sensors andere umliegende Elektroden mit Bussignalen Tx oder P zur Schirmung oder Abschirmung verbunden sein können. Weiterhin können Gruppen von Sensorelektroden für eine Nahfeld oder Fernfelderkennung zusammengeschaltet werden. Die funktionalen Elektroden sind somit in einer planaren und damit kreuzungsfreien Schichtstruktur darstellbar.
Die Umhüllende Benutzerschnittstellenanordnung dieser Erfindung kann ein beliebiges Vieleck ausbilden. In dem Vieleck bilden die verschalteten Sensorelektroden vorzugsweise zwei, besonders bevorzugt genau eine planaren zusammenhängenden Matrixverschaltung M:N aus, mit M ≥ 1, N ≥ 2.
Vorzugsweise ist ein Sensor als ein kapazitiv wirkendes Sensorelement ausgebildet. Grundsätzlich ist aber auch eine Verwendung eines resistiv, induktiv, piezo-elektrisch oder thermo-elektrisch wirkenden Sensorelements oder eine Realisierung mittels SAW oder IR oder, bei Verwendung mehrerer Sensoren, eine Kombination von Sensorelementen der aufgeführten Wirkungsweisen möglich.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Bedienblende mit Benutzerschnittstelle. Das Verfahren zur Herstellung einer Bedienblende umfasst das

– Herstellen einer strukturierten, elektrisch leitfähigen Beschichtung auf einem vorzugsweise ebenen, zumindest abschnittsweise transparenten Substrat (12), vorzugsweise einer Glas oder Glaskeramik-Platte, wobei die Beschichtung Elektroden für mindestens zwei jeweils mindestens eine Elektrode umfassende Sensoren sowie optional deren Zuleitungen und optional deren Kontaktstellen bildet;
– Befestigen mindestens eines Anzeigeelements auf einem Träger, vorzugsweise auf eine einem Außenbereich zugewandte, äußere Trägeroberfläche des Trägers,
– Anbringen des Trägers an dem Substrat auf der Seite des Substrats, auf welcher die Elektroden angeordnet sind, wobei Kontaktelemente des Trägers die Elektroden mit dem Träger verbinden.

Das Verfahren kann die Schritte umfassen:

a) Aufbringen einer strukturierten, elektrisch leitfähigen, transparenten Beschichtung oder Aufbringen einer elektrisch leitfähigen strukturierten oder vollflächigen Beschichtung und nachträgliches Strukturieren (z.B. Laser) oder Aufbringen einer Polymerfolie oder eines Glasträgers mit elektrisch leitfähigen Strukturen auf ein transparentes Substrat, vorzugsweise eine Glas- oder Glaskeramik-Platte, mittels zumindest eines Verfahrens umfassend: Drucken, Sprühen, Roll-Coating, Rotationsbeschichtung, Schlitzbeschichtung, physikalische oder chemische Gasphasenabscheidung, Kleben oder Laminieren oder Bonden,
b) optionales Aufbringen einer opaken, leitfähigen, strukturierten Beschichtung nach einem Verfahren wie unter a)
c) Aufbringen weiterer dekorativer Schichten (z. B. opak farbig, semitransparent farbig) und oder Schutzschichten (z. B. Versiegelung, optische Ausgleichsbeschichtung, Barriereschicht) als Vollfläche oder strukturiert oder ausgespart
d) Aufbringen oder Anordnen mindestens eines Anzeigeelements in der Steuerschaltung auf eine einem Außenbereich zugewandte, äußere Trägeroberfläche eines Trägers,
e) Anbringen des Trägers an dem Substrat auf der Seite des Substrats, auf welcher die Elektroden angeordnet sind, wobei die Kontaktelemente die Elektrodenzuleitungen auf dem Substrat mit der Steuerschaltung auf dem Träger verbinden.

Die Abfolge der Schritte a), b) und c) ist dabei nicht festgelegt. Das Anzeigeelement kann durch bekannte Bestückungsverfahren für elektronische Platinen oder adhäsiv oder mittels Kleben, Laminieren, Bonden oder durch eine Steckverbindung auf dem Träger aufgebracht werden.
Der Träger kann adhäsiv durch Kleben, Laminieren, Bonden und oder mechanisch durch Andrücken direkt oder durch Einrasten, Anschrauben oder adhäsive Anbringung mittelbar an einen an das Substrat 12 angebrachten Halterahmen an der Unterseite 12.2 des Substrats 12 angebracht werden.
Das Aufbringen der Beschichtung auf das Substrat mittels eines Verfahrens von: Drucken, Sprühen, Roll-Coating, Rotationsbeschichtung, Schlitzbeschichtung kann einen Trocknungsschritt bzw. ein Härten der Beschichtung mittels UV-Bestrahlung oder thermischer Behandlung, vorzugsweise in einem Temperaturbereich von 150–500°C, während einer Zeit von 10 min bis 3 Stunden beinhalten.
Die Ausführung des Verfahrens in Schritten, für welche bekannte und bewährte Prozesse jeweils eingesetzt werden, ermöglicht eine problemlose und kosteneffiziente Herstellung der Benutzerschnittstelle.
Gemäß einer Ausführungsform kann der Spalt zwischen der ersten Elektrode und einer der zweiten Elektroden einen etwa geradlinigen oder mäanderförmigen Verlauf haben. Mäander können gezackt, wellenförmig oder schneckenförmig sein. Der Mäander-Verlauf bewirkt eine Vergrößerung der zwischen den Elektroden vorliegenden Kapazität. Folglich verbessert sich mit zunehmender Enge und Länge des Spalts das Signal / Rauschverhältnis. Eine enge Spaltbreite kann 5–200 µm betragen.
Es kann auch vorteilhaft sein, die Spaltbreite in der Größenordnung der Substratdicke auszubilden, um einen stärkeren Felddurchgriff durch das Substrat auf die Bedienoberfläche zu erzeugen, vorzugsweise mit einer Spaltbreite d bezogen auf die Substratdicke D von ¼D < d < 2D, oder von ½D < d < D. Dadurch kann das Signal / Rauschverhältnis für die Bedienung auf der Bedienoberfläche oder im Nahbereich über der Bedienoberfläche weiter verbessert werden.
Beim Berühren einer Sensorzone auf oder im Nahfeld über der Bedienoberfläche wird die Gegenkapazität und damit ein Grundsignal zwischen den Doppelelektroden des Sensors geschwächt, da ein Teil des Signalstroms über den geerdeten Finger oder einen geerdeten Berührgegenstand zur Erde abgeleitet wird. (Die Gegenkapazität des Sensorspaltes wird bei Berührung verringert).
In einer anderen Ausführungsform mit Einzelelektrodensensoren wird die Eigenkapazität und damit der Signalstrom bei Berührung erhöht. Die Änderung des Signalstroms und der damit verbundenen Ladungsverschiebung kann von der Steuerung als Berührvorgang detektiert werden. Die Sensorelektroden werden vorteilhafterweise mit einem Wechselstromsignal oder einem gepulsten Signal betrieben. So können kapazitive Impedanzänderungen nachgewiesen werden. Stromsignale einzelner Wechselstromperioden oder einzelner Signalpulsflanken werden dann in einem Strom-zu-Digital Konverter in digital zählbare Signale überführt. Möglich ist auch, die Ladung aus den Stromsignalen zunächst in einem Nachweis-Kondensator aufzusammeln und gesammelt zu digitalisieren.
Der Spalt kann entlang seines Verlaufs eine etwa gleichbleibende Breite haben. Hierbei wird als Verlauf die Gestalt oder Kurvenform des Spalts seiner Länge nach aufgefasst.
Der Spalt kann eine gegenüber einer Substratoberfläche laterale Ausdehnung haben; dementsprechend sind, aus einer Perspektive senkrecht zur Substratoberfläche gesehen, die zweiten Elektroden neben der ersten Elektrode angeordnet. Gegebenenfalls kann der Spalt eine gegenüber der Substratoberfläche vertikale Ausdehnung haben; in diesem Fall sind, aus einer Perspektive senkrecht zur Substratoberfläche gesehen, die zweiten Elektroden elektrisch isoliert über oder unter der ersten Elektrode angeordnet.
Ein Doppelelektrodensensor kann in Projected Capacitive Touch (PCT oder PCAP) Technologie realisiert sein. Ein Einzelelektrodensensor kann als ein offener Kondensator („self capacitance“) ausgebildet sein. Das Wort „ein“ weist auf einen beliebigen der in der Benutzerschnittstelle vorliegenden Sensoren und damit auf jeden der Sensoren hin. Der offene Kondensator weist, anstelle von zwei Leitungselementen, wie ein klassischer Kondensator, ein einziges Leitungselement auf, an welches elektrische Ladungen zu- und abgeführt werden.
Ein Doppelelektodensensor ist relativ unempfindlich gegen Störsignale, die beispielsweise durch elektro-magnetische Einstrahlung oder Berührungen im Zuleitungsbereich verursacht werden, da nur der Sensorspalt die aktive Sensorfläche darstellt; dies kann bei einer Anwendung in einem Kochgerät, insbesondere bei einer ein-lagigen Schichtstruktur von Bedeutung sein. Wird ein Sensor alternierend als Einzelelektrodensensor (offener Kondensator) und als Doppelelektrodensensor (pcap) betrieben, lassen sich Störsignale, die beispielsweise durch Flüssigkeit verursacht werden, besser diskriminieren, da die beiden Sensorarten das Signalverhältnis zwischen Bedienung und Flüssigkeit unterschiedlich darstellen; auch dies kann bei einer Anwendung auf einer horizontalen Bedienfläche in einem Kochgerät von Bedeutung sein.
Der Überlappungsbereich zwischen einer Elektrode, vorzugsweise einer ersten Elektrode eines Doppelelektrodensensors oder einer Elektrode eines Einzelelektrodensensors, und dem Anzeigeelement kann sich in einem Randbereich des Anzeigeelements befinden. Der Überlappungsbereich kann damit ein streifenförmiger Bereich am Rand des Anzeigeelements sein.
Eine Elektrode kann als ein an der inneren Substratoberfläche angeordnetes, elektrisch leitfähiges Flächenelement ausgebildet sein.
Eine Elektrode kann mittels einer Zuleitung mit einer Steuerung des Haushaltsgeräts verbunden sein. Die Zuleitung kann als ein auf der inneren Substratoberfläche angeordnetes und elektrisch leitfähiges Flächenelement ausgebildet sein. Eine Kontaktzone zwischen Zuleitung und Steuereinheit kann in einem Anschlussbereich außerhalb eines aktiven Bedienbereichs der Benutzerschnittstelle, vorzugsweise auf der inneren Substratoberfläche, ausgeführt sein. Hierbei kann als aktiver Bedienbereich derjenige Bereich einer Substratoberfläche angesehen werden, welcher der Bedienoberfläche entspricht.
Vorzugsweise kann ein elektrisch leitfähiges Flächenelement für sichtbares Licht transparent sein. Damit ist gewährleistet, dass bei einer Anordnung des Flächenelements zwischen dem Anzeigeelement und dem Außenbereich, in welchem sich der Benutzer befindet, der Benutzer durch das Flächenelement nicht gestört oder behindert wird beim Betrachten des Anzeigeelements. Falls jedoch eine Abschwächung oder Änderung des von dem Anzeigeelement vermittelten Bildeindrucks akzeptiert wird kann das Flächenelement auch teiltransparent oder opak sein.
Falls das elektrisch leitfähige Flächenelement keinen Überlappungsbereich mit dem Anzeigeelement hat, kann das Flächenelement opak sein.
Nachdem jede Elektrode der Benutzerschnittstelle als ein elektrisch leitfähiges Flächenelement an der inneren Substratoberfläche ausgebildet sein kann, gelten die Ausführungen zu dem Flächenelement auch für eine Elektrode, einschließlich der ersten Elektrode, zweiten Elektrode und Einzelelektrode.
Bevorzugt ist der Sensor direkt oder unmittelbar an der inneren Substratoberfläche angeordnet; das Anzeigeelement ist an der äußeren Trägeroberfläche angeordnet, so dass zwischen der inneren Substratoberfläche und dem Anzeigeelement der Sensor angeordnet sein kann, sofern es einen Überlappungsbereich zwischen Anzeigeelement und Sensor gibt.
Ein Anzeigeelement kann aus einem Leuchtmittel (beispielsweise einem LED-chip), einer Lichtführung (beispielsweise einem Reflektor), einer Streuschicht (beispielsweise einer weißen Farbbeschichtung) und einer Maskierung im Bereich der Streuschicht bestehen. Die Maskierung bestimmt die Form der Leuchtflächen (beispielsweise eines Leuchtsegmentes einer Segmentanzeige oder eines Symbols). Es können Teile des Anzeigeelementes an der inneren Substratoberfläche und andere Teil an der äußeren Substratoberfläche angeordnet sein. Beispielsweise, aber nicht ausschließlich, können die Maskierung in einer lichtdeckenden Farbschicht ausgestaltet sein, das Leuchtmittel, die Lichtführung und die Abdeckung der Lichtführung in Form einer Streuschicht können auf dem äußeren Substratträger angebracht sein.
Die Anordnungsreihenfolge an der inneren Substratoberfläche der Teile des Anzeigeelementes und der leitenden Flächenelemente ist beliebig. Beispielsweise kann zuerst eine Maskierung und eine Streuschicht des Anzeigeelementes an der inneren Substratoberfläche angebracht werden, darüber beispielsweise ein transparent leitendes Flächenelement. Leitende Flächenelemente können beispielsweise auch als erste Schicht angebracht werden.
Das Substrat kann eines der Materialien Kunststoff, Glas, Glaskeramik, oder einen Verbundstoff der genannten Materialien umfassen. Das betreffende Substrat kann transparent, eingefärbt transparent, oder transluzent sein. Als Glas werden vorzugsweise folgende Glasarten verwendet, z.B. alkalifreie und alkalihaltige Gläser, Silikatgläser, Borosilikatgläser, Zinksilikatgläser, Zinkborosilikatgläser, Bismutborosilikatgläser, Bismut-Silikat-Gläser, Alumosilikatgläser, Lithium-Alumosilikatgläser, Kalk-Natron-Silikatgläser. Die Substrate können auch z.B. chemisch oder thermisch vorgespannt sein.
Besonders bevorzugt wird eine Lithium-Aluminosilikat-Glaskeramik (LAS-Glaskeramik) als Substrat verwendet. Eine derartige Glaskeramik wird beispielsweise unter dem Handelsnamen CERAN^® vertrieben. Die Glaskeramik kann nicht eingefärbt sein oder mittels Metalloxide und/oder Wärmeprozesse eingefärbt transparent sein. Diese Glaskeramik eignet sich besonders gut sowohl für Kochflächen als auch für eine Verwendung als Substrat für die Benutzerschnittstelle. Hier kommt insbesondere die vergleichsweise hohe Dielektrizitätszahl (relative Permittivität ε_r) von typischerweise 7,8 bis 8,2 der Glaskeramik zum Tragen. Die Glaskeramik ist sehr hitzedurchlässig und temperaturstabil, übersteht unbeschadet abrupte Temperaturschocks im Bereich bis plus 750° Celsius und ist zudem mechanisch sehr belastbar.
Das Substrat weist vorzugsweise eine Dicke im Bereich 0,3–6,0 mm auf, vorzugsweise in Bereichen 2,8–4,2 mm, 3,8–4,2 mm oder 2,8–3,2mm.
Eine transparente elektrisch leitfähige Schicht für die Benutzerschnittstelle kann auf ein Kochfeldsubstrat vorzugsweise nach dem Aufbringen auf der inneren Substratoberfläche 12.2 von Dekor-, farbgebenden, Maskierungs-, Barriere- und Versiegelungsschichten, als Vollfläche und oder strukturiert (z. B. mittels Laser) und oder ausgespart, aufgebracht werden; i) Bei Substraten bestehend aus eingefärbtem Glaskeramikmaterial und/oder aus eingefärbten Glasmaterial vorzugsweise nach dem optionalen Aufbringen von optischen Maskierungs- und oder Filter- und oder Ausgleichs-, Barriere- und oder Versiegelungsschichten, ii) bei Substraten aus nicht eingefärbtem Glaskeramikmaterial und/oder nicht eingefärbtem Glasmaterial vorzugsweise nach dem optionalen Aufbringen von Dekor-, farbgebenden, optischen Filter- und oder Ausgleichs-, Barriere- und Versiegelungsschichten.
Eine Reihenfolge des Schichtaufbaus, wobei beispielhaft die Dekor- und/oder Versiegelungsschichten nach der leitfähigen Schicht aufgebracht werden und i) die leitfähige Schicht vor dem Aufbringen der weiteren Schichten strukturiert und oder als Vollfläche und oder ausgespart aufgebracht und oder ii) der gesamte Schichtaufbau oder Teile des Schichtaufbaus nachträglich strukturiert (z. B. Laser) wird, ist auch möglich. Eine opake leitfähige Schicht kann in beiden Fällen vor oder nach dem Aufbringen der transparenten leitfähigen Schicht aufgebracht werden. Falls opake Leiterschichten im Falle von Substraten aus nicht eingefärbten Glaskeramikmaterialien oder nicht eingefärbten Glasmaterialien in dem Außenbereich nicht sichtbar sein sollen, so wird die leitfähige Schicht nach der farbgebenden Beschichtung angebracht, sofern sie nicht durch ein Oberseitendekor kaschiert wird. Zudem kann auf die opake oder transparente leitende Beschichtung zu deren Schutz eine Versiegelungsschicht aufgebracht werden. Die beschriebenen Kombinationen der leitfähigen Schicht mit Dekor- und Versiegelungsschichten weisen jeweils eine Überlappung in den Randbereichen der gedruckten Schichten auf, so dass ein homogener Übergang gewährleistet werden kann.
Das Anzeigeelement kann ein Leuchtpiktogramm, eine alphanumerische Zählanzeige, insbesondere eine Segmentanzeige, eine Leuchtsegmentreihe (einen sogenannten Slider) oder einen Leuchtsegmentbogen oder ein Leuchtsegmentring (Ringslider), ein Lichtfeld oder ein pixelbasiertes Anzeigeelement umfassen. Das Leuchtpiktogramm kann beispielhaft Einschalter, Plus-Minus-Tasten oder Schlüsselschalter darstellen. Die alphanumerische Zählanzeige kann eine Sieben-Segmentanzeige umfassen. Eine Leuchtsegmentreihe oder -bogen besteht aus einer oder mehreren Leuchtflächen, die einen Einstellbereich andeuten, wie zum Beispiel die Leistungseinstellung in einem Kochfeld. Das Anzeigeelement kann auf einer LED oder einer OLED Lichtquelle basieren. Als Anzeige eines Einstellbereichs kann ein pixelbasiertes Anzeigemodul verwendet werden, das alphanumerische oder frei wählbare Symbole darstellt, beispielsweise eine hinterleuchtete LCD-Matrix oder eine Leuchtpunkt-Matrix oder eine OLED-Matrix.
Das Substrat kann auf der äußeren Substratoberfläche im Bereich der Anzeigeelemente (jeweils) mit taktilen Markierungen wie einer Fingermulde oder einer geraden oder gebogenen Vertiefung zur Fingerführung oder Auftragungen oder Aufwölbungen versehen sein.
Zum Aufbringen einer elektrisch leitfähigen Beschichtung auf das Substrat kann mittels Gasphasenabscheidung eine transparente Dünnschicht aufgebracht werden, umfassend:

– Metalle, vorzugsweise Silber, Kupfer, Gold, und/oder
– transparente Halbleiter, vorzugsweise Indium-Gallium-Zinkoxid, und/oder
– transparente leitfähige Oxidschichten, vorzugsweise zinndotiertes Indiumoxid oder In₂O₃:Sn, fluordotiertes Zinnoxid oder SnO₂:F, antimondotiertes Zinnoxid oder SnO₂:Sb, aluminiumdotiertes Zinkoxid oder ZnO:Al, dotiertes Titanoxid, niobdotiertes Titandioxid oder TiO₂:Nb, tantaldotiertes Titandioxid oder TiO₂:Ta, galliumdotiertes Zinkoxid oder ZnO:Ga, molydändotiertes Zinkoxid oder ZnO:Mo oder molybdändotiertes Indiumoxid oder In₂O₃:Mo.

Zusätzlich können eine oder mehrere Barriereschichten mittels Gasphasenabscheidung vor und/oder nach der Abscheidung der transparent leitfähigen Beschichtung auf das Substrat aufgebracht werden, umfassend:

– Oxide, vorzugsweise SiO_x, Al₂O₃ und/oder
– Nitride, vorzugsweise SiN und/oder
– Oxinitride, vorzugsweise SiO_xN_y

Zum Aufbringen einer vollflächigen oder strukturierten, elektrisch leitfähigen transparenten oder opaken Beschichtung auf das Substrat mittels Drucken kann eines folgender Verfahren ausgeführt werden: Siebdruck, Rakeln, Inkjet-Druck, Off-Set-Druck, Gravurdruck, Flexodruck, Transferdruck oder Tampondruck.
Zum Herstellen einer transparenten leitfähigen Beschichtung, vorzugsweise mittels Drucken, können auf das Substrat eine Tinte umfassend ein oder mehrere elektrisch leitfähige Additive oder ein leitfähiges Polymer und ein Lösungsmittel aufgebracht werden, wobei vorzugsweise das Lösungsmittel nach dem Aufbringen der Tinte verdampft. Hierbei werden die elektrisch leitfähigen Additive in nicht elektrisch leitfähige Bindemittel wie Polyacrylate, Polycarbonate, Polyurethane, Polyharnstoffe, Epoxy-Systeme, Silikonharze, Silikone, Polyesterharz oder Sol-Gel-Matrizen eingearbeitet. Ebenfalls kommen Tinten oder Pasten infrage, die elektrisch leitfähige Polymere, wie beispielsweise Poly(3,4-ethylenedioxythiophen)/Polystyrolsulfonat, enthalten.
Tinten oder Pasten, die elektrisch leitfähige Polymere enthalten, können zusätzlich weitere leitfähige Additive enthalten.
Beispielsweise können dünne opake Linien mit weniger als 500µm in Form von maschenartigen Strukturen (wire-mesh) mittels einer Tinte oder Paste gedruckt werden, wobei die Tinte oder Paste vorzugsweise metallische Nanopartikel, besonders bevorzugt Nanopartikel aus Silber, Kupfer und/oder Kohlenstoff enthält. Diese dünnen Linien können in einer besonderen Ausführungsform auch noch mittels Laser-Ablation geschärft (Reduktion der Kantenrauigkeit) und/oder gedünnt werden. Ein Auftragen von Tinten und/oder Pasten, insbesondere opaker Tinten und/oder Pasten, kann z.B. mittels Ink-Jet-, Tampon- und/oder Transfer-Druck erfolgen.
Die Tinte kann ein Matrixmaterial zur Verbesserung der Gebrauchseigenschaften der transparenten Leiterfläche betreffend eine Kratzbeständigkeit oder Beständigkeit gegen Wasserdampf umfassen. Weiterhin kann die Tinte Verdicker, Verlaufsmittel, Entschäumer, Dispergiermittel und andere Additive enthalten.
Das leitfähige Additiv kann faserartige leitfähige Partikel umfassen, um eine Ausbildung von leitfähigen Netzwerken zu ermöglichen, wobei Fasern des Additivs einen mittleren Durchmesser < 500 nm, bevorzugt <= 200 nm, besonders bevorzugt < 100 nm haben. Diese garantieren eine gute elektrische Leitfähigkeit, wobei eine hohe Transmission aufgrund der nanoskaligen Abmessungen erhalten bleibt.
Ein Aspektverhältnis Länge / Durchmesser einer Faser kann in einem Bereich 50–10000, bevorzugt zwischen 85–1000, liegen.
Das leitfähige Additiv kann aber auch sphärische Partikel, Nanopartikel oder Partikelblättchen (sog. Flakes) umfassen.
Der elektrische Widerstand der leitfähigen Beschichtung kann durch die Konzentration des leitfähigen Additivs eingestellt werden.
Das Additiv kann mindestens einen der nachfolgenden Stoffe umfassen:

– metallische Nanodrähte oder Nanoröhren;
– anorganische Materialien oder Partikel, vorzugsweise Metalle, Legierungen, nichtoxidische oder oxidische Materialien, mit faserartiger Morphologie;
– ein Metall ausgewählt aus einer Liste umfassend: Silber, Kupfer, Gold, Aluminium, Nickel, Platin, Palladium, oder eine Legierung von Metallen aus der Liste;
– beschichtete metallische Nanodrähte, insbesondere Nickel-beschichtete Kupfer-Nanodrähte oder Polymer-beschichtete metallische Nanodrähte;
– leitfähige dotierte Oxidpartikel und Oxidnanopartikel und/oder Nanodrähte, insbesondere In₂O₃:Sn, ZnO:Al, SnO₂:Sb;
– Kohlenstoffnanomaterialien, insbesondere einwandige und mehrwandige Kohlenstoffnanoröhren, Graphene,;
– anorganisch nichtoxidische Nanodrähte, insbesondere Metallchalcogenide;
– Fasern aus leitfähigen Polymeren.

Das Matrixmaterial kann mindestens einen der nachfolgenden Stoffe umfassen:

– UV- oder thermisch härtbare Polymere;
– UV- oder thermisch organisch vernetzbare hybridpolymere Sol-Gel-Materialien;
– Hybridpolymere Sol-Gel-Materialien;
– Nanopartikelfunktionalisierte Sol-Gel-Materialien;
– Sol-Gel-Materialien mit nanopartikulären Füllstoffen und/oder anorganische Sol-Gel-Materialien;
– elektrisch leitfähige Sol-Gel-Materialien;
– elektrisch leitfähige Polymere;
– Glasflüsse oder Glasfritten.

Zum Herstellen einer opaken leitfähigen Beschichtung, vorzugsweise mittels Drucken, kann auf das Substrat eine Tinte umfassend elektrisch leitfähige Additive und ein Lösungsmittel aufgebracht werden, wobei vorzugsweise das Lösungsmittel nach dem Aufbringen der Tinte verdampft. Die elektrisch leitfähigen Additive können auf Basis von nano- und mikroskaligem Kohlenstoff wie Ruß, CNT, Fullerenen oder Graphit, sein. Hierbei werden die elektrisch leitfähigen Additive in nicht elektrisch leitfähige Bindemittel wie Polyacrylate, Polycarbonate, Polyurethane, Polyharnstoffe, Epoxy-Systeme, Silikonharze, Silikone, Polyesterharz, Sol-Gel-Matrizen eingearbeitet.
Zum Herstellen einer opaken, leitfähigen Beschichtung kann ein Material umfassend Silber, Gold oder Kupfer auch mittels Gasphasenabscheidung, z.B. durch Sputtern, aufgebracht werden.
Weiterhin können opake elektrisch leitfähige Schichten aus Edelmetall-Nanopartikeln, wie Au oder Ag oder Cu, und einem Glasfluss und/oder organischem Binder bestehen. Opake elektrisch leitfähige Schichten können auch auf Basis von Silberleitpasten, Aluminium- oder Kupferpasten aufgebracht werden.
Die leitfähigen Schichten (transparent und opak) können nach dem Aufbringen in nachträglich strukturiert werden. Dabei spielt es keine Rolle, ob sie bereits in einem Druckverfahren (z.B. Siebdruck) oder durch Maskierung beim Sputtern bereits strukturiert aufgebracht wurden. In diesem Fall stellt die nachträgliche Strukturierung einen weiteren Strukturierungsschritt dar. Die Strukturierung der leitfähigen Schichten kann beispielhaft durch Laserablation oder lithographisch erfolgen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Dabei verweisen gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder entsprechende Elemente. Die Merkmale verschiedener Ausführungsbeispiele können miteinander kombiniert werden.
Kurzbeschreibung der Figuren
Es zeigen:
1a, 1b zwei Benutzerschnittstellen mit jeweils einem Anzeigeelement und einer Doppelelektrodenanordnung mit 2:N-Struktur in einer Aufsicht,
2 eine Benutzerschnittstelle in einer seitlichen Ansicht,
3a, 3b Ausführungsformen einer Benutzerschnittstelle mit einer Einzelelektrodenanordnung,
4a, 4b einen planaren, vollständigen, bipartiten Graph K_2,4, und einen durch Knotensplittung erweiterten Graphen K_2,4*,
5 eine Bedienblende mit mehreren Benutzerschnittstellen,
6a eine schematische Darstellung einer Bedienblende,
6b eine Kochfläche mit einer Bedienblende,
7a, 7c einen berührsensitiven Schieberegler,
7b, 7d einen berührsensitiven Rollregler,
8 ein Sensorfeld auf einer Folie oder Glasträger-Folie,
9 eine Sensorelektrode mit steuerbarer Verschaltung mit Signalbussen,
10a–d vier Benutzerschnittstellen mit jeweils einem Anzeigeelement mit verschiedenen funktionalen Sensorelektroden.
Die 1a, 1b zeigen eine Anordnung mit zwei Benutzerschnittstellen 10 mit jeweils einem Anzeigelemente 14 mit Doppelelektrodensensoren 16 in einer Doppelelektrodenanordnung mit 2:N-Struktur, und die 3a, 3b zeigen Benutzerschnittstellen 10 mit Einzelelektrodensensoren 16.3 in Einzelelektrodenanordnungen. Die Benutzerschnittstellen 10 eignen sich, wie in 6b gezeigt, für eine Kochfläche 8 eines Kochgeräts.
Eine Benutzerschnittstelle 10 umfasst folgende Komponenten (siehe auch 2):

– einen vorzugsweise ebenen Träger 13 mit einer einem Außenbereich 19 zugewandten äußeren Trägeroberfläche 13.1;
– ein mindestens abschnittsweise transparentes, vorzugsweise ebenes Substrat 12 mit einer dem Außenbereich 19 zugewandten, äußeren Substratoberfläche 12.1, besonders bevorzugt in Gestalt einer Platte aus Glas oder Glaskeramik und einer gegenüberliegenden, dem Außenbereich 19 abgewandten und der äußeren Trägeroberfläche 13.1 zugewandten, inneren Substratoberfläche 12.2;
– ein am Träger 13 befestigtes, vorzugsweise an der äußeren Trägeroberfläche 13.1 angeordnetes Anzeigeelement 14 zur Darstellung von Informationen; und
– eine Sensoranordnung mit mindestens zwei an der inneren Substratoberfläche 12.2 angeordneten, jeweils mindestens eine Elektrode 16.1, 16.2; 16.3 umfassenden, Sensoren 16 zur Interaktion mit einem sich in dem Außenbereich 18 befindlichen Benutzer.

Das Anzeigeelement 14 kann auch an der inneren Trägeroberfläche 13.2 angeordnet sein und durch eine Öffnung im Träger oder durch einen transparenten Träger Informationen in Richtung eines Außenbereiches 19 darstellen.
Das Substrat 12 weist eine Bedienoberfläche 12.1 auf, welche dem Außenbereich 19 und dem Benutzer zugewandt ist und der Benutzer zum Steuern des Haushaltsgeräts berühren kann. Die innere Substratoberfläche 12.2, an welcher Sensoren 16 angeordnet sind, ist dem Außenbereich 19 und dem Benutzer abgewandt und befindet sich somit auf der gegenüberliegenden Seite der Bedienoberfläche 12.1.
Ein Doppelelektrodensensor 16 (siehe 1, 2) umfasst eine erste Elektrode 16.1.1, 16.1.2 und eine zur ersten Elektrode 16.1.1, 16.1.2 durch einen Spalt 16.4 beabstandete, zweite Elektrode 16.2.1–16.2.4, wobei jeder der Doppelelektrodensensoren 16 an jeweils einem Anzeigeelement 14 dieselbe erste Elektrode 16.1.1 oder 16.1.2 umfasst. Der Doppelelektrodensensor 16 ist als ein kapazitiv wirkendes Sensorelement ausgebildet. Die Doppelelektrodenanordnung umfasst vier Doppelelektrodensensoren 16 pro Anzeigeelement 14.
Die Doppelelektrodenanordnung weist für die gepaarte Benutzerschnittstelle die Struktur einer 2:N Matrix auf, wobei der ersten Elektrode 16.1 einer Mehrzahl von zweiten Elektroden 16.2 gegenübersteht. Von oben gesehen, das heißt aus einer Perspektive im Außenbereich, oberhalb der äußeren Substratoberfläche, etwa senkrecht schauend auf die äußere Substratoberfläche, sind die erste Elektrode 16.1.1, 16.1.2 und jede der zweiten Elektroden 16.2.1–16.2.4 durch den jeweiligen Spalt 16.4 getrennt. Die Fläche eines Elektrodenpaares 16.1.x und 16.2.x (oder einer Einzelelektrode 16.3) beträgt bevorzugt 0,2–4,0 cm², besonders bevorzugt 0,4–1,0 cm². Der Spalt 16.4 hat eine entlang der inneren Substratoberfläche 12.2 laterale Ausdehnung. Die Spaltbreite beträgt bevorzugt 5 µm–2 mm, bei einem strukturierten Auftragsverfahren (z.B. Siebdruck) besonders bevorzugt 0,2 mm–1,0 mm, bei einem nachgeschalteten Strukturierungsverfahren (z.B. Laserablation) bevorzugt 5–200 µm, besonders bevorzugt 5–100 µm, besonders bevorzugt 10–30 µm; dementsprechend sind, von oben gesehen, die zweiten Elektroden 16.2 neben der ersten Elektrode 16.1 angeordnet.
Die erste Elektrode 16.1 überlappt sich in einem Überlappungsbereich mit dem Anzeigeelement 14, und die zweiten Elektroden 16.2 sind außerhalb des Anzeigeelements 14 angeordnet. Der Überlappungsbereich kann prozentuale Werte aufweisen, die zwischen 0 und 100 liegen. Anders als dargestellt kann die erste Elektrode auch größer als das Anzeigeelement 14 sein. Der Überlappungsbereich weist auch in diesem Fall einen Wert von 100 Prozent der Fläche des Anzeigeelements 14 auf, da das Anzeigeelement 14 vollständig überdeckt wird.
Die erste Elektrode 16.1.1 beziehungsweise 16.1.2 und die zweiten Elektroden 16.2.1–16.2.4 sind als an der inneren Substratoberfläche 12.2 angeordnete, elektrisch leitfähige Flächenelemente ausgebildet. Die erste Elektrode 16.1 ist gemäß einer Ausführungsform der Erfindung für sichtbares Licht transparent. Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die erste Elektrode 16.1.1, 16.1.2 auch das Anzeigeelement nicht vollständig bedecken, so dass Licht des Anzeigeelements 14 die Elektrode passieren kann und für einen Betrachter sichtbar ist. Beispielsweise kann dazu die erste Elektrode die Gestalt eines dünnen, nicht optisch auffälligen Gitters oder eines Rahmens oder Bogens, der die Leuchtfläche zumindest teilweise umschließt, aufweisen.
Die zweiten Elektroden 16.2.1–16.2.4 können für sichtbares Licht transparent oder opak sein, je nachdem ob diese mit dem Leuchtbereich 15 (gestrichelt) des Anzeigeelements 14 überlappen.
Damit ist gewährleistet, dass bei einer Anordnung der Flächenelemente gemäß 1 und 2 zwischen dem Anzeigeelement 14 und dem Außenbereich 19, in welchem sich der Benutzer befindet, der Benutzer durch die erste Elektrode 16.1 und zweite Elektrode 16.2 beim Betrachten des Anzeigeelements 14 nicht gestört oder behindert wird.
Die ersten und zweiten Elektroden 16.1, 16.2 sind mittels Elektroden-Zuleitungen 16.5, 16.6 mit Kontaktpunkten 16.7 verbunden. Kontaktelemente 16.10 stellen eine leitende Verbindung zwischen den Kontaktpunkten 16.7 auf dem Substrat und den Kontaktpunkten 16.8 auf dem Träger her (2). Die Kontaktpunkte 16.8 sind über Leiterbahnen 16.13 mit Anschlussstellen 16.11 eines elektronischen Bauteils 16.12 verbunden, das Teil einer Erfassungseinrichtung 22.1 der Bedienschnittstelle 10 ist, oder diese Erfassungseinrichtung 22.1 bildet. Die Zuleitungen 16.5, 16.6, die Kontaktpunkte 16.7 sind als auf der inneren Substratoberfläche 12.2 angeordnete und elektrisch leitfähige Flächenelemente ausgebildet, die Kontaktpunkte 16.8 als entsprechende Flächenelemente auf der Trägeroberseite 13.1.
Ohne Beschränkung auf das in 2 dargestellte Beispiel ist gemäß einer Ausführungsform der Erfindung die Erfassungseinrichtung 22.1 zum Erfassen und Auswerten von Sensorsignalen vorgesehen, wobei ein Signal eines vorzugsweise randseitig angeordneten Sensors 16 der Sensoranordnung der Bedienschnittstelle gegenüber einem Signal eines weiteren, vorzugsweise ebenfalls randseitig angeordneten Sensors der Sensoranordnung einen zeitlichen Versatz hat und die Erfassungseinrichtung 22.1 dazu ausgebildet ist, unter Ansprechen auf den zeitlichen Versatz einen Stellwert einzustellen oder zu verändern, vorzugsweise zum Steuern des Anzeigeelements 14. Der zeitliche Versatz der Sensorsignale wird durch die Bedienung der Bedienschnittstelle mittels einer vom Benutzer ausgeführten Wischgestik hervorgerufen. Die Erfassungseinrichtung kann insbesondere auch als Steuereinrichtung ausgebildet sein, um eine Leistung oder einen Timer einzustellen. Die Leistung kann insbesondere die Leistung eines Kochfelds sein. Damit ist also die Bedienschnittstelle mittels einer Wischgestik dergestalt bedienbar, dass mittels einer Wischgeste über ein Anzeigeelement, welches einen Momentanwert der Leistung anzeigt, einerseits dieser Anzeigewert und andererseits auch der Momentanwert der Leistung inkrementiert oder dekrementiert wird. Wie auch bei dem in 2 gezeigten Beispiel ist die Erfassungseinrichtung 22.1 vorzugsweise auf dem Träger 13 angeordnet. Der Träger 13 bildet damit eine Elektronikeinheit mit Einrichtungen zur Auswertung der darzustellenden Informationen. Sensorsignale, Erzeugung von Stellwerten und Anzeige der eingestellten Werte.
Die leitfähigen Flächenelemente 16.1 bis 16.7, 16.9 können auf dem Substrat, vorzugsweise direkt, etwa in Form abgeschiedener leitfähiger Schichten, aufgebracht sein. Sie können auch auf einer auf dem Substrat aufgebrachten Folien- oder Glasträger oder einem Träger geschichtet aus mehreren Folien und/oder Gläsern angeordnet sein oder in dem Folien- oder Glasträger integriert sein. Eine direkt auf dem Substrat angeordnete Elektrode ist hinsichtlich ihrer dielektrischen Kopplungseigenschaften besonders vorteilhaft. Demgegenüber kann ein vertikaler Spalt oder eine Verbindungsschicht zwischen Elektrode und innerer Substratoberfläche die Kapazität herabsetzen. Das Anzeigeelement kann direkt in Kontakt mit dem Substrat stehen oder beabstandet sein.
Sind die leitenden Flächen 16.1 bis 16.7, 16.9 auf einem Folien- oder Glasträger angeordnet, können diese, i) wie beschrieben um die Anzeigeelemente 14 der Benutzerschnittstellen angeordnet aufgebracht sein, oder die Sensoren 16 sind ii) einlagig oder iii) mindestens zweilagig in einem regelmäßigen Raster aufgebracht. Es können i) und ii) als Einzelelektroden- oder Doppelelektrodensensoren ausgebildet sein. In einer mehrlagigen Anordnung iii) sind die Spalte 16.4 vertikal oder kombiniert vertikal plus lateral zwischen zwei Schichtträgern ausgebildet, beispielsweise zwischen den vertikal überlappenden Kreuzungsstellen von Reihen- und Spaltenelektroden oder zwischen Rauten-ähnlichen Reihen- und Spaltenelektrodenketten, die in zwei Schichtlagen im Wesentlichen nicht überlappend, überwiegend lateral angeordnet aufgebracht sind. Es werden dann die Sensoren, die überlappend und im Randbereich der Anzeigeelemente liegen, als Einheit mit dem jeweiligen Anzeigeelement als eine Bedienerschnittstelle betrieben. Von den im Raster angeordneten Elektroden der Sensoren 16 werden die zum Anzeigeelement 14 hinsichtlich ihrer Position passenden Elektroden ausgewertet und deren Bediensignale werden dem jeweiligen Anzeigeelement 14 zugeordnet und dieses in seiner Anzeigefunktion entsprechend angesteuert. Nicht ausgewählte, auf dem Glas- oder Folienträger vorhandene Elektroden und Sensoren bleiben bezüglich der definierten Bedienerschnittstellen ungenutzt. Die Zuordnung der Sensorelektroden zu den Anzeigeelementen 14 erfolgt vorzugsweise in der Steuereinheit. Dies ist zwar ein scheinbarer Nachteil, da mehr Elektroden hergestellt werden, als benötigt, allerdings ermöglicht diese Ausführungsform eine standardisierte Sensorfläche, die in großen Stückzahlen kostengünstig hergestellt werden kann, und es ermöglicht eine hohe Flexibilität hinsichtlich der Anordnung der Leuchtelemente unter der Bedienfläche. Letztlich kann auf diese Weise ein Träger mit beliebig angeordneten Anzeigeelementen passend mit Elektroden zur Bildung einer Benutzerschnittstelle verschaltet werden.
8 zeigt eine solche Ausführungsform in Aufsicht. Auf das Substrat 12 ist ein Bedienfeld 21 in Form eines Folien- oder Glas-Touchscreens angebracht, auf der die Sensoren 16 aufgebaut aus elektrisch leitenden Flächenelemente in einem regelmäßigen Raster aufgebracht sind. Auf dem Träger 13 sind geeignete Kontaktelemente oder Verbinder vorhanden, um die Flächenelemente beim Anbringen des Trägers 13 mit Kontaktelementen oder Flachbandleitern oder Folienanschlüssen zu kontaktieren. Nach dem Befestigen des Trägers 13 werden die zu einem Anzeigeelement 14 passenden Sensoren 16 in der Steuereinheit zugeordnet. Diese zu den Anzeigeelementen 14 passenden Sensoren 16 sind in 8 schraffiert dargestellt.
Kontaktzonen können zur galvanischen oder kapazitiven Kopplung ausgeführt sein. Eine galvanische Ankopplung kann über Kontaktfedern oder leitende Schaumstoffe erfolgen, die auf dem Träger angebracht sind. Die Anzeigeelemente 14 und die Steuereinheit 22.1 und die Kontaktpunkte 16.8 können auf einem Träger oder verschiedenen Trägern angeordnet sein. Der Träger kann als starre Platine, beispielhaft aus FR4-Material, oder als eine flexible, beispielhaft folienbasierte Platine ausgebildet sein. Er kann auch aus technischer Keramik, Glaskeramik, Glas, Thermoplast, Duroplast, Elastomer, Elektroisolierpapier ausgebildet sein. Ist die Kontaktzone mit einer elektrisch isolierenden Schutzschicht versehen, so kann mit Kontaktelementen gleicher Art, die flächig an der Schutzschicht am Ort der Kontaktzonen anliegen, eine kapazitive Kopplung zur Kontaktzone erfolgen.
Zusätzlich können leitfähige Flächen angebracht werden, die zur Abschirmung der genannten Elemente dienen.
Das Substrat 12 umfasst eine Glaskeramik, da sich diese besonders gut für Kochflächen eignet.
Das in 1 gezeigte Anzeigeelement 14 ist als eine alphanumerische Zählanzeige ausgebildet.
2 zeigt eine Anordnung aus Doppelelektrodensensoren in einer Seitenansicht, wobei ein Sensor 16 an der inneren Substratoberfläche 12.2, welche der Bedienoberfläche 12.1 gegenüberliegt, angeordnet und somit dem Außenraum 19 abgewandt ist. Der Sensor 16 ist an der Substratunterseite 12.2 und dem an einer äußeren Trägeroberfläche 13.1 des Trägers 13 angeordneten Anzeigeelement 14 angeordnet. Die Elektroden 16.1, 16.2, die Zuleitung 16.6 und die Kontaktpunkte 16.7 sind als Flächenelemente unmittelbar auf dem Substrat 12 angeordnet, der Benutzer berührt jedoch, beim Bedienen der Benutzerschnittstelle 10, weder das Anzeigeelement 14 noch den Sensor 16, sondern das Substrat 12 an dessen Außenseite 12.1. Die Elektrode 16.1 ist in dieser Ausführungsform für sichtbares Licht transparent, um die Wahrnehmung des von dem Anzeigeelement 14 dargestellten Bildes nicht zu beeinträchtigen. Die Sensorauslösung erfolgt am Spalt 16.4 zwischen den Elektrodenflächen 16.1 und 16.2.
3a, 3b zeigen schematische Darstellungen von Benutzerschnittstellen 10 mit in Einzelelektrodenanordnungen angeordneten Sensoren 16 umfassend Einzelelektroden 16.3. Da jeweils ein Sensor 16 durch seine Einzelelektrode 16.3 dargestellt ist, sind in diesen Figuren die Bezugszeichen für die Sensoren nicht eingetragen. Ohne Beschränkung auf die speziellen Ausführungsbeispiele können die Einzelelektroden 16.3 für Licht in einem sichtbaren Wellenlängenbereich zumindest teiltransparent, vorzugsweise transparent sein oder eine Öffnung aufweisen, so dass das Anzeigeelement 14 durch die Elektrode 16.1 hindurch sichtbar ist.
Ein Einzelelektrodensensor 16 mit einer Einzelelektrode 16.3 ist als kapazitiver Berührungssensor ausgebildet. Die Einzelelektrode 16.3 überlappt sich in einem Überlappungsbereich mit dem Leuchtbereich 15 des Anzeigeelements 14.
Der Sensorspalt 16.4 ist in 1a symbolisch als Rechteck dargestellt. Er kann beispielsweise als gerader Spalt oder als mäanderförmiger Spalt ausgeführt sein. In 1b sind die zweiten Sensorelektroden 16.2.x kreisförmig ausgebildet, die jeweils von ersten Sensorelektroden 16.1.x umschlossen sind. Der Sensorspalt 16.4 ist als kreisförmiger Spalt die Sensorelektroden 16.2.x umschließend ausgebildet. Die ersten Elektroden 16.1.x arbeiten als Sendeelektroden, die zweiten Elektroden 16.2.x als Empfangselektroden von pcap-Sensoren. Die zweiten Elektroden 16.2.x sind vorteilhaft von kleiner Fläche und sind von ersten Elektroden 16.1.x umschlossen, so dass s parasitäre Impedanzen der zweiten Elektroden 16.2.x zur weiteren Umgebung reduziert werden.
In der Ausgestaltung nach 1b kann die Elektrodenanordnung auch als Einzelelektrodenanordnung betrieben werden. Die Elektroden 16.2.1–16.2.4 bilden die Einzelelektroden eines Sensors 16, die Elektroden 16.1.1 und 16.1.2 bilden Abschirm- und oder Schirmelektroden und oder Einzelelektroden eines Näherungssensors. Bei Berührung beispielsweise der Elektrode 16.2.3 ist zunächst nicht unterscheidbar, ob die Benutzerschnittstelle 10.1 oder 10.2 bedient wird. Hierzu können intermittierend zur Einzelelektrodenansteuerung der Elektroden 16.2.n beispielhaft drei Elektrodenansteuerungen einzeln oder kombiniert verwendet werden, um zwischen einer Bedienung der Benutzerschnittstelle 10.1 und 10.2 zu unterscheiden. Erstens löst eine Bedienung einer Sensorelektrode 16.2.n einen unterschiedlichen Signalhub aus in Abhängigkeit davon, ob die umschließenden Elektroden 16.1.1 und 16.1.2 mit einem festen Potential, bevorzugt einem Erdungspotential angesteuert werden (Abschirmelektrode) oder ob sie mit dem gleichen Sensorsignal der Elektroden 16.2.n angesteuert werden (Schirmelektrode).
Im Falle einer Ansteuerung als Abschirmelektrode bilden sich in unmittelbarer Umgebung der Elektrode 16.2.n starke parasitäre kapazitive Impedanzen und Feldverzerrungen aus, die den Signalhub einer Bedienung gegenüber einer Bedienung mit umgebener Schirmelektrode verringern. Zweitens können die Elektroden 16.1.x als Abschirm-/Schirmelektrode und intermittierend als Einzelelektrodennäherungssensor angesteuert werden. So kann bei intermittierender Ansteuerung der Elektroden 16.1.x als Näherungssensor unterschieden werden, ob sich der Bediener vor der eigentlichen Berührung der Bedienerschnittstelle 10.1 oder 10.2 nähert. Drittens können die Elektroden 16.1.x als Abschirm-/Schirmelektrode und intermittierend als Einzelelektrodensensor angesteuert werden. So kann bei intermittierender Ansteuerung der Elektroden 16.1.x als Einzelelektrodensensor unterschieden werden, ob der Bediener den Bereich der Schnittstellen 10.1 oder 10.2 berührt. Vorzugsweise werden in dieser Ansteuerungsphase die Elektroden 16.2.n zusammengeschaltet als Abschirmelektrode angesteuert.
Die Flächenausprägung der Elektroden 16.1.x ist nicht auf die Ausgestaltung der 1b beschränkt. Die Elektrodenflächen können sich umfänglicher erstrecken, um insbesondere den Zuleitungsbereich 16.5.2 weiter zu umhüllen, was eine verbesserte Abschirmung der Zuleitungen 16.5.2 gegenüber Störfelder und einer Fehlbedienung durch unbeabsichtigtes Berühren des Benutzers bewirkt.
Das Anzeigeelement 14 in 3a ist als eine alphanumerische Zählanzeige ausgebildet. Das in 3b gezeigte, als eine Leuchtsegmentreihe ausgeführte, Anzeigeelement 14 stellt einen Schieberegler zur Leistungseinstellung in einem Kochfeld 8 dar. Einem Anzeigeelementen 14 sind jeweils 6, 4 oder 5 Einzelelektroden 16.3 (in 3a) oder 6 Einzelelektroden 16.3 (in 3b) zugeordnet.
Das Ausführen einer gleitend berührenden, in eine beliebige Richtung 20 geführten Bewegung oder Wischgeste durch den Benutzer über die Bedienoberfläche in einem Bereich des Anzeigeelements 14 der 3a bewirkt eine Ladungsänderung an den Einzelelektroden 16.3 und damit eine Änderung des Signals des Sensors 16. Je nach Position und/oder Bewegungsrichtung 20 der Benutzerhand wird gesteuert, welcher von den Sensoren 16 ein Signal abgibt und mit welchen Signalparametern. Auf diese Weise kann die eine mit der Benutzerschnittstelle 10 verbundene Steuerung das Kochgerät gemäß den Wünschen des Benutzers steuern. Der aufgrund der Wischgeste eingestellte Wert des gesteuerten Parameters, beispielsweise Heizleistung, kann mittels der alphanumerischen Zählanzeige 14 angezeigt werden.
Anstelle der Einzelelektrodensensoren können bei den in den 3a, 3b, 3c gezeigten Beispielen auch Doppelelektrodensensoren verwendet werden, wie sie anhand der 1 erläutert wurden.
Bei der in 7a und 7c dargestellten berührsensitiven Schieberegler kann mittels einer Wischgeste von links nach rechts oder umgekehrt entlang und direkt über dem vom Anzeigeelement 14 dargestellten Bereich die Heizleistung des Kochgeräts geändert werden. Zugleich wird der erfasste und eingestellte Wert mittels des Anzeigeelements 14 angezeigt; eine Länge des angezeigten horizontalen Balkens, welche der Position eines virtuellen Bedienreglers entspricht, stellt den erfassten oder eingestellten Wert dar. Bei der Pixel-Display-Anzeige, als alpha-numerische Leistungsanzeige, sind vertikal drei Sensoren entlang der Mittenachse angeordnet (7b und 7d). Diese erlauben eine vertikale Roll-Wischgestik ab/auf, die den Anzeigenwert herunter/herauf inkrementiert.
In 7a und 7b überlappen die leitenden Flächenelemente der Elektroden 16.1 und 16.2 mit dem Leuchtbereich 15 (gestrichelt) der Anzeigeelemente 14. Die Flächenelemente sind vorteilhaft als transparente leitende Schichten ausgeführt. In 7c und 7d überlappen die leitenden Flächenelemente der Elektroden 16.1 und 16.2 nicht mit den Anzeigeelementen 14 und deren Leuchtbereich 15 und können hier als opake leitende schichten ausgeführt werden. Sofern leitende Schichten in den Bereich des Sensorspaltes 16.4 hineinreichen und mit dem Leuchtbereich 15 der Anzeigeelemente 14 überlappen, sind diese als transparente leitende Schichten ausgebildet.
4a und 4b verdeutlicht im Vergleich mit 1 und 2 die zugrunde liegende Struktur der Doppelelektrodenanordnung von bipartiten Graphen. In einer Doppelelektrodenanordnung sind die Elektroden 16.1 und 16.2 und die Zuleitungen 16.5 und 16.6 und die Verbindungspunkte 16.9 und die Kontaktpunkte 16.7 als elektrisch leitende Flächen bevorzugt in einer Ebene dargestellt. Die Anordnung und Verschaltung als kreuzungsfreie Leiterflächen kann mit Hilfe der mathematischen Graphentheorie beschrieben werden.
Die Darstellung der elektrisch leitenden Flächen und deren kreuzungsfreie Verschaltung in einer Ebene wird durch einen planaren Graphen beschrieben.
Für Doppelelektrodenanordnungen stellen die Leiterflächen bipartite Graphen K_m,n 17 dar (4a), wobei die m ersten Elektroden 16.1.1, 16.1.2 einer ersten Knotenmenge 17.1.1, 17.1.2 und die n zweiten Elektroden 16.2.1 bis 16.2.4 einer zweiten Knotenmenge 17.2 entsprechen. Die Sensorspalten 16.4 entsprechen den Kanten 17.3 des bipartiten Graphs. Die Graphentheorie lässt Knotensplittungen zu, ohne dass sich die graphentheoretischen Eigenschaften eines K_m,n Graphen ändern. Zwischen den gesplitteten Knoten entstehen weitere Kanten. Der Graph K_m,n (4a) wird Minor von einem durch Knotensplittung erweiterten Graphen K_m,n* bezeichnet (4b). Graphentheoretisch sind die beiden Graphen in 4a und 4b vollständige, bipartite K_2,4 Graphen mit gleichen Eigenschaften, die die Struktur der Leiterflächen in 1 abbilden. Im Sinne solcher Splittungen 18.3, 18.4 und 18.5 ist jeweils ein einzelner Knoten, z.B. Knoten 17.1 als Splittung 18.3, des Minor Graphen K_m,n als ein untereinander leitendes verbundenes Geflecht aus Knoten 18.1 und Kanten 18.2 zu verstehen, das in der materiellen Umsetzung verschiedene Komponenten darstellt: Knoten sind eine Sensorelektrode 16.1 oder 16.2, Verzweigungsknoten 16.9, Kontaktpunkte 16.7 auf dem Substrat 12, Kontaktpunkte 16.8 auf dem Träger 13 und Anschlussstellen 16.11 eines Elektronikbauteils 16.12; Kanten sind Zuleitungen 16.5 oder 16.6 zwischen Sensorelektroden 16.1/16.2, Verzweigungsknoten 16.9 und Kontaktelektroden 16.7, sowie Kontaktelemente 16.10 zwischen Kontaktelektroden 16.7 auf dem Substrat 12 und Kontaktelektroden 16.8 auf dem Träger, sowie Leiterbahnen 16.13 zwischen Kontaktelektroden 16.8 auf dem Träger und einem Anschlusspunkt 16.11 eines elektronischen Bauteils 16.12 auf dem Träger 13.
Eine kreuzungsfreie Konfiguration aller leitenden Flächenelemente in Form eines planaren bipartiten Graphen ist besonders günstig, um bei der Herstellung der Elektroden auf dem Substrat auf aufwändig herzustellende Überkreuzungen von Leitern verzichten zu können. Insbesondere schließt kreuzungsfrei ein, dass kein Leiter (beliebige Kante des Graphen) durch einen Sensorspalt 16.4 führt (keine Kreuzung einer beliebigen Kante mit einer Kante 16.4).
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, die auch in der Konfiguration der 4b verwirklicht ist, ist daher allgemein vorgesehen, dass die Anordnung aller leitenden Flächenelemente der Anordnung von Sensoren 16

i) zwischen den Anschlusspunkten (16.11) von elektronischen Bauteilen (16.12) und/oder
ii) zwischen den Kontaktpunkten (16.7)

_m,n

_2,n

_2,N

Vorteilhaft ist auch ein möglichst geringes Verhältnis V, mit V = A/D mit

A: = Anzahl der Anschlüsse = Anzahl der Knoten
D: = Anzahl der Doppelelektrodenensensoren 16 = Anzahl der Kanten, die einen Sensor-Spalt 16.4 darstellen.

Ein geringes Verhältnis V reduziert die Anzahl der Anschlüsse für eine bestimmte Anzahl von Doppelelektrodensensoren, und ist damit bevorzugt kostengünstig. Im Sinne eines möglichst geringen Verhältnisses V wäre eine „quadratische“ Matrixanordnung als bipartiter Graph K_n,n, mit A_n,n = 2n und D = n² und V_n,n = 2n/n² = 2/n, zu bevorzugen. Allerdings sind nur vollständige, bipartite Graphen K_2,n, mit n beliebig, noch planar, das heißt in einer Schichtebene kreuzungsfrei darstellbar, was wiederum kostengünstig darstellbar ist. Schon ein vollständiger Graph K_3,n, n > 2, ist nicht mehr planar, also kreuzungsfrei darstellbar.
Graphen K_m,n, m, n > 2 können allerdings auch kreuzungsfrei dargestellt werden, wenn sie nicht vollständig sind. Hieraus ergebende sich alternative Ausführungsvarianten im Sinne der Erfindung. Vollständig bedeutet in der Graphentheorie, dass jeder Knoten n mit jedem Knoten m durch eine Kante verbunden ist.
Kreuzungsfreie Darstellungen sind für die Erfindung eine bevorzugte Variante, da Verfahren zur Darstellung der leitenden Schichtebene vereinfachter, fehlertoleranter und kostengünstiger umsetzbar sind als eine nicht kreuzungsfreie Darstellung. Die bevorzugte Darstellung definiert sich insgesamt in erster Priorität als eine kreuzungsfreie Struktur, untergeordnet in zweiter Priorität als eine Darstellung mit möglichst geringem Verhältnis V.
Hieraus ergibt sich, dass die Ausführung der bevorzugten Struktur der leitenden Flächen in einer Doppelelektrodenanordnung in einer Schichtebene bevorzugt ein vollständiger, bipartiter Graph K_2,n ist. Dies entspricht einer 2:N Matrixanordnung der Sensorelektroden. Der Graph besteht aus zwei gesplitteten Knotengeflechten der Knoten 16.1.1 und 16.1.2 der ersten Knotenmenge und n gesplitteten Knotengeflechten der Knoten 16.2.n der zweiten Knotenmenge. Die Anzahl D der Doppelelektrodensensoren 16 beträgt D_2,n = 2n, die Anzahl der Anschlusspunkte beträgt A_2,n = 2 + n, das Verhältnis V_2,n = (2 + n)/2n.
Eine Elektrodenanordnung kann nicht immer als vollständiger Graph K_2,N dargestellt werden. Einen ungerade Anzahl von Bedienerschnittstellen kann noch durch eine 2:N/2-Matrix an einer einzelnen Bedienerschnittstelle als Teil eines vollständigen K_2,N-Graphen dargestellt werden, eine ungerade Anzahl von zweiten N Elektroden lässt nur einen unvollständigen K_2,N-Graphen zu.
Im Vergleich für 2n Doppelelektrodensensoren in K_2,n und quadratischer K_x,x, mit x = (2n)^1/2 und 2n = 4, 16, 36, ..., Anordnung gilt: A_2,n = 2 + n ≥ 2(2n)^1/2 = A_x,x D_2,n = 2n = D_x,x und V_2,n = (2 + n)/(2n) ≥ (2/n)^1/2 = (2(2n)^1/2)/(2n) = V_x,x
Der vollständige Graph K_2,n ist im Gegensatz zu K_x,x planar, allerdings ist V_2,n ≥ V_x,x in quadratische Anordnung (x, x).
Die Anordnung in der bevorzugten vollständigen, bipartiten K_2,n Struktur der bevorzugt in einer Ebene angeordneten leitenden Flächen erstreckt sich im Allgemeinen über die Substratunterseite 12.1 und dem Träger 13 zwischen den Anschlusspunkten 16.11.1 und 16.11.2 eines elektronischen Bauteils 16.12. Die Anschlusspunkte 16.11.1 (x-mal) und 16.11.2 (n-mal) in 4b entsprechen als Endknoten den gesplitteten Knoten 17.1.x und 17.2.n in 4a, x = 1,2, n = 1, ..., 8. In V = A/D ist A dann als die Anzahl der Anschlusspunkte 16.11 definiert. Das Bauteil 16.12 ist üblicherweise ein Mikrokontroller oder sind diesem vorgeschaltete Multiplexer bzw. Demultiplexer.
Die Verbindung (Kanten) zwischen den Teilen der Struktur auf dem Substrat 12 und dem Träger 13 bilden die Kontaktelemente 16.10. Die Vollständigkeit der K_2,n Anordnung ist kreuzungsfrei darstellbar und nutzt die Anschlüsse des Mikrokontrollers optimal aus. Eine kreuzungsfreie Struktur kann nicht nur auf dem Substrat 12 sondern auch auf dem Träger 13 vorteilhaft sein, besonders wenn auch der Träger einen einlagigen Leiteraufbau aufweisen soll, beispielhaft in Form einer einlagige Elektronikplatine oder in Form eines einlagig leitend belegten Folienträgers. Somit ist dies eine bevorzugt kostengünstige Darstellungsform der Sensoranordnung. Besonders vorteilhaft ist eine Anordnung, bei der die leitende Struktur zwischen den Kontaktpunkten 16.7.1 und 16.7.2 auf dem Substrat 12 bereits einen vollständigen, bipartiten K_2,n Graphen darstellt, wie die beispielhaft mit den Knotengeflechten 18.4 und 18.5 angedeutet ist, so dass für jede Elektrode 16.1.x und 16.2.n genau nur ein Kontaktelement 16.10 zwischen dem Substrat 12 und dem Träger 13 erforderlich ist. Das gesplittete Knotengeflecht 18.3 bildet dies beispielhaft nicht ab, da hier zwei Kontaktelemente erforderlich sind. Die Zusammenführung der zwei Leiter im Geflecht 18.3 zu einem Anschlusspunkt 16.11 erfolgt erst auf dem Träger 13. Durch die K_2,n Anordnung zwischen den Kontaktpunkten 16.7.1 (x-mal) und 16.7.2 (n-m_al) wird die Anzahl Kontaktelemente 16.10 auf ihre minimal mögliche Anzahl reduziert, die gleich der Knotenanzahl 16.1.x und 16.2.n im Minor Graphen K_2,n ist, was sich nochmals kostengünstig auswirkt. In V = A/D ist dann hier A = Anzahl der Kontaktpunkte 16.7 oder auch die Anzahl der Kontaktelemente 16.10 definiert.
Werden in der Sensoranordnung weitere Elektrodenarten neben 16.1 und 16.2 vorgesehen (in 1, 4a, 4b nicht gezeigt), beispielhaft Erdungs- oder Abschirmflächen, so kann die Anordnung der leitenden Flächen kreuzungsfrei, entweder mit planaren, bipartiten Graphen K_m,n, mit m, n > 2, oder mit planaren, tripartiten Graphen K_l,m,n beschrieben werden. Beide Graphenstrukturen sind als vollständige Graphen nicht mehr planar. Als vollständige K_3,n Anordnung, mit n > 2 wäre beispielhaft ein dritter m-Elektrodentyp eine Abschirmfläche, die an jeder n-Elektrode beabstandet angeordnet wäre, also in der Graphendarstellung über eine Kante (= Anschirmumrandung) mit jeder n-Elektrode verbunden wäre. Aber schon K_3,n, mit n > 2 sind als vollständige bipartite Graphen nicht mehr planar. Um die Elektrodenanordnung in bevorzugt einer Schichtebene auf dem Substrat darstellen zu können, hieße dies, dass die Abschirmfläche beispielhaft unterbrochen in der Sensorschicht 16 mit mehr als einem Kontaktpunkt 16.7 darzustellen ist und deren nicht kreuzungsfreie Zusammenführung auf den Träger 13 verlegt wird, die dort im Allgemeinen kostengünstiger darstellbar ist als auf dem Substrat 12. Der Träger 13 ist im Allgemeinen eine Elektronikplatine, auf der Leiterkreuzungen einfach darstellbar sind. Oder man kann auf eine nicht-vollständige K_m,n, mit m > 2, n > 2 Anordnung ausweichen, die dann wieder insgesamt kreuzungsfrei darstellbar ist und ebenfalls eine größere Anzahl an Kontaktelementen 16.10 erfordert als die Anzahl der Knoten 16.1.x und 16.2.n. Ebenso können beiden Maßnahmen kombiniert werden. In einer K_l,m,n, l = 1, m = 2, n = N, tripartiten Anordnung wäre beispielhaft eine Abschirmfläche (l-Knoten) beabstandet an jedem m-Knoten (Elektroden 16.1.1 und 16.1.2) und an jedem n-Knoten (Elektroden 16.2.n) angeordnet, das heißt in der Graphendarstellung mit einer Kante verbunden. Auch hier müsste wie bei der K_3,n Anordnung verfahren werden, um eine bevorzugt planare Darstellung auf dem Substrat zu gewährleiten. Sind also Erdungs- oder Abschirmflächen vorhanden, ist allgemein gemäß einer Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass die Anordnung aller leitenden Flächenelemente der Anordnung von Sensoren 16

i) zwischen den Anschlusspunkten (16.11) von Bauteilen 16.12 oder
ii) zwischen den Kontaktpunkten (16.7) und
iii) einschließlich der Abschirm- oder Erdungsflächen kreuzungsfrei, als planarer, partiter Graph K_m,n oder K_l,m,n ausgebildet sind. Diese Graphen können unter Erhaltung der Planarität nicht mehr vollständig sein.

5 zeigt eine Bedienblende 9, wobei eine Berührung des Fingers eines Benutzers mit der Bedienoberfläche der Benutzerschnittstelle den Betrieb des Kochgeräts steuern kann. Allgemein, ohne Beschränkung auf das spezielle dargestellte Ausführungsbeispiel umfasst die Bedienblende mehrere Benutzerschnittstellen 10 mit Anzeigeelementen 14, die mittels Sensoren separat bedienbar sind und den Betriebszustand des Haushaltsgeräts anzeigen. Vorzugsweise ist jedes Anzeigeelement 14 mittels der ihm zugeordneten Sensoren separat verstellbar. Auch bei dem in 1 gezeigten Beispiel sind bereits mehrere, nämlich zwei Benutzerschnittstellen vorhanden.
Die Bedienblende 9 des in 5 gezeigten Beispiels umfasst i) vier Benutzerschnittstellen 10.1 basierend auf Doppelelektrodensensoren 16 jeweils gepaart mit 2:N, N = 4 Strukturen und ii) zwei gepaarte Benutzerschnittstellen 10.2 basierend auf Doppelelektrodensensoren 16 mit 2:N, N = 1, Strukturen. Die gesamte Sensorstruktur der Bedienblende ist 2:N, N = 9, und stellt einen planaren, vollständigen, bipartiten Graphen K_2,9 dar. Die Sensoren 16 sind mit einem Spalt 16.4 ausgestaltet, der zwischen der ersten Elektrode 16.1 und einer der zweiten Elektroden 16.2 einen mäanderförmigen Verlauf 25 aufweist. Der Mäander-Verlauf bewirkt eine Vergrößerung der zwischen den Elektroden 16.1, 16.2 vorliegenden Kapazität. Folglich verbessert sich mit zunehmender Enge und Länge des Spalts 16.4 das Signal / Rauschverhältnis des Sensors. Hier ist auch erkennbar, dass die Zuleitungen 16.5, 16.6 kreuzungsfrei verlaufen. Das hat einen vorteilhaften Effekt i) auf die elektrischen Eigenschaften des Sensors (Verbesserung des Signal / Rauschverhältnisses), ii) auf die Komplexität der Struktur (geringere Baugröße der Vorrichtung und geringere Fehleranfälligkeit), und iii) auf die Kosten (weniger Planungs-, Material- und Reparaturkosten).
Die vorstehend beschriebene paarweise Verschaltung der ersten Elektroden und der paarweise Betrieb der Benutzerschnittstellen 10.1, 10.2 reduziert den Verdrahtungsaufwand erheblich und ermöglicht die kreuzungsfreie Führung der Leiterbahnen auf dem Substrat 12. Das Ausführungsbeispiel der 5 basiert dabei zusammenfassend darauf, dass die Elektroden 16.1, 16.2 der Sensoren 16 in einer Sensormatrix angeordnet sind, die als ein bipartiter Graph ausgebildet ist, wobei der bipartite Graph für eine Benutzerschnittstelle ein 1:N-Graph ist und für paarweise Benutzerschnittstellen 10.1, sowie 10.2 ein 2:N-Graph ist und die zweiten Elektroden 16.2 N zweite Knoten einer zweiten Knotenmenge bilden und wobei die ersten Elektroden 16.1 zwei Knoten einer ersten Knotenmenge bilden und die Kanten des Graphen durch die Spalte 16.4 zwischen den ersten und zweiten Elektroden 16.1, beziehungsweise 16.2 gebildet werden.
Um bei einer Zusammenschaltung mehrerer erster Elektroden, wie beispielsweise einer wie in 5 gezeigten paarweisen Verschaltung diskriminieren zu können, welche der Benutzerschnittstellen bedient wird, ist es weiterhin vorteilhaft, wenn die Abtastung der Sensoren der Benutzerschnittstellen sukzessive nacheinander, beziehungsweise im Zeitmultiplex erfolgt. Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist daher vorgesehen, dass die Erfassungseinrichtung zur Erfassung von Sensorsignalen eingerichtet ist, die Sensoren verschiedener Benutzerschnittstellen mit zusammengeschalteten ersten Elektroden zeitlich intermittierend auszulesen.
Anschlusspunkte 16.7 sind in der Kontaktzone 23 angeordnet, die am Rand oder außerhalb eines aktiven Bedienbereichs 24 der Benutzerschnittstellen 10 liegt. Hierbei wird als aktiver Bedienbereich derjenige Bereich der Substratoberfläche 12 angesehen, welcher der Bedienoberfläche entspricht.
Doppelelektroden-Sensoren werden als pcap-Sensoren derart angesteuert und ausgewertet, indem auf einer ersten oder zweiten Elektrode ein Signal erzeugt wird, beispielsweise über einen digitalen Ausgangskanal des Mikrokontrollers, und auf zweiten oder ersten Elektroden das kapazitiv überkoppelnde Signal, beispielsweise über einen analogen Eingangskanal des Mikrokontrollers ausgewertet wird. Vorteilhafterweise sind die zwei Elektroden der Knotenmenge 16.1.x, mit x = 1, 2 (vgl. 1), mit A/D-Konverter-Eingängen des Mikrokontrollers verbunden und die zahlreicheren Elektroden der Knotenmenge 16.2.n mit digitalen Ausgängen des Mikrokontrollers verbunden, über die das Sensorsignal ausgesendet wird und die kostengünstiger als die A/D-Eingänge sind. Dieser Aspekt gewinnt mit der Anzahl der Sensoren an Bedeutung. In 9a sind die zwei Benutzerschnittstellen aus der 1, mit einer 2:4 Verschaltung, verdoppelt worden und in einer 2:8 Matrix kreuzungsfrei verschalten. Hier wären gemäß dieser Verschaltung mit einem Mikrokontroller zwei A/D-Eingangskanäle und acht digitale Ausgangskanäle erforderlich.
Andererseits ist es für das Signal/Rausch-Verhältnis vorteilhaft, wenn die empfangende Elektrode von kleiner Fläche ist. Eine kleine Sensorfläche erzeugt bei Bedienung ein besseres Signal/Rausch-Verhältnis als eine große Sensorfläche, da die kapazitive Kopplung zum bedienenden Finger im Verhältnis zur kapazitiven Kopplung der abseits des Fingers angeordneten Sensorfläche zu Umgebung größer wird. Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die aktive, empfangende Elektrode von leitenden Flächen auf konstantem elektrischen Potential, bevorzugt auf Massepotential, umgeben ist. Dies erzeugt stabile Signalverhältnisse. Geerdete Flächen können zusätzlich zu den Elektroden gesonderte leitende Flächenelemente sein. Diese Anordnung entspricht tripartiden Graphen, wie bereits oben mit erläutert wurde. Alternativ können die für die Abfrage eines Sensors ungenutzten Flächenelemente anderer Sensoren während dieser Abfrage mit einem konstanten elektrischen Potential, bevorzugt mit dem Massepotential der Steuerung verschaltet werden.
Um die Elektrodenflächen flexibel mit verschiedenen Signalen belegen zu können, sind diese vorzugsweise mit verschiedenen Signalbussen verschaltbar und von der Steuereinheit intermittierend veränderbar schaltbar gestalten. 9 zeigt eine Sensorelektrode 16, 16.1, 16.2 oder 16.3 die über eine Zuleitung 16.5.1, 16.5.2 oder 16.6 mit einem Anschlusspunkt 16.7 verbunden ist. Über ein Kontaktelement wird der anschlusspunkt 16.7 mit dem Anschlusspunkt 16.8 auf dem Träger verbunden und mittels einer Leiterbahn 16.13 mit dem Anschlusspunkt 16.11 eines elektronischen Bauteils 16.12 verbunden. 16.12 kann ein Mikrokontroller als Teil einer Steuereinheit 22.1 sein. In der Steuereinheit 22.1 wird die Sensorelektrode 16 über Signalschalter 16.14 mit höchstens einem der Signalbusse 16.15 verbunden. Die Sensorelektrode 16 stellt mit dem Signalbus Z verbunden einen Einzelelektrodensensor 16.3 zur Impedanzmessung dar oder einen Näherungssensor für das Nah- oder Fernfeld oder einen Einzelelektrodensensor zur Detektion einer größeren beispielsweise wasserhaltigen Verschmutzung, der als leitende Fläche den Bedienbereich vorzugsweise umschließt. Verbunden mit dem Signalbus Tx stellt die Elektrode 16 eine Sendeelektrode 16.1 oder 16.2 eines pcap-Sensors dar oder eine Schirmelektrode für benachbarte Einzelelektrodensensoren, die mit gleichem Sensorsignal betrieben werden, um die parasitären Impedanzen eines Einzelelektrodensensors zu minimieren. Verbunden mit dem Signalbus Rx stellt die Elektrode 16 eine Empfangselektrode 16.2 oder 16.1 eines pcap-Sensors dar. Verbunden mit dem Signalbus P stellt die Elektrode 16 eine Abschirmfläche dar, beispielsweise in der Umgebung eines abgefragten pcap-Sensors oder eine Schutzelektrode, die den Bedienbereich vorzugsweise umschließt.
Die 10a zeigt vier Benutzerschnittstellen mit ersten Elektroden 16.1.1 und 16.1.2 und zweiten Elektroden 16.2.n, n = 8, die in einer 2:8 Matrix verschalten sind und einen planaren, bipartiten Graphen K_2,8 darstellen. Die Elektroden 16.1.x sind oberhalb und unterhalb des Bedienbereichs als breite Elektrodenbalken ausgeformt, so dass sie auch im Fernfeld für eine Gestikerkennung geeignet sind.
Die 10b zeigt eine Verschaltung der Anordnung aus 10a. Eine erste Elektrode 16.1.1 dient als Sendeelektrode 26.1, die mit einem Signalbus Tx verbunden ist, eine zweite Elektrode 16.2.1 dient als Empfangselektrode 26.2, die mit einem Empfangsbus Rx verbunden ist, mit einer im Vergleich zur Gesamtanordnung und zur Flächengröße einer ersten Elektrode 16.1.x kleinen Sensorfläche. Die Elektroden 26.1 und 26.2 bilden mit ihrem Sensorspalt den Sensor 16. Die restlichen Elektroden 16.1.2 und 16.2.n sind gemeinsam zu einer Abschirmelektrode 26.3 verbunden mit einem Signalbus P auf ein konstantes Potential gelegt und legen die Umgebung der Empfangselektrode 26.2 weitestgehend auf ein konstantes Potential, das zur Abschirmung elektromagnetischer Störsignale dient. Die Gesamtverschaltung der 10c verschaltet den ursprünglichen planaren Graphen K_2,8 in einen planaren Graphen K_1,1,1.
Die 10c sind die Elektroden 16.2.1–16.2.4 und 16.2.5–16.2.8 jeweils zu einer großflächigen Fernfeldelektrode 26.4 verschaltet. Ebenso bilden die Elektroden 16.1.1 und 16.1.2 eine Fernfeldelektrode 26.4. Die Fernfeldelektroden 26.4 sind mit dem Signalbus Z verbunden und werden intermittierend abgefragt um eine Fernfeld Gestik in zweidimensionaler lateraler Ebene über dem Bedienfeld zu detektieren.
Die 10d erweitert die Sensoranordnung aus 10a um eine das Bedienfeld, das den aktiven Bedienbereich 24 einschließt, umgreifende Elektrode 26.5, die verbunden mit dem Signalbus P auf Erdungspotential eine Abschirmelektrode bilden kann oder verbunden mit dem Signalbus Z eine Schutzelektrode zur Erkennung von großflächigen Verschmutzungen oder fehlpositionierten Gegenständen wie Zubereitungsgefäße bilden kann. Die Gesamtverschaltung der 10d stellt einen planaren, tripartiten Graphen K_2,8,1 dar.
6a zeigt eine schematische Darstellung einer Bedienblende 9 mit Benutzerschnittstellen 10 und einer Steuerung 22.1 für die Benutzerschnittstellen 10. Die Sensoren 16 und Anzeigeelemente 14 sind mit der Steuerung 22.1 elektrisch verbunden. Die Steuerung 22.1 erfasst und wertet Sensorsignale aus. Ein Signal eines randseitig angeordneten Sensors 16 einer Sensoranordnung hat gegenüber einem Signal eines weiteren, vorzugsweise randseitig angeordneten Sensors 16 der Sensoranordnung, einen zeitlichen Versatz. Die Steuerung 22.1 ist dazu ausgebildet, unter Ansprechen auf den zeitlichen Versatz, einen Stellwert einzustellen oder zu verändern, vorzugsweise zum Steuern des Anzeigeelements 14 und Stellwertsignale an eine Leistungssteuerung 22.2 zur Steuerung der Heizelemente zu übergeben.
6b zeigt eine Kochfläche 8 umfassend eine Trägerplatte, die beispielsweise aus Glas oder Glaskeramik ausgebildet ist. Auf einer Oberseite der Trägerplatte sind mehrere Kochzonen ausgebildet, auf welchen Zubereitungsgefäße aufgestellt werden können. Die Kochfläche 8 umfasst darüber hinaus eine Bedienblende 9, die in einem Kaltbereich der Kochfläche 8 angeordnet ist. Die Bedienblende 9 ist derjenige Teil der Kochfläche, welcher der Bedienung zur Einstellung verschiedener Werte, wie Leistung oder eine Gardauer dient.
Bei den in 6a und 6b gezeigten Beispielen sind wie auch bei dem Beispiel gemäß 5 die Anzeigeelemente 14 und damit auch die zugeordneten Benutzerschnittstellen 10 in einer Reihe angeordnet. Ein Vorteil der Erfindung ist aber, dass die Position der Benutzerschnittstellen frei wählbar ist. Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist daher allgemein vorgesehen, dass die Bedienblende 9 mehrere Benutzerschnittstellen 10 aufweist, wobei die Umhüllende der Anordnung von Benutzerschnittstellen 10 ein beliebiges Vieleck ausbildet, in dem die verschalteten Sensorelektroden Teil vorzugsweise zwei, besonders bevorzugt genau einer planaren zusammenhängenden Matrixverschaltung sind. Insbesondere kann die Anordnung nicht quadratisch oder rechteckig sein. Bei einer nicht quadratischen oder rechteckigen Anordnung stehen bei zumindest einem der Anzeigeelemente die Verbindungslinien von dessen Mittelpunkt zu den Mittelpunkten der weiteren Anzeigeelemente alle in einem von 90° verschiedenen Winkel zueinander.
Die in 1–3, 5 gezeigten Benutzerschnittstellen 10 sind einfacher strukturiert und damit erheblich robuster und kostengünstiger als bekannte Touchscreens oder mehrlagige strukturierte leitfähige Schichtaufbauten. Sie können auf einfache Weise in ein modernes Hausgerät oder Kochgerät eingebaut und integriert werden, indem für das Substrat 12 eine in dem Kochgerät bereits vorhandene Glaskeramik-Platte verwendet wird.
Der berührsensitive Bereich der Benutzerschnittstellen 10 befindet sich in dem Bereich eines Anzeigeelements 14, so dass unmittelbar nach der Eingabe einer Steuer-Berührung oder -Geste die erzielte Wirkung durch das Anzeigeelement 14 angezeigt wird. Der Benutzer kann so einerseits eine Einstellung von Leistungs- oder Zeitparametern mittels Berühren oder Wischgesten vornehmen, so dass seinen Erwartungen an den Komfort zeitgemäßer Technik entsprochen wird. Dies schließt eine intuitive Benutzerführung durch Näherungserkennung im Nahfeld und übergreifende Gestiken im Fernfeld ein.
Andererseits erfüllt das Anzeigeelement 14 die Erwartungen an das Aussehen und die unkomplizierte Bedienung eines Hausgeräts, welches durchaus ein gegenüber einem Smartphone unterschiedliches Aussehen haben darf und soll. Die Erfüllung von Erwartungen, die auf den ersten Blick widersprüchlich erscheinen, stärkt das Vertrauen eines Benutzers in das Gerät, das er mittels der vorliegenden Benutzerschnittstelle steuert.
Besonders vorteilhaft ist, dass gegenüber komplexen Touch-Displays herkömmlicher Bauart mit Wischgestikkomfort, die Benutzerschnittstellen beliebig anordenbar sind und nicht auf ein typisches Rechteckformat eines Touch-Displays beschränkt sind. Insbesondere kann die Sensoranordnung für jedes Gerätemodell individuell durch die entsprechenden Beschichtungs- oder Druckverfahren angeordnet werden, genauso wie es beispielhaft mit dem Dekordruck eines Gerätemodells üblich ist. Dadurch, dass die Sensorbauteile nicht mehr, wie bisher üblich, auf dem Träger positioniert sind, sind die Anzeigeelemente dort durch den erweiterten Freiraum flexibler positionierbar und in einer entsprechenden modularen Ausgestaltung auch einfacher für jedes Gerätemodel individuell positionierbar.
Bezugszeichenliste

8: Kochfläche eines Kochgeräts
9: Bedienblende
10: Benutzerschnittstelle
12: Substrat
12.1: äußere Substratoberfläche, Bedienoberfläche
12.2: innere Substratoberfläche
13: Träger
13.1: äußere Trägeroberfläche
14: Anzeigeelement
15: Leuchtbereich eines Anzeigeelementes 14
16: Sensor
16.1: eine Elektrode aus einer ersten Elektrodenmenge
16.1.x x = 1, 2,: Elektroden aus einer ersten Elektrodenmenge
16.2: eine Elektrode aus einer zweiten Elektrodenmenge
16.2.N N = 1, ..., n: Elektroden aus einer zweiten Elektrodenmenge
16.3: Einzelelektrode
16.4: Spalt
16.5.1: Elektrodenzuleitung zu 16.1.x Elektroden
16.5.2: Elektrodenzuleitung zu 16.2.N Elektroden
16.6: Elektrodenzuleitung zu 16.3 Einzelelektrode
16.7: Anschlusspunkt einer Elektroden-Zuleitung
16.7.1: Anschlusspunkt einer Elektroden-Zuleitung 16.5
16.7.2: Anschlusspunkt einer Elektroden-Zuleitung 16.6
16.8: Anschlusspunkt auf dem Träger 13
16.9: Verzweigung von Elektrodenzuleitungen 16.5, 16.6
16.10: Kontaktelement
16.11: Anschlusspunkt an einem elektronischen Bauteil
16.12: Elektronisches Bauteil
16.13: Leiterbahn auf einem Träger 13
16.14: Signalschalter, steuerbar durch eine Steuereinrichtung 22.1
16.15: Signalbusse Z, Tx, Rx, P einer Steuereinheit 22.1
17.1: Erste Knotenmenge eines bipartiten Graphen
17.2: Zweite Knotenmenge eines bipartiten Graphen
17.3: Kanten eines Graphen
18.1: Knoten eines gesplittenden Knotens
18.2: Kanten eines gesplittenden Knotens
18.3: Splittung
18.4: Splittung
18.5: Splittung
19: Außenbereich
20: Richtung der Wischgeste eines Benutzers
21: Bedienfeld als Folien- oder Glas-Touchscreen
22.1: Steuerung, Steuereinrichtung der Bedienschnittstelle
10
22.2: Leistungssteuerung
23: Kontaktzone
24: Aktiver Bedienbereich
25: Mäanderförmiger Spalt
26.1: Sendeelektrode
26.2: Empfangselektrode
26.3: Abschirmelektroden auf konstantem Potential
26.4: großflächige Fernfeldelektroden
26.5: Umlaufende Schutz- oder Abschirmelektroden

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 2472186 A2 [0003]
DE 102005027199 A1 [0003]
DE 102010030315 A1 [0004]
US 7821502 B2 [0005]
US 2008312857 [0006]
WO 12032432 [0007]
DE 102014219348 [0007]

Claims

Bedienblende (9) mit zumindest einer Benutzerschnittstelle (10) für ein Haushaltsgerät, vorzugsweise ein Kochgerät, umfassend: – einen vorzugsweise ebener Träger (13) mit einer, einem Außenbereich (19) zugewandten, äußeren Trägeroberfläche (13.1); – ein vorzugsweise ebenes, Glas- oder Glaskeramik-Substrat (12) mit einer dem Außenbereich (19) zugewandten, äußeren Substratoberfläche (12.1) und einer gegenüberliegenden, dem Außenbereich (19) abgewandten und der äußeren Trägeroberfläche (13.1) zugewandten, inneren Substratoberfläche (12.2); – ein am Träger (13) befestigtes, vorzugsweise an der äußeren Trägeroberfläche (13.1) angeordnetes Anzeigeelement (14) zur leuchtenden Darstellung von Informationen; und – eine Sensoranordnung mit mindestens zwei an der inneren Substratoberfläche (12.2) angeordneten, jeweils mindestens eine Elektrode (16.1, 16.2; 16.3) umfassenden Sensoren (16) zur Interaktion mit einem sich in dem Außenbereich (19) befindlichen Benutzer.
Bedienblende nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Sensor (16), vorzugsweise mehrere Sensoren (16), eine erste Elektrode (16.1) und eine zur ersten Elektrode (16.1) durch einen Spalt (16.4) lateral beabstandete zweite Elektrode (16.2) umfasst, wobei besonders bevorzugt jeder der Sensoren (16) einer Benutzerschnittstelle (10) dieselbe erste Elektrode (16.1) umfasst.
Bedienblende (9) gemäß Anspruch 2, mit mehreren Benutzerschnittstellen (10), wobei zumindest zwei erste Elektroden (16.1) zusammengeschaltet sind.
Bedienblende (9) gemäß dem vorstehenden Anspruch, gekennzeichnet durch eine Erfassungseinrichtung (22.1) zur Erfassung von Sensorsignalen, welche eingerichtet ist, die Sensoren (16) verschiedener Benutzerschnittstellen mit zusammengeschalteten ersten Elektroden (16.1) zeitlich intermittierend auszulesen.
Bedienblende (9) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, gekennzeichnet dadurch, dass eine Matrixverschaltung mit x ersten Elektroden 16.1.x und n zweiten Elektroden 16.2.n, mit x ≥ 1, n ≥ 2, und erste und zweite Elektroden sind matrixartig zueinander über nicht-leitfähige Spalte beabstandet angeordnet, vorzugsweise in genau einer elektrisch leitenden Schichtebene kreuzungsfrei verschaltet sind, ohne das leitende Verbindungen durch beabstandende Spalte geführt werden.
Bedienblende (9) nach einem der Ansprüche 2 bis 5, gekennzeichnet dadurch, dass die Elektroden (16.1, 16.2) der Sensoren (16) in einer Sensormatrix angeordnet sind, die als ein bipartiter Graph ausgebildet ist, wobei der bipartite Graph vorzugsweise für eine Benutzerschnittstelle ein 1:N- oder 2:N-Graph ist und für paarweise Benutzerschnittstellen (10) ein 2:N-Graph ist und die zweiten Elektroden (16.2) N zweite Knoten einer zweiten Knotenmenge bilden und wobei die ersten Elektroden (16.1) 2 Knoten einer ersten Knotenmenge bilden, und wobei die Kanten des Graphen durch die Spalte zwischen den ersten und zweiten Elektroden (16.2) gebildet werden.
Bedienblende (9) nach einem der Ansprüche 2 bis 6, gekennzeichnet dadurch, dass die Anordnung aller leitenden Flächenelemente der Anordnung von Sensoren (16) i) zwischen den Anschlusspunkten (16.11) von elektronischen Bauteilen (16.12) oder ii) zwischen den Kontaktpunkten (16.7) kreuzungsfrei als planarer, bipartiter Graph K_m,n, vorzugsweise als planarer, vollständiger, bipartiter Graph K_2,N ausgebildet sind.
Bedienblende (9) nach einem der Ansprüche 2 bis 7, gekennzeichnet dadurch, dass die Anordnung aller leitenden Flächenelemente der Anordnung von Sensoren (16) i) zwischen den Anschlusspunkten (16.11) von Bauteilen (16.12) oder ii) zwischen den Kontaktpunkten (16.7) und iii) einschließlich der Schirm-, Abschirm- oder Potentialflächen kreuzungsfrei, als planarer, partiter Graph K_m,n oder K_l,m,n ausgebildet sind.
Bedienblende (9) nach einem der Ansprüche 2 bis 8, gekennzeichnet dadurch, dass (i) Elektroden 16.1.x und 16.2.n alternierend als Einzelelektrodensensor (offener Kondensator) angesteuert werden, wobei die jeweils andere Elektrodenmenge vorzugsweise als verschaltete Abschirmelektrode besonders bevorzugt als verschaltete Schirmelektrode angesteuert wird, und oder (ii) Elektroden 16.2.n als Einzelelektrodensensor (offener Kondensator) angesteuert werden und Elektroden 16.1.x z-fach alternierend als y-fach verschaltete Schirmelektrode oder y-fach verschaltet als Schirmelektrode und (x-y)-fach verschaltet als Abschirmelektrode bevorzugt auf Erdungspotential angesteuert werden, und oder (iii) Elektroden 16.2.n als Einzelelektrodensensor (offener Kondensator) und Elektroden 16.1.x vorzugsweise als verschaltete Schirmelektroden angesteuert werden und alternierend y-fach verschaltete Elektroden 16.1.x z-fach alternierend als Näherungssensor (offener Kondensator) angesteuert werden, wobei hierbei die anderen (x-y) Elektroden 16.1.x und oder die Elektroden 16.2.n vorzugsweise als Schirmelektrode oder Abschirmelektroden vorzugsweise verschaltet angesteuert sein können.
Bedienblende (9) nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch mindestens eines der folgenden Merkmale: – mindestens ein Sensor (16) umfasst eine Einzelelektrode (16.3), die in einem Randbereich des Anzeigeelements (14) angeordnet ist; – die Einzelelektrode (16.3) überlappt sich in einem Überlappungsbereich mit dem Anzeigeelement (14); – die Einzelelektrode (16.3) ist für Licht in einem sichtbaren Wellenlängenbereich zumindest teiltransparent, vorzugsweise transparent oder weist eine Öffnung auf, so dass das Anzeigeelement (14) durch die Elektrode (16.3) hindurch sichtbar ist; – der Sensor (16) ist als kapazitiver Berührungssensor ausgebildet, wobei vorzugsweise die Einzelelektrode (16.3) als ein offener Kondensator ausgebildet ist.
Bedienblende (9) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet dadurch, dass vorzugsweise jede der Sensorelektroden, vorzugsweise mit mindestens einem von vier Signalbussen alternierend und zeitlich intermittierend verbunden ist, einem Sendebus Tx einem Empfangsbus Rx, einem Signalbus Z zur Auswertung von Eigenimpedanzen (offener Kondensator) und einem Bus P mit festem elektrischem Potential, vorzugsweise einem Erdungspotential.
Bedienblende (9) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden so in Bezug auf das Anzeigeelement angeordnet sind, dass durch Überstreichen des Leuchtbereichs des Anzeigeelements mit einem Finger oder Stift durch eine Bedienperson Signale beabstandeter, vorzugsweise benachbarter Sensoren erfassbar sind.
Bedienblende (9) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Erfassungseinrichtung (22.1) zum Erfassen und Auswerten von Sensorsignalen, wobei – ein Signal eines randseitig angeordneten Sensors (16) einer Sensoranordnung gegenüber einem Signal eines weiteren, vorzugsweise randseitig angeordneten Sensors der Sensoranordnung, einen zeitlichen Versatz hat, und – die Erfassungseinrichtung (22.1) dazu ausgebildet ist, unter Ansprechen auf den zeitlichen Versatz einen Stellwert einzustellen oder zu verändern, vorzugsweise zum Steuern des Anzeigeelements (14).
Bedienblende (9) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch mindestens eines der folgenden Merkmale: – der Träger (13) ist als eine Leiterplatte ausgebildet; – das Anzeigeelement (14) umfasst ein Leuchtpiktogramm, eine alphanumerische Zählanzeige, eine Leuchtsegmentreihe oder einen Leuchtsegmentbogen oder ein Leuchtsegmentring, ein Lichtfeld oder ein pixelbasiertes Anzeigeelement (14).
Bedienblende (9) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch mindestens eines der folgenden Merkmale: – die Bedienblende umfasst mehrere Benutzerschnittstellen (10) mit Anzeigeelementen (14), die mittels Sensoren separat bedienbar sind und den Betriebszustand des Haushaltsgeräts anzeigen; – jedes Anzeigeelement (14) ist mittels der ihm zugeordneten Sensoren separat verstellbar.
Bedienblende (9) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet dadurch, dass die Bedienblende (9) mehrere Benutzerschnittstellen aufweist, wobei die Umhüllende der Anordnung von Benutzerschnittstellen (10) ein beliebiges Vieleck ausbildet.
Bedienblende (9) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet dadurch, dass i) die leitenden Flächen 16.1 bis 16.7, 16.9 auf einem Folien- oder Glasträger angeordnet sind, oder dass ii) die leitenden Flächen 16.1 bis 16.7, 16.9 auf einem Folien- oder Glasträger in einem regelmäßigen Raster aufgebracht sind und es sind Sensorenelektroden (16.1, 16.2; 16.3), die überlappend und/oder im Randbereich der Anzeigeelemente liegen, als Einheit mit dem jeweiligen Anzeigeelement Bestandteil einer Bedienerschnittstelle (10) und den Anzeigeelementen (14) zugeordnet sind.
Haushaltsgerät, vorzugsweise Kochgerät, mit einer Bedienblende (9) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die vorzugsweise in einem Kaltbereich einer Kochfläche des Kochgeräts angeordnet ist.
Verfahren zur Herstellung einer Bedienblende (9) nach einem der vorstehenden Ansprüche, umfassend: – Herstellen einer strukturierten, elektrisch leitfähigen Beschichtung auf einem vorzugsweise planaren, transparenten Substrat (12), vorzugsweise einer Glas oder Glaskeramik-Platte, wobei die Beschichtung Elektroden (16.1, 16.2; 16.3) für mindestens zwei, jeweils mindestens eine Elektrode (16.1, 16.2; 16.3) umfassende Sensoren (16) bildet; – Befestigen mindestens eines Anzeigeelements (14) auf einem Träger (13), vorzugsweise auf eine einem Außenbereich zugewandte, äußere Trägeroberfläche des Trägers (13), – Anbringen des Trägers (13) an dem Substrat (12) auf der Seite des Substrats (12), auf welcher die Elektroden (16.1, 16.2) angeordnet sind, wobei Kontaktelemente des Trägers (13) die Elektroden mit dem Träger verbinden.
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, gekennzeichnet durch mindestens eines der folgenden Merkmale: – das Anzeigeelement (14) kann durch bekannte Bestückungsverfahren für elektronische Platinen oder adhäsiv oder mittels Kleben, Laminieren, Bonden oder durch eine Steckverbindung auf dem Träger aufgebracht werden; – der Träger (13) wird adhäsiv durch Kleben, Laminieren, Bonden und oder mechanisch durch Andrücken oder durch Einrasten, Anschrauben oder adhäsive Anbringung an einen an das Substrat (12) angebrachten Halterahmen an der Unterseite (12.2) des Substrats (12) angebracht; – zum Herstellen einer transparenten leitfähigen Beschichtung wird mittels Gasphasenabscheidung eine transparente Dünnschicht aufgebracht umfassend Metalle, vorzugsweise Silber, Kupfer, Gold, und/oder transparente Halbleiter, vorzugsweise Indium-Gallium-Zinkoxid, oder eine transparente leitfähige Oxidschicht, vorzugsweise zinndotiertes Indiumoxid oder In₂O₃:Sn, fluordotiertes Zinnoxid oder SnO₂:F, antimondotiertes Zinnoxid oder SnO₂:Sb, aluminiumdotiertes Zinkoxid oder ZnO:Al, dotiertes Titanoxid; – zum Herstellen einer transparenten leitfähigen Beschichtung, insbesondere mittels Drucken, wird auf das Substrat (12) eine Tinte umfassend ein elektrisch leitfähiges Additiv oder ein elektrisch leitfähiges Polymer und ein Lösungsmittel aufgebracht, wobei vorzugsweise das Lösungsmittel nach dem Aufbringen der Tinte verdampft; die Tinte kann ein Matrixmaterial zur Verbesserung der Gebrauchseigenschaften der transparenten Leiterfläche betreffend eine Kratzbeständigkeit oder Beständigkeit gegen Wasserdampf umfassen; zum Herstellen einer opaken, leitfähigen, strukturierten Beschichtung wird ein Material umfassend leitfähige Additive auf Basis von nano- und mikroskaligem Kohlenstoff wie Ruß, CNT, Fullerenen oder Graphit und ein Bindemittel wie Polyacrylat, Polycarbonat, Polyurethan, Polyesterharz oder Sol-Gel mittels Drucken oder ein Material umfassend Silber, Gold oder Kupfer aufgebracht.
Verfahren nach einem der zwei vorstehenden Ansprüche, wobei die Elektroden (16.1, 16.2) der Sensoren (16) in einer Sensormatrix derart angeordnet und verschaltet werden, dass die Elektroden (16.1, 16.2) Knoten eines bipartiten Graphen und die Spalte zwischen den ersten und zweiten Elektroden (16.1, 16.2) die Kanten des bipartiten Graphen bilden.